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『知识分子』赛先生，新冠肺炎病毒靠什么感染细胞？|

为了钻进细胞 ， 这次的新冠病毒（SARS-CoV-2）的冠首先要吸附在细胞表面 。 这一过程很像是轮船在波涛汹涌中停泊在码头上 。 停泊开始时先需要用几根缆绳拉住船 ， 随后要有更多的缆绳跟上 ， 最后才能把船（病毒）牢靠地停在码头（细胞）的旁边 。
『知识分子』赛先生，新冠肺炎病毒靠什么感染细胞？|
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（图源：pixabay.com）
撰文|吴建永
编辑|李珊珊
大家在家里猫着勿急躁 ， 泡杯好茶听我科普一下病毒感染细胞的过程 。 心静才能免疫力强 ， 减少发病机会或让症状减轻 。
肺炎病毒和计算机病毒的实质是一样的 ， 就是一串代码 ， 包含了复制自己的全部信息 。 计算机病毒不钻进计算机就不能繁殖 ， 肺炎病毒不钻进细胞也不能造成任何伤害 。
我们知道 ， 冠状病毒的表面有很多凸起的“冠”（图1） 。 这些冠就是用来钻进细胞的工具 。
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图1冠状病毒的冠上有刺突蛋白 。 每个冠的上端是3个刺突蛋白的聚会体
虚无的缆绳为了钻进细胞 ， 这次的新冠病毒（SARS-CoV-2）的冠首先要吸附在细胞表面 。 这一过程很像是轮船在波涛汹涌中停泊在码头上 。 停泊开始时先需要用几根缆绳拉住船 ， 随后要有更多的缆绳跟上 ， 最后才能把船（病毒）牢靠地停在码头（细胞）的旁边 。 这些缆绳不是实际物质 ， 而是虚无的、由量子力学规律决定的原子间的力量 ， 化学里叫做“氢键” 。 氢键的形成靠的是两端电子云形状的的变化 ， 因为电子云的形状是量子化的 ， 所以氢键有一定的力量和作用距离 ， 相当于缆绳的强度和长度 。
新冠病毒虽然非常小（一百纳米） ， 但与这虚无的量子力学缆绳比 ， 还是像巨无霸 。 因为虚无缆绳是抛不远的 ， 只能在病毒和细胞距离非常近（0.1纳米）的时候才能产生 。 因此这过程首先是病毒在随意运动时接近细胞 ， 这时病毒的“冠”上的刺突蛋白上的几个位点会与细胞表面的一种叫ACE2的蛋白分子上相应的几个位点同时产生一组约4-5条虚无的缆绳 。 只有4-5条缆绳同时产生 ， 才有足够的力量把病毒拉住一会 。 如果几个位点不是完全匹配 ， 同时只能产生一两条缆绳 ， 则力量太小 ， 缆绳会马上断 ， 病毒就跑开 ， 就不会感染了（图2） 。
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图2病毒与细胞之间的虚无缆绳—氢键 。
图中上面粉红色的一团带子是刺突蛋白的S1部分 ， 下面的黄绿色的是细胞表面ACE2蛋白 ， 可见两个蛋白之间需要有几个位点紧密配合 ， 才能一次形成4-5根氢键 ， 有足够的力量把病毒沾上 。 之后更多的刺突蛋白和ACE2结合 ， 才能把病毒颗粒稳定在细胞表面 ， 为膜融合做准备 。
因此刺突蛋白的一区（S1）和ACE2之间必须存在几个互相配合 ， 距离合适的位点 ， 才能形成停靠 。 早期的时候病毒和ACE2之间的配合是靠计算机模型（图2）来推测的 ， 当时觉得新冠肺炎病毒的S1蛋白突变了 ， 位点不那么合适 ， 会少一两根虚无缆绳 ， 力量就弱 ， 因此新冠病毒比萨斯病毒感染能力弱 。 最近得克萨斯州大学的一个小组用冷冻电镜看了真实的病毒 ， 发现其S1与ACE2的结合可能强得多 ， 这就与临床认为新冠的传染性远强于萨斯的说法印证 。
因为病毒的刺突和细胞上蛋白产生虚无缆绳的位点必须严密匹配 ， 就决定了病毒能够感染什么细胞 。 比如另一种冠状病毒HCoV-229E ， 产生虚无缆绳的配对蛋白是APN 。 APN只存在于上呼吸道黏膜细胞里 ， 这样 ， 病毒虽然感染性很强 ， 人传人很厉害 ， 但只会让我们咳嗽流鼻涕而不会引起致命肺炎 。 因为下呼吸道和肺黏膜细胞表面上APN蛋白很少 ， 病毒靠不上 。
沾上-拉紧-融入病毒靠着几根虚无缆绳拉住还远不足以钻进细胞 。 沾上之后还需要拉紧 ， 融入等几个过程 。 一个刺突蛋白拉住细胞就方便了其他的刺突 ， 它们会一拥而上 ， 产生成很多虚无缆绳 ， 这样就拉紧 ， 跑也跑不掉了 。


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