新冠病毒（SARS-CoV-2）的刺突蛋白（spike）识别宿主细胞受体蛋白ACE2后，spike蛋白的S1与S2结构域分离，病毒与宿主细胞膜由此融合完成入侵。然而，spike蛋白结合宿主受体蛋白后，什么因素调控S1和S2结构域分离和膜融合蛋白机器工作，是冠状病毒入侵领域悬而未解的重要问题之一。
2021年08月31日，国际专业期刊《Cell Research》 （IF：25.6） （图1）在线发表了题为“Mechanical activation of spike fosters SARS-CoV-2 viral infection”的研究论文。论文通过理论计算发现：新冠病毒入侵过程中，单个spike/ACE2结合分子对受到10~30皮牛的生物力调控。应用分子动力学模拟和单分子力谱技术，并结合假病毒感染实验，首次证明了生物力极大增强spike/ACE2相互作用并加速S1与S2结构域分离（图2），促进病毒入侵宿主细胞（图3）。
图1. Cell Research 期刊
图2. 生物力调控spike蛋白的S1与S2结构域分离的分子动力学模拟图
图3. 新冠病毒spike蛋白的力学激活卡通图。生物力调控spike蛋白（门环）与ACE2（手）相互作用，促使spike蛋白发生构象变化（门栓即将破裂）。门外猛兽（病毒RNA）即将破门而入（新冠病毒与宿主细胞融合，病毒RNA入侵宿主细胞）。
论文研究了传染性较强的新冠病毒突变株D614G（该突变为德尔塔、阿尔法、贝塔、伽马和拉姆达毒株共有突变），发现：D614G突变将spike与ACE2力调控的结合能力增强了3倍，将S1与S2结构域分离速率加快了35倍。该发现为D614G导致突变毒株高致病性、高传染性的原因提供了全新的解释。
论文还鉴定了一种来自COVID-19康复患者体内的单克隆抗体，该抗体同时结合spike的S1与S2结构域，极大抑制S1与S2结构域受力解离。基于上述研究结果，论文提出了一种锁定spike蛋白的S1与S2结构域的全新病毒阻断策略，有望投入新冠病毒临床治疗。
本研究成果是医工信学科交叉合作开展科学研究和人才培养的又一个成功案例，是生物力学与力学生物学、单分子生物物理的一重要突破。我院陈子辰教授和医学院陈伟教授联合培养的博士研究生费攀宇是该论文共同第一作者，共同第一作者还有浙江大学医学院博士后胡炜、合作单位张勇博士、浙江大学医学院/附属杭州市第一人民医院博士后张同同和浙江大学基础医学院博士后姚丹梅。通讯作者包括陈伟教授、合作单位娄继忠研究员、上海大学李振海教授和纽约大学王俊教授。该项目得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江大学教育基金会新型冠状病毒肺炎应急科研专项等项目的大力支持。也得到阿里巴巴公益基金会、阿里云、浙大云和百度云为本研究提供了大量宝贵的高性能计算资源。该研究工作还得到了西湖大学周强教授、谢琦教授和山东大学王培会教授的重要支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-021-00558-x
2021年08月28日，专业期刊《Bio-design and Manufacturing》（IF：6.3）（图4）在线发表了题为“Utility of TPP-manufactured biophysical restrictions to probe multiscale cellular dynamics”的研究论文。论文呈现一种可研究多尺度细胞动态生命活动的微栅格阵列。该微栅格阵列由双光子聚合技术（TPP）直接3D打印而成，阵列面积大至1000×1000 μm2，微栅格阵列由尺寸为15×15×1 μm3（长×宽×高）的栅格单元组成。与现有的通过激光雕刻并填充金属的方法（EBL）相比，由TPP技术直接3D打印微栅格阵列具有时间快、成本低、工艺简单和功能多样化四大优势。
论文应用该微栅格阵列进行了细胞膜和膜蛋白的限制性运动、细胞核的力学形变和细胞的跨障碍迁移等多尺度细胞动态生命活动的研究（图5）。应用TPP方法打印微栅格结构来研究细胞动态生命活动，在生物物理学、材料学和生物力学领域具有广阔的应用空间和重要的科学价值。
图4. Bio-design and Manufacture期刊
图5. 可研究多尺度细胞动态生命活动的微栅格阵列
我院陈子辰教授和医学院陈伟教授联合培养的博士研究生费攀宇是该论文共同第一作者，共同第一作者还有东南大学博士后丁海波、深圳大学博士研究生段玉。通讯作者包括陈伟教授、东南大学顾忠泽教授和深圳大学彭争春教授。
论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s42242-021-00163-2
费攀宇博士论文答辩会将于2021年9月17日14:00，在浙江大学紫金港校区医学院科B会议室F001举行，答辩题目为：
“多谱相高通量磁镊技术及其应用于生物力调控蛋白质动态构象与功能的研究”。
欢迎老师们到场指导，欢迎同学们到场参加！