PNAS：利用计算机建模揭示新冠病毒如何导致一些患者出现严重的炎症
来源：本站原创 2020-10-07 08:30
2020年10月7日讯/生物谷BIOON/---新型冠状病毒SARS-CoV-2导致2019年冠状病毒病（COVID-19），如今正在全球肆虐。在一项新的研究中，来自美国匹兹堡大学医学院和西达赛奈医疗中心的研究人员解决了今年3月首次提出的一个谜团：为何一些COVID-19患者会出现严重的炎症？这项研究展示了SARS-CoV-2刺突蛋白（S蛋白）的分子结构和序
2020年10月7日讯/生物谷BIOON/---新型冠状病毒SARS-CoV-2导致2019年冠状病毒病（COVID-19），如今正在全球肆虐。在一项新的研究中，来自美国匹兹堡大学医学院和西达赛奈医疗中心的研究人员解决了今年3月首次提出的一个谜团：为何一些COVID-19患者会出现严重的炎症？这项研究展示了SARS-CoV-2刺突蛋白（S蛋白）的分子结构和序列如何可能导致感染患者出现炎症综合征。相关研究结果近期发表在PNAS期刊上，论文标题为“Superantigenic character of an insert unique to SARS-CoV-2 spike supported by skewed TCR repertoire in patients with hyperinflammation”。
这些研究人员利用计算建模，着重关注SARS-CoV-2刺突蛋白的一部分。这种蛋白的这一部分可能作为一种“超级抗原（superantigen）”起作用，让免疫系统超负荷运转，就像中毒性休克综合征（toxic shock syndrome）一样。中毒性休克综合征是一种罕见的、危及生命的细菌感染并发症。
在儿童COVID-19患者中新发现的一种称为儿童多系统炎症综合征（MIS-C）的疾病的症状包括持续发烧和严重的炎症，可影响到人体的一系列器官系统。这种综合征虽然罕见，但可能是严重的，甚至是致命的。
针对在欧洲出现的这种疾病的首批报告引起了论文共同通讯作者、西达赛奈医疗中心儿科传染病与免疫学科主任Moshe Arditi博士的注意。Arditi也是另一种儿科炎症性疾病--川崎病（Kawasaki disease）---的专家。
Arditi联系了他的长期合作者、匹兹堡大学医学院计算与系统生物学主任Ivet Bahar博士，他们两人开始寻找可能导致MIS-C的SARS-CoV-2病毒的特征。
Bahar和她的团队构建出SARS-CoV-2病毒刺突蛋白与人T细胞表面上的受体之间相互作用的计算机模型。在正常情况下，T细胞会帮助身体抵御感染，但当这些细胞被异常大量激活时，就像超级抗原存在时的那样，它们会产生大量的炎性细胞因子---参与免疫系统信号转导的小蛋白，这就是所谓的 “细胞因子风暴”。
利用这种计算机模型，Bahar团队能够观察到，这种刺突蛋白上的一个具有超级抗原特征的特定区域与T细胞相互作用。随后，他们将这一区域与引起中毒性休克综合征的细菌蛋白进行了比较，发现两者在序列和结构上都有惊人的相似之处。重要的是，他们提出的SARS-CoV-2超级抗原显示出与T细胞受体结合的高亲和力---这是引发失控免疫反应的第一步。
Bahar说，“一切都接踵而来，每次都是巨大的惊喜。这个谜团的各个部分最终都极为吻合。”
这些研究人员表示，通过在SARS-CoV-2和导致中毒性休克综合征的细菌结构之间发现蛋白水平的相似性，他们可能已经开辟了一条新的途径，不仅可以治疗MIS-C患者，还可以治疗经历细胞因子风暴的成年COVID-19患者。
这些研究人员还与德国研究COVID-19成人患者的科学家们合作，发现那些出现严重症状的人的T细胞反应与暴露于超级抗原的人相似，而与仅有轻微症状的患者的T细胞反应截然不同。
Arditi说，“我们的研究最终开始揭示其中的潜在机制，并提出了中毒性休克综合征的潜在治疗方案，如静脉注射免疫球蛋白和类固醇，可能会有效地控制和治疗儿童患者的MIS-C和COVID-19成人患者体内出现的过度炎症。”
Arditi实验室和Bahar实验室如今正在利用这项研究产生的想法来寻找和测试SARS-CoV-2超级抗原的特异性抗体，目标是开发专门治疗COVID-19患者出现的MIS-C和细胞因子风暴的方法。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Mary Hongying Cheng et al. Superantigenic character of an insert unique to SARS-CoV-2 spike supported by skewed TCR repertoire in patients with hyperinflammation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, doi:10.1073/pnas.2010722117.
2.Computer model shows how COVID-19 could lead to runaway inflammation
https://medicalxpress.com/news/2020-09-covid-runaway-inflammation.html
图片来自PNAS, 2020, doi:10.1073/pnas.2010722117。
这些研究人员利用计算建模，着重关注SARS-CoV-2刺突蛋白的一部分。这种蛋白的这一部分可能作为一种“超级抗原（superantigen）”起作用，让免疫系统超负荷运转，就像中毒性休克综合征（toxic shock syndrome）一样。中毒性休克综合征是一种罕见的、危及生命的细菌感染并发症。
在儿童COVID-19患者中新发现的一种称为儿童多系统炎症综合征（MIS-C）的疾病的症状包括持续发烧和严重的炎症，可影响到人体的一系列器官系统。这种综合征虽然罕见，但可能是严重的，甚至是致命的。
针对在欧洲出现的这种疾病的首批报告引起了论文共同通讯作者、西达赛奈医疗中心儿科传染病与免疫学科主任Moshe Arditi博士的注意。Arditi也是另一种儿科炎症性疾病--川崎病（Kawasaki disease）---的专家。
Arditi联系了他的长期合作者、匹兹堡大学医学院计算与系统生物学主任Ivet Bahar博士，他们两人开始寻找可能导致MIS-C的SARS-CoV-2病毒的特征。
Bahar和她的团队构建出SARS-CoV-2病毒刺突蛋白与人T细胞表面上的受体之间相互作用的计算机模型。在正常情况下，T细胞会帮助身体抵御感染，但当这些细胞被异常大量激活时，就像超级抗原存在时的那样，它们会产生大量的炎性细胞因子---参与免疫系统信号转导的小蛋白，这就是所谓的 “细胞因子风暴”。
利用这种计算机模型，Bahar团队能够观察到，这种刺突蛋白上的一个具有超级抗原特征的特定区域与T细胞相互作用。随后，他们将这一区域与引起中毒性休克综合征的细菌蛋白进行了比较，发现两者在序列和结构上都有惊人的相似之处。重要的是，他们提出的SARS-CoV-2超级抗原显示出与T细胞受体结合的高亲和力---这是引发失控免疫反应的第一步。
Bahar说，“一切都接踵而来，每次都是巨大的惊喜。这个谜团的各个部分最终都极为吻合。”
这些研究人员表示，通过在SARS-CoV-2和导致中毒性休克综合征的细菌结构之间发现蛋白水平的相似性，他们可能已经开辟了一条新的途径，不仅可以治疗MIS-C患者，还可以治疗经历细胞因子风暴的成年COVID-19患者。
这些研究人员还与德国研究COVID-19成人患者的科学家们合作，发现那些出现严重症状的人的T细胞反应与暴露于超级抗原的人相似，而与仅有轻微症状的患者的T细胞反应截然不同。
Arditi说，“我们的研究最终开始揭示其中的潜在机制，并提出了中毒性休克综合征的潜在治疗方案，如静脉注射免疫球蛋白和类固醇，可能会有效地控制和治疗儿童患者的MIS-C和COVID-19成人患者体内出现的过度炎症。”
Arditi实验室和Bahar实验室如今正在利用这项研究产生的想法来寻找和测试SARS-CoV-2超级抗原的特异性抗体，目标是开发专门治疗COVID-19患者出现的MIS-C和细胞因子风暴的方法。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Mary Hongying Cheng et al. Superantigenic character of an insert unique to SARS-CoV-2 spike supported by skewed TCR repertoire in patients with hyperinflammation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020, doi:10.1073/pnas.2010722117.
2.Computer model shows how COVID-19 could lead to runaway inflammation
https://medicalxpress.com/news/2020-09-covid-runaway-inflammation.html
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