確定 SARS-CoV-2 的細胞進入機制
SARS-CoV-2的出現在全世界造成了很大的破壞。死亡、封鎖和經濟停滯都是病毒造成的。由於其有害影響,已經進行了大量研究以找出 SARS-CoV-2 進入細胞的機制。確定病毒如何進入細胞將有助於最終制定遏制其傳播的策略。
為了深入了解 SARS-CoV-2 如何進入細胞,許多人將目光投向了 SARS-CoV,主要是為了確定是否可以應用 SARS-CoV 治療策略來治療 SARS-CoV-2。SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 之間存在相似之處,包括:
- 三聚體 S1 亞基
- 人血管緊張素轉換酶 (hACE2) 作為結合刺突蛋白受體結合域 (RBD) 的靶細胞受體
- 切割刺突蛋白的 S1/S2 連接的蛋白酶
SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 也表現出一些差異,即在靶細胞結合功效、靶細胞結合親和力、切割 S1/S2 連接的蛋白酶類型和抗體結合方面。
細胞結合功效
目前正在進行的大部分研究都涉及確定 SARS-CoV-2 RBD 與靶細胞表面的結合功效。對於 SARS-CoV,其刺突蛋白具有三個受體結合 S1 頭,包括 S1 亞基,在三聚體膜融合 S2 莖的頂部,包括 S2 亞基。之前的論文發現,SARS-CoV 刺突蛋白通過 SARS-CoV RBD 與 hACE2 結合,後者與 S1 亞基相連,最終結果是通過內體進入靶細胞,病毒膜與靶細胞溶酶體膜融合(Shang et等,李)。SARS-CoV RBD 附著在靶細胞 hACE2 受體上,從向上配置轉換為向下配置,向上配置提供比向下位置更有效的結合。尚等人。認為 SARS-CoV-2 刺突蛋白 RBD 主要處於下行位置,
與 SARS-CoV 一樣,SARS-CoV-2 刺突蛋白也有一個 S1 三聚體亞基,Wrapp 等人。發現三聚體的 RBD 主要位於上位,表明受體結合強。還發現 SARS-CoV-2 與 hACE2 結合,其結合力甚至比 SARS-CoV 還要強。
細胞結合親和力
尚等人。發現 SARS-CoV-2 刺突蛋白的 hACE2 結合親和力類似於或低於 SARS-CoV 刺突蛋白的結合親和力。這表明,儘管 SARS-CoV-2 RBD 與 hACE2 的結合很強,但與 SARS-CoV 的 RBD 相比,它與靶細胞的結合能力較差。
然而,Wrapp 等人發現 SARS-CoV-2 RBD 對 hACE2 的親和力比 SAR-CoV RBD 更大。他們通過冷凍電子顯微鏡鑑定了 SARS-CoV-2 刺突蛋白的 3.5 埃分辨率結構,並使用生物物理分析觀察到 SARS-CoV-2 對 hACE2 的親和力比 SARS 高 10-20 倍-CoV,他們認為這可以解釋為什麼 SARS-Cov-2 很容易傳播。
蛋白酶激活
為了使 SARS-CoV 病毒膜和靶細胞溶酶體膜融合,SARS-CoV 刺突蛋白在 S1/S2 連接處被激活。蛋白酶 TMPRSS2 和組織蛋白酶促進這種激活。
霍夫曼等人。發現 SARS-CoV-2 的傳播也取決於 TMPRSS2 的活性,推測在刺突蛋白的 S1/S2 連接處弗林蛋白酶介導的裂解可能促進隨後依賴 TMPRSS2 的進入靶細胞。尚等人。同意,指出弗林蛋白酶是一種前蛋白轉化酶,可降低 SARS-CoV-2 刺突蛋白對目標細胞自身蛋白酶的依賴性以進入細胞,是細胞進入的預激活劑,作用於 S1/S2 連接處。這一觀察結果駁斥了先前的研究,即 S1/S2 連接處的弗林蛋白酶裂解不會導致 SARS-CoV-2 細胞進入(Walls 等人)。不過,他們確實認識到 SARS-CoV-2 刺突蛋白存在弗林蛋白酶裂解位點,而 SARS-CoV 則不存在。
作為抑制病毒細胞進入的一種手段,絲氨酸蛋白酶抑製劑甲磺酸卡莫司他能阻斷 TMPRSS2 的活性(Kawase 等人,2012 年,Zhou 等人,2015 年),已在日本被批准用於人類使用,但用於一個不相關的適應症。該化合物或相關化合物有可能用作 SARS-CoV-2 的標籤外治療。
抗體結合
抗體結合以中和 SARS-CoV-2 是減輕 SARS-CoV-2 傳播有害影響的潛在策略。瓦普等人。發現 SARS-CoV RBD 特異性單克隆抗體(S230、m396 和 80R)在測試其與 SARS-CoV-2 的結合效率時,與 SARS-CoV-2 沒有明顯的結合,表明抗體交叉反應性較差. 同樣,Ou 等人。發現抗體 T62 與 SARS-CoV 的結合效率是可觀的,但對於 SARS-CoV-2 則不存在。SARS-CoV-2 RBD 從上配置到下配置的轉換性質無濟於事,因為在下配置中的抗體結合將受到限制。
開發包含抗體的藥物療法至關重要,該抗體與 SARS-CoV-2 RBD 的結合效率高於 RBD 與靶細胞 hACE2 的結合。最近的工作表明,重組 ACE2 可以抑制工程人體組織中的 SARS-CoV-2 感染(Monteil 等人),這表明阻止 RBD 與靶細胞受體結合是可能的。因此,與 ACE2 相比,RBD 結合親和力顯著更高的抗體藥物可以在細胞表面 hACE2 上占主導地位,鎖定在 RBD 上,阻止病毒附著。
霍夫曼等人。發現有一些抗體可以中和 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2,結果各不相同。來自三名 SARS 患者的血清減少了 SARS-CoV-2 靶細胞的進入,儘管不如 SARS-CoV 驅動的細胞進入。針對 SARS-CoV S1 亞基的兔血清減少了 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 驅動的細胞進入。
除了與 SARS-CoV-2 RBD 結合的抗體外,其他策略可能會減少 SARS-CoV-2 的傳播。其中一種策略是開發針對 S2 亞基的疫苗和藥物。但是,由於 S2 亞基的免疫原性低於 RBD,因此這種策略的成功率可能有限。另一個禁止 SARS-CoV-2 細胞進入的潛在策略是靶向蛋白酶激活劑。然而,由於細胞進入是由不止一種蛋白酶(弗林蛋白酶、TMPRSS2)介導的,因此可能需要多種抑製劑來靶向所有蛋白酶。
確定 hACE2 是 SARS-CoV-2 刺突蛋白 RBD 的受體,除了識別參與其向靶細胞(弗林蛋白酶,TMPRSS2)傳播的蛋白酶外,對於更好地了解 SARS-CoV-2 細胞也很重要進入機制。不過,最終還需要做更多的工作,以這些信息為基礎,制定抑制病毒傳播的策略。