SARS-CoV-2奥密克戎变异株通过进化增强肝素硫酸结合能力促进感染的分子机制

这篇研究揭示了SARS-CoV-2奥密克戎（Omicron）变异株通过突变积累增强刺突蛋白（Spike）与细胞表面肝素硫酸（HS）的结合能力，从而突破ACE2低表达细胞的感染限制。研究结合CRISPR筛选、静电势分析和突变回补实验，证实HS结合位点从早期变异株向BA.2.86等新亚型的动态迁移，并发现跨膜丝氨酸蛋白酶（TMPRSS2）可剪切HS蛋白聚糖（HSPG），部分解释了奥密克戎在TMPRSS2高表达细胞中感染效率降低的现象。

　　

SARS-CoV-2奥密克戎变异株的肝素硫酸利用进化动力学

ABSTRACT
奥密克戎变异株通过获得大量突变显著提升了传染性。研究发现其刺突蛋白（Spike）与细胞表面肝素硫酸（HS）的结合亲和力远高于野生型（WT），使其能够感染ACE2低表达的细胞。静电势分析表明，刺突蛋白累积的正电荷突变（如Q493R、Q498R）是增强HS结合的关键。对BA.1、BA.2、XBB.1等亚型的比较显示，HS结合位点从早期变异株的RBD左上区域（位点I）迁移至BA.2.86的右上区域（位点II）。此外，TMPRSS2可特异性剪切细胞表面HSPG，这可能是奥密克戎在TMPRSS2高表达细胞中感染效率降低的原因之一。

INTRODUCTION
奥密克戎变异株的刺突蛋白携带30余个突变，其S1亚基负责与ACE2、神经纤毛蛋白-1（neuropilin-1）等宿主受体结合。尽管突变对ACE2结合的影响已被广泛研究，但对其他细胞表面分子的作用尚不明确。S2亚基的膜融合功能依赖宿主蛋白酶（如TMPRSS2或组织蛋白酶）的切割，而奥密克戎更倾向于利用内体中的组织蛋白酶。

RESULTS
奥密克戎获得感染低ACE2表达细胞的能力
BA.1的RBD-Fc可结合内源性ACE2低表达的HEK293T细胞及_ACE2敲除（KO）细胞，而WT RBD无此特性。假病毒实验显示，BA.1对低ACE2表达细胞的感染效率显著高于D614G毒株，且该感染依赖HS而非ACE2。

CRISPR筛选揭示HS结合关键基因
通过CRISPR-Cas9 KO文库筛选，发现糖胺聚糖（GAG）合成相关基因_SLC35B2（硫酸转运体）和_B3GAT3（HS合成酶）的缺失会消除BA.1 RBD结合。肝素酶处理或肝素竞争实验证实BA.1 RBD特异性结合HS。

突变分析揭示HS结合增强机制
将BA.1 RBD的15个突变逐一回补至WT序列，发现E484A和Q493R等正电荷突变显著提升HS结合。全刺突蛋白分析进一步显示，P373S、F375S等突变通过稳定RBD“开放”构象促进HS结合。

奥密克戎亚型的HS结合模式分化
BA.1、BA.2和BA.2.86的刺突蛋白以“开放”构象高效结合HS，而BA.4/5和XBB.1因RBD“闭合”构象导致结合减弱。将BA.4/5的F486V和R493Q回补为BA.1序列可恢复HS结合能力。

TMPRSS2剪切HSPG限制奥密克戎感染
胰蛋白酶或TMPRSS2处理可选择性清除细胞表面HS，但不影响其他膜蛋白（如HLA I类或CD46）。TMPRSS2高表达显著抑制BA.1假病毒对低ACE2细胞的感染，印证了HS在奥密克戎入侵中的核心作用。

DISCUSSION
奥密克戎通过正电荷突变优化HS结合，可能促进上呼吸道感染但削弱肺部感染。HS结合位点的动态迁移（如BA.2.86的位点II）反映了病毒持续进化策略。TMPRSS2对HSPG的剪切为奥密克戎的细胞嗜性差异提供了新解释。该研究为疫苗设计和抗病毒靶点开发提供了理论依据。