SARS-CoV-2的近端起源：基因组证据与自然选择假说

作者与发表信息
本研究的通讯作者为Kristian G. Andersen（美国斯克里普斯研究所免疫与微生物学系），合作者包括Andrew Rambaut（英国爱丁堡大学）、W. Ian Lipkin（美国哥伦比亚大学）、Edward C. Holmes（澳大利亚悉尼大学）和Robert F. Garry（美国杜兰大学）。论文于2020年3月17日在线发表于《Nature Medicine》，标题为“The proximal origin of SARS-CoV-2”。

研究背景与目标
SARS-CoV-2（严重急性呼吸综合征冠状病毒2）是COVID-19的病原体，其起源引发广泛讨论，尤其是关于病毒是否可能为实验室改造的猜测。本研究通过基因组比较分析，旨在回答两个核心问题：（1）SARS-CoV-2是否具有人为操纵的特征；（2）其自然起源的可能路径。研究基于冠状病毒的受体结合域（RBD, Receptor-Binding Domain）和刺突蛋白（spike protein）的多碱基弗林蛋白酶切割位点（polybasic furin cleavage site）等关键基因组特征展开。

主要论点与证据

1. SARS-CoV-2的基因组特征不支持人为改造

   • 受体结合域（RBD）的优化：SARS-CoV-2的RBD与人类ACE2受体结合效率高，但其结合模式与已知实验室优化的SARS-CoV毒株不同（如Urbani株）。例如，SARS-CoV-2的RBD包含5个关键残基变异（L455、F486、Q493等），这些变异在蝙蝠冠状病毒RaTG13或穿山甲冠状病毒中均存在自然类似序列（如穿山甲冠状病毒的RBD与SARS-CoV-2相似度达97%），表明其通过自然选择演化。
     
   • 多碱基切割位点的独特性：SARS-CoV-2的刺突蛋白在S1-S2交界处插入了12个核苷酸，形成“RRAR”弗林蛋白酶切割位点，并伴随O-连接糖基化（O-linked glycans）修饰。此类结构在乙型冠状病毒谱系B（如SARS-CoV）中从未发现，但在其他人类冠状病毒（如HKU1）中存在，提示其可能通过自然重组或插入突变获得。
     

2. 自然起源的两种假说

   • 动物宿主预适应假说：SARS-CoV-2可能在中间宿主（如穿山甲）中通过自然选择获得RBD优化和多碱基切割位点。支持证据包括穿山甲冠状病毒的RBD与SARS-CoV-2高度相似，且穿山甲ACE2与人类ACE2结构接近。
     
   • 人类宿主适应假说：病毒祖先可能在跨物种传播至人类后，通过未被监测的人际传播逐步获得关键突变。例如，多碱基切割位点可能在人际传播中插入，从而增强传播力。
     

3. 实验室来源的不可行性

   • 若通过实验室改造生成SARS-CoV-2，需基于已知病毒骨架（如SARS-CoV Urbani株），但基因组分析显示SARS-CoV-2与所有已知实验室毒株无直接关联。
     
   • 多碱基切割位点和O-连接糖基化的同时出现难以通过体外培养实现，因其需复杂的选择压力（如免疫系统作用）。
     

研究意义与价值
1. 科学价值：研究通过基因组证据排除了SARS-CoV-2人为改造的可能性，为病毒起源争论提供了关键数据支撑。
2. 公共卫生意义：若病毒通过动物宿主预适应，需加强野生动物市场监测；若通过人类适应，则需关注隐性传播链的早期发现。
3. 方法论贡献：研究结合结构生物学（如ACE2结合模拟）和进化分析（如重组热点预测），为冠状病毒跨物种传播研究提供了范式。

亮点与创新
- 关键发现：首次系统论证SARS-CoV-2的RBD优化和多碱基切割位点为自然选择结果。
- 跨学科整合：融合病毒学、结构生物学和生物信息学方法，例如通过GISAID数据库的全球病毒序列比对。
- 争议终结：明确否定了“实验室泄漏论”，为后续溯源研究指明方向。

未来方向
作者呼吁加强动物冠状病毒监测（尤其是蝙蝠和穿山甲），并开展回溯性血清学研究以验证早期人类传播假说。研究强调，无论病毒具体起源路径如何，遏制未来人畜共患病需全球协作的“One Health”策略。

（注：术语翻译说明：ACE2=血管紧张素转化酶2；RBD=受体结合域；O-linked glycans=O-连接糖基化；polybasic furin cleavage site=多碱基弗林蛋白酶切割位点）