新冠病毒在肆虐了中國之後，從3月開始席捲全球，中國以外的確證病例也開始瘋狂增長。據統計，全球感染人數超70萬。
一、病毒是什麼？怎麼對付它？
病毒是一類無細胞結構的簡單生物，它只能依靠寄生在別的人或動物體內來維持生命。（就是這麼小的生物，引起了這麼大的動盪，生物真奇妙）病毒藉由感染的機制，利用宿主的細胞系統進行自我複製¹，抗生素對病毒是沒有任何作用的²。
病毒感染能夠引發免疫反應，產生的抗體可以識別這個病毒的樣子。病癒後，當這個病毒再來攻擊的時候，就可以自動產生抗體來幹掉它。
所以有小機靈鬼就說了，那還治療幹什麼，大家都得一次，然後用免疫系統來對抗這個病毒不就好了。在此之前英國也提出的“群體免疫”的說法， 那為啥現在又更改策略，開始居家隔離呢？因為這個大概要幾百年，並且還得保證得了病能活下來。
在臨床治療中，有多種病毒抑制藥物被採納，但疫苗的誕生才是贏得這場戰役最重要的標誌，而現在沒有任何疫苗被批准投入使用³。
二、疫苗設計前路漫漫，如何走出正確的一步？
疫苗作為抗原在注射之後不致病，但可以產生抗體，從而使接種疫苗的人或動物能夠終生對相應的病毒免疫。對於一個抗原而言，並不是它身上的任何部位都能夠成為探測器的靶點。所以研發疫苗過程中一個很重要的步驟就是去確定抗原上能夠成為靶子的部位，同時儘可能尋找對不同人群都起作用的那些靶點。
日前David Veesler團隊在Cell期刊上刊登了 “Structure, function and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein” 有望為疫苗開發鋪平道路。他們就新型冠狀病毒SARS-CoV-2 S蛋白的結構、功能和抗原性展開了研究。
三、為什麼偏偏是Spike蛋白？
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:3D_medical_animation_corona_virus
核酸和蛋白質外殼就是病毒最重要的組成部分，核酸負責繁殖後代的遺傳物質，蛋白質外殼負責保護遺傳物質。冠狀病毒因為其外殼像一頂皇冠而得名，研究發現這些皇冠一樣的刺突就是刺突糖蛋白（Spike Glycoprotein，以下簡稱 S 蛋白），是結合人體細胞上相應受體的罪魁禍首。因此它是感染後中和抗體（nAbs）的主要目標，也是治療和疫苗設計的重點。
S蛋白非常明白協同合作的重要性，在S蛋白中包含兩個功能亞基--負責和宿主細胞受體結合的S1亞基，負責病毒膜和細胞膜的融合S2亞基。冠狀病毒進入易感細胞是一個複雜的過程，需要S蛋白的受體結合和蛋白水解過程協同作用以促進病毒-細胞融合。
四、S蛋白如何侵入人體，它能力有多強？
Veesler團隊通過瞬轉得到SARS-CoV-S，SARS-CoV-2 S 及hACE2，使用鼠白血病病毒（murine leukemia virus，MLV）做成假性系統進行實驗，確認了hACE2是SARS-CoV-2的功能性受體。
圖1：A：說明SARS-CoV-2-S蛋白可以順利侵入細胞；B：說明hACE2就是S蛋白侵入的受體。
也就是說新冠病毒上面的“小尖尖”S蛋白是鑰匙，人體內的hACE2就是那把正好可以被S蛋白打開的鎖！
考慮到SARS-CoV(SARS病毒)和本次SARS-CoV-2(新冠病毒)有高度相似性，他們進一步比較這2種病毒和人體內hACE2的親和力，看看到底哪個開鎖能力更強。
圖2：利用生物層干涉法結合分析法來分析hACE2與SARS-CoV的S蛋白結構域B，SARS-CoV-2的
結果發現，新冠病毒與hACE2親和力與2002年的SARS病毒親和力相當。
五、罪魁禍首到底長啥樣？
Veesler團隊通過冷凍電鏡單顆粒分析對SARS-CoV-2 S蛋白結構進行解析。他們設計了具有消除弗林蛋白酶(furin)S1/S2裂解位點的預融合穩定的胞外域三聚體構建體，兩個連續的脯氨酸穩定突變，和一個C端摺疊的三聚體。
圖3：在關閉和部分打開的情況下， S蛋白結構的區別
研究發現SARS-CoV-2 S胞外域是一個160Å長的三聚體，具有三角形橫截面，與SARS-CoV S蛋白結構類似。SARS-CoV-2 S蛋白的S1/S2亞基邊界存在著弗林蛋白酶切割位點，會在生物合成過程中被切割掉，這一新特徵使該病毒不同於其他的冠狀病毒。SARS-CoV-2 S 結構域B的開放是病毒與宿主細胞表面上的ACE2相互作用並導致S2位點裂解，引發構象變化，膜融合和病毒進入細胞的必需條件。
分析觀察SARS-CoV S 和SARS-CoV-2 S蛋白中的融合肽的序列及構象，可以推斷出來，針對融合肽設計的抗體可能可以交叉反應並中和這兩種冠狀病毒。
圖4：SARS-CoV-2 S結構的兩個正交視圖，其中深藍色球體為聚糖。
在SARS-CoV-2 S和SARS-CoV S 中S1亞基中，有13個聚糖，其中9個聚糖都是被保護的，而S2亞基9個聚糖均是被保護的。所以可以對不同的病毒的抗體融合機制進行對比，為研究新冠病毒的抗原性提供了思路。
六、這麼聰明的S蛋白，如何對付它？
最後他們使用SARS-CoV S對小鼠進行免疫，得到的多克隆抗體去抑制SARS-CoV-2 S和SARS-CoV S進入靶細胞的能力。
圖5：在使用VeroE6細胞進行測試血清的作用
結果顯示，血清完全抑制了SARS-Cov S-MLV的侵入，而SARS-CoV-2 S-MLV的侵入率降低到了原來的10%左右。
他們的研究結果提供了一個S蛋白結構框架，並提供了可能的抗原表位，為疫苗設計工作提供了很好的思路。
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Reference:
- Villarreal p. 3
2.Antiviral Drugs. 2007-09-11.
3.關於印發新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）的通知. 中華人民共和國國家衛生健康委辦公廳. [2020-03-13].
4.Walls, Alexandra C., et al. "Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein." Cell(2020).
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