当下全球公共卫生领域,人畜共患病始终是全民关注的热点防控难题,世界卫生组织数据显示超七成新发人类传染病源自野生动物,冠状病毒更是多次掀起全球健康危机,从 2003 年 SARS、中东 MERS 到新冠大流行,累计造成超 7 亿人次感染、数百万死亡。
蝙蝠作为各类 SARS 相关冠状病毒的天然储存宿主,长久以来存在一个极具迷惑性的科学谜题:亲缘关系高度相近的冠状病毒能在蝙蝠体内长期共存、不诱发严重病症,可一旦跨物种侵入人体,就会快速触发剧烈炎症甚至致命损伤,两种宿主间的免疫屏障与病毒突破机制始终缺乏清晰的分子解释。
2026 年发表于《Cell Host & Microbe》的一项联合研究给出了突破性答案,来自加州大学旧金山分校、西奈山伊坎医学院等机构的科研团队搭建蝙蝠与人类两套细胞实验体系,绘制完整病毒-宿主蛋白互作网络,证实病毒辅助蛋白Orf9b仅一处氨基酸单点变异,就能彻底改变病毒和宿主线粒体蛋白的结合偏好,成为调控免疫逃逸、决定跨物种感染潜力的核心分子开关,同时还找到了另一枚突破蝙蝠细胞复制限制的核衣壳关键突变,完整拆解冠状病毒实现人畜溢出的双重分子条件。
这项研究首先攻克了此前领域内最大的技术短板:长期缺少可稳定传代、适配冠状病毒实验的蝙蝠细胞系。研究团队首次构建永生化马蹄蝠肺成纤维细胞 RFe,还进一步改造出稳定表达人类 ACE2、TMPRSS2 受体的 RFe-AT 蝙蝠细胞株,搭建起能够直接对比病毒在蝙蝠、人类细胞行为的标准化实验平台。
实验选取新冠病毒 SARS-CoV-2、其近缘蝙蝠病毒 RaTG13 作为对照毒株,二者全基因组相似度高达 96.2%,RaTG13 仅在中华菊头蝠体内被检出,至今没有人类感染病例。
研究采用亲和纯化质谱(AP-MS)技术,分别在人 HEK293T 细胞、蝙蝠 RFe 细胞中解析两种病毒全部蛋白的宿主结合全景图谱,对比后得出出人意料的结果:即便基因组高度同源,两套病毒的宿主蛋白互作网络重合度极低,在人类细胞中仅有 14% 的互作蛋白为二者共有,蝙蝠细胞中共享互作仅 10%,微小的序列差异就能重塑整套病毒与细胞的作用通路,其中Orf9b蛋白带来的互作分化是全部差异里最关键的线索。
Orf9b是病毒编码的小型辅助蛋白,全长不足 100 个氨基酸,SARS-CoV-2 与 RaTG13 仅在第 72 号氨基酸存在一处差异:新冠Orf9b为苏氨酸(T72),RaTG13 对应位点是异亮氨酸(I72),这一处单点差异直接切换蛋白靶向的线粒体宿主分子,在两种宿主细胞中呈现完全相反的作用模式。
在人体细胞内部,线粒体外膜蛋白 Tom70 是细胞先天免疫的核心预警元件,负责启动干扰素抗病毒信号通路。携带 T72 构型的新冠Orf9b可以和 Tom70 高强度结合,直接阻断线粒体免疫信号向下传导,相当于掐断细胞的抗病毒警报,让病毒顺利躲避免疫清除、完成大量复制,而 RaTG13 的 I72 型Orf9b与 Tom70 结合能力大幅减弱,无法有效压制人体干扰素应答,很难在人体细胞内稳定增殖。
一旦实验环境切换至蝙蝠细胞,二者的作用逻辑会彻底反转,蝙蝠细胞会特异性高表达线粒体限制因子 MTARC2,RaTG13 的 I72 型Orf9b会优先和 MTARC2 紧密结合,该蛋白会通过调控细胞代谢、氧化稳态双重抑制病毒复制,这也是蝙蝠携带 RaTG13 却不会发病的核心分子原因。反观新冠 T72 构型Orf9b和蝙蝠 MTARC2 结合力极弱,得以挣脱蝙蝠细胞自带的抗病毒束缚,获得在蝙蝠细胞存活复制的基础能力,研究通过免疫共沉淀、荧光蛋白互补定量两套独立实验,反复验证了这种结合偏好的物种特异性差异。
基于亲和纯化质谱(AP-MS)的SARS相关冠状病毒比较网络分析方法
仅仅依靠Orf9b适配免疫通路,还不足以让新冠病毒在蝙蝠细胞完成完整增殖周期,野生原始新冠毒株完全无法在 RFe-AT 蝙蝠细胞中产生子代病毒。研究通过多轮病毒连续传代驯化结合全基因组测序筛选,鉴定出核衣壳蛋白 N 的单点突变 N_P80T,该突变是新冠在蝙蝠细胞实现有效复制的充分必要条件。只有同时携带 N_P80T 突变、搭配 T72 型Orf9b,新冠才能突破蝙蝠细胞的多层宿主限制;单独引入 N_P80T 或是单独改造Orf9b,都无法实现稳定感染,这说明冠状病毒想要完成跨物种溢出,需要两套独立分子改变协同生效,一套负责躲避宿主免疫监控,另一套适配宿主胞内复制环境,二者缺一不可。
为夯实 “72 位氨基酸是分子开关” 这一核心结论,科研团队构建定点突变重组病毒开展功能验证。将新冠Orf9b的 T72 突变为 I72 后,突变毒株无论在人还是蝙蝠细胞内复制效率都大幅下降,RNA 测序检测显示突变株会显著上调细胞干扰素刺激基因(ISG),病毒压制先天免疫的能力几乎完全丧失;反之把 RaTG13 的 I72 替换为 T72,原本无法逃逸人体免疫的蝙蝠病毒,会获得强力结合 Tom70、阻断免疫应答的能力。
从进化维度追溯,跨多谱系冠状病毒序列比对可见,T7 是Orf9b蛋白的原始保守氨基酸,I72 突变在多种蝙蝠冠状病毒中独立演化出现,但全球流行的人类新冠毒株极少携带 I72 突变,这一演化特征清晰体现病毒的适应性取舍:保留 T72 更利于在人体内实现免疫逃逸,突变为 I72 则适配蝙蝠宿主的限制因子环境,完整解释不同冠状病毒宿主分化的底层演化逻辑。团队同时补充功能对照实验,证实 MTARC2 仅特异性抑制冠状病毒复制,对流感、水泡性口炎等其他 RNA 病毒无阻断效果,精准对应蝙蝠对冠状病毒独有的天然耐受特征。
这项研究跳出过去仅依靠全基因组同源性粗略预判动物病毒风险的传统思路,下沉到蛋白互作的微观分子层面,锁定Orf9b第 72 位、核衣壳 N 第 80 位两个可定点监测的关键突变位点,为全球野生动物病毒野外筛查、人畜共患病前置预警提供了可量化的分子标志物。
过往野外病毒溯源只能粗略判断毒株与已知致病病毒的亲缘远近,如今可直接检测这两个核心位点的氨基酸类型,快速评估该野生动物病毒跨人类溢出的潜在风险,大幅提升新发传染病的前置防控能力。同时研究揭示线粒体代谢蛋白 MTARC2、Tom70 是调控冠状病毒免疫应答的关键靶点,也为广谱抗冠状病毒药物、宿主导向新型疗法的开发开辟了全新研究方向。
当然体外双细胞模型的实验结论不能完全等同于活体蝙蝠的真实生理环境,蝙蝠体内肠道、呼吸道多层物理屏障、共生微生物群落、长期低水平炎症耐受机制,都会协同调控体内病毒载量,是多重屏障共同阻隔重症感染。后续研究可拓展多种菊头蝠、不同谱系冠状病毒构建大规模互作数据库,完善标准化分子风险评分体系。整体研究清晰证实,冠状病毒实现人畜跨物种传播无需积累大量基因组突变,仅两处关键位点微小氨基酸微调,就能同步突破宿主免疫防御与胞内复制双重限制,这一发现刷新了学界对动物源性病毒溢出机制的认知,也为未来全球大流行预警、抗病毒干预研发打下扎实的分子理论基础。(生物谷Bioon.com)