香港中文大学（深圳）生命与健康科学学院、瓦谢尔计算生物研究院教授白晨，香港中文大学（深圳）科比尔卡创新药物开发研究院教授杜洋和叶德全，联合诺贝尔化学奖得主、美国南加州大学教授阿里耶·瓦谢尔揭示新冠病毒变体毒性增强的结构和能量机制。相关研究近日发表于《美国化学会志》。

新冠病毒通过其spike蛋白与人类细胞表面的ACE2受体结合，引发病毒入侵细胞活动，病毒的感染能力与spike蛋白和ACE2受体的结合亲和力密切相关。早在2020年5月，白晨已经对spike-ACE2相互作用进行了研究，预测N501残基的突变能够增强病毒与ACE2受体的亲和力。此后发现的病毒变体携带该位点突变，表明了该研究的前瞻性以及研究方法的有效性。

利用同样的方法，研究人员对新冠病毒spike蛋白上的突变进行了系统性研究。考虑到多个突变可能带来的协同效应，该研究对不同病毒变体的单个突变和突变组合分别进行计算。结果显示，每个单个突变都增强了spike蛋白与ACE2受体的结合亲和力，其中D614G突变的影响最显著。研究人员还发现，一些突变减弱了抗体与病毒的亲和力，可能导致抗体失效。

该研究还细致分析了南非变体中3个突变在蛋白结构上的影响，发现这些突变都通过显著改变蛋白间的静电相互作用来发挥效果，并指出对静电能的分析应当放在整个系统内考虑，而不是仅考虑突变残基及其附近几个残基间的作用。研究人员还通过生化实验验证了对其他几个关键位点（F486、Q493、Q498）突变的预测效果。结果显示，这几个位点突变都能明显增强spike蛋白与ACE2受体的结合亲和力，预示着它们可能是未来新病毒变体出现的关键。

该研究从能量和结构角度解释了新冠病毒变体通过增强与ACE2受体结合亲和力、减弱与抗体结合亲和力的方式提升毒性的机理，预测了未来可能发生突变的关键位点。这对病毒防治有着积极意义，为抗病毒抗体、药物研究提供了有效工具。