受体大发现,当新冠病毒“盯上”细胞

截至2021年,新冠病毒已经造成全球累计感染人数接近9000万,死亡人数超过190万。目前国内疫情形势也较为严峻,石家庄、大连等地出现了聚集性疫情。理解新冠病毒与人体系统的相互作用,包括入侵机制,是开发疫苗、诊断治疗的理论依据。

受体是病毒感染人体的决定性条件,对于预防、诊断和治疗病毒感染及其相关疾病都具有重要而深远的意义。自从石正丽团队揭示血管紧张素转化酶-2 (ACE2)是新冠病毒入侵细胞的受体以来,新冠病毒的其他受体也在陆续被发现


这些病毒受体本质上是膜蛋白,其分布决定病毒的嗜性。找到病毒的受体意义重大,但常常并不容易,比如北生所李文辉研究团队对乙肝受体的探索(名副其实,李文辉获乙肝领域最高奖!)。今天,我们分享新冠病毒受体发现的一系列文章

2020年2月3日,Nature杂志发表了石正丽团队针对新冠病毒的鉴定工作,论文标题为“Pneumonia outbreak is associated with a novel coronavirus of likely bat origin”。论文首次揭示ACE2是新冠病毒入侵细胞的受体,开启了新冠病毒受体大发现的旅程。文章采用新冠活病毒,用过表达ACE2的Hela细胞做体外感染实验并通过荧光共定位实验(N为病毒的衣壳蛋白),发现新冠病毒可以通过人类、蝙蝠、猪和麝香猫的ACE2入侵细胞。该实验是在武汉病毒所的P3实验室完成,也得益于石正丽团队长期的积累。

2020年3月14日,陈志南等团队合作发现CD147是新冠病毒入侵细胞的新受体,文章发表在Signal Transduction and Targeted Therapy,题目为 “SARS-CoV-2 invades host cells via a novel route: CD147-spike protein”。该研究发现新冠病毒通过S蛋白与宿主细胞上的受体CD147结合,从而介导病毒入侵,而且CD147途径不依赖于ACE2(无相互作用,也无细胞共定位)。CD147属于免疫球蛋白超家族,在多种病毒的感染中有一定作用,如HIV、HBV、HCV、KSHV等。Co-IP实验为体外实验,免疫荧光来自新冠病人标本。

2020年4月8日,Guoshuai Cai团队在预印本网站发表题目为“A Hint on the COVID-19 Risk: Population Disparities in Gene Expression of Three Receptors of SARS-CoV-2”的论文。研究发现病毒候选受体ACE2,DC-SIGN和CD209L在吸烟者、老人的肺部表达水平更高,在白人中表达水平比亚洲人高。但该研究仅仅是基于基因表达数据库和单细胞测序的结果,还需要更多的实验验证,目前该论文尚未发表


2020年9月15日,加州大学Jeffrey D. Esko团队在Cell期刊在线发表题为“SARS-CoV-2 Infection Depends on Cellular Heparan Sulfate and ACE2”的文章。首次报道新冠病毒刺突蛋白通过与细胞表面的硫酸乙酰肝素分子和ACE2相结合,从而引发感染(个人认为,乙酰肝素多是辅助病毒和细胞结合,算不上真正意义的受体)。研究发现,ACE2或硫酸乙酰肝素均可以独立与S蛋白的RBD结合且结合位点相邻,其中硫酸乙酰肝素作为支架与S蛋白和ACE2形成三元复合物,硫酸乙酰肝素增强了RBD的开放性从而促进其与ACE2结合。


2020年10月20日,Science杂志背靠背发表了新冠病毒通过neuropilin-1入侵细胞的研究,题目分别为“Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity”和“Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection”,由来自德国、芬兰、爱沙尼亚和澳大利亚的30多名科学家组成的国际研究团队完成,他们分别是从新冠病毒刺突蛋白(S蛋白)的氨基酸序列和新冠患者中常见嗅觉障碍得到启发,发现neuropilin-1促进了新冠病毒细胞的进入和感染

2020年11月26日,军事医学研究院钟辉研究员、陈薇院士和秦成峰研究员,与中国人民解放军第九六〇医院曹源教授等合作在Nature Metabolism杂志上发表文章,题为“HDL-scavenger receptor B type 1 facilitates SARS-CoV-2 entry”,首次发现B族Ⅰ型清道夫受体 (SR-B1)是新冠病毒的辅助受体。新冠病毒的S蛋白能够与高密度脂蛋白(HDL)结合,HDL随后成为S蛋白和细胞表面SR-B1的“桥梁”,促进病毒对细胞的黏附和入侵。研究者基于对新冠病毒S蛋白的一级序列进行了分析,发现了六个可能的胆固醇结合基序,从而得到灵感。

2021年1月8日,西湖大学李旭/黄晶团队与复旦大学陆路团队合作,以“AXL is a candidate receptor for SARS-CoV-2 that promotes infection of pulmonary and bronchial epithelial cells”为题发表在Cell Research期刊。研究者利用串联亲和纯化/质谱系统性分析了肺和支气管细胞内与新冠病毒S蛋白形成复合体的宿主蛋白质,发现酪氨酸蛋白激酶受体UFO (AXL)能够在HEK293T细胞中特异性结合病毒刺突蛋白。AXL过表达类似于ACE2能够促进病毒的感染,下调AXL表达相较于ACE2能够更有效降低病毒入侵。研究者还发现可溶重组AXL可能用于抑制新冠病毒感染。该研究揭示了AXL可能是新冠病毒的新型受体。

2021年1月8日,香港大学袁国勇团队在国际期刊Nature Communications上发表题为“Host and viral determinants for efficient SARS-CoV-2 infection of the human lung”的论文。研究者基于新冠病毒可以感染SARS-CoV-2低表达的细胞,推测新冠病毒可能存在其他受体,由于冠状病毒NL63以硫酸乙酰肝素为吸附因子,MERS则以唾液酸为吸附因子,因此研究者重点探究了这两种因子是否也介导了新冠病毒的感染。研究者在体外人肺上皮细胞和离体的人肺组织移植物中证实了硫酸乙酰肝素能够作为新冠病毒的吸附受体。而唾液酸对不同病毒及不同过程发挥截然不同的作用,唾液酸能够显著促进MERS的感染,相反唾液酸会限制新冠病毒和SARS与ACE2的吸附作用,但能够在复制过程促进病毒增殖。新冠病毒能够有效克服唾液酸的限制,同时Furin酶切位点也促进了其感染。该研究揭示了宿主因子可能具有高度的病毒种属特异性以及病毒生命周期特异性。

2021年1月9日,西湖大学郭天南课题组与合作团队在Cell期刊在线发表了题为“Multi-organ Proteomic Landscape of COVID-19 Autopsies”的最新研究论文,报道了2020年初因新冠肺炎去世的患者体内多器官组织样本中蛋白质分子病理全景图。他们收集了19例新冠去世患者的肺、脾、肝、心脏、肾脏、甲状腺和睾丸等七种器官的组织样本。基于高压循环技术 (PCT)及TMT标记结合鸟枪法蛋白质组技术的质谱数据采样以及组学数据分析,发现新冠病毒感染后导致人体5336种蛋白表达发生明显改变。研究者发现在肺部组织蛋白酶L1而不是ACE2显著上调。肺部组织蛋白酶L1可能作为重要的宿主因子在新冠感染中诱导细胞因子过量表达,促进组织纤维化。这提示ACE2的表达水平并没有在新冠致死患者中出现改变,仅仅是新冠病毒进入人体的一个通道,CTSL却可能是阻断病毒入侵的潜在治疗靶点。 

病毒侵入人体后多器官高炎症状态及组织损伤相关特异性分子变化示意图。其中红/绿框黑字分别表示明显上/下调的蛋白,红/绿框白字表示明显激活/抑制的通路,白框表示未定量或未失调的蛋白。

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