目前由2019新型冠状病毒(2019 novel coronavirus，2019-nCoV)感染引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情正在全球蔓延，引起全世界对人冠状病毒的广泛关注。该病毒与严重急性呼吸综合征冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)、人类冠状病毒NL63(human coronavirus NL63，HCoV-NL63)均以血管紧张素转换酶2(angiotensin-converting enzyme 2, ACE2)为受体。现对这3种病毒的病毒学特征、与ACE2的相互作用、传播能力和临床特点等方面的异同点，以及3种冠状病毒的交叉免疫问题进行综述，为2019-nCoV的后续研究及COVID-19防治提供参考。
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从2003年严重急性呼吸综合征冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)到2012年中东呼吸综合征冠状病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV)，再到目前引起全球疫情的2019新型冠状病毒(2019 novel coronavirus，2019-nCoV)，冠状病毒作为国际公共卫生的重大威胁已引起全球关注。目前已知能够感染人类的冠状病毒有7种，其中SARS-CoV、人类冠状病毒NL63(human coronavirus NL63, HCoV-NL63)和2019-nCoV均以血管紧张素转换酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)为受体，提示这3种冠状病毒之间存在某种联系。现对3种病毒目前的研究进展进行归纳总结，为防治新型冠状病毒肺炎(COVID-19)提供新的思路。
SARS-CoV最初被认为来源于果子狸，但随后多国科学家在蝙蝠体内发现有类SARS-CoV，故目前野生蝙蝠被认为是SARS-CoV的自然宿主，之前广受怀疑的果子狸可能是中间宿主[1]。已有研究认为HCoV-NL63起源于蝙蝠，但其中间宿主是否可引起人畜共患疾病尚不清楚[2]。Lu等[3]发现，2019-nCoV与2018年在中国东部舟山地区采集的2种蝙蝠源性严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)样冠状病毒bat-SL-CoVZC45和bat-SL-CoVZXC21密切相关(一致性为88%)。陈嘉源等[4]对2019-nCoV进行溯源分析后认为其源自中华菊头蝠。Lam等[5]从穿山甲中分离出与2019-nCoV相似性达99%的毒株，提示穿山甲可能是其中间宿主。
2014年国际病毒分类委员会根据冠状病毒的血清学和基因组特点，将冠状病毒科分为α、β、γ、δ4个属，其中β属又分为A、B、C、D4个亚群[6]。美国国家生物技术信息中心发布了2019-nCoV全基因组序列信息，与SARS-CoV序列一致性约为79.5%[7]。目前认为2019-nCoV与SARS-CoV同属β冠状病毒属，2019-nCoV在Sarbecovirus亚属正冠状病毒亚科内形成了独立的进化分支，而HCoV-NL63属于α冠状病毒属[3,8]。
3种冠状病毒的基因组相似，包含两端非翻译区(untranslated region，UTR)基因和完整的可读框(open reading frame)，可读框中的必需基因编码结构蛋白，如棘突蛋白(spike protein，S蛋白)、包膜蛋白(envelope protein，E蛋白)、膜蛋白(membrane protein，M蛋白)和核衣壳蛋白(nucleocapsid protein，N蛋白)；同时编码蛋白多聚体，该多聚体是转录-翻译复合物的蛋白质前体[3,9,10]。
2003年，Li等[11]应用纯化的SARS-CoV S蛋白对易感细胞进行免疫沉淀，最终从Vero E6(非洲绿猴肾细胞株)中分离出ACE2蛋白，该蛋白质可有效地结合SARS-CoV S蛋白。2005年，Hofmann等[12]利用含有HCoV-NL63 S蛋白的反转录病毒分析其组织嗜性和受体，发现HCoV-NL63能够结合SARS-CoV的受体ACE2来侵染细胞并在胞内进行病毒复制。Zhou等[7]发现在海拉(HeLa)细胞中，不同物种ACE2(人ACE2、猪ACE2、麝猫ACE2)的表达可导致2019-nCoV的感染和复制，从而直接表明2019-nCoV是以ACE2为受体入侵宿主细胞。
病毒入侵宿主细胞需要蛋白酶激活S蛋白，即在S蛋白S1/S2、S2′位点切割。Hoffmann等[13]证实跨膜丝氨酸蛋白酶2(transmembrane serine protease 2，TMPRSS2)和内体半胱氨酸蛋白酶(cathepsin B/L，CatB/L)可激活2019-nCoV、SARS-CoV S蛋白；进一步研究发现2019-nCoV对TMPRSS2依赖性更高，TMPRSS2可作为抗病毒治疗靶点，目前其抑制剂甲磺酸卡莫司他在日本已获批上市。
此外S蛋白还可被多种胞外酶(如胰蛋白酶、弹性蛋白酶等)活化，促进细胞表面合胞体形成，这对病毒入侵很关键。李鑫等[14]在2019-nCoV S蛋白S1/S2位点发现"RRAR"氨基酸序列，该序列符合弗林蛋白酶酶切位点的识别模式。不同于SARS-CoV, 2019-nCoV S蛋白在细胞内包装过程中可被弗林蛋白酶切割，分泌出呈非融合状态的病毒颗粒S1和S2亚基。相对于2019-nCoV, SARS-CoV和HCoV-NL63在入侵宿主细胞过程中对蛋白酶的依赖性较低[15]。
病毒入侵方式取决于活化S蛋白的宿主细胞蛋白酶的时空分布。在细胞表面存在蛋白酶(如胰蛋白酶)时，S蛋白被激活，可通过直接膜融合入侵细胞；否则通过胞吞途径进入宿主细胞，S蛋白被CatB/L活化。Ou等[16]构建2019-nCoV S蛋白假病毒系统和293T/hACE2稳转细胞系，发现胞吞作用是该病毒入侵293T/hACE2细胞的主要方式。SARS-CoV与HCoV-NL63同样主要以胞吞作用入侵细胞。与SARS-CoV不同，即使293T/hACE2细胞无胰蛋白酶表达，2019-nCoV依然可以诱导合胞体形成，所以推测2019-nCoV可更多地通过直接膜融合途径入侵细胞。
病毒S1亚基受体结构域(receptor binding domain，RBD)负责与受体ACE2结合，使病毒附着在靶细胞表面，S2亚基中的七肽重复序列(heptad repeat，HR)1和HR2相互作用形成经典的六螺旋束结构(six-helical bundle，6-HB)，该结构使病毒包膜和细胞膜重新排列，拉近病毒膜和细胞膜间的距离，启动膜融合的发生，融合肽插入宿主细胞膜，介导病毒侵入细胞。Xia等[17]解析6-HB的晶体结构，发现相对于SARS-CoV, 2019-nCoV的HR1存在突变氨基酸残基，与HR2相互作用增强，加速了病毒膜融合过程。
ACE2不仅是3种病毒的受体，其对肺脏也具有保护作用。病毒与ACE2结合后，可降解ACE2，血清血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)升高，蛋白质分解酶(A disintegrin and metalloproteinase，ADAM17)被活化，将TNF-α、白细胞介素-6受体α(interleukin-6 receptor α，IL-6Rα)和生长因子等炎症相关分子转化为可溶性分子，可溶性分子在支气管和肺泡上皮细胞的非免疫细胞中同时激活核因子κB(nuclear factor-kappa B)和信号转导及转录激活因子3(signal transduction and activator of transcription 3，STAT3)，过度激活核因子κB的活化机构白细胞介素-6增幅器(interleukin-6 amplifier, IL-6 Amp)，引起细胞因子释放综合征(cytokine release syndrome，CRS)，导致肺水肿等急性肺损伤症状。该过程中ADAM17、TNF-α以及在IL-6 Amp中发挥重要作用的IL-6-STAT3通路等都有望作为研发治疗药物的靶标[18]。
此外有研究发现，人类ACE2存在2个病毒结合热点：Lys31(K31)和Lys353(K353)。K31仅能被SARS-CoV识别，而K353对2种病毒与ACE2的结合力至关重要[19,20]。Wan等[21]报道，2019-nCoV受体结构域中的493残基和501残基对应SARS-CoV中的479残基和487残基，可分别被ACE2受体的病毒结合热点Lys31和Lys353识别，且N501T突变可显著增强与ACE2的结合亲和力。如果病毒结合热点突变将影响其与受体ACE2结合，所以推测结合热点可能是一个潜在的抗病毒靶点。
Hoffmann等[22]发现，SARS患者康复后的血清对2019-nCoV S蛋白的假病毒的转导有较强抑制作用，证明2019-nCoV与SARS-CoV的S蛋白存在交叉抗原表位。Qiu等[23]发现，2种病毒部分抗原位点与识别ACE2的关键位点高度相邻，提示靶向交叉抗原表位的中和抗体由于空间位阻效应可阻断病毒识别ACE2。Gralinski和Menachery[24]报道，SARS-CoV N蛋白抗体可能与2019-nCoV发生交叉反应，但不能提供交叉保护免疫。
HCoV-NL63的中和抗体对SARS-CoV无交叉免疫保护作用[12]。Chan等[25]研究发现，SARS-CoV抗体反应有时与先前存在的HCoV-NL63的IgG抗体效价增加有关，提示2种病毒N蛋白之间可能存在免疫交叉反应。但Vlasova等[26]发现，SARS-CoV N蛋白与HCoV-NL63不存在抗原交叉表位。2019-nCoV与HCoV-NL63是否存在免疫交叉尚无相关研究。
相对于SARS-CoV，2019-nCoV更多地通过直接膜融合方式侵染细胞，其侵染效率是胞吞的100～1 000倍[14]。Wrapp等[27]研究发现，ACE2与2019-nCoV的结合亲和力比SARS-CoV高10～20倍，故推测2019-nCoV的传染性可能高于SARS-CoV。Li等[20]发现，HCoV-NL63 RBD上的一些受体结合位点由于蛋白质折叠的原因未能暴露，故相对于SARS-CoV，其与ACE2结合亲和力较弱。病毒和受体的亲和力与病毒传染性有一定关系，此外与机体免疫力、病毒在细胞内复制的速度等有关。
基本传染数(basic reproduction number, R0)表示传染病传播能力的强弱。当R0>1时，提示该传染病会以指数散布，成为流行病。Zhao等[28]提出2019-nCoV的R0值估计为2.24～3.58。而SARS-CoV的R0值估计为2～5[29]。目前疫情仍在全球持续蔓延。2003年SARS暴发流行，全球累计报告发病8 422例，死亡916例，疫情波及29个国家；我国报告SARS患者7 748例，死亡829例，分别占全球总数的92.0%和90.5%[30]。HCoV-NL63感染虽然在全球范围内均有报道，但其传染性低于2019-nCoV和SARS-CoV。
感染潜伏期为2～4 d，以幼儿感染最为常见，主要是上呼吸道感染且症状轻微，但对于存在基础疾病的患者和老年人，感染多表现为下呼吸道疾病，比如哮喘、毛细支气管炎等，部分患者还可出现腹痛、腹泻等消化道症状。此外Esper等[33]发现川崎病可合并HCoV-NL63感染，具体机制还需进一步研究。HCoV-NL63很少单独感染宿主，主要与其他呼吸道病毒以混合感染的方式导致机体发病[34]。
2019-nCoV和SARS-CoV潜伏期相对较长，约为2周，2种病毒感染引起的临床症状相似，以下呼吸道症状为主，除发热、咳嗽、肌肉酸痛等流行性感冒样症状外，主要有进行性呼吸困难和低氧血症，严重时可发展为急性呼吸窘迫综合征、脓毒性休克，甚至出现难以纠正的代谢性酸中毒和凝血功能障碍。但部分重症或危重症患者可出现低热甚至不发热，提示不能由单一症状判断患者病情。总体而言，儿童感染后的临床病情比成人患者轻，预后也较好[35]。这两种病毒引起的病变主要在肺部，虽然2019-nCoV引起的肺纤维化及实变没有SARS-CoV导致的病变严重，但渗出现象明显。侵袭神经系统是β冠状病毒属的一个共同特征。Gu等[36]在患者脑组织中检测到SARS-CoV的基因组序列。临床上可以观察到COVID-19患者出现头痛、恶心和呕吐等神经系统症状。
2019-nCoV与SARS-CoV在种属进化上均与蝙蝠冠状病毒关系密切，而HCoV-NL63是目前唯一已知的以ACE2作为受体的α冠状病毒属。尽管受体相同，但亲和力存在很大差异。由于突变2019-nCoV获得弗林蛋白酶酶切位点，相对于其他两种病毒，2019-nCoV可更多地以直接膜融合方式入侵细胞，对病毒传播有一定影响。目前对2019-nCoV的检测方法中增加了血清学检测，在检测抗体时应注意不同冠状病毒之间的交叉免疫问题。
树突状细胞特异性细胞间黏附分子3结合非整合素因子(dendritic cell-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing non-integrin，DC-SIGN)和肝/淋巴结特异性细胞间黏附分子3结合非整合素(liver/lymph node-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing non-integrin，L-SIGN)可协助SARS-CoV入侵宿主细胞。鉴于2019-nCoV与SARS-CoV的高度同源性，Cai等[37]提出除ACE2外，DC-SIGN和L-SIGN可能均是2019-nCoV的潜在受体，且不同人群对病毒易感性不同，吸烟可上调ACE2、DC-SIGN的表达，从而增强病毒侵袭作用；另外随着吸烟者DC-SIGN的上调，DC在呈递病毒抗原和启动适应性免疫应答方面比戒烟者更活跃，以靶向清除病原体和受感染的细胞，提示戒烟者比尚在吸烟者患严重疾病的风险更高；DC-SIGN在60岁及以上人群中表达显著增高，且此类人群免疫系统和器官退化，对2019-nCoV极为易感；此外，高加索人L-SIGN基因表达高于亚洲人。针对以上易感人群，疫情期间要做好防护，增强其免疫力。
所有作者均声明不存在利益冲突
