The EMBO Journal | 山西農(nóng)業(yè)大學牛勝課題組揭示貓傳染性腹膜炎病毒入侵和受體識別的新機制

近日，山西農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學學院牛勝課題組聯(lián)合中國科學院微生物研究所、浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院、華中農(nóng)業(yè)大學等單位，在國際學術(shù)頂級期刊《The EMBO Journal》在線發(fā)表題為“Structure and receptor recognition of type-II feline infectious peritonitis virus spike glycoprotein”的研究論文。該研究首次系統(tǒng)解析了II型貓傳染性腹膜炎病毒（FIPV-II）代表性毒株79-1146（FIPV-1146）刺突蛋白（S）三聚體及其與貓氨基肽酶N（cAPN）受體復合物的多種構(gòu)象狀態(tài)，揭示了APN受體結(jié)合誘導S蛋白發(fā)生關(guān)鍵構(gòu)象重排的分子機制，并闡明了FIPV-II宿主限制性的結(jié)構(gòu)基礎，為抗冠狀病毒藥物研發(fā)和貓傳染性腹膜炎（FIP）防控提供了重要的理論依據(jù)。

貓傳染性腹膜炎是由貓冠狀病毒（FCoV）引起的貓科動物最致命的傳染病之一，死亡率接近100%，目前尚無有效疫苗。2023年，新型FCoV重組毒株（FCoV-23）在塞浦路斯島引發(fā)大規(guī)模FIP疫情，并擴散至英國，凸顯了深入認知病毒入侵機制的緊迫性。盡管氨基肽酶N（APN）已被確認為FIPV-II的關(guān)鍵入侵受體，而FCoV-23的S基因恰好屬于II型，但FIPV-II的S蛋白與APN相互作用的精細結(jié)構(gòu)動態(tài)一直未被解析，嚴重制約了抗病毒策略的研發(fā)。

針對這一科學問題，研究團隊首先解析了FIPV-1146 S蛋白三聚體靜息狀態(tài)的高分辨率結(jié)構(gòu)（2.78 ?），發(fā)現(xiàn)其所有受體結(jié)合域（RBD）均采用“平躺”構(gòu)象，這種緊湊排布在空間上完全阻斷了RBD與APN的接觸，提示病毒入侵必須依賴構(gòu)象重排。更為關(guān)鍵的是，研究團隊通過解析FIPV-1146 S蛋白與cAPN復合物的多種冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，直接捕獲了APN誘導的構(gòu)象變化過程：APN的結(jié)合促使RBD從“平躺”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢玖ⅰ睒?gòu)象，從而暴露受體結(jié)合界面。結(jié)果顯示單個cAPN二聚體可同時結(jié)合兩個S蛋白三聚體，而S1亞基解離后的三聚體則呈現(xiàn)所有RBD“站立”的開放狀態(tài)，進一步證實了APN誘導的結(jié)構(gòu)可塑性是病毒有效入侵的核心步驟（圖1）。

圖1APN受體結(jié)合觸發(fā)FIPV-II刺突蛋白構(gòu)象重排的動態(tài)機制

此外，團隊還成功解析了FIPV-1146 RBD與cAPN單獨復合物的高分辨率結(jié)構(gòu)（2.85 ?），精準描繪了二者結(jié)合界面（圖2）。結(jié)構(gòu)分析和突變驗證表明，cAPN上的R378、D751、R779以及N748位點的糖基化在維持高親和力結(jié)合中發(fā)揮關(guān)鍵作用，尤其是N748糖基化的缺失（T750R突變）會徹底破壞結(jié)合能力。

圖2FIPV-1146和FCoV-23具有類似的受體結(jié)合模式

研究團隊進一步對來自17個物種（涵蓋大部分寵物、飼養(yǎng)動物和少部分野生動物）APN介導FIPV-1146的S蛋白結(jié)合能力與病毒感染效率進行系統(tǒng)評估。結(jié)果表明，F(xiàn)IPV-1146的宿主受體結(jié)合譜較窄，僅能有效識別貓、犬和赤狐的APN。與之相比，豬傳染性胃腸炎病毒（TGEV）則具有更寬的受體結(jié)合譜，并能夠利用豬、牛、馬、駱駝和大熊貓等多種動物的APN感染細胞（圖3）。通過結(jié)構(gòu)比較和突變篩選，團隊鑒定出FIPV-1146 RBD中的N595和Q596兩個關(guān)鍵氨基酸是限制其宿主范圍的核心分子開關(guān)。引入N595K和Q596R這兩個突變后，F(xiàn)IPV-1146 RBD獲得了對豬、牛、馬和大熊貓APN的結(jié)合能力。

圖3 TGEV可以利用比FIPV-1146更廣泛的動物APN感染細胞

這些發(fā)現(xiàn)不僅從原子水平闡明了FIPV-II利用APN受體入侵細胞的結(jié)構(gòu)動態(tài)機制，更首次揭示了APN結(jié)合誘導S蛋白構(gòu)象重排是病毒啟動入侵的關(guān)鍵觸發(fā)事件，為理解冠狀病毒受體識別過程的構(gòu)象調(diào)控提供了新范式。同時，該研究明確了RBD-APN界面關(guān)鍵殘基和糖基化修飾在宿主特異性中的決定性作用，為評估FIPV跨物種傳播風險和開發(fā)廣譜抗病毒藥物提供了直接證據(jù)。這是研究團隊繼2025和2023年分別在PLoS Pathogens（DOI: 10.1371/journal.ppat.1012836）和Science Bulletin（DOI: 10.1016/j.scib.2023.09.011）上揭示豬冠狀病毒和狐貍源冠狀病毒的入侵和跨種傳播機制后，在貓冠狀病毒的入侵和受體識別機制研究中的又一項重要成果。

山西農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學學院牛勝副教授為本論文的第一作者兼通訊作者、博士生田宇陽、中國科學院微生物研究所博士后Linh Nguyen、山西省中醫(yī)院白崇智副研究員為論文共同第一作者；浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院孫俊清博士和山西農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學學院田文霞教授為論文的共同通訊作者。研究得到了中國科學院微生物研究所高福院士、王奇慧研究員、華中農(nóng)業(yè)大學李文濤教授等的大力支持。該研究獲得國家自然科學基金面上項目、山西省三晉英才支持計劃、山西農(nóng)業(yè)大學高層次人才專項等項目的資助。

文章來源：生命科學前沿

文章鏈接 ： https://link.springer.com/article/10.1038/s44318-026-00849-2