浙江省COVID-19患者临床特征与治疗研究及SARS-CoV-2生物信息学分析

发布时间：2021-08-10 19:49

　　第一部分浙江省788例COVID-19患者的临床特征及SARS-Co V-2生物信息学分析背景:新型冠状病毒感染疾病（COVID-19）患者数量的快速增长给中国带来沉重的公共卫生负担,并引起全世界的警惕。本研究主要分析浙江省的788例患者,确定其临床特征与SARS-Co V-2（ZJ01）基因特征。方法:回顾性收集并分析了从2020年1月17日到2020年2月12日COVID-19确诊患者资料,包括流行病学资料、人口学资料、临床特征、实验室检查及治疗数据等。其次是使用多因素logistic回归模型来探索重型/危重型患者的独立预测因子及浙江省SARS-Co V-2特征的生物信息学分析。结果:788例COVID-19患者的中位年龄为46.00（35.00-56.00）岁,潜伏期的中位数为5.00（2.00-9.00）天。高血压、糖尿病和慢性肝病是最常见的基础疾病。393（49.87%）例患者有武汉暴露史,195（24.75%）例患者为聚集性病例。78（9.90%）例患者为重型/危重型。发热和咳嗽是最常见的症状,而88（11.17%）例患者有胃肠道症状。234（29.70%）的患者有白细胞减... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：177 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

SARS-Co V-2家族内部可能出现潜在的进化分支。

序列分析结果表明ZJ01相较于SARS-CoV-2家族其它成员存在38处突变点(图1-3.A)。其中35处突变点是ZJ01完全独有的。另外3处中,20号突变点是由于测序错误导致,14号和38号突变点为SARS-CoV-2家族中广泛存在的突变点。而在35处ZJ01完全独有的突变点中,有7处删除,4处插入,24处替换。其中共有10处(NO.22-31)位于S蛋白上。而在这10处中,有3处是同义突变,2处删除突变,5处错义突变。这些突变造成了S蛋白上Ser596,Gln613,Glu702,Ala771,Ala1015,Pro1053和Thr1066的变化。而对S蛋白的基因相似度分析结果表明,不同病毒家族之间的差别主要在S蛋白中S1的受体结合域(Receptor-binding domain,RBD)上。这一结构负责细胞靶点的识别。而ZJ01和SARS-CoV-2病毒家族其它成员之间的差别主要在S2区域。(图1-3.B)3.5.4同源建模与APBS分析结果表明ZJ01在F1、2位点附近的突变可能对Furin的结合造成影响

Furin是一种重要的丝氨酸蛋白酶,在流感病毒的致病过程中起着重要作用。禽流感病毒株Furin结合力的改变可能影响它的致病力[14]。虽然Furin在冠状病毒家族中并不是最常见的蛋白水解酶,但是先前的研究已发现它在SARS、MERS中都起着重要作用[15,16]。ProP 1.0可以对氨基酸序列上的潜在Furin位点进行预测。通过ProP 1.0我们发现SARS-CoV-2病毒的S蛋白存在3处潜在的Furin位点(F1-3)。其中F1位于S1/S2上,F2位于S2段的S’位点上,F3位于S1的N段结构域(N-terminal domain,NTD)上(图1-4.A)。进一步比对分析发现潜在Furin酶切位点在冠状病毒进化中存在明确的进化顺序和规律(图1-4.B)。同源建模结果提示清晰显示F1-3在SARS-Co V-2的S蛋白上所处的位置(图1-4.C)。从空间位置上看,F1-3均位于S蛋白的表面并向外凸起,是良好的底物位点。F3位于S1-NTD的顶部侧面。NTD起着促进病毒和细胞表面粘附的作用。而F1位于S蛋白中部,S1和S2中间的交接区域(S1/S2),呈现明显的向外隆起。S1/S2区域的水解可将S1和S2分离,促进病毒与包膜融合侵入细胞。F2位于S2蛋白的中下部中间位置,这一部位的水解可能在进入细胞后参与致病机制。而GZ02,RaTG13,Wuhan-Hu-1和ZJ01的S蛋白同源建模结构比对结果提示,在F1位点4中病毒株的蛋白空间结构差异很大。从SARS到Ra TG13再到SARS-CoV-2,他们的F1位点呈现逐渐向外隆起的趋势(图1-4.D)。而尽管Wuhan-Hu-1和ZJ01在F1上的氨基酸序列是相同的,但是ZJ01在F1位点附近的突变(Glu702 to Lys702)依旧可能造成二者在蛋白空间构象上的变化。这使得ZJ01的F1位点相较Wuhan-Hu-1进一步向外延伸11.6?。在F2位点上,RaTG13,Wuhan-Hu-1和ZJ01呈现高度的一致性,这与基因比对结果相一致。而GZ02与SARS-CoV-2相关病毒最大的不同在于,它的F2位点被深深包裹在S蛋白内部,而SARS-CoV-2相关病毒则位于S蛋白的表面。尽管如此,先前的研究已经证实S蛋白的S2’(F2)位点具有Furin活性[16]。这可能是F1位点被水解后,S1和S2分离,并使得原来包裹在蛋白内部的F2位点得以暴露。Ra TG13,Wuhan-Hu-1和ZJ01在F3位点上也表现出高度的相似,而GZ02并不具有这一位点。APBS(Adaptive Poisson-Boltzmann Solver)是一种用来计算蛋白水溶液中表面静电分布的经典方法[17].通过对同源建模的Furin蛋白的APBS分析,我们发现Furin是一个整体带负电荷的蛋白酶。在它的地位结合位点(191–192,253–258,292–295)周围覆盖着大量的负电荷(图1-5)。Furin的这种电荷表现表明它可能对带正电荷的底物有更好的结合力。对同源建模的S蛋白的APBS分析结果表明,SARS-CoV-2相关病毒(ZJ01、Wuhan-Hu-1、RaTG13)的F1位点上主要覆盖正电荷,而SARS正负电荷混杂。与Wuhan-Hu-1相比,尽管ZJ01的F1位点的正电荷头部更加向外突出,但F1基部却有更多的负电荷。这种变化最终对ZJ01和Furin的结合力影响效果还仍未可知。GZ02的F2表面覆盖着负电荷,而Wuhan-Hu-1和Ra TG13则以无电荷和少量正电荷为主。ZJ01相比这三者在F2区域呈现大量的正电荷。考虑到在F2上ZJ01和Wuhan-Hu-1、Ra TG13的蛋白序列基空间结构相近,这种电荷的剧烈变化可能是由于ZJ01在附近存在碱基删除突变所致(Ala771 to-)。而在F3上,GZ02覆盖着大量的负电荷。SARS-CoV-2相关病毒(ZJ01、Wuhan-Hu-1、Ra TG13)则以少量正电荷为主,且他们之间的差异非常小。这一点与基因序列比对结果相一致。由此我们可知,ZJ01虽然和Wuhan-Hu-1的基因序列高度一致,但是其在Furin酶切位点附近的突变造成了二者在蛋白结构和表面静电势上的差异。这些差异可能会影响他们与Furin的实际结合能力。Furin整体呈负电荷,尤其是底物结合口袋(substrate binding pocket)内部覆盖了极强的负电荷。对GZ02、ZJ01、Wuhan-Hu-1、Ra TG13的F1-3位点的APBS分析结果提示他们在这3个位点上的静电势能存在巨大差异。这种差异的根源是他们在F1-3位点极其周围的蛋白质一级结构变化。ZJ01在F1-2位点周围的突变很可能造成它和Wuhan-Hu-1在这两个位点上的Furin结合力差异。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3334678