这篇文档属于类型a，是一篇关于新冠病毒刺突蛋白早期融合中间体结构及其作为抗病毒靶点的原创研究。以下是详细的学术报告：
主要作者及发表信息
本研究由Lixiao Xing（邢立晓）、Zhimin Liu（刘治民）、Xinling Wang（王欣玲）等来自复旦大学上海医学院感染与生物安全研究所的团队主导，通讯作者为Shibo Jiang（姜世勃）、Lei Sun（孙蕾）和Lu Lu（陆路）。研究成果于2025年3月6日发表在Cell期刊（卷188，页码1297–1314），标题为《Early fusion intermediate of ACE2-using coronavirus spike acting as an antiviral target》。
学术背景
研究领域与动机
新冠病毒（SARS-CoV-2）通过刺突蛋白（Spike, S蛋白）与宿主细胞受体ACE2结合介导膜融合，但ACE2结合后、S1亚基脱落前的中间构象尚未明确。这一空白限制了针对膜融合过程的抗病毒靶点开发。本研究旨在解析ACE2诱导的S蛋白早期融合中间体（early fusion intermediate conformation, E-FIC）结构，并基于此设计双功能抗病毒蛋白。
关键科学问题
1. ACE2结合后，S2亚基如何从预融合状态过渡到后期融合中间体（L-FIC）？
2. 能否利用E-FIC结构开发广谱抗冠状病毒药物？
研究流程与方法
1. E-FIC结构的捕获与解析
- 研究对象：SARS-CoV-2 S蛋白胞外域（D614G突变，经弗林蛋白酶切割）与ACE2复合物。
- 方法：
- 冷冻电镜（cryo-EM）：在不同时间点（20秒至10分钟）采集ACE2与S蛋白结合后的构象动态数据。
- 局部细化：对S1-ACE2结合区域和S2亚基分别进行高分辨率重构（分辨率达2.99–3.45 Å）。
- 关键发现：
- 鉴定出E-FIC状态：S1形成环状结构，S2的HR1（heptad repeat 1）和中央螺旋（CH）延伸为三链 coiled coil，但S1仍与S2结合。
- 发现新型结构域IL770（intermediate loop 770）：嵌入HR1与3H（three-helix segment）的沟槽中，其上的S2’切割位点（R815）暴露，利于TMPRSS2切割。
2. 结构动态分析
- 构象转变机制：
- S1旋转：ACE2结合后，S1逆时针旋转53°，向外移动4°，减少S1-S2相互作用，为HR1延伸提供空间。
- 膜接近：S2底部构象重排缩短病毒膜与宿主膜距离，促进融合肽（FP）插入。
- IL770的替换：S2’切割后，S1脱落，HR2逐步取代IL770，形成六螺旋束（6-HB）完成融合。
3. 双功能抗病毒蛋白AL5E的设计与验证
- 设计原理：基于E-FIC中ACE2与HR1的空间邻近性，将ACE2与HR1结合肽EK1通过柔性链接（G4S）5连接，构建AL5E。
- 体外验证：
- 假病毒中和实验：AL5E对20种SARS-CoV-2变异株（包括Omicron亚系）的抑制活性（IC50 0.03–1.96 nM）比ACE2或EK1单体提高26–623倍。
- 病毒灭活实验：AL5E使假病毒失活（EC50 1.29–8.72 nM），活性提升21–754倍。
- 体内效果：
- 小鼠模型：吸入式AL5E治疗BA.5.2感染小鼠后，肺部和脑部病毒载量降低1.3–3.7 log，炎症因子（如CXCL-10）表达显著下降。
- 长期保护：AL5E预处理病毒可减少脑部小胶质细胞活化，提示对长期新冠（Long COVID）相关神经炎症的潜在干预价值。
主要结果与逻辑链条
- 结构解析：E-FIC揭示了HR1延伸与IL770的调控作用，填补了预融合至L-FIC的构象空白。
- 靶点验证：AL5E通过同时结合RBD和HR1，协同阻断病毒结合与膜融合。
- 广谱性：AL5E对SARS-CoV、HCoV-NL63等ACE2利用型冠状病毒均有效，EC50达1.08–18.13 nM。
结论与价值
- 科学意义：首次阐明ACE2诱导的S蛋白E-FIC结构，提出IL770在膜融合中的关键作用。
- 应用价值：AL5E作为双功能抗病毒蛋白，兼具病毒灭活和感染抑制能力，优于单一靶点药物（如瑞德西韦）。
- 临床潜力：吸入式AL5E安全性高（CC50 > 90 μM），半衰期18.3小时，适合预防和治疗。
研究亮点
- 结构创新：捕获E-FIC的高分辨率结构，揭示IL770的动态调控机制。
- 方法学：结合冷冻电镜时间分辨技术与双功能蛋白设计，推动抗病毒药物开发范式。
- 转化医学：AL5E的广谱性和低免疫原性为应对冠状病毒变异提供新策略。
其他价值
- 技术拓展：研究开发的ACE2-EK1融合蛋白设计策略可推广至其他包膜病毒抑制剂开发。
- 长期影响：AL5E对脑部炎症的缓解作用为新冠后遗症治疗提供新思路。
（报告完）