NRP1增強(qiáng)SARS-CoV-2感染能力的新機(jī)制

日期：2023-12-11 13:08:34

SARS-CoV-2感染的爆發(fā)引發(fā)了與COVID-19相關(guān)的全球大流行。隨著對(duì)病毒侵入機(jī)制的研究深入進(jìn)行，一些潛在的機(jī)制已經(jīng)被揭示出來(lái)。早在二月初，SARS-CoV-2侵入人體細(xì)胞的關(guān)鍵被確定：SARS-CoV-2-S與細(xì)胞表面的ACE2結(jié)合（更多信息）；二月中旬，人體細(xì)胞中的TMPRSS2可以裂解ACE2和刺突蛋白的細(xì)胞表面蛋白酶，在病毒侵入過(guò)程中發(fā)揮了“協(xié)助”作用；三月，發(fā)現(xiàn)了第二條入侵途徑：細(xì)胞表面的CD147。

最近，在2020年10月20日，兩篇論文同時(shí)發(fā)表在《Science》雜志上。兩個(gè)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)除了眾所周知的ACE2受體外，寄主細(xì)胞上另一個(gè)受體稱(chēng)為 Neuropilin-1（NRP1）也會(huì)與SARS-CoV-2的S蛋白相互作用 ^{[1] [2]}。這一突破性的發(fā)現(xiàn)不僅有助于我們理解為何SARS-CoV-2比SARS病毒更具傳染性并引發(fā)更復(fù)雜的癥狀，還指出了新的潛在靶點(diǎn)，對(duì)于開(kāi)發(fā)抗SARS-CoV-2藥物具有重要意義。

那么 Neuropilin-1是什么？SARS-CoV-2如何通過(guò) Neuropilin-1侵入人體？您可以在以下內(nèi)容中找到這些信息。

1. Neuropilin-1的定義

2. Neuropilin-1的作用

3. Neuropilin-1與SARS-CoV-2侵襲

4. Neuropilin-1與癌癥

1. Neuropilin-1的定義

Neuropilin-1，又稱(chēng)為血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子165受體（VEGF165R）、CD304，屬于神經(jīng)粘蛋白家族。神經(jīng)粘蛋白（NRPs）最早由Takagi等人在爪蟾的神經(jīng)組織冰凍切片中通過(guò)免疫熒光染色首次發(fā)現(xiàn)，并確認(rèn)其為一種非酪氨酸激酶跨膜糖蛋白。NRPs家族中首次發(fā)現(xiàn)并引起關(guān)注的是NRP-1。

NRP-1分為兩種形式，膜型 Neuropilin-1（mNRP-1）和可溶性 Neuropilin-1（sNRP-1）。眾所周知，NRP-1通常指的是mNRP-1。如圖1所示，mNRP-1具有較大的N末端細(xì)胞外區(qū)域，一個(gè)短的跨膜區(qū)域，以及一個(gè)小的胞內(nèi)細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，作為I型單通道跨膜蛋白^[3]。

細(xì)胞外區(qū)域由三個(gè)部分組成：一個(gè)N末端的互補(bǔ)結(jié)合CUB（a1/a2）結(jié)構(gòu)域，b1/b2結(jié)構(gòu)域和meprin或MAM（c）結(jié)構(gòu)域^[4]。a1/a2結(jié)構(gòu)域（或CUB結(jié)構(gòu)域）在補(bǔ)體系統(tǒng)中介導(dǎo)蛋白質(zhì)的相互作用。b1/b2結(jié)構(gòu)域與凝血因子V和VIII的C1/C2結(jié)構(gòu)域具有同源性。c結(jié)構(gòu)域參與受體的二聚化。c結(jié)構(gòu)域?qū)τ贜RP-1的共受體活性至關(guān)重要。

短的跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域包含一個(gè)保守的GXXXG重復(fù)序列，據(jù)報(bào)道它能夠介導(dǎo)NRP-1的二聚化潛力，與c結(jié)構(gòu)域一起。NRP-1的小的胞內(nèi)片段缺乏酪氨酸激酶活性，但具有與PDZ蛋白相互作用的C末端SEA（Ser-Glu-Ala-COOH）基序，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

圖1. Neuropilin-1 (NRP1)的結(jié)構(gòu)

*該圖片來(lái)源于Current Pharmaceutical Design的出版物 ^[3]

sNRP-1是一種相對(duì)分子質(zhì)量約為9x10⁴的蛋白，包含a1/a2和b1/b2結(jié)構(gòu)域，但缺乏c結(jié)構(gòu)域、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)。它是由NRP-1基因選擇性剪接產(chǎn)生的。它可以分泌到細(xì)胞外，進(jìn)入血液循環(huán)，結(jié)合并抑制VEGF，從而負(fù)調(diào)控這些途徑介導(dǎo)的功能^[5][6]。然而，sNRP-1的作用可能比簡(jiǎn)單的誘騙作用更為復(fù)雜，sNRP-1的全部功能尚未完全了解^[7]。

2. Neuropilin-1的功能

神經(jīng)粘蛋白（NRPs）是一類(lèi)單通道、非酪氨酸激酶表面糖蛋白，廣泛存在于所有脊椎動(dòng)物中，種類(lèi)間高度保守。已知存在兩種同源的NRP亞型，即NRP1和NRP2。這兩種NRPs最初被發(fā)現(xiàn)是神經(jīng)元粘附分子。后來(lái)，它們被發(fā)現(xiàn)與血管生物學(xué)有關(guān)。正常的胚胎血管發(fā)育需要NRP1和NRP2參與小淋巴管和毛細(xì)血管的形成。過(guò)去10年的研究表明，NRP是一種多功能蛋白質(zhì)，除神經(jīng)和血管發(fā)育外，還參與多種生物過(guò)程。其中，NRP1在免疫和腫瘤發(fā)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

Neuropilin-1之所以成為多功能信號(hào)傳導(dǎo)跨膜蛋白，是因?yàn)樯窠?jīng)粘蛋白1作為一種共受體與多種細(xì)胞外配體相互作用，包括Sema3（與NRP-1的a1/a2和部分b1/b2結(jié)構(gòu)域結(jié)合）、生長(zhǎng)因子VEGF-A/B/D/E、胎盤(pán)生長(zhǎng)因子2、HGF、TGF-B1、bFGF和PDGF（與NRP-1受體的b1/b2結(jié)構(gòu)域結(jié)合）以及膜受體（如絲狀蛋白、VEGF受體、PDGF受體和TGF受體，與NRP-1受體的b1/b2和c結(jié)構(gòu)域結(jié)合）^{[8] [9]}。此外，NRP-1還可以與其他跨膜蛋白相互作用，如整合素αvβ3和β1，從而激活一系列信號(hào)傳遞途徑。

3. Neuropilin-1與SARS-CoV-2入侵的關(guān)系

與引起普通感冒和輕微呼吸道癥狀的其他冠狀病毒不同，引起COVID-19的SARS-CoV-2具有高度的傳染性和傳播性，并且臨床上COVID-19的非典型癥狀還包括味覺(jué)和嗅覺(jué)障礙、中風(fēng)等。但是，先前的研究結(jié)果（ACE2、CD147和TMPRSS2-S蛋白）難以解釋為什么SARS-CoV-2容易感染呼吸系統(tǒng)以外的器官，比如大腦和心臟？這個(gè)問(wèn)題促使科學(xué)家進(jìn)一步研究SARS-CoV-2。

與SARS病毒不同，SARS-CoV-2的S蛋白在S1/S2界面上呈現(xiàn)多堿性序列基序RRAR。這個(gè)基序提供了一個(gè)酶切位點(diǎn)，叫做furin（一種宿主前蛋白酶）^{[10] [11]}。因此，人體內(nèi)的furin可以將S蛋白切割成兩個(gè)亞單位，S1和S2。當(dāng)研究人員觀察SARS-CoV-2 S1序列時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)該序列的一個(gè)片段與人體蛋白中與NRP1相互作用的蛋白序列非常相似。基于這一發(fā)現(xiàn)，研究人員提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的假設(shè)：SARS-CoV-2 S1能否與NRP1結(jié)合，進(jìn)一步幫助病毒感染人體細(xì)胞？然后，兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)不同的方法證實(shí)了這一假設(shè)。

德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)使用體外培養(yǎng)的細(xì)胞證明，在ACE2存在的情況下，NRP-1可以促進(jìn)病毒感染。一個(gè)具有改變酶切位點(diǎn)的SARS-CoV-2突變體不依賴(lài)于NRP1的感染能力。此外，對(duì)人類(lèi)COVID-19尸檢的病理分析顯示，SARS-CoV-2感染的細(xì)胞，包括面對(duì)鼻腔的嗅神經(jīng)元，NRP1呈陽(yáng)性。Simons教授解釋說(shuō)，如果將ACE2視為細(xì)胞的入口，那么NRP1可能是將病毒帶到細(xì)胞門(mén)口的因素。

英國(guó)布里斯托大學(xué)的另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)也通過(guò)一系列結(jié)構(gòu)和生化方法確定了SARS-CoV-2 S1與NRP1直接結(jié)合。更重要的是，這兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在體外培養(yǎng)的人類(lèi)細(xì)胞系中使用針對(duì)NRP1的單克隆抗體或選擇性NRP1抑制劑阻止了S蛋白與NRP1之間的相互作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SARS-CoV-2的感染能力顯著降低。

4. Neuropilin-1與癌癥

神經(jīng)粘蛋白1（NRP1）在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的神經(jīng)元、血管、免疫細(xì)胞和許多其他細(xì)胞類(lèi)型中都有表達(dá)。它結(jié)合了一系列結(jié)構(gòu)和功能多樣的細(xì)胞外配體，以調(diào)節(jié)器官的發(fā)育和功能。近年來(lái)，已開(kāi)發(fā)了幾種類(lèi)型的小鼠基因敲除模型，為研究NRP1功能提供了有用的工具，并設(shè)計(jì)了大量以癌癥治療為目的的靶向NRP1的治療藥物，其中大部分是為了探索癌癥治療而設(shè)計(jì)的^[12]。

在小鼠中，NRP1選擇性地在胸腺源性T調(diào)節(jié)細(xì)胞上表達(dá)，并極大地增強(qiáng)了免疫抑制功能。在人體中，NRP1在漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞（pDCs）上表達(dá)，有助于啟動(dòng)免疫反應(yīng)，并在某些調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）的亞群上表達(dá)^{[13] [14]}。初步研究表明，T細(xì)胞上的NRP1表達(dá)使其具有增強(qiáng)的免疫抑制活性^[15]。已在炎癥微環(huán)境中分離出的激活T細(xì)胞和Tregs上鑒定出NRP1的表達(dá)。這些研究表明，NRP1可能是一種新的T細(xì)胞激活標(biāo)記。在臨床方面，NRP1可能增強(qiáng)Treg腫瘤浸潤(rùn)，NRP1+ Tregs的減少與成功的化療相關(guān)，提示NRP1在癌癥病理中具有特定作用。作為一個(gè)治療靶點(diǎn)，NRP1可以同時(shí)靶向NRP1表達(dá)的腫瘤血管、NRP1+ Tregs和pDCs ^{[16] [17] [18]}。

目前已知，靶向NRP1的抗腫瘤治療可以通過(guò)不同的工具實(shí)現(xiàn)，包括sNRP-1、單克隆抗體、肽和肽類(lèi)似物、小干擾RNA或微RNA以及細(xì)胞穿透肽^{[19] [20]}。NRP1代表了癌癥治療的一個(gè)有前途的新靶點(diǎn)。目前，一種名為Vesencumab的單克隆抗體已由Genentech Inc.開(kāi)發(fā)并進(jìn)行了臨床試驗(yàn)。

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