美國國立衛生研究院（簡稱NIH）的科學家們發現，細胞中的一個過程可能限制了SARS-CoV-2的感染性，而alpha和 delta變體的突變克服了這種影響，可能會提高病毒的傳播能力。這些發現在線發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。這項研究由NIH國家牙科和顱面研究所（NIDCR）的高級調查員Kelly Ten Hagen博士領導。
自從新冠大流行在2020年年初開始以來，SARS-CoV-2（引起COVID-19的病毒）的幾個更具感染性的變體已經出現了。在原始病毒之後是alpha變體，2021年年初在美國廣泛流行，隨後是delta變體，這是今天傳播的最普遍的毒株。這些變體已經獲得了有助於它們感染人和更容易傳播的突變。許多突變影響了刺突蛋白，病毒利用它進入細胞。科學家們一直在試圖了解這些變化如何改變病毒的功能。
NIDCR主任Rena D’Souza博士說：“在整個大流行病期間，NIDCR的研究人員運用他們在口腔健康科學方面的專業知識來回答關於COVID-19的關鍵問題。這項研究對alpha和 delta變體的更大感染性提供了新的見解，並為未來療法的開發提供了一個框架。”
SARS-CoV-2的外表面裝飾有刺突蛋白，病毒利用這些蛋白附着並進入細胞。然而，在這之前，刺突蛋白必須通過一系列的切割或裂解被宿主蛋白激活，首先是Furin酶。在alpha和 delta變體中，刺突蛋白的突變似乎加強了Furin酶的裂解，這被認為使病毒更有效地進入細胞。
研究表明，在某些情況下，蛋白質的裂解可以通過添加糖分子而減少–這一過程由稱為GALNTs的酶來完成–在裂解部位旁邊。Ten Hagen的團隊想知道這種情況是否發生在SARS-CoV-2刺突蛋白上，如果是的話，是否會改變該蛋白的功能。
為了找到答案，科學家們研究了果蠅和哺乳動物細胞中GALNT活性對刺突蛋白的影響。實驗顯示，一種GALNT1酶將糖添加到野生型刺突蛋白中，這種活動減少了Furin酶的裂解。相比之下，刺突蛋白的突變，如alpha和 delta變體中的突變，會降低GALNT1的活性，增加Furin酶的裂解。這表明GALNT1的活性可能部分抑制了野生型病毒中的Furin酶裂解，而alpha和 delta變體則克服了這種影響，使Furin酶裂解不受限制。
進一步的實驗支持了這一想法。研究人員在培養皿中的細胞中表達了野生型或突變的病毒。他們觀察到細胞有與“鄰居”融合的傾向，這種行為可能有助於感染期間的病毒傳播。科學家們發現，表達變異刺突蛋白的細胞比表達野生型刺突蛋白的細胞更經常地與“鄰居”融合。在有GALNT1存在的情況下，具有野生型刺突蛋白的細胞也較少融合，這表明其活性可能限制刺突蛋白的功能。
Ten Hagen說：“我們的發現表明，alpha和 delta變體克服了GALNT1活性的抑制作用，這可能會增強病毒進入細胞的能力。”
為了了解這一過程是否也可能發生在人身上，研究小組分析了健康志願者細胞中的RNA表達。研究人員發現GALNT1在易受SARS-CoV-2感染的下呼吸道和上呼吸道細胞中廣泛表達，表明該酶可能影響人類的感染。科學家們推測，GALNT1表達的個體差異可能影響病毒傳播。
Ten Hagen表示：“這項研究表明，GALNT1的活性可能會調節病毒的感染性，並提供了關於alpha和 delta變體的突變可能如何影響這一問題的見解。這些知識可以為未來開發新的干預措施的努力提供參考。”