IF50.5｜心鼻蝠α冠状病毒利用人CEACAM6入侵细胞

肯尼亚心鼻蝠携带的α冠状病毒能通过人CEACAM6受体感染人肺细胞，提示潜在人畜共患风险。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

冠状病毒跨种传播的关键第一步是病毒刺突蛋白与宿主细胞受体的结合。此前已知α冠状病毒中，HCoV-229E利用APN受体，HCoV-NL63利用ACE2受体，但绝大多数α冠状病毒（尤其是蝙蝠来源的）受体未知。β冠状病毒中，鼠肝炎病毒（MHV）利用鼠CEACAM1受体，但人CEACAM1并不被有效利用。CEACAM家族蛋白在黏膜上皮顶端高表达，是多种病原体的黏附靶点，但此前尚无α冠状病毒利用人CEACAM蛋白作为受体的报道。

科学问题

卡在哪里： α冠状病毒属内受体使用的分布规律不清，是否存在其他可感染人的α冠状病毒、以及是否存在除APN和ACE2之外的人细胞受体，均属未知。

本文要回答： 系统筛选α冠状病毒刺突蛋白的受体使用谱，鉴定能进入人细胞的病毒及其受体，并评估其跨种传播风险。

技术路线

作者主要用了：贪婪算法选刺突蛋白、假病毒筛选、受体组学、X射线晶体学、血清学调查。

作者首先从公共数据库获取全部α冠状病毒刺突蛋白序列，用贪婪算法选出40条代表最大系统发育多样性的序列，构建假病毒文库。随后用已知人冠状病毒受体（APN、ACE2、DPP4、TMPRSS2、DPEP1）和多种哺乳动物APN/ACE2受体库进行筛选，发现大多数蝙蝠α冠状病毒不使用这些受体。接着用多种人细胞系测试假病毒感染，发现CcCoV-KY43能进入Calu3和Caco2细胞。为寻找其受体，作者用CcCoV-KY43 RBD作为诱饵，筛选包含759个人受体胞外域的芯片，鉴定出CEACAM3、CEACAM5和CEACAM6为互作蛋白，并通过过表达、敲低和中和实验证实CEACAM6是功能性受体。

图 1　Fig. 1。图1展示了刺突蛋白文库的构建流程和受体筛选结果。a部分用示意图说明从公共数据库获取序列、比对、建树、计算共祖距离到用贪婪算法选出40条代表序列的过程。b部分显示用已知人冠状病毒受体筛选时，只有HCoV-229E和HCoV-NL63能进入细胞。c部分展示部分APN/ACE2受体库筛选结果，显示犬冠状病毒利用APN，而大多数蝙蝠α冠状病毒不使用这些受体。

核心亮点

亮点 1｜APN/ACE2受体使用在α冠状病毒中罕见

在40条刺突蛋白假病毒中，仅HCoV-229E和HCoV-NL63能利用已知人受体。对25种哺乳动物APN和34种ACE2受体库的筛选显示，犬冠状病毒利用APN，但大多数蝙蝠α冠状病毒不使用任何测试的APN或ACE2。两种蝙蝠α冠状病毒（BtCoV-WA1087和BtCoV-AT1A-F41）首次被证实利用APN，但非人APN。这些结果表明APN和ACE2受体使用在α冠状病毒属中并不保守，暗示存在其他未知受体。

图 2　Fig. 2。图2展示了CcCoV-KY43的受体鉴定和功能验证。a部分显示不同人细胞系对α冠状病毒假病毒的易感性，CcCoV-KY43能进入Calu3和Caco2。b部分为重组RBD的糖基化分析。c部分显示受体组学筛选鉴定出CEACAM3、CEACAM5和CEACAM6。d部分显示过表达CEACAM6使HEK293T细胞易感。e-h部分分别用ELISA、ITC、可溶性受体中和和抗体阻断证实CEACAM6是功能性受体。i部分显示siRNA/shRNA敲低CEACAM6降低感染。j部分显示CEACAM6在人肺细胞类型中的表达分布。

亮点 2｜CcCoV-KY43利用人CEACAM6进入细胞

CcCoV-KY43假病毒能感染人肺Calu3和肠Caco2细胞。受体组学筛选发现其RBD与CEACAM3、CEACAM5和CEACAM6结合，但仅过表达CEACAM6能使HEK293T细胞变得易感。ITC测得RBD与CEACAM6的Kd为271 nM，与CEACAM5无结合。可溶性CEACAM6和抗CEACAM6抗体均能阻断感染，siRNA/shRNA敲低CEACAM6降低病毒进入。单细胞转录组数据显示CEACAM6在人肺I型肺泡细胞、杯状细胞和下呼吸道上皮细胞中高表达，且表达水平高于APN、ACE2和DPP4。

图 3　Fig. 3。图3展示了CcCoV-KY43 RBD与CEACAM6复合物的晶体结构。a部分显示整体结构，RBD的三个结合环突出。b部分为开放书式界面展示，显示RBD环与CEACAM6表面的接触。c部分放大关键残基，显示RBD的W600与CEACAM6的L129之间的疏水相互作用。d部分比较CEACAM5和CEACAM6在结合界面的氨基酸差异，并展示突变对进入的影响。e部分显示CcCoV-KY43 RBD与HCoV-229E和HCoV-NL63 RBD的结构相似性。

亮点 3｜RBD结合CEACAM6 N端IgV结构域

晶体结构显示CcCoV-KY43 RBD通过三个受体结合环与CEACAM6 N端IgV样结构域结合，埋藏面积1300 Ų，主要疏水相互作用由RBD的W600与CEACAM6的L129介导。与CEACAM5相比，CEACAM6的I63和Q123是关键残基，CEACAM5的F63I突变可部分恢复感染。该结合位点与CEACAM6同源二聚化及与CEACAM8异源二聚化的表面重叠。

图 4　Fig. 4。图4展示了肯尼亚蝙蝠采样点、人血清学调查和CcCoV相关病毒的CEACAM6使用。a部分地图显示C. cor的分布和CcCoV分离地点。b部分显示人血清ELISA结果，CcCoV-KY43 RBD高反应样本很少。c部分比较CcCoV-KY43、CcCoV-2A和CcCoV-2B的刺突蛋白氨基酸序列相似性。d部分显示CcCoV-2A假病毒利用人CEACAM6进入细胞。e-f部分显示CcCoV-2B RBD与CEACAM6的结合和亲和力。g-h部分显示CcCoV-2B RBD与CEACAM6复合物结构与CcCoV-KY43几乎相同。

亮点 4｜CEACAM6使用在肯尼亚CcCoV中保守

另外两个肯尼亚CcCoV（CcCoV-2A和CcCoV-2B）也能利用人CEACAM6，其中CcCoV-2B RBD亲和力更高（Kd=70 nM）。CcCoV-2B与CEACAM6的复合物结构与CcCoV-KY43几乎相同。系统发育分析显示这些CcCoV形成一个单系群，与来自中国南方菊头蝠的α冠状病毒为姐妹群。祖先状态重建支持CEACAM6使用至少两次独立获得。

图 5　Fig. 5。图5展示了CEACAM6使用的进化历史和跨物种受体谱。a部分系统发育树显示CcCoV与来自中国南方菊头蝠的α冠状病毒为姐妹群，CEACAM6使用在CcCoV分支中保守。b部分热图显示不同病毒对多种哺乳动物CEACAM6样蛋白的利用情况，肯尼亚CcCoV能利用多种灵长类和蝙蝠CEACAM6，而中国和俄罗斯的病毒仅利用部分蝙蝠CEACAM6。

亮点 5｜人血清学调查未发现近期溢出

对肯尼亚Tana River和Taita-Taveta地区368份人血清的ELISA检测显示，针对CcCoV-KY43 RBD的高反应性样本很少（OD>1的仅9例），且与HCoV-229E、HCoV-NL63、SARS-CoV-2及其他蝙蝠α冠状病毒RBD的抗体反应相关性弱。这表明该地区人群近期未发生广泛的CcCoV-KY43溢出，但零星高反应可能反映交叉反应或偶发暴露。

亮点 6｜CEACAM6受体使用的地理分布

除肯尼亚CcCoV外，来自中国南方和俄罗斯欧洲部分的菊头蝠α冠状病毒也能利用CEACAM6，但仅限于埃及果蝠或大菊头蝠的CEACAM6，不能利用人CEACAM6。对BtCoV-LN20 RBD的点突变实验表明，获得人CEACAM6使用需要多个氨基酸改变，提示快速适应风险较低。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： 贪婪算法选刺突蛋白、假病毒筛选、受体组学、X射线晶体学、血清学调查
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事病毒受体发现、人畜共患病风险评估和冠状病毒进化研究的科研人员。

带走一句

用系统发育多样性最大化策略筛选病毒刺突蛋白，结合受体组学和结构生物学，能高效发现新的病毒受体和潜在人畜共患病毒。