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为解析人冠状病毒 229E（HCoV-229E）宿主识别机制，台湾 “中央研究院” 研究人员开展相关研究，获其 S 蛋白与 hAPN 复合物结构等成果，为理解病毒感染及防控提供依据。
人冠状病毒 229E（HCoV-229E），作为最早被发现能感染人类的冠状病毒，一直是科学界重点关注的对象。冠状病毒家族庞大，其中有 7 种在全球人群中传播，感染症状从普通感冒到严重肺炎不等，如 2002 年 SARS 爆发死亡率达 10%，2012 年 MERS 爆发死亡率达 35% ，而 SARS-CoV-2 引发的 COVID-19 大流行更是对社会和经济造成了难以估量的影响。尽管随着疫苗和药物的应用，COVID-19 感染严重程度有所降低，但不同 HCoVs 感染仍因潜在的人畜共患传播、感染模式和症状变化等问题，成为重要的公共卫生隐患。
HCoV-229E 主要通过其刺突（S）蛋白的受体结合域（RBD）与人类氨肽酶 N（hAPN）结合来实现宿主识别。然而，此前科学家们对 HCoV-229E 的 S 蛋白如何开放 RBD 与宿主受体结合，以及相关糖基化修饰在其中的作用知之甚少。特别是在 HCoV-229E 所属的 α 冠状病毒属中，这方面的信息尤为匮乏。为了填补这些知识空白，来自台湾 “中央研究院” 等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果为理解 HCoV-229E 的感染机制和防控策略提供了关键依据。
在这项研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。冷冻电镜（cryo-EM）技术被用于解析 HCoV-229E S 蛋白与 hAPN 复合物的结构，通过该技术获得了不同分辨率的结构信息，为后续分析提供了基础。质谱（MS）技术则用于对 HCoV-229E S 蛋白和 hAPN 进行位点特异性 N - 糖基化分析，从而确定糖基化修饰的位点和类型。此外，生物膜干涉技术（BLI）被用来研究 hAPN 糖基化对 HCoV-229E S 蛋白结合的影响。
研究结果如下：
- 表达和验证 apo 形式的 HCoV-229E S 蛋白和 hAPN：研究人员利用 Expi293TM 表达系统表达了重组的 HCoV-229E S 蛋白和 hAPN。通过固定金属离子亲和层析（IMAC）和尺寸排阻色谱（SEC）对其进行纯化，发现二者的分子量因糖基化作用比预期更高，这与此前对冠状病毒 S 蛋白和 hAPN 糖基化的报道相符。
- HCoV-229E S 与 hAPN 复合物的整体结构：将重组的 229E S 和 hAPN 混合孵育后进行 SEC 纯化，然后利用冷冻电镜收集数据。经过一系列图像处理和模型构建，得到了 HCoV-229E S 与 hAPN 复合物的结构。该结构显示，与之前报道的 229E S 结构相比，RBD 发生了显著的构象变化以实现与 hAPN 的结合，同时 hAPN 也发生了一定的构象改变，如结构域 I 的角度位移，这可能与信号转导有关。
- HCoV-229E 表面糖基化与受体识别的相互作用研究：通过 MS 结合冷冻电镜对 N - 糖基化进行定量分析，研究人员发现 229E S 和 hAPN 上不同位点的糖基化类型和程度各异。229E S 上多数 N - 糖基化位点为高甘露糖型，而 hAPN 上部分位点有较多的复合型糖基化。利用 GlycoSHIELD 对糖基化屏蔽效应进行量化分析，发现 RBD 向上运动暴露受体结合环的同时，也增加了抗原性。
- hAPN 的 N - 糖基化对 229E S 结合的影响：研究发现 hAPN 上 N265 和 N319 位点的糖基化对 229E S 的结合有重要影响。通过 BLI 分析发现，N265 和 N319 位点突变去除糖基后，229E S 与 hAPN 的结合亲和力降低，表明这些位点的糖基化原本会产生空间位阻，但可能存在与受体结合环的相互作用，从而影响结合亲和力。此外，研究人员还对 229E 变体进行研究，发现随着病毒进化，潜在 N - 糖基化位点增加，糖基化类型也发生变化，这可能与病毒的传播和免疫逃逸有关。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次揭示了 HCoV-229E S:hAPN 复合物中 RBD 的 “开放状态” 构象，这在人类 α 冠状病毒中从未被观察到。通过整合位点特异性 N - 糖基化分析和糖基化屏蔽效应研究，明确了受体和抗体潜在的作用靶点，如 S11 和 C04 抗体识别的位点。同时，研究强调了 N265 和 N319 位点糖基化在受体结合界面产生的空间位阻，为设计治疗性 hAPN 诱饵提供了理论指导。此外，研究人员构建的膜锚定、完全糖基化的 HCoV-229E S:hAPN 复合物模型，有助于阐释病毒的潜在进入机制。从病毒进化角度看，HCoV-229E S 蛋白潜在 N - 糖基化位点数量增加，可能是其免疫逃逸的一种策略，这一发现为冠状病毒进化研究提供了新的视角。总体而言，这项研究在分子层面深入解析了 HCoV-229E 的宿主识别机制，为开发针对该病毒的防控策略奠定了坚实基础。
