2002-2003年，一场暴发于中国并迅速波及全球的“非典”疫情，曾给国人留下一段深刻的记忆。未及十年，2012年中东地区又暴发新的呼吸综合征疫情，截至2017年3月，已波及全球27个国家和地区，死亡率高达35%，严重威胁世界公共卫生安全。2015年，中东呼吸综合征在韩国局部暴发，并传入我国，给我国的流行病防控敲响了警钟。
“非典”的元凶，严重急性呼吸综合征冠状病毒（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus，SARS-CoV），及中东呼吸综合征冠状病毒（Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus，MERS-CoV）都是冠状病毒的一员。此类病毒在电子显微镜下可见如日冕般外围的冠状，由此得名。
冠状病毒是有囊膜的单股正链RNA病毒，属于冠状病毒科（Coronaviridae）。冠状病毒的感染与人和动物的许多疾病有关，具有胃肠道、呼吸道和神经系统的嗜性。
为了更有效地应对SARS-CoV、MERS-CoV对公共卫生安全所造成的严重威胁，科学家迫切需要认识其致病机理。而确认病毒识别何种宿主细胞分子作为受体，病毒如何粘附该受体以侵入宿主细胞从而起始感染，是致病机理研究中的关键环节。
刺突蛋白（Spike protein, S）负责病毒的受体结合与膜融合过程，是疫苗和药物的主要作用靶点。冠状病毒S蛋白会被切割成S1和S2两个亚基，S1负责受体识别，S2负责膜融合。S1又可以分为N端结构域（NTD）与C端结构域（CTD），C端结构域已被证实是MERS-CoV受体CD26的结合区，因此又称为RBD区（Recepter Binding Domain）。
MERS-CoV、SARS-CoV和其他冠状病毒的S蛋白对病毒的跨种传播具有非常重要的意义，其中刺突蛋白的特性，与宿主受体分子的结合特性，刺突蛋白的酶切都起到非常关键的作用。
中国科学院微生物研究所高福院士团队多年来致力于冠状病毒囊膜蛋白的结构和功能相关研究，特别是2012年MERS-CoV暴发初期，第一时间组织攻关团队，在短时间内解析了MERS-CoV RBD和人类受体CD26的高分辨率复合物晶体结构，揭示了病毒和受体结合的分子机制。
随后解析了S2核心区结构，揭示了病毒和受体细胞的膜融合机制，同时基于S2设计的多肽抑制剂也能很好地抑制病毒入侵，为今后的药物和抑制剂设计提供了结构基础。高福院士联合严景华研究员对MERS-CoV人源化抗体的研究对于MERS-CoV的治疗具有重要的意义。除此之外，对MERS-CoV亲缘关系较近的冠状病毒，如HKU4等的研究揭示MERS-CoV跨种传播途径。
对MERS-CoV S、SARS-CoV S蛋白的全面认识，还需要了解NTD与RBD的三维空间排布方式以及S1与S2亚基的互作模式，但受限于S蛋白整体结构的未知，对S蛋白的整体认知仍非常有限。
日前，中国科学院微生物研究所高福院士、施一研究员和生物物理研究所章新政研究员合作，解析了高辨率的MERS-CoV和SARS-CoV三聚体S蛋白的冷冻电镜结构，分辨率分别为3.7Å和3.2Å。
与之前发表的其它冠状病毒S蛋白相比，发现这两种高致病性病毒存在自由的受体结合区，更有利于S蛋白和宿主受体的结合，并为后续广谱性抗体和疫苗设计提供了关键的三维结构图谱。结构分析认为MERS-CoV、SARS-CoV刺突蛋白NTD独特的糖结合区决定它们不能像有些冠状病毒NTD一样，通过结合糖分子来完成病毒对细胞的粘附作用。S蛋白的NTD和RBD在结构上相邻，NTD也有作为中和性抗体作用靶点的潜力。
对感染人的六种冠状病毒序列进行保守性分析发现，融合肽、七肽重复区1（HR1）以及中心螺旋作为相对保守且易于接近的区域，是寻找开发广谱性中和性抗体和抑制剂的理想位点。
冠状病毒MERS-CoV、SARS-CoV全长S蛋白三聚体结构的解析对于认知MERS-CoV和SARS-CoV的致病机制和跨种传播机制具有重要的理论意义，对于靶向病毒侵入过程的特异性药物研发和疫苗设计的实践也至关重要。