冠状病毒根据其基因组结构,分为四类:α类、β类、γ类和δ类。其中,α类和β类只会感染哺乳动物,γ类和δ类主要感染禽类。SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV这三种冠状病毒同属于β类,其基因组结构如下图:
1. SARS-CoV-2、SARS-CoV及MERS-CoV感染机体均依赖于TMPRSS2的活性
SARS-CoV-2的S蛋白保留了SARS-CoV与受体ACE2作用的结构构象,并已有研究结果表明SARS-CoV-2和SARS-CoV感染机体的受体和机制是相同的。TMPRSS2抑制剂能有效阻止SARS-CoV-2、SARS-CoV进入细胞,这表明SARS-CoV-2、SARS-CoV感染机体依赖于TMPRSS2的活性。MERS-CoV也是依靠S蛋白与细胞表面的受体进行结合,与SARS-CoV-2和SARS-CoV不同的是,MERS-CoV识别的是DPP4(CD26)受体,但MERS-CoV感染机体的过程同样依赖于TMPRSS2的活性,TMPRSS2的活化可诱导病毒与细胞膜融合。
2. SARS-CoV-2、SARS-CoV及MERS-CoV感染机体后,机体的免疫应答
目前,对于以上三种冠状病毒入侵机体引起的肺炎,尚无特效药,主要还是依靠机体的免疫系统。固有免疫细胞识别病毒的入侵可以激活NF-κB和STAT3,激活下游的细胞因子大量释放,从而出现致命性急性呼吸窘迫综合征。在感染SARS-CoV-2的病人中,检测到总的中性粒细胞升高、淋巴细胞下降约35%,血清中IL6升高约52%,CRP升高约84%,同时伴随MCP-1、MIP-1A、TNFα、IL2、 IL8、IL10、IFNγ、MIP-1B、IL15、IL17、CCL5、IFNβ、CXCL10升高。在SARS-CoV及MERS-CoV感染的病人血清中,也同样检测到IL6、CRP、MCP-1、MIP-1A、TNFα、IFNγ、IL10、IL15、IL17、CCL5、IFNβ、CXCL10的升高。这提示COVID-19、SARS及MERS可能是由相似的细胞因子介导的细胞因子风暴。下图为机体感染SARS-CoV-2时,诱发细胞因子过度产生并出现急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的模式图:
(图片来源:COVID-19: a new virus, but an old cytokine release syndrome)
又有研究表明,高致病性的SARS-CoV-2、SARS-CoV及MERS-CoV N蛋白可以通过MASP-2介导的补体过度激活加重机体的肺损伤。
3. SARS-CoV-2、SARS-CoV及MERS-CoV感染机体后,机体的抗病毒反应
冠状病毒是一类RNA病毒,由体内RNA识别受体识别,如TLR3,TLR7等,进而激活下游的级联反应,如:NF-κB,IRF3,同时,伴随着核转移,转录因子可诱导I型干扰素和促炎因子的释放。这可以看作是病毒入侵机体的第一道防线。为逃避机体的抗病毒反应,SARS-CoV-2、SARS-CoV及MERS-CoV的M蛋白依赖于一定水平TBK1的磷酸化和IRF3的活化抑制I型干扰素反应,从而抑制机体的抗病毒反应。
对于冠状病毒感染的固有免疫应答,依赖于I型干扰素反应,而抗病毒反应的启动又需要固有免疫细胞识别到病毒的入侵。下图为病毒入侵机体时,机体的抗病毒反应的简易模式图:
(图片来源:Immune responses in COVID-19 and potential vaccines: Lessons learned from SARS and MERS epidemic)