新冠病毒進入宿主細胞可被阻斷?

2021-01-20 醫學論壇網

關注新冠肺炎實時疫情，請點擊「閱讀原文」，查看「新冠肺炎疫情報導」專題。


新型致病性冠狀病毒近期在中國爆發並在國際上迅速傳播，構成了全球衛生緊急情況。新冠狀病毒的細胞進入取決於病毒刺突（S）蛋白與細胞受體的結合以及取決於宿主細胞蛋白酶引發的S蛋白。闡新冠病毒通過哪些細胞因子進入可能會提供病毒傳播的見解並揭示治療靶標。

 

一項新研究通過新冠病毒結合SARS-CoV受體ACE2進入而絲氨酸蛋白酶TMPRSS2用於S蛋白引發，批准用於臨床的TMPRSS2抑制劑可阻止其進入，可能成為治療選擇。

 

來自恢復期SARS患者的血清交叉中和了SARS-2-S驅動的進入，該結果揭示了新冠病毒和SARS-CoV感染之間的重要共性，並確定了抗病毒幹預的潛在靶標。

 

 

冠狀病毒科的幾個成員在人群中不斷傳播，通常引起輕度呼吸系統疾病。相反，嚴重急性呼吸系統綜合症冠狀病毒（SARS-CoV）和中東呼吸系統綜合症冠狀病毒（MERS-CoV）是從動物傳播給人類的，引起SARS和MERS呼吸系統疾病。SARS於2002年在中國廣東省出現，隨後全球蔓延8,096例病例和774例死亡。

 

中間宿主如靈貓和貉促進了病毒向人類的傳播，它們在中國野生市場作為食物被出售。目前，尚無抗SARS的特異性抗病毒藥或疫苗，2002年和2003年的SARS大流行最終通過常規控制措施制止，包括出行限制和隔離患者。

 

2019年12月，中國湖北省武漢市出現了一種新的傳染性呼吸道疾病。最初的感染群與華南海鮮市場有關，可能是由於動物接觸。隨後，發生了人與人之間的傳播，該疾病現在稱為冠狀病毒病19（COVID-19）在中國迅速傳播。在患者中發現了一種與SARS-CoV密切相關的新型冠狀病毒SARS-冠狀病毒2（SARS-CoV-2），被認為是病原體。

 

目前，尚不清楚新冠病毒和SARS-CoV之間的序列相似性是否轉化為相似的生物學特性，包括大流行潛力。

 

冠狀病毒的刺突蛋白有助於病毒進入靶細胞。進入宿主細胞取決於S蛋白的表面單元S1與細胞受體的結合，這有助於病毒附著至靶細胞的表面。此外，進入需要通過細胞蛋白酶啟動S蛋白，這需要在S1 / S2和S2'位點切割S蛋白，並允許病毒膜和細胞膜融合，這是由S2亞基驅動的過程（下圖）。

 

(SARS-2-S和SARS-S有助於進入類似的哺乳動物細胞系)

SARS-S以血管緊張素轉換酶2（ACE2）作為進入受體，並利用細胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS2進行S蛋白引發。SARS-S / ACE2界面已在原子水平上得到闡明，發現ACE2的使用效率是SARS-CoV透射性的關鍵決定因素。SARS-S和SARS-2-S具有約76％的胺基酸同一性。然而，尚不知像SARS-S那樣的SARS-2-S是否使用ACE2和TMPRSS2作為宿主細胞進入。

 

SARS-2-S高效蛋白水解加工的證據

 

為獲得SARS-2-S如何促進病毒進入靶細胞以及如何阻止該過程的見解，研究者首先提出SARS-2-S能否因其高轉染性而在通常用於實驗的人類細胞系293T中強表達。

 

此外，分析是否存在S蛋白蛋白水解的證據，因為某些冠狀病毒S蛋白在感染細胞的S1 / S2裂解位點被宿主細胞蛋白酶裂解。對表達帶有C端抗原標籤的SARS-2-S蛋白的293T細胞進行免疫印跡分析，發現一條帶，其分子量預期為未處理的S蛋白（S0）。

 

細胞中在帶有SARS-2-S的水皰性口炎病毒（VSV）顆粒中也觀察到了一條S蛋白S2亞基大小的條帶。相反，在表達SARS-S的細胞和顆粒中基本上不存在S2信號。這些結果表明，在SARS-2-S的S1 / S2裂解位點存在多個精氨酸殘基時，SARS-2-S在人細胞中進行了有效的蛋白水解處理，而SARS-S則沒有。相反，SARS-2-S的S2'切割位點與SARS-S相似。

 

SARS-2-S和SARS-S介導進入相似譜系的細胞系


帶有冠狀病毒S蛋白的複製缺陷型VSV顆粒忠實地反映了冠狀病毒宿主細胞進入的關鍵方面。採用帶有SARS-2-S的VSV假型來研究SARS-CoV-2的細胞進入。SARS-2-S和SARS-S都牢固地結合到了VSV顆粒中，可以進行有意義的並排比較；儘管從形式上講，S1亞基的可比顆粒結合尚待證實。

 

首先使用一組人類和動物起源的特徵明確的細胞系來詢問哪些細胞系易受SARS-2-S驅動的進入。如預期的那樣，所有細胞系都易於受到泛質VSV（VSV-G）糖蛋白驅動的進入。大多數人細胞系和動物細胞系Vero和MDCKII也容易受到SARS-S驅動的進入。此外，SARS-2-S有助於進入與SARS-S相同的細胞系譜，這表明進入受體的選擇具有相似性。

 

（S1代表實驗包含在平均值中）

 

新冠病毒通過SARS-CoV受體進入宿主細胞

 

為了闡明為什麼SARS-S和SARS-2-S介導進入同一細胞系，接下來確定SARS-2-S是否包含與SARS-S進入受體ACE2相互作用所需的胺基酸殘基。

 

序列分析顯示，SARS-CoV-2與蝙蝠的SARS-CoV相關病毒（SARSr-CoV）簇聚，其中一些可以使用ACE2進入宿主細胞。分析受體結合基序（RBM），即與ACE2接觸的受體結合域（RBD）的一部分，發現大多數SARS-S結合ACE2所必需的胺基酸殘基均被保守。

 

相比之下，以前發現不使用ACE2進入的SARSr-CoV的S蛋白缺少這些殘基。與這些發現一致的是，人和蝙蝠（Rhinolophus alcyone）ACE2的定向表達，而不是人DPP4（MERS-CoV使用的進入受體），或人APN（HCoV-V使用的進入受體）直接表達。229E允許SARS-2-S和SARS-S驅動進入原本不敏感的BHK-21細胞。此外，針對人ACE2產生的抗血清阻止了SARS-S-和SARS-2-S-，但阻止了VSV-G或MERS-S驅動的進入。最後，真實的SARS-CoV-2感染的BHK-21細胞轉染後可高效表達ACE2細胞，而不表達親本BHK-21細胞，表明SARS-2-S與SARS-S一樣，通過ACE2進入宿主細胞。

 

本研究提供了證據，表明新冠病毒進入宿主細胞取決於SARS-CoV受體ACE2，並且可以被臨床證實的細胞絲氨酸蛋白酶TMPRSS2抑制劑阻斷，該抑制劑被新冠病毒用於S蛋白質啟動。而且，這表明針對SARS-CoV產生的抗體反應可以至少部分地防禦新冠病毒感染。這些結果對我們對新冠病毒的可傳播性和發病機理的理解具有重要意義，並揭示了治療幹預的目標。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30229-4?utm_medium=homepage#fig1

 

關注新冠肺炎實時疫情，請點擊「閱讀原文」，查看「新冠肺炎疫情報導」專題。

相關焦點

  • 新冠病毒為何更易傳染?冷凍電鏡圖解病毒進入細胞的「鑰匙」
    新冠病毒的傳染性為何更強？科學家用「火眼金睛」的冷凍電鏡技術，終於找到了其背後的原因——新冠病毒的關鍵刺突蛋白（S蛋白）與人體細胞的受體蛋白的親和力，要遠高於SARS-CoV。病毒要進入人體細胞，必須找到人體細胞上相應的受體蛋白，而每個受體好比是一把「鎖」，得有相應的「鑰匙」才能打開，而後進入細胞內部。
  • 茶中EGCG結合新冠病毒S蛋白阻斷與ACE2受體結合,但喝茶做不到這
    近日，雲南農業大學普洱茶學教育部重點實驗室針對新型冠狀病毒的生物學特點、傳播特徵和公共衛生風險防控的應急需求，聯合昆明生物製造研究院有限公司開展了病毒防治的緊急科技攻關和相關製劑的研發，重點從食藥同源植物分子中篩選能夠阻斷病毒感染、具有防治新冠病毒感染的有效分子。目前，研究團隊在盛軍教授帶領攻關下，取得了突破進展。
  • 研究發現:羊駝抗體能「綁定」在新冠病毒上,有效阻止其感染宿主
    最近，世界多國都出現了新冠肺炎二次感染的病例。雖然新冠疫苗和藥物的研製進行得如火如荼，許多「候選人」也已進入臨床試驗，但目前為止效果並不明顯。因此，科學家另闢蹊徑，轉而瞄準了羊駝的抗體。9月4日，來自瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡研究所的科學家在《Nature Communications》上發表了他們的最新研究：羊駝納米抗體可以通過阻斷受體相互作用來中和SARS-CoV-2（新冠病毒）。
  • 西湖大學成功解析新冠病毒細胞受體的空間結構
    科技日報記者 劉園園 通訊員 馮怡記者20日從西湖大學獲悉，西湖大學周強實驗室利用冷凍電鏡技術成功解析2019新冠病毒的受體——ACE2的全長結構，研究報告在預印版平臺bioRxiv上線。ACE2-B0AT1複合物的冷凍電鏡密度圖新冠肺炎疫情爆發後，有研究發現，2019新冠病毒和SARS病毒一樣，也通過識別位於人體肺部上皮細胞表面的ACE2蛋白進入人體細胞。新冠病毒在侵入人體的過程中，ACE2就像是「門把手」，病毒通過刺突蛋白（S蛋白）抓住它，進而打開進入細胞的大門。
  • 中國研究團隊發現一抗體可顯著抑制新冠病毒感染
    其中，中國科學院微生物研究所嚴景華、高福、王奇慧，中國科學院武漢病毒研究所生物安全大科學中心袁志明，解放軍總醫院第五醫學中心傳染病治療研究中心王福生為通訊作者。中和抗體被國內外科學界普遍認為具有對抗新冠疫情的潛力，是一種治療性抗體，可以通過中和或抑制病原體的生物學活性來保護細胞免受侵害。
  • 蛋白Neuropilin-1促進新冠病毒進入和感染人體細胞
    眾所周知，SARS-CoV-2是通過受體ACE2感染宿主細胞的。在一項新的研究中，來自德國神經退行性疾病研究中心、慕尼黑工業大學、哥廷根大學醫學中心和芬蘭赫爾辛基大學等研究機構的研究人員發現神經纖毛蛋白1（neuropilin-1, NRP1）是一種可以促進SARS-CoV-2進入細胞內部的因子。
  • 華人科學家研發細胞「納米海綿」用於中和新冠病毒
    新冠病毒的新藥研發近日出現了一種新的方法。憑藉納米技術，科學家已經研發出了一種比人類頭髮絲細一千倍的細胞「納米海綿」，希望可以將其製成藥物，用於中和人體內的新冠病毒。加州大學聖地牙哥分校的研究團隊正在嘗試用被人體細胞膜包裹的「納米海綿」來「引誘」病毒與其結合，從而達到吸收並中和病毒的作用。在剝離了細胞內容的人體細胞膜上加入這種「納米海綿」，理論上可以用作「仿生誘餌」，用於治療疾病。在吸收病毒等對人體有害的物質後，這種細胞「納米海綿」可以在肝臟中降解。
  • 研究發現新冠病毒可能會感染宿主腸細胞
    新華社倫敦5月19日電（記者張家偉）英國《自然·醫學》雜誌日前發布的一項新研究顯示，研究人員基於對腸類器官以及病患糞便樣本的分析發現，新冠病毒有可能會感染宿主的腸細胞，這表明除呼吸道之外，新冠病毒可能還存在其他的傳播途徑。
  • 中國科學家有新突破!發現可阻斷新冠病毒感染的抗體
    導讀：中國科研團隊近日在《科學》雜誌上公開表示發現了兩種可有效阻斷新冠病毒感染的人源單克隆抗體，有望用於抗新冠藥物和疫苗的研發。 目前兩個抗體已在相關公司進行產品轉化，未來有望用於新冠患者臨床治療。
  • cell:發現新冠病毒入侵細胞關鍵蛋白酶!SARS患者恢復期的血清可能治癒新冠肺炎
    ，需要病毒刺突（S）蛋白與細胞受體血管緊張素轉換酶2（ACE2）結合，以及宿主細胞蛋白酶TMPRSS2啟動S蛋白。2月28日，頂尖學術期刊《cell》雜誌在線發表了一篇關於新冠病毒的論文「SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically-proven protease inhibitor」，作者發現TMPRSS2是新冠病毒入侵細胞所需關鍵蛋白酶，其抑制劑可以阻止這一過程。
  • 未來論壇等打造專題科普 首期直播講如何阻斷病毒
    (抗擊新冠肺炎)未來論壇等打造專題科普  首期直播講如何阻斷病毒　　中新網北京3月17日電 (記者 張素)記者17日從未來論壇獲悉，「《理解未來》科學講座：病毒與人類健康—專題科普」已正式上線，首期直播邀請北京生命科學院研究所資深研究員李文輝，他以《從科普到專業：了解新冠病毒感染及如何阻斷的藥理研究》為題進行分享。
  • 我國科學家揭示HIV-1病毒核心進入宿主細胞核機制
    2020年5月20日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自中國科學院和華中科技大學的研究人員通過聯合使用細胞分子成像和電子顯微鏡，發現了HIV-1病毒核心是如何進入宿主細胞核的。
  • 新冠病毒可能會感染宿主腸細胞 可能會通過腸道傳播
    英國《自然·醫學》雜誌日前發布的一項新研究顯示，研究人員基於對腸類器官以及病患糞便樣本的分析發現，新冠病毒有可能會感染宿主的腸細胞，這表明除呼吸道之外，新冠病毒可能還存在其他的傳播途徑。　　腸類器官是指在實驗室中培養的小型化、簡化版腸道。中國香港大學研究人員領銜的團隊分析了新冠病毒對蝙蝠以及人類的腸類器官產生的影響。
  • 新發現:新冠病毒最愛入侵哪幾種細胞?
    ，這個受體相當於病毒進入人體細胞的「門鎖」。而人體細胞中跨膜絲氨酸蛋白酶（TMPRSS2）在病毒入侵過程中發揮了「助攻」作用：激活冠狀病毒的刺突蛋白，為SARS-CoV-2進入細胞提供便利。如果把刺突蛋白比喻成進入人體細胞的「門鑰匙」的話，那麼TMPRSS2相當於鑰匙的「潤滑油」。
  • 王祥喜/李蘭娟等開發新冠雞尾酒療法,更好阻斷病毒入侵
    隨著新冠大流行繼續在人群中傳播，有可能出現具有逃避單個抗體中和能力的病毒突變體。結合不同表位的兩種及兩種以上強效中和抗體的組合，可以確保對這些突變體的保護。., Science, 2020）的基礎上，應用合理的NAb篩選策略，發現了一種高效的新冠病毒特異性的中和抗體P17，該抗體可在動物模型中發揮有效的保護作用。
  • 新冠靶細胞圖譜提示疫情期重點監測貓和豬,避免成中間宿主
    新冠疫情暴發以來，其傳播過程中的中間宿主動物始終撲朔迷離。來自中國的研究團隊對多種動物進行了病毒靶細胞的大規模單細胞篩選，進而形成了病毒靶細胞的綜合圖譜。研究人員針對寵物、牲畜、家禽和野生生物中的11種代表性物種構建了單細胞地圖譜。
  • 《科學》:高福團隊發現2種可阻斷新冠病毒感染的人源單克隆抗體
    《科學》：高福團隊發現2種可阻斷新冠病毒感染的人源單克隆抗體  Emma Chou • 2020-05-18 11:24:
  • 細胞納米海綿或有助抑制新冠病毒感染 理論上能應對病毒突變
    原標題：細胞納米海綿或有助抑制新冠病毒感染來源：科技日報美國一研究小組6月17日在《納米快報》上發表論文稱，他們研究出一種利用細胞納米海綿對抗新冠病毒感染的策略。動物實驗表明，這種策略不僅能很好地抑制病毒的感染性，而且從理論上講，在病毒發生突變的情況下仍會起作用。目前，科學家們正在加班加點地尋找新冠肺炎的有效治療方法。研究表明，新冠病毒是通過刺突蛋白與人類細胞表面的ACE2和CD147兩種蛋白結合來感染人類細胞的，阻止這種相互作用就會阻止病毒感染細胞，所以新冠病毒刺突蛋白成為了科學家們研究的重點。
  • 新冠病毒的中間宿主到底是什麼?
    2020年2月25日訊 /生物谷BIOON /——穿山甲，而不是蛇，可能是新冠狀病毒從蝙蝠傳播給人類的缺失環節。自2019年底首次新冠肺炎爆發以來，COVID-19已經感染了全球200多萬人。
  • 一種流感藥可阻斷雪貂體內新冠病毒傳播
    英國《自然·微生物學》雜誌日前發表一項最新病毒學研究稱：一種流感藥物的再利用，能減少雪貂上呼吸道的新冠病毒載量，並抑制病毒傳播。研究結果顯示，目前正作為新冠肺炎治療藥物進行Ⅱ/Ⅲ期臨床試驗的藥物MK-4482/EIDD-2801，或能用來阻斷新冠病毒的社區傳播。