近期科研成果掃描

編者按

近日，清華大學環境學院王書肖團隊合作建立中國汞流向並揭示汞排放全球驅動力，生命學院李雪明研究組合作發文揭示細菌II型分泌系統外膜複合物的分泌機制，醫學院董忠軍課題組報道一種人類免疫缺陷病的致病機制，醫學院劉曉冬研究組發文揭示抑制鈣離子通道的新方式，環境學院合作發文揭示重霾期間硫酸鹽生成機制，生命學院王新泉、向燁研究組發文揭示冠狀病毒入侵宿主細胞關鍵步驟。

環境學院王書肖團隊合作建立中國汞流向並揭示汞排放全球驅動力

近日，清華大學環境學院王書肖教授研究組合作在《環境科學與工程》（Environmental science & technology）發表了題為《中國汞流向及全球驅動力》（Mercury flows in China and global drivers）的研究論文（Research article），首次建立了我國汞流向並揭示了我國汞排放的全球驅動力。

2010年中國汞流向。

全球汞污染問題已經引起國際社會的廣泛關注。2016年8月31日，我國政府正式向聯合國交存了《關於汞的水俁公約》的批准文書，成為第三十個批約國。按照公約要求，各締約國應在汞的供應來源和貿易、添汞產品、使用汞或汞化合物的生產工藝、大氣汞的排放、水體和土地汞釋放、以及汞廢物處理處置等多個領域開展污染控制。然而，中國相關領域的研究目前主要集中在大氣汞排放，對公約其他條款涉及的汞供應與使用、水體和土地汞釋放等缺乏研究。此外，已有研究往往對不同源進行孤立分析，而忽略了源之間由於廢物和副產品流動和使用導致的排放和釋放，同時缺乏對水體和土地汞釋放的全球驅動力研究。

本研究採用物質流分析的方法和多區域投入產出模型進行綜合研究。結果表明，中國2010年汞輸入量達到2643噸。其中，原生汞礦開採的汞輸入量為926噸；由於使用燃煤、有色金屬精礦等原料輸入的汞量為1714噸；其餘來自生物質燃燒。輸入的汞主要排放到大氣（633 噸）、釋放到水體（84 噸）、釋放到土地（651 噸）、暫存在固體廢物和產品（795 噸）、固化穩定化（420 噸）、隨產品出口到其他國家（129 噸）。不同生產活動間的廢物和副產品的流動和使用能夠減少汞向土地的釋放量，但是由此帶來102噸大氣汞的二次排放。

這些研究結果表明，未來汞污染控制應從物質流的角度建立綜合控制策略，從而減少汞的跨介質和跨部門污染，而不僅僅是針對單一環境介質或某一行業開展減排控制。此外，研究發現中國67%的汞排放/釋放主要受本國消費的驅動，剩餘排放主要受美國、日本等其他區域消費的驅動。其中，美國是中國汞排放/釋放的最大外部驅動力。這些研究成果將為中國汞污染控制和履行汞公約提供基礎數據支撐，也將為汞公約的進一步完善和未來締約國的責任分配提供重要科學依據。

清華大學環境學院碩士生惠霂霖（2016年7月畢業）、博士後研究員吳清茹為本文共同第一作者，王書肖教授與美國密歇根大學梁賽博士為共同通訊作者。本項研究受到國家重點基礎研究發展計劃（973）項目、國家自然科學基金、中國博士後基金、中國國家哲學社會科學基金重大項目、區域環境質量協同創新中心等部門的支持。

論文鏈接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.6b04094

生命學院李雪明研究組合作發文揭示細菌II型分泌系統外膜複合物的分泌機制

1月9日，清華大學生命科學學院李雪明課題組在《自然結構和分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）雜誌在線發表題為《細菌II型分泌系統的分泌素結構及其工作機制》（Structural Insights into Secretin Translocation Channel in Type II Secretion System）的研究論文，該工作通過冷凍電鏡的研究手段首次揭示了細菌II型分泌系統外膜複合物GspD分泌素通道的原子解析度結構以及通道的半開放狀態結構，結合相應的生化實驗，闡述了底物通過II型分泌系統分泌素的分泌機理。

革蘭氏陰性菌通過一系列不同類型的分泌系統向胞外或者其他細胞分泌各種底物，包括離子，小分子（如抗生素），大分子物質（如毒性蛋白，脫氧核糖核酸）等，這些分泌出的底物大多都與人類健康息息相關。其中的II型分泌系統（T2SS）分泌的底物主要是摺疊好的成熟蛋白質，通常是與疾病直接相關的毒性因子或效應蛋白，其中比較熟知的有霍亂毒素、腸毒素，以及外毒素A。T2SS的外膜複合物分泌素GspD是分泌底物通過細菌外膜的最後通道，先前只有N末端幾個結構域的晶體結構，以及低分辨冷凍電鏡結構。長久以來，缺乏高解析度的結構信息來幫助理解通道的整體構造及相應的底物分泌機理。

該工作通過冷凍電鏡單顆粒重構的方法首次解析了全長分泌素GspD複合物約3埃解析度的分子結構，包括大腸桿菌(Escherichia coli)和霍亂弧菌(Vibrio cholerae)來源的兩種複合物。這不僅是T2SS外膜複合物第一個全長的原子解析度結構，也是分泌素家族的第一個全長的原子解析度結構。該工作首次揭示了GspD複合物具有十五重對稱性（C15），不同於之前報道的十二重對稱(C12)結構模型。該分子結構清晰地展示了蛋白N端結構域形成的環形通道結構，澄清了之前通過晶體結構推測出來的不準確結構模型。該工作還首次觀察到了一個由C端結構域形成的新穎的雙層β桶構造，其中每層至少有60根反平行的β股(β－strand)構成，是目前結構已知的最大β桶構造的通道。這一巨大的桶形結構由外表面上結合的S結構手把手圍繞起來，發揮穩定雙層β桶的作用。通過在中心通道的邊緣區域點突變的方法將非常保守的甘氨酸突變成丙氨酸，使關閉的分泌素通道轉變成到一個半開放的狀態，通過進一步的結構和功能分析，本工作闡述了底物通過分泌素GspD通道的分泌機理。

圖為分泌素GspD蛋白的冷凍電鏡結構和通道開關的分子機制。（a）GspD複合物的電子密度圖和原子模型圖。上半部分為大腸桿菌（Escherichia coli）來源的GspD，下半部分為霍亂弧菌（Vibrio cholerae）來源的GspD，右半部分為電子密度圖和原子模型疊加在一起的頂視圖。（b）半開放狀態的結構與野生型的對比剖面圖。電子密度圖低通濾波到7埃。（c）基於得到的結構和生化驗證提出的通道開放分子模型圖。黑色圓圈表示中間門控起轉折的關鍵甘氨酸。

清華大學生命學院李雪明研究員和浙江大學的朱永群教授為本工作的共同通訊作者。清華大學生命學院2014級直博生嚴照峰和北京大學、清華大學和北京生命科學研究所聯合培養博士研究生項目（PTN項目）2014級博士生尹孟為本文共同第一作者。浙江大學博士生徐丹丹也參與了這項研究工作。該工作的冷凍電鏡數據採集在國家蛋白質科學設施（北京）的清華大學冷凍電鏡平台完成，數據處理在國家蛋白質科學設施（北京）清華大學高性能計算平台完成。該工作獲得了生命科學聯合中心、北京市結構生物學高精尖創新中心、國家自然科學基金委面上項目和科技部重點研發計劃的經費支持。

http://www.nature.com/nsmb/journal/vaop/ncurrent/full/nsmb.3350.html

醫學院董忠軍課題組報道一種人類免疫缺陷病的致病機制

近日，清華大學醫學院免疫學研究所董忠軍博士領導的團隊在《實驗醫學雜誌》 (Journal of Experimental Medicine)發表論文「解析淋巴細胞活化信號分子結合蛋白 (SAP)依賴和非依賴的淋巴細胞活化信號分子 (SLAM)家族受體信號調控自然殺傷T 細胞 (NKT)發育和體液免疫應答」 (Dissection of SAP-dependent and SAP-independent SLAM family signaling in NKT cell development and humoral immunity)。這是該課題組繼《免疫》 (Immunity) (2012)和《免疫》 (Immunity) (2016)發表後再次揭示人類免疫缺陷性疾病X連鎖淋巴組織增生綜合征 (XLP)發病機制。

淋巴細胞活化信號分子結合蛋白 (SAP)依賴和非依賴淋巴細胞活化信號分子 (SLAM)家族受體信號的免疫調節作用。

淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體具有傳遞淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)依賴和非依賴信號的能力，淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體傳遞淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)依賴信號對自然殺傷T細胞(NKT)細胞發育至關重要，淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體或者淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)缺失均導致自然殺傷T細胞(NKT)細胞發育受阻(左)；淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)依賴的淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體信號對輔助性濾泡T(TFH)細胞發育可有可無，但對於X連鎖淋巴組織增生綜合征(XLP)病人，淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體轉變成抑制性受體，導致輔助性濾泡T(TFH)細胞發育受損，體液免疫缺陷(右)。

淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)基因突變導致人類X連鎖淋巴組織增生綜合征(XLP)，表現為多種嚴重免疫缺陷，如自然殺傷細胞(NK)功能低下、自然殺傷T細胞(NKT)發育受損和無丙種球蛋白血症等。董忠軍課題組長期致力於X連鎖淋巴組織增生綜合征免疫缺陷機理研究，曾發現淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)缺失的自然殺傷細胞偏向性不能殺傷血液細胞《自然免疫學》(Nature Immunology，2009)，發現淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)調節自然殺傷細胞活化的雙重機制《免疫》(Immunity，2012)。通過製備淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體家族全敲除小鼠，該課題組去年曾發現淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體缺陷導致自然殺傷細胞功能增強，並首次證明淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體作為自身特異性活化型受體參與自然殺傷細胞NK細胞功能獲得 (Immunity, 2016)。

鑒於淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體冗餘性以及偶聯蛋白家族蛋白的功能複雜性，偶聯蛋白缺陷引起的自然殺傷T細胞(NKT)發育和輔助性濾泡T(TFH)細胞分化缺陷的分子機制仍然不清。最新研究顯示SLAM家族受體缺陷導致自然殺傷T細胞(NKT)發育嚴重受阻，而輔助性濾泡T(TFH)細胞分化正常，但是淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體缺失可以完全恢復淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)缺失所導致的輔助性濾泡T(TFH)細胞分化阻滯，而對自然殺傷T細胞(NKT)發育的恢復作用甚微。因此，通過獨特的動物模型，他們全面解析出淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)依賴和非依賴的淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體信號對自然殺傷T細胞(NKT)發育和體液免疫的調控機制：淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)依賴的淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體活化信號在自然殺傷T細胞(NKT)陽性選擇過程中發揮至關重要的作用；淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)不存在時，淋巴細胞活化信號分子(SLAM)家族受體介導淋巴細胞活化信號分子結合蛋白(SAP)非依賴的抑制信號阻止輔助性濾泡T(TFH)的分化（圖）。該研究將促進了解X連鎖淋巴組織增生綜合征病人T細胞缺陷的分子機制，為該疾病的治療提供理論依據。

董忠軍研究員為該文通訊作者，生命科學聯合中心博士生陳莎莎，碩士生蔡晨旭和PTN聯合培養項目博士生李澤華為本文的共同第一作者，清華大學免疫學研究所林欣團隊參與合作研究。該研究得到國家基金委、科技部和清華大學-北京大學生命聯合中心經費支持。

http://jem.rupress.org/content/early/2016/12/30/jem.20161312

醫學院劉曉冬研究組發文揭示抑制鈣離子通道的新方式

1月6日，清華大學醫學院生物醫學工程系劉曉冬研究組在《e生命》（eLife）期刊在線發表了題為「基於碳末端的多域協同急性抑制L型鈣通道」（Cooperative and acute inhibition by multiple C-terminal motifs of L-typeCa2+channels）的研究長文（article）。論文工作綜合利用電生理、定量(FRET )熒光能量共振轉移熒光成像、化學誘發異源多肽聚合、以及計算機模型模擬等手段，首次揭示了一種抑制L型電壓門控鈣離子通道的新型方式——「碳末端介導抑制」（CMI）。

該項研究利用組成性及急性誘發的域間聚合，闡明了通道蛋白碳末端的三個關鍵域之間的協同法則，論證了碳末端介導抑制（CMI）對通道門控和鈣內流的抑制作用，分析了碳末端介導抑制（CMI）機制與鈣通道核心門控特性的關聯。同時，論文基於帕金森症中重要神經元的模擬計算結果，初步探討了碳末端介導抑制（CMI）潛在的病生理意義。

清華大學生物醫學工程系博士生劉楠、楊亞雄及葛琳為論文的共同第一作者，劉曉冬博士為本文的通訊作者，參與部分工作的作者還包括清華大學博士後劉敏博士以及美國哥倫比亞大學醫學院教授亨利·科爾克拉夫特（Henry Colecraft）博士。

A圖為碳末端介導抑制（CMI）三元素間的協同組合法則（左）。在其中任何兩元素空間距離足夠接近的情況下，第三個元素作為調控多肽通過碳末端介導抑制（CMI）方式抑制L型鈣通道。通過瞬時性施加小分子（雷帕黴素）連接兩個多肽（PCRD和DCRD）後，高峰值、強鈣依賴性失活（CDI）的鈣電流（右圖中粉色）峰值大幅降低（削減約65%）同時鈣依賴性失活基本消除（青色）。首次揭示了碳末端介導抑制（CMI）的重要特徵：無論碳末端介導抑制（CMI）效力(potency)如何，終態鈣依賴性失活的電流幅值維持不變，確保碳末端介導抑制（CMI）能夠削減鈣內流並定量決定了其極限效力（maximum potency），同時提示碳末端介導抑制（CMI）機制可能與鈣依賴性失活等經典過程類似地參與通道的核心門控。B圖SNc（黑質紋狀體）神經元模型中，鈣依賴性失活能夠削弱CaV1.3鈣電流和自發節律性振蕩，進而緩解帕金森症（PD）中的鈣超載（粉色），提示可利用鈣依賴性失活開發新型的疾病干預手段。

細胞需要鈣離子維繫正常的生命活動而鈣失調（如鈣超載等）則會導致多種疾病。細胞膜上的電壓門控鈣離子（如CaV1.3）通道精確調控鈣離子內流及其時空動態，對於心腦等器官的生理機能至關重要，也與心律失常及帕金森症等重大疾病密切相關。因此，抑制CaV1.3等鈣通道的機制及方法成為基礎研究及應用開發的重要目標。臨床上，鈣通道抑制劑（也稱為拮抗劑）是常用的抗心律失常葯；另外，針對阿爾茨海默症的藥物迄今尚未攻克，而鈣通道拮抗劑是當前研發中的重要先導藥物之一。CaV1.3通道開放後能夠被流入的鈣離子以負反饋形式迅速削弱（即鈣依賴性失活），多項研究證實這一過程由重要鈣結合蛋白—鈣調素（calmodulin）所介導；同時，通道蛋白的碳末端能夠通過與鈣調素競爭影響通道功能，成為另一類重要的反饋型調控。然而，對於碳末端調控的基本效應仍存在重大爭議：一方面碳末端調控能夠抑制鈣依賴失活，具有上調鈣內流的傾向；另一方面有證據表明碳末端削弱通道的開放能力（即電壓依賴性激活），進而抑制鈣內流。兩種對立效應同時發生，那麼碳末端對鈣內流的影響究竟是怎樣的？這是領域內懸而未決的挑戰性問題。

劉曉冬研究組從碳末端三個關鍵域的結構-功能分析出發，發現並建立了三元素協同組合法則：任何兩元素如果在空間距離上足夠「親密「，三者將最終形成複合體、將鈣調素從通道上驅除、進而改變通道門控特性。基於此法則，利用化學小分子誘導多肽間聚合形成 「親密」組合，迅速抑制了鈣電流瞬態峰值，但並不影響其穩態電流水平，二者共同表現為鈣依賴失活的強度降低。結合其它證據，揭示出鈣內流能夠確保被削弱下調，從而澄清了前述的」矛盾效應」，所依據的基本事實是：碳末端抑制的實質是將鈣電流峰值向其穩態值水平壓低，其極限抑制效力對應於鈣依賴失活的最大強度。這一發現同時提示，碳末端抑制與鈣依賴失活同為鈣通道的負反饋調控，雖然由不同的事件引發：分別為鈣離子與鈣調素結合或者是多肽與鈣調素競爭，但二者的終態共享相同的核心門控模式，即通道的」抑制「態：超低水平的激活但同時基本不再失活。以上原理及機制預期能夠推廣至「鈣依賴易化」以及「碳末端易化「等上調通道功能的「激動劑」效應，而碳末端調控的高精度結構-功能分析等機制細節，以及其病生理作用，均為後續跟進研究的重要方向。本項研究同時也提供了開發鈣通道抑制劑的新範式，神經元模型模擬計算的結果預示：碳末端抑制有望成為帕金森症等疾病的新型干預手段。

劉曉冬實驗室致力於「合成電生理學」研究，通過在分子和細胞水平上功能重建重要離子通道及其跨膜信號，研究與通道相關的病生理機制及干預方法。劉曉冬及其課題組在鈣離子通道領域的研究重點在於將自反饋調控與干預因子密切相結合，本研究是此方向上繼前期工作（《自然》（Nature）2010; 《細胞報導》（Cell Reports）2015; 《通道》（Channels）2016）的最新進展。該項研究得到了國家自然科學基金委、北京市自然科學基金委、清華大學麥戈文腦科學研究所以及生命科學聯合中心（CLS）等方面的支持。

https://elifesciences.org/content/6/e21989

環境學院合作發文揭示重霾期間硫酸鹽生成機制

2016年12月21日，清華大學環境學院與與德國馬克思-普朗克化學研究所（簡稱「馬普所」）合作在《科學進展》（Science Advances）發表了題為《中國重霾期間氣溶膠水相中的活性氮促進硫酸鹽生成》 （「Reactive nitrogen chemistry in aerosol water as a source of sulfate during haze events in China」） 的研究長文（Research Article），首次揭示了重霾污染期間顆粒物中硫酸鹽迅速生成的化學機制。

近年來北京及華北地區灰霾污染頻發，影響範圍達30餘萬平方公里，影響人數逾4億。針對重灰霾時段的已有研究表明，硫酸鹽是重污染形成的主要驅動物種。在絕對貢獻上，重污染期間硫酸鹽在大氣細粒子PM2.5中的質量佔比可達約20%，是佔比最高的單體；在相對趨勢上，隨著PM2.5污染程度的上升，硫酸鹽是PM2.5中相對比重上升最快的物種。然而，現有的基於歐美等清潔地區的大氣化學理論體系無法解釋重霾期間硫酸鹽的迅速生成。因此，找到硫酸鹽在重灰霾情景下的特有生成路徑是解釋重霾形成過程的關鍵所在。

圖1：典型雲水情景（左圖）與北京重灰霾情景（右圖）下硫酸鹽不同生成機制的相對重要性對比。藍色、灰色陰影分別代不同情景下的典型pH值範圍。

本研究綜合運用了外場觀測、模型模擬及理論計算等手段，結果表明：重霾污染期間硫酸鹽的迅速生成主要是由二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）這兩種氣態前體物溶於顆粒物結合水（AW）後，在我國北方地區特有的偏中性環境下迅速反應生成的。顆粒物結合水是指PM2.5在高相對濕度下潮解所吸附的水分。該結論與硫酸鹽生成機制的經典理論有較大不同。

圖2：基於觀測數據計算所得的NO2非均相反應機制速率（紅色圓點）與基於模型模擬估算的重灰霾期間缺失的硫酸鹽生成速率（菱形）對比。

經典理論認為，與雲水中的液相反應相比，顆粒物結合水中的反應可以忽略；且在液相反應路徑中，NO2氧化SO2生成硫酸鹽這一路徑的貢獻可以忽略。前一認知主要是基於顆粒物結合水中的液態水含量要遠低於雲水含量（一般低至千分之一到十萬分之一）這一事實；後一認知則是基於對不同反應路徑在典型雲中環境（典型氣態前體物濃度水平、典型雲水pH等）下的理論計算得出的。而重霾污染時的情景與經典情景有很大不同（圖1）。一方面，由於顆粒物濃度的大幅上升及靜穩氣象條件下的高相對濕度等，顆粒物結合水含量遠高於經典情景；這使得顆粒物結合水中的反應總量大大提升。另一方面，重霾污染期間NO2濃度為經典雲水情景下的50倍以上，這直接改變了NO2氧化路徑的相對重要性。最後，由於氨、礦物塵等鹼性物質在北京及華北地區的大量存在，使得北京的顆粒物結合水的pH遠高於美國等地區，呈現出特有的偏中性環境；而NO2氧化機制的反應速率隨著pH值的上升有大幅提升。此外，該機制的反應速率可以有效解釋基於經典理論的空氣質量模型在重霾污染期間的模擬偏差；這也進一步驗證了該研究結論的正確性（圖2）。

圖3：華北平原地區重灰霾期間的硫酸鹽生成路徑概念圖。

該研究表明了我國的複合型污染的特殊性（圖3）。高SO2主要來自燃煤電廠，高NO2主要來自電廠和機動車等，而起到中和作用的鹼性物質氨、礦物塵等則來自工業污染、揚塵等其它來源。這些不同的污染源在我國同時以高強度排放，導致了硫酸鹽以特有的化學生成路徑迅速生成；這也是重霾污染期間顆粒物濃度迅速增長的主要原因之一。

清華大學環境學院博士生鄭光潔（2016年7月畢業）與馬普所的程雅芳教授為本文的共同第一作者，環境學院的賀克斌院士、馬普所的程雅芳教授和尤里希·波舍爾（Ulrich Poschl）教授、蘇杭教授作為共同通訊作者，清華地學系統科學系的張強教授為重要作者。

http://advances.sciencemag.org/content/2/12/e1601530

生命學院王新泉、向燁研究組發文揭示冠狀病毒入侵宿主細胞關鍵步驟

近日，清華大學生命科學學院王新泉教授與醫學院向燁研究員合作在《細胞研究》（Cell Research）期刊在線發表題為《SARS冠狀病毒刺突糖蛋白冷凍電鏡結構揭示其受體結合的必需構象狀態》（Cryo-electron microscopy structures of the SARS-CoV spike glycoprotein reveal a prerequisite conformational state for receptor binding）的研究論文，首次解析了高致病性冠狀病毒SARS-CoV表面刺突蛋白（spike）蛋白的近原子解析度結構，並捕捉到刺突蛋白的多種中間構象，揭示了SARS冠狀病毒入侵宿主細胞過程中必需的動態結構變化。

高致病性冠狀病毒感染是全球公共衛生的重大威脅。2002-2003年嚴重急性呼吸道綜合征冠狀病毒（SARS-CoV）的爆發導致全球8000多人感染，800多人死亡；2012年中東呼吸系統綜合征冠狀病毒（MERS-CoV）從中東地區開始流行，已導致1800多人感染，600多人死亡。2015年世界衛生組織列出了8種可能引起嚴重爆發性流行的危險病原體，SARS冠狀病毒和中東呼吸系統綜合征冠狀病毒名列其中。迄今為止，還沒有針對這兩種冠狀病毒的特異性藥物和疫苗。

冠狀病毒刺突蛋白（spike）為同源三聚體，位於病毒囊膜表面，是已知最大的病毒表面蛋白。刺突蛋白在病毒與宿主細胞接觸，與宿主細胞受體結合以及病毒-宿主細胞膜融合過程中起著關鍵作用，同時也是中和抗體結合及疫苗研發的重要靶點。

冠狀病毒刺突蛋白從非激活態到激活態的構象變化。

本研究通過冷凍電鏡單顆粒三維重構的方法解析了SARS冠狀病毒刺突蛋白四種構象的結構。其中構象一為三重對稱的結構，解析度達4.3 埃，在此構象下刺突蛋白的三個受體結合區（RBD）都處於「向下」位置，由於空間位阻，SARS冠狀病毒細胞受體血管緊張素轉化酶2（ACE2）無法結合刺突蛋白，因此該構象為受體結合的非激活狀態。其餘三種構象刺突蛋白的對稱性被破壞，一個受體結合區抬起處於「向上」位置，在該構象下細胞受體能順利結合抬起的受體結合區而沒有空間位阻，因此這三種構象為受體結合的激活狀態。受體結合區從「向下」位置到「向上」位置的轉換也是中和性抗體與spike的結合所必需，並且可推廣到中東呼吸系統綜合征冠狀病毒等其他類似的冠狀病毒，這對理解冠狀病毒侵染宿主細胞的分子機制，以及特異性藥物和疫苗的開發提供了重要指導。

王新泉教授和向燁研究員均為北京結構生物學高精尖創新中心及清華大學醫學院傳染病研究中心成員，長期從事病毒侵染及免疫逃逸相關的結構生物學研究。2013、2014和2015年，王新泉教授和張林琦教授團隊在《細胞研究》（Cell Research）、《科學-轉化醫學》（Science Translational Medicine）和《科學報告》（Scientific Reports）上分別報道了中東呼吸系統綜合征冠狀病毒表面刺突蛋白的受體結合區受體結合區與人受體二肽基肽酶4（DPP4）複合物的晶體結構，靶向受體結合區的中東呼吸系統綜合征冠狀病毒人源中和性抗體MERS-4和MERS-27的篩選與鑒定，以及MERS-27發揮中和作用的分子機制。2016年2月，向燁研究員團隊與合作者在《科學》（Science）期刊上報道了埃博拉病毒表面糖蛋白GP與高效中和抗體的冷凍電鏡結構和中和機制；6月，向燁研究員團隊又獨立在《自然》（Nature）期刊上報道了噬菌體突破細菌細胞膜的新機制。此次，兩研究組共同協作，解析了SARS冠狀病毒刺突蛋白的冷凍電鏡結構，並捕捉到了病毒侵染過程中關鍵的中間狀態，極大地促進了研究界對病毒侵染機制的理解。

清華大學醫學院向燁研究組聯合培養博士生桂淼和生命學院2014級博士生宋文飛為本論文的共同第一作者，王新泉教授和向燁研究員為本論文的共同通訊作者。

王新泉教授實驗室博士生周海霞，向燁研究員實驗室博士生許靖蔚和陳思煉參與了本項工作。該工作的冷凍電鏡數據採集在國家蛋白質科學設施（北京）的清華大學冷凍電鏡平台完成，數據處理在國家蛋白質科學設施（北京）清華大學高性能計算平台完成。本工作獲得國家自然科學基金委、科技部重點研發計劃和北京市結構生物學高精尖創新中心等的經費支持。

http://www.nature.com/cr/journal/vaop/ncurrent/full/cr2016152a.html