新冠君，你都自然变异出实验室里才有的东西了！

1. SARS-CoV-2的backbone，由SARS-CoV与CoVZC45两种病毒嵌合而成。

大家都知道，SARS-CoV-2就是新冠病毒，SARS-CoV是非典病毒。那CoVZC45（bat-SL-CoVZC45）是啥？它是2017年发现的一种指舟山蝙蝠（类SARS）病毒。为啥要提这个病毒？因为它是SARS-CoV-2（2019-nCoV）最近的亲戚，在进化树上，它和SARS-CoV-2关系最近。见下图。

CoVZC45和SARS-CoV-2很像吗？它们的相似度是87.5%。好象不是很像嘛！我们比较得更细一点，看看这两种病毒各蛋白的相似度：
E蛋白（及非结构蛋白nsp7亚基）的一致性是100%，
M蛋白（membrane膜蛋白）一致性是98.6%，
N蛋白（Nucleocapsid核壳蛋白）一致性是94%，
S2蛋白（spike刺突蛋白的后半部分）一致性是95%，
S1蛋白的一致性为69%。
大家可能注意到了，除了S1蛋白，其它各蛋白的相似度都不低于94%。那么问题来了，为啥偏偏S1蛋白的一致性那么低，只有69%呢？答案是：SARS-CoV-2的S1蛋白中有一大块，是从别的病毒中“粘”过来的。从哪个病毒“粘”过来的，SARS-CoV。
就是说，SARS-CoV-2的骨干，是把SARS-CoV病毒S1蛋白的RBD区域，“粘”到CoVZC45的相应位置而得到的。

以CoVZC45和SARS-CoV嵌合得到SARS-CoV-2主干示意图。

为啥要把SARS-CoV的RBD粘到CoVZC45上去？因为CoVZC45不能感染人，因为要把它变成能感染人的病毒。

冠状病毒能不能感染人，关键在于，它有没有能打开人体细胞的钥匙。

冠状病毒的钥匙是什么？

这面是一个冠状病毒的示意图。冠状病毒以其外表“皇冠”状突起而得名，这些突起就是由冠状病毒的S蛋白所形成的。S蛋白即spike蛋白，也叫做刺突蛋白或棘突蛋白。

S蛋白由向外突出的S1蛋白和S1蛋白之下的S2蛋白两部分组成。S1蛋白负责与细胞表面的受体（如ACE2，TMPRSS2，CD4等）结合，如果S1蛋白能够与细胞受体成功结合，那么冠状病毒就能够进入、感染细胞。S1蛋白就是用来打开人体细胞的钥匙。

S1蛋白与ACE2成功结合后，病毒就可以进入细胞。

S1蛋白能否与细胞受体结合，取决于它的形态、静电极性是否与细胞受体吻合、匹配。大多数冠状病毒的S1蛋白钥匙对人体细胞不好使，CoVZC45也是如此，SARS-CoV是少数有好使的S1蛋白钥匙，能感染人体细胞的冠状病毒之一。

细胞表面的ACE2等受体（Receptor）相当于细胞膜上的锁，病毒的S1蛋白则相当于一把钥匙。S1蛋白中有一个RBD（Receptor Binding Domain，受体结合域）区域，负责与细胞受体结合，它相当于钥匙的“钥齿”部位，对S1蛋白能否打开ACE2受体锁具有决定性作用。

下图是SARS-CoV-2（2019-nCoV）氨基酸序列示意，及RBD在S蛋白氨基酸序列中的位置。

CoVZC45的S1蛋白不能与人体ACE2受体结合，所以舟山蝙蝠病毒不能感染人；SARS-CoV的S1蛋白能够与人体ACE2受体结合，所以非典病毒能够感染人。把SARS-CoV病毒的RBD“粘”到CoVZC45上，替换掉原有的RBD，相当于为CoVZC45重新配了一把对人体细胞好使的钥匙，嵌合病毒有了这把新钥匙，就能与ACE2受体结合了，就能进入、感染人体细胞了，从而，就把不能感染人的CoVZC45变成了一种能感染人的新病毒。

SARS-CoV-2的RBD与SARS-CoV的RBD具有很高的相似度，因为，SARS-CoV-2的的RBD就是从SARS-CoV“粘”过来的。见下图。

SARS-CoV与SARS-CoV-2（2019-nCov）RBD氨基酸序列比照，红色对应相同的氨基酸（残基），白色对应不同的氨基酸（残基）。

可以看到，虽然相似程度很高，但二者还是存在一些不同的氨基酸，这又是怎么回事呢？因为把SARS-CoV的RBD粘过来之后，对它还做了进一步的基因编辑。

2. 进一步编辑RBD，对四个关键氨基酸作同构替换。

前面我们看到，SARS-CoV-2与SARS-CoV二者的RBD相似度很高，但仍有一些不同，这些不同来自对RBD所作的进一步的保守编辑。在不改变RBD功能的保守编辑中，最重要的是对四个关键氨基酸所做的同构替换。

RBD中，有五个至关重要的氨基酸（残基），它们在S1蛋白氨基酸序列中序号为第442、472、479、487、491（按照SARS-CoV的S蛋白序列编号)，这五个氨基酸处在与细胞受体ACE2的接触面上，是RBD“钥齿”中的关键齿位。在SARS-CoV-2中，来自SARS-CoV~RBD的这五个关键氨基酸中的前四个（442、472、479、487）被换掉了，换成了新的氨基酸。

SARS-CoV-2与SARS-CoV，RBD部分氨基酸序列比照，在442、472、479、487四个位置上，二者的氨基酸不同。

以上四个氨基酸的变换极不寻常，这是因为：
a) 所替换的四个氨基酸位于RBD的高度保守区域，通常这些氨基酸不会发生改变；
b) 新氨基酸与同位置的原有氨基酸的疏水性和静电极性都非常相似；
c) 虽然发生了四个关键氨基酸的改变，但RBD的3-D结构几乎没有变化，替换前后，RBD的空间形态高度同构；

换掉四个关键的氨基酸前后，S1蛋白RBD的空间结构、形态高度相似。

d) 新、旧RBD与ACE2受体接触时发生的范德华力（一种分子间的电性引力）等静电作用效果也很相似；
e）新RBD与ACE2的结合稳定性可能比原RBD略差，但仍能与ACE2发生强相互作用；同时，新RBD与ACE2的结合亲和力还大大提高。

或者说，SARS-CoV-2又“进化”出了一套更好用的感染人的蛋白钥匙。

SARS-CoV-2仿佛在向人类宣告，它已经克服了自然进化的随机性、盲目性，它已具备了高度智能的定向、明确、精准进化能力；它在“自然进化”过程中“巧夺天工”的优异表现，不逊色于任何一位遗传学、生物学、病理学大师，它称得上是一位跨学科的学术界集大成者。现在只是开个头，后续内容将反复验证SARS-CoV-2“自然进化”的非凡伟大。

2020年1月21日，来自中国科学院上海巴斯德研究所的徐心恬、陈萍、王靖方等学者在SCIENCE CHINA Life Sciences（《中国科学：生命科学》）上发表了一篇论文，题为“源于武汉爆发的新型冠状病毒的进化及其棘突蛋白对人类传播风险的建模”(Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission)。论文指出：
a）尽管新冠与SARS-CoV二者S蛋白的总体同源性较低，但二者的RBD区域却有较高的同源性；
b）令我们惊讶的是，尽管替换了五个重要的界面氨基酸残基中的四个，但新冠仍与人ACE2有着显著的结合亲和力；
c）进一步观察发现，新冠的S蛋白和SARS-CoV的S蛋白在RBD域具有几乎相同的三维结构，在相互作用界面上保持了相似的范德华力和静电性质。   

2020年2月19日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jason S McLellan团队和国家过敏和传染病研究所的研究人员在Science杂志上联合发表了题为“Cryo-EM Structure of the 2019-nCoV Spike in the Prefusion Conformation”的论文。论文指出：
a) 2019-nCoV与SARS-CoV的RBD存在一定的构象差异，但当按某一角度对齐时，二者就呈现出较高程度的结构同源性。
b) 两种病毒的S1蛋白与ACE2的复合体非常相似；
c) 2019-nCoV的S1蛋白与ACE2的结合亲和力是SARS的10-20倍。

2020年5月17日，澳大利亚弗林德斯大学的一个科学家小组成果指出：SARS-CoV-2的S蛋白与人体ACE2的结合力，强过其与蝙蝠等可能的原始宿主或中间宿主动物ACE2的结合力，他们认为，这违反了病毒与新宿主的初始亲和力应低于原宿主的常识。

对他们的研究结果可作出一个引申：SARS-CoV-2不象是来自动物，它更象是专门为人类量身定制的。

对RBD作保守编辑还有以下作用：
a) 模糊SARS-CoV-2与SARS-CoV二者RBD之间的渊源；
b) 由于四个关键氨基酸的改变，通常的针对SARS-CoV的RBD抗体药物，将对SARS-CoV-2无效。

RBD的蛋白可替代研究在几年前就开始了，SARS-CoV-2中的RBD同构替换来自多年积累的研究成果。

3. SARS-CoV-2的S蛋白，含有来自HIV-1的表面糖蛋白gp120和Gag蛋白

插入这两种蛋白的目的，是赋予SARS-CoV-2感染T淋巴细胞，破坏人体免疫系统的能力。

2020年1月27日，印度理工学院(Indian Institute of Technology)的普拉丹(Pradhan)教授，昆杜(Bishwajit Kundu)教授等人在生物预印本网站bioRxiv发表了那篇引起争议的论文：《2019-nCoV棘突蛋白中独特插入片段与HIV-1的gp120(蛋白)和Gag(蛋白)的异常相似性》(Uncanny similarity of unique inserts in the 2019-nCoV spike protein to HIV-1 gp120 and Gag)。论文要点如下：
a) SARS-CoV-2的棘突糖蛋白(S蛋白)中有4个插入片段，这4个插入片段中的氨基酸（残基），均与HIV-1（艾滋病病毒）的gp120蛋白或Gag蛋白相同或相似；
b）上述插入片断在自然界中不太可能偶然发生，因为在SARS等其它冠状病毒的S蛋白中，都没有发现这种插入片段，病毒不太可能在短时间内自然地获得这种非常独特的插入片段；
c）gp120蛋白帮助HIV-1与另一种人类受体CD4结合，Gag蛋白也有帮助HIV-1与某些宿主细胞结合的作用。CD4受体通常附着在某些T淋巴细胞的表面，与其所附着的T淋巴细胞合称CD4+T淋巴细胞，是人体免疫系统的重要部分。HIV-1通过CD4感染T淋巴细胞，破坏人体免疫系统。
d）在S蛋白中插入gp120蛋白与Gag蛋白后，SARS-CoV-2将可能获得与HIV-1类似的能力：感染、杀死CD4+T淋巴细胞，破坏人体免疫系统。

2020年1月24日，武汉市金银潭医院副院长黄朝林教授等人在《柳叶刀》上发表了一篇论文，题为：《中国武汉市2019年新型冠状病毒感染患者的临床特征》(Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China)。论文中指出：在所观察的41名新冠早期患者中，63％的患者（26名）出现了淋巴细胞减少症状。

此外，在中国《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》中，“淋巴细胞计数减少”是重症患者的重要识别特征之一。

这充分证明，SARS-CoV-2确实具有感染并杀死淋巴细胞，损害人体免疫系统的能力。这种能力，可能来自或部分来自模仿HIV-1插入的gp120蛋白和Gag蛋白，如印度学者所指出的那样。

SAR-CoV不能感染淋巴细胞，不具备破坏人体免疫系统的能力。

4. SARS-CoV-2的S1、S2蛋白交界处，精准插入了Furin酶切位点

SARS-CoV-2中有一个恰位于S1、S2蛋白交界处的酶切位点，下图中的五角星就代表这个酶切位点。

SARS-CoV-2属于β谱系冠状病毒。几乎所有β谱系冠状病毒都没有酶切位点，包括SAR-CoV与舟山蝙蝠病毒CoVZC45。SARS-CoV-2的神奇之处在于，它不仅“进化”出了酶切位点，而且酶切位点恰恰位于S1、S2蛋白交界处，S蛋白的关节位置。

这个酶切位点是个什么东东？原来，SARS-CoV-2的S1、S2蛋白交界处，比其它病毒多了四个氨基酸（残基）“PRRA”，其中的“RRA”，与原序列中紧邻的“R”连在一起，组合成“RRAR”。这四个氨基酸组合就是酶切位点标志，它符合Furin酶切位点的识别模式“RXXR”。

上图第二行是SARS-CoV-2的氨基酸序列，第一行是SARS-CoV的氨基酸序列，第四行是舟山蝙蝠病毒CoVZC45的氨基酸序列。第二行S1/S2位置处插入了“PRRA”。

下面这两个图应该看得更清楚一些。

酶切位点有什么用处呢？

酶切位点“RRAR”可以被人类的弗林（furin）蛋白酶或其他蛋白酶识别，这些蛋白酶可以自酶切位置对S蛋白进行切割，使S蛋白的S1亚基与S2亚基分离。S1蛋白被切割脱落后，其后的S2蛋白和病毒包膜将得以与人体细胞膜直接接触，二膜之间将发生“膜融合”，“膜融合”之后，包膜内的病毒RNA将第一时间被释放入人体细胞，病毒RNA将在人体细胞内立即开始自我复制，组装新病毒。

SARS-CoV-2与细胞膜发生“膜融合”后，病毒RNA将被第一时间释放到细胞内。

没有酶切位点又能怎么样呢？

SARS-CoV没有酶切位点，所以它不支持“膜融合”的感染方式，SARS-CoV感染细胞时，是通过一种“胞吞”的方式连皮带核地整个被吞入细胞，由于RNA被困在病毒包膜内，所以无法第一时间开始复制、组装新病毒。SARS-CoV感染细胞的具体过程如下：
S1蛋白与人体细胞受体ACE2结合==>病毒被整个“胞吞”（囫囵吞枣）入人体细胞==>病毒的S1、S2蛋白，包膜蛋白在细胞内被蛋白酶分解、溶化==>病毒RNA被释放出来==>RNA复制，组装新病毒。

SARS-CoV“胞吞”与SARS-CoV-2“膜融合”对照图

不难理解，SARS-CoV-2的“膜融合”感染方式，比SARS-CoV的“胞吞”感染方式，效率要高得多。

酶切位点是SARS-CoV-2一项非凡的“自我功能优化”，它使病毒得到了多项强化，其中一项是：酶切位点赋予了SARS-CoV-2远比SARS-CoV强大得多的感染力、致病力、扩散力。

2020年2月4日，南开大学高山、阮吉寿等在中国预印本论文平台ChinaXiv发表了一篇题为《武汉2019冠状病毒S蛋白可能存在Furin蛋白酶切位点》的论文，论文指出：
a）此前发现的所有SARS和SARS样（SARS-like）冠状病毒都不具备新冠病毒（SARS-CoV-2）的酶切位点；
b）酶切位点增强了新冠病毒的感染、传播能力。论文估算，2019-nCoV（即SARS-CoV-2）的侵染效率是SARS-CoV的约100到1000倍。

酶切位点在β谱系冠状病毒中极为少见，β谱系冠状病毒中唯一具有酶切位点的是鼠肝炎冠状病毒；同时，所有与SARS-CoV-2刺突蛋白（S蛋白）相似度大于40％的病毒都没有酶切位点。因此，SARS-CoV-2是在毫无积累，一穷二白的情况下，无师自通，神迹般地“进化”出了酶切位点。

经估算，一百年内，舟山蝙蝠病毒CoVZC45（与SARS-CoV-2亲缘关系最近）恰在S1、S2蛋白交界处自然变异出酶切位点“RRAR”“的几率小于10的负10次方！参见“估算舟山蝙蝠Vir一千年内进化出酶切位点的几率”一文。

在S1蛋白、S2蛋白交界处精准变异出furin酶切位点，再次展现了来历不明，横空出世的SARS-CoV-2不可思议的“自然变异”智能化，目的性，精准性。

病毒界具有酶切位点的病毒，最著名的当属两种非冠状病毒HIV-1（艾滋病病毒）和埃博拉病毒。具有酶切位点，是这两种病毒非常强大的重要原因。SARS-CoV-2仿佛非常熟悉这两种与它毫无纠葛、渊源的病毒，仿佛深知酶切位点在HIV-1、埃博拉致病机理中的巨大作用，从而无法抑制“进化”出酶切位点的冲动。

HIV-1、埃博拉病毒破坏人体免疫系统的能力与酶切位点有关，SARS-CoV-2也因为酶切位点而获得了类似的能力。机理是，当与T（淋巴）细胞（人体的主要免疫细胞）接触时，SARS-CoV-2能够借助高效的膜融合，侵入、摧毁T细胞，从而破坏人体免疫系统。“膜融合”之所以能够发生，就在于SARS-CoV-2在S1/S2处恰有一个酶切位点。

2020年4月7日，上海复旦大学研究组和纽约血液中心研究员姜世勃在论文医学专刊《细胞分子免疫学》联合发表论文指出：
SARS-CoV-2会破坏免疫系统，使患者无法抵抗感染；
当SARS-CoV-2和T细胞相互接触时，SARS-CoV-2将通过病毒膜和细胞膜的附着，将自己的RNA基因输入T细胞，导致T细胞毁坏；
与HIV不同的是，SARS-CoV-2可能和T细胞一起死亡，进入T细胞的SARS-CoV-2不会扩散到T细胞外。

至此，SARS-CoV-2已经拥有了两套破坏免疫系统的机制。一是S蛋白中HIV-1来源（或相似）的gp120和Gag蛋白所赋予的，借助T细胞表面的CD4受体实现的感染机制；二是酶切位点-膜融合机制赋予的，借助T细胞表面的少量ACE2受体实现的感染机制。

当人体免疫系统的T细胞、B细胞的表面受体（CD4或ACE2）与病毒（或抗原）结合时，可能触发免疫系统过度应答，持续生成大量淋巴细胞、巨噬细胞，相关细胞还将分泌出大量细胞因子和体液，引发“细胞因子风暴”，这可能导致全身性炎症反应、多器官衰竭、高铁血红蛋白血症、急性呼吸窘迫综合征等症状，对人体器官和组织造成重大损害，并可能致死。

SARS-CoV没有酶切位点，它无法以“膜融合”方式感染T（淋巴）细胞。SARS-CoV不破坏人体免疫系统。

5. SARS-CoV-2S蛋白中存在O-Linked聚糖结构，它使病毒获得了逃避免疫打击能力

SARS-CoV-2的O-Linked聚糖结构怎么来的呢？S蛋白氨基酸序列678位置上（S1蛋白的倒数第三个氨基酸）原来应是一个丝氨酸（S），把这个丝氨酸（S）换成苏氨酸（T），那么678位置上新的苏氨酸（T）就与673、687位置上的两个丝氨酸（S）形成了O-连接聚糖结构（O-linked glycans）。参见下图。

SARS-CoV-2酶切位点周围的一个苏氨酸（T），二个丝氨酸（S）形成了O-Linked聚糖结构。

SARS-CoV-2 S蛋白上的O-Linked聚糖结构能够和人体细胞表面的蛋白质相互作用，产生一个“粘蛋白样结构域”，“粘蛋白样结构域”可充当SARS-CoV-2逃避人体免疫系统打击的糖链屏障。籍着这一屏障，SARS-CoV-2可以
a) 隐蔽、持续地在人体内潜伏、复制；
b）借助超长的潜伏期，及免疫逃避能力，几乎无所不至地向各个器官扩散；
c）获得了强悍的人体内适应生存能力，大大延缓人体免疫反应，难以被人体彻底清除或根除。

至此，SARS-CoV-2拥有了破坏人体免疫系统和逃避人体免疫系统打击的双重能力，极大地强化了其生存力和致病力。

SARS-CoV和CoVZC45都没有O-连接型聚糖结构，在β谱系的冠状病毒中，有O-连接型聚糖结构的只有SARS-CoV-2，不得不再赞一声，SARS-CoV-2你牛比！

O-连接型聚糖结构是从哪来的呢？是偷师埃博拉病毒山寨来的。

2020年2月16日，所谓的“病毒猎手”，美国哥伦比亚大学公共卫生学院感染与免疫中心主任伊恩·利普金（Ian Lipkin）等人在virological.org上发表了论文，题为“The Proximal Origin of SARS-CoV-2”，论文称：“SARS-CoV-2不会是实验室工程制造而泄漏的病毒，而应该是病毒自然进化的产物。”。论文的理由之一是：
“即使的确存在一个不为科学界所知的病毒模板，在其基础上，通过长期细胞培养的方式逐步得到提高受体结合亲和力的氨基酸突变的病毒，然而这个O-linked的聚糖结构不可能通过体外细胞培养的方式获得，因为这种突变通常需要机体免疫系统的参与才能产生。”
”

这位大专家的装B水平，和偷换问题的下流手法令人赞叹。我想问问这位大专家，如果有人说，你到过杀人现场，那么你的反驳是什么？是“我根本没去杀人现场”，还是“我根本没骑自行车去杀人现场”。

得到O-linked聚糖结构非得用培养基础病毒促使其突变的套路吗？你真不知道，用基因剪刀把678位置上的丝氨酸（S）换成苏氨酸（T），就能得到O-linked聚糖结构吗？

6. N蛋白中加入了非结构蛋白3A，目的是进一步完善病毒免疫逃避能力。

非结构蛋白3A能使核衣壳蛋白（N蛋白，Nucleocapsid蛋白）具备VSR（RNAi抑制子）活性，使其可以有效对抗和反抑制由shRNAs（短发夹RNA）或siRNAs（小分子干扰RNA）触发的RNAi（RNA干扰）。在N蛋白中加入非结构蛋白3A具有如下作用：
a) 使SARS-CoV-2能够抑制、干扰人体免疫反应，使免疫反应延迟或减弱，或者延迟后过度反应，引发“细胞因子风暴”，重创人体；
b）SARS-CoV-2能够对抗、反制RNA干扰药物和RNA干扰疗法，使RNAi这类通过干扰、抑制病毒RNA来促使病毒降解的免疫疗法对SARS-CoV-2失效。

非结构蛋白3A的加入，使SARS-CoV-2获得了另一种免疫逃避途径。

2020年02月22日，中国科学院武汉病毒研究所病毒学国家重点实验室周溪等人发表论文“2019新型冠状病毒核衣壳蛋白N能发挥病毒编码的RNAi抑制子功能”，指出：SARS-CoV-2的N蛋白在人类细胞中表现出VSR活性，这可能是新型冠状病毒的一个关键免疫逃避因子。

酶切位点，O-连接型聚糖结构，非结构蛋白3A，SARS-CoV-2为自己设计了全方位的抗免疫能力，集三大抗免疫利器于一身。SARS-CoV-2的进化智慧，难道不令人类感到震撼吗？

7. SARS-CoV-2带有实验室载体pShuttle的核苷酸序列INS1378

SARS-CoV-2的基因序列中，有一个长度为1378的核苷酸序列INS1378，它来自实验室多功能载体pShuttle SN vector，是将病毒与载体质粒重组时带入病毒基因序列的。

新冠君，你怎么自然进化到实验室里去了？

小结

简单小结一下SARS-CoV-2的伟大进化过程：
1） 进化出了能感染人的S1蛋白钥匙；
2） 进化出了优化的，有10-20倍ACE2亲和力的新钥匙；
3） 刚刚感染人，就进化出了能感染CD4+T淋巴细胞的两种蛋白，进化出了破坏人体免疫的机制；
4）恰恰在三万个碱基对中的S1/S2交界处，进化出了威力强大的酶切位点；
5）在S蛋白中进化出了三个O-Linked聚糖结构，可以逃避人体免疫打击；
6）在N蛋白中进化出了非结构蛋白3A，能够干扰、抑制人体免疫反应；
7）进化出了实验室载体pShuttle的核苷酸序列INS1378

新冠君，你感染人类的历史刚刚开始，就自然变异出这么多你的远近亲戚闻所未闻，让人类目瞪口呆的神奇结构，你不仅是一位跨学科的科学泰斗，你还是一位总能无中生有的魔术大师！

你从不担心自己“自然”进化的步子迈得太大太猛，因为你没有蛋，步子迈得再大，也扯不着蛋。

新冠君，你一路“自然”进化，处处神迹，你是上帝，还是撒旦？

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说谎或缄默，就能把所有世人都蒙在鼓里吗？