2024年8月8日，我所崔胜/高小攀研究团队和中国科学院物理研究所丁玮/朱洪涛团队合作在《Cell Discovery》在线发表了题为“Structural Basis for the Interaction between human coronavirus HKU1 Spike Receptor Binding Domain and its receptor TMPRSS2”的研究论文。

在人类冠状病毒中，除了SARS-CoV、MERS-CoV和SARS-CoV-2外，还有一些相对温和病毒，OC43、229E、NL63和HKU1，主要引起普通感冒等疾病。HKU1于2005年在香港首次发现，在成年人中可能仅导致普通感冒，但在儿童、老年人或免疫功能低下的患者中可能导致重症肺炎。目前，HKU1主要包括三种病毒基因型：HKU1-A、HKU1-B和HKU1-C。多年以来，HKU1入侵宿主的蛋白质受体一直未发现。2023年，法国科学家Olivier Schwartz等鉴定出TMPRSS2为HKU1病毒入侵细胞的受体。

早在2017年，崔胜和钱朝晖团队利用晶体学技术解析了高分辨率HKU1-S1 RBD结构，首揭示了Insertion和Receptor Binding Groove等关键结构元件，为理解S蛋白介导的HKU1入侵及受体结合奠定了重要基础（Nat Commun.2017 May 23;8:15216.）

本研究在原有研究基础上利用昆虫细胞分别表达了HKU1A-RBD、HKU1B-RBD和TMPRSS2蛋白胞外区，并通过生物膜干涉技术（BLI）证明HKU1 1A-RBD、1B-RBD与TMPRSS2的亲和力较高。随后，研究人员分别解析了HKU1A-RBD、HKU1B-RBD与TMPRSS2的复合物的冷冻电镜结构，发现：HKU1 S蛋白RBD的受体结合沟(RBG)与TMPRSS2 C端胰蛋白酶样丝氨酸肽酶(SP)结构域活性位点附近的疏水区发生直接相互作用。二者之间的互作主要由疏水作用和盐桥作用力介导。研究人员进而对参与RBD-TMPRSS2互作的关键氨基酸进行了系统的突变实验。

基于实验结果，本研究提出了一个基于糖、蛋白质双受体的HKU1 S蛋白与宿主细胞受体相互作用的工作模型。HKU1病毒需要糖受体和蛋白受体来实现S蛋白介导的细胞吸附和入侵。在没有糖基受体的情况下，HKU1 S蛋白三聚体采取闭合构象，所有受体结合域（RBDs）都处于向下(down)的位置。而当糖基受体（9-O-acetylated α2,8-linked sialicacid）与S1-NTD结合后，破坏了HKU1 S蛋白的闭合状态并诱导RBD翻转向上(up)。最后，处于向上位置的RBD为TMPRSS2的结合提供了足够的空间，最终导致RBG和TMPRSS2 SP结构域之间发生直接相互作用。

图.HKU1 RBD与TMPRSS2复合物的冷冻电镜结构及HKU1 S蛋白介导的入侵工作模型

这项研究揭示了HKU1 RBD与TMPRSS2相互作用精确的结构基础，与最近发表在Cell（Cell.2024 Jun 21:S0092-8674(24)00656-1.；Cell.2024 Jun 26:S0092-8674(24)00646-9.；Cell.2024 Jun 21:S0092-8674(24)00647-0.）和Cell Res（Cell Res.2024 Jul;34(7):526-529.）等期刊的HKU1-TMPRSS2相关研究成果一致。本论文对于理解HKU1的入侵机制和基于S蛋白的疫苗和抗病毒药物设计提供了基础。

本研究工作得到国家重点研发计划（2023YFC2307800）、中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2022-I2M-1-021）、国家自然科学基金（82341095, 82072291, 82272308）、国家自然科学基金委员会与香港研究资助局联合科研资助基金（82261160398, N_HKU767/22）等项目的资助。中国医学科学院病原生物学研究所崔胜研究员，高小攀研究员和中国科学院物理研究所丁玮高级工程师，朱洪涛研究员为论文共同通讯作者。中国医学科学院病原生物学研究所高小攀研究员、博士后朱凯祥和中国科学院物理研究所博士后王琳为论文共同第一作者。