研究发现新冠跨物种传播风险大：不仅能传染宠物，需加强监测

迄今为止，新冠病毒的起源与中间宿主依然成谜，其感染宠物、牲畜的能力也仍未明确。近日，教育部“动物健康与食品安全”国际合作联合实验室等团队发现，已知会感染新冠病毒的物种的ACE2（血管紧张素转化酶2）可以耐受许多氨基酸变化，表明其物种的屏障可能很低，即跨物种传播风险较大。同时，新冠病毒可能未专门适应其任何假定的中间宿主。

团队分析了最新发布的人ACE2与新冠病毒（SARS-CoV-2）的S蛋白受体结合域（RBD）结合的X射线结构，进而预测不同宠物、农场动物、病毒的假定中间宿主等的ACE2与病毒蛋白的结合。

有效结合宿主受体ACE2是新冠病毒感染细胞的首要前提，它决定了病毒宿主的范围。研究人员发现，与人类ACE2相比，蝙蝠、灵猫等的ACE2均发生了大量氨基酸变化，但仍能够与新冠病毒S蛋白结合，其中蝙蝠ACE2蛋白至少包含5个氨基酸变化。

研究指出，宠物（猫）和家养动物有被SARS-CoV-2感染的风险，因为与其他动物相比，它们在ACE2-S蛋白界面处的氨基酸变化较少。

同时，穿山甲的ACE2相对于人类ACE2表现出7个变化，蝙蝠、浣熊和灵猫的ACE2中存在相似数目的取代，这表明SARS-CoV-2可能不特别适应于某一种假定中间宿主的ACE2，即新冠病毒感染动物的机制可能与感染人类的不同。

这些分析为SARS-COV-2入侵受体及其动物来源、自然起源提供了新见解。该研究成果已于近日在线发表在生物医学预印本平台bioRxiv上，题为“Comparison of SARS-CoV-2 spike protein binding to human, pet, farm animals, and putative intermediate hosts ACE2 and ACE2 receptors”。

研究团队包括南京农业大学教育部“动物健康与食品安全”国际合作联合实验室、德国柏林自由大学兽医学院病毒学研究所、中国农业科学院长春兽医研究所等，研究通讯作者为南京农业大学动物医学院教授、博士生导师粟硕以及柏林自由大学的Michael Veit。

蝙蝠、灵猫等ACE2可耐受大量氨基酸变化，仍与新冠S蛋白结合

研究表明，SARS-CoV-2可能起源于蝙蝠，穿山甲可能是潜在的中间宿主。具体而言，SARS-CoV-2与蝙蝠冠状病毒RaTG13具有高度核苷酸序列同一性，只是其基因组的中间部分、编码病毒S蛋白的基因可能是通过与穿山甲样冠状病毒重组而来。

新冠病毒的S蛋白负责与受体结合入侵宿主，在感染过程中，S蛋白被宿主蛋白酶裂解为S1亚基和S2亚基，分别介导受体结合和膜融合。其中，S1包含受体结合结构域（RBD），在确定组织向性和宿主范围方面至关重要。

在病毒入侵人体时，RBD会与人类受体ACE2（血管紧张素转化酶2）结合。ACE2是新冠病毒和SARS-CoV（严重急性呼吸系统综合征冠状病毒）共同的人类受体膜蛋白，与人血管紧张素转化酶1具有同源性，在人类心血管系统和许多其他器官中显示出保护作用。

先前的研究表明，SARS-CoV-2在狗、猪体内的复制能力很差，但猫却可能被感染。研究人员利用比较生物信息学和结构方法，分析了与SARS-CoV-2的S蛋白受体结合域结合的人ACE2的X射线结构以及病毒S蛋白结构。

由于含有编码ACE2受体的海拉（Hela）细胞系发生了不同的转染，人、猪、灵猫和蝙蝠的ACE2都对SARS-CoV-2易感，但小鼠的ACE2则不敏感。为了评估ACE2中哪些相互作用的氨基酸对于其与病毒S蛋白的结合必不可少，研究人员将人类的ACE2序列与其他物种的ACE2序列进行了比较，进而确定了对病毒与ACE2结合起关键作用的氨基酸位点。研究表明，新冠病毒入侵时，其S蛋白中的17个残基与ACE2中的20个氨基酸接触，其中8个氨基酸与S蛋白中的13个残基形成氢键。

SARS-CoV-2的S蛋白（绿色）和人ACE2（蓝色）的相互作用表面

根据先前的研究，SARS-CoV-2的S蛋白与其受体的亲和力比SARS-CoV的S蛋白结合亲和力更高。SARS-CoV-2中的氨基酸比与ACE2相互作用时会形成更多的氢键。

研究人员发现，相比于人类ACE2，猪的ACE2在与SARS-CoV-2的S蛋白相互作用的表面上有5个氨基酸取代，其中3个位于结合位点的外围。

与人类ACE2相比，猪的ACE2在与SARS-CoV-2的S蛋白相互作用的表面上存在的氨基酸取代，5个取代位置红色标出

研究人员从数据库中提取了3组中华菊头蝠ACE2基因氨基酸序列，它们分别来自广西、湖北和云南。令人惊讶的是，尽管它们的整体氨基酸同一性很高（99％），但在与病毒S蛋白接触的N末端氨基酸中显示出较大的差异。

研究人员发现，蝙蝠ACE2蛋白相较于人ACE2至少包含5个氨基酸变化，其中3个在所有蝙蝠ACE2序列中均被取代，并具有与猪ACE2中相同的残基，但被其他氨基酸取代。团队认为，蝙蝠作为被普遍认为的新冠病毒天然宿主，不同地区中华菊头蝠之间ACE2基因表现出如此多的变化令人惊讶，需要进一步研究。但是，一个比较容易推测出的原因是，蝙蝠和新冠病毒之间的局部共同进化会驱动这些氨基酸变化。

接下来，研究人员分析了灵猫体内的ACE2，其已被证明可以作为SARS-CoV-2的受体。 灵猫的ACE2相对于人ACE2共有7个氨基酸变化，其中3个与猪的ACE2中的取代相同。

与猪、蝙蝠、灵猫相比，不支持SARS-CoV-2细胞感染的小鼠ACE2在与SARS-CoV-2的S蛋白相互作用的表面上有8个氨基酸取代。

总之，部分动物ACE2与人类ACE2相比，和新冠病毒S蛋白相互作用表面中大量的氨基酸变化都不影响其结合，其中猪ACE2中有5个氨基酸取代，而灵猫ACE2中则有7个氨基酸变化。即使蝙蝠ACE2在多次氨基酸取代过程中获得了新的重要的N-糖基化位点，也不能阻止SARS-CoV-2将蝙蝠ACE2用作转染细胞中的受体。

新冠能否跨越物种障碍？跨物种传播风险大，需持续监测

此前4月3日，华中农业大学金梅林教授、中科院武汉病毒所石正丽教授团队等合作在 bioRxiv上发布研究论文称，102只猫的血清ELISA检测显示，来自15只猫（14.7％）的血清对新冠病毒的受体结合域（RBD）呈阳性。但迄今为止，没有证据表明猫会传染人。

在本研究中，科研人员也探讨了新冠病毒S蛋白在与受体ACE2的结合时在宠物中物种障碍（跨物种传播）的情况。与人类相比，狗的ACE2与病毒S蛋白接触的氨基酸中包含5个氨基酸变化，其中3个在猪的ACE2中也被取代。

狗的ACE2与病毒S蛋白接触时的氨基酸变化

与人类相比，猫的ACE2仅有4个氨基酸变化，它们也存在于狗的ACE2中。研究人员此前分析了来自猪、狗和猫的ACE2与病毒S蛋白结合的能力，结果表明，SARS-CoV-2在狗中的复制能力较弱，但在猫中却能够有效复制，并通过飞沫传播给别的猫。

此前有报道称，纽约市布朗克斯动物园的老虎和狮子被感染了SARS-CoV-2。因此研究人员分析了它们的ACE2基因。在猫和老虎的ACE2中，研究人员检测到1个氨基酸差异，但它们与病毒S蛋白接触的残基相同，这解释了为什么老虎也易受SARS-CoV-2感染。

与猫ACE2相比，狮子的ACE2存在另一个较保守的变化，并且与狗ACE2一样，它的一个N-糖基化位点丢失。

研究人员接下来分析了动物模型显示传播新冠风险较高的几种动物。最近的研究表明，雪貂对SARS-CoV-2感染敏感度较高，尽管效率较低，但可以通过飞沫传播病毒。研究结果表明，雪貂ACE2表现出与狗ACE2完全相同的5个氨基酸变化。

此外，叙利亚仓鼠（Syrian hamster）的ACE2蛋白与人类ACE2相比，仅包含两个氨基酸取代；作为较高新冠病毒易感性的动物模型，也作为部分家庭的宠物，豚鼠的ACE2有7个氨基酸取代。

在农场动物中，鸡的ACE2蛋白含有10个氨基酸变化，并且在标号为90的位置丢失了1个N-糖基化位点。鸭子的ACE2也有10个氨基酸取代，研究认为，鸡鸭缺乏对实验性SARS-CoV-2的敏感性似乎是由于病毒不能结合禽类ACE2受体。牛和羊的ACE2与人类相比，只有两个氨基酸变化，而且保留了在人ACE2的90位置的N-糖基化位点。因此，这两种物种的ACE2蛋白都可能起到SARS-CoV-2受体的作用，并且很有可能是易感性较高的动物模型，研究人员指出，需要加强监控以显示它们是否对SARS-CoV-2易感。总体而言，几乎所有已知易受SARS-CoV-2感染的哺乳动物物种（猫和雪貂）在其ACE2蛋白的许多氨基酸中都有突变。这表明这些物种、特别是其中与人类密切接触的物种，有感染病毒的危险，SARS-CoV-2可能会在其中一种动物中建立起额外的病毒库。

研究人员还发现，猪不会被新冠病毒感染、而狗不会被有效感染，这两种动物ACE2的结合位点与人类相比仅有少量变化，但它们呼吸道中的ACE2水平相对较低。