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769 人阅读发布时间:2020-12-17 09:24
如今,新冠肺炎已成为全球人类健康重大威胁,全球科学家对其治疗、诊断、及药物的研究也正如火如荼地进行着。
早期研究已发现,新冠病毒与SARS病毒感染人类细胞都基于其表面的刺突蛋白(spike protein)与宿主细胞表面蛋白——血管紧张素转化酶-2(ACE2)结合而进入宿主细胞进行繁殖。ACE2作为如此重要的宿主受体,也一度成为科学家研究阻断病毒入侵通道的主要研究靶点。

SARS-CoV-2病毒结合宿主ACE2受体入侵宿主细胞进行繁殖
最近研究发现,新冠病毒感染的“入口”可能并不仅仅只有ACE2。来自芬兰赫尔辛基大学和德国慕尼黑工业大学的研究团队相继发现,新冠病毒的入侵还与一种细胞表面蛋白——神经纤毛蛋白-1(Neuropilin-1,NRP1)有密切联系。该发现为研究治疗COVID-19提供了新靶点,同时阻断ACE2和NRP1与病毒刺突蛋白的结合或将成为极具价值的治疗方案。
01
神经纤毛蛋白-1(NRP1):新冠病毒SARS-CoV-2感染宿主细胞的受体之一

SARS-CoV-2病毒对宿主细胞的识别、粘附、渗透主要依靠病毒表面的刺突蛋白(S protein)。S protein会在受感染细胞上进行剪切过程,形成S1与S2亚基从而得到激活。在S1亚基上,剪切形成的C端序列Arg-Arg-Ala-Arg(RRAR)能与宿主细胞表面受体Neuropilin-1(NRP1)相互作用从而引导病毒进入。该文章运用免疫沉淀、定点突变、结构建模、抗体阻断等研究方法验证了这一说法。
实验方法:
1. 构建表达系统与HEK293T细胞系,稳固表达SARS-CoV-2 S protein。
2. 在NRP1全长序列C端标记GFP,免疫共沉淀(IP)验证NRP1-GFP与SARS-CoV-2 S protein的相互作用。
3. 基因工程敲除SARS-CoV-2 S protein S1亚基RRAR序列,IP验证NRP1-GFP与其连接明显下降。
4. 构建能表达AEC2的野生型HeLa细胞系(HeLaWT+ACE2)与基因敲除ACE2的突变型HeLa细胞系(HeLaNRP1KO+ACE2)。Western Blot半定量比较ACE2与NRP1表达量。
5. SARS-CoV-2感染两种细胞系,共聚焦成像(confocal image)观察到HeLaWT+ACE2的感染率明显大于HeLaNRP1KO+ACE2。
6. Anti-NRP1抗体阻断NRP1与S1结合,细胞感染率明显下降。

免疫共沉淀验证了NRP1-GFP与S protein的相互作用。

SARS-CoV-2 S1 C端RRAR结构域与NRP1 b1连接的分子模型

基因敲除NRP1细胞系的病毒感染率明显低于未处理的野生型。

Anti-NRP1抗体阻断NRP1与S1的结果,病毒感染率下降。
该文章发现了新冠病毒入侵细胞的新途径,用各种实验方法与ACE2通道一起联合佐证了NRP1能与刺突蛋白S1亚基的C端固定序列结合。该发现为研究治疗新冠肺炎提供了新目标。
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科学家对ACE2的研究也不断持续着,最近一篇发表于Cell杂志高达38.6分的文章对TMPRSS2蛋白酶对新冠病毒入侵机制的影响进行了研究。下面小优为大家进行解读。
02
SARS-CoV-2病毒入侵宿主细胞依靠ACE2和TMPRSS2,并可被蛋白酶抑制剂阻断

该文章研究发现,SARS-CoV-2病毒运用宿主受体蛋白ACE2进入宿主细胞,并且其丝氨酸蛋白酶TMPRSS2参与病毒刺突蛋白的剪切与激活。该研究已发现临床级TMPRSS2抑制剂能有效阻断病毒的侵入。此外,SARS痊愈患者血清也被发现能中和SARS-2-S刺突蛋白介导的病毒侵入。
实验方法:
1. 构建293T细胞系使SARS--S与SARS-2-S刺突蛋白能在其中稳固表达。
2. Western Blot验证SARS--S与SARS-2-S的表达,验证刺突蛋白亚基S1/S2的表达。
3. 生物信息学方法分析SARS--S与SARS-2-S序列。
4. 验证丝氨酸蛋白酶TMPRSS2对其剪切的位点,证明刺突蛋白在人类细胞内经蛋白酶作用发生有效蛋白水解过程,证明TMPRSS2对病毒进入细胞的激活作用。
5. 加入丝氨酸蛋白酶TMPRSS2抑制剂阻断其水解活性,进而阻断SARS-CoV-2对肺细胞的感染,验证蛋白酶抑制剂对病毒进入细胞的阻断作用。
6. 验证康复患者抗体对SARS-CoV-2的中和作用。

(A)序列分析SARS-S与SARS-2-S作用位点。箭头所指为蛋白酶剪切位点,星号为保守序列(RBD,receptor binding domain; RBM,receptor binding motif; TD,transmembrane domain)。
(B)免疫印迹验证SARS-2-S表达。WB抗体识别C端hemaggluinin(HA)标记。黑箭头所指为未剪切的S protein,灰箭头为S2亚基。

人血清anti-ACE2抗体阻断SARS-S和SARS-2-S进入细胞,而对对照组VSV-G与MERS-S无明显阻断效果。
作者对ACE2受体的研究进一步验证了新冠病毒刺突蛋白进入细胞的机制,发现了TMPRSS2对刺突蛋白的重要激活作用,其抑制剂能有效阻断病毒的入侵,为治疗或预防新冠肺炎提供了新视野。
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