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重症急性呼吸综合征冠状病毒(Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus,SARS-CoV)和中东呼吸症冠状病毒(Middle East respiratory Syndrome coronavirus,MERS-CoV)是本世纪新发的高致病性冠状病毒,针对这两种病毒的基础研究、临床药物及疫苗开发仍有很多重要科学问题未得到解决。冠状病毒囊膜上的刺突糖蛋白(Spike glycoprotein,S)介导与宿主细胞受体的结合以及膜融合,是冠状病毒细胞侵入的的关键分子,同时也是宿主中和抗体应答的重要作用位点、抗病毒药物和疫苗设计靶点。因此,对高致病性冠状病毒S蛋白的研究显得至关重要。冠状病毒表面的S蛋白,属于I类病毒膜融合蛋白,需经过融合前到融合后的构象转变完成膜融合过程。然而,高致病性冠状病毒S蛋白在介导膜融合前后转化过程中的不同构象尚未被解析,其发生构象变化的具体分子机制目前也尚不清楚。本研究以SARS-CoV囊膜上的S为研究对象,利用冷冻电镜单颗粒技术,捕捉到SARS-CoV S蛋白结合受体的必备构象,以及从融合前到融合后的各种不同构象。研究结果显示,SARS-CoV的S蛋白在融合前以四种状态存在。一种三个“CTD1”都处于趴着的状态不能识别受体的构象;三种其中一个“CTD1”竖起一定角度可以结合受体的构象。SARS-CoV S蛋白与其受体的复合物结构也验证了这一结果。通过对SARS-CoV病毒颗粒侵染宿主细胞过程的环境模拟,我们除捕捉到S蛋白融合前的构象,还捕捉到了S蛋白在融合过程中以及融合后的各种构象,并解析了这些构象的结构。综上所述,本研究首次报道了SARS-CoV S蛋白结合受体的必备构象,与受体结合的构象,以及在融合过程中的中间构象以及融合后构象,阐明了S蛋白是如何通过构象变化介导受体识别介导并启动膜融合这一过程的。本研究可以推广到以CTD1为受体结合域的冠状病毒,如MERS-CoV,为深入理解高致病性冠状病毒细胞侵入宿主细胞的分子机制提供了线索。