STTT | 广州医科大学钟南山团队发现在SARS-CoV-2感染期间气道上皮损伤和持续气道炎症中的新致病机制

SARS-CoV-2是导致COVID-19大流行的病原体，对全球公共卫生构成了重大挑战。SARS-CoV-2可能破坏肺泡上皮屏障，引发气道炎症加剧，导致呼吸困难，严重时进展为急性呼吸衰竭。然而，上皮屏障功能破坏和炎症增强的确切分子机制尚不完全清楚。了解SARS-CoV-2的致病机制有助于确定临床干预的新靶点。SARS-CoV-2是一种包膜病毒，具有正义单链RNA基因组。该病毒可破坏上皮细胞的完整性，加剧呼吸道上皮细胞的炎症，这是抵御病毒感染的第一道防线。

SARS-CoV-2编码四种结构蛋白——刺突蛋白(S)、包膜蛋白(E)、膜蛋白(M)和核衣壳蛋白(N)。S蛋白介导病毒与宿主受体血管紧张素转换酶2 (ACE2)的结合和病毒与细胞膜的融合。M蛋白在病毒组装中起着至关重要的作用，而N蛋白对病毒基因组的包装和存活至关重要。值得注意的是，E蛋白是一种核心结构毒力因子，在维持病毒生命周期(如病毒组装)中起着至关重要的作用。一些研究探索了SARS-CoV-2 S、M和N蛋白的致病作用。然而，SARS-CoV-2 E蛋白在上皮紧密连接和粘膜炎症中的作用和机制尚不清楚。

气道屏障由紧密连接、纤毛粘液清除和免疫细胞组成。紧密连接是由claudin家族跨膜蛋白组成的超分子实体，通过含有支架蛋白的细胞质PDZ结构域与肌动蛋白细胞骨架相连。紧密连接通过维持粘膜单层的完整性和细胞极性，建立物理屏障，调节分子的细胞旁通透性，调节先天免疫。然而，在呼吸道病毒感染期间，由于紧密连接蛋白的表达失调，屏障功能可能受损，导致入侵的病原体进入上皮下间隙。先前的研究表明，SARS-CoV-2的高病毒载量可破坏气道上皮紧密连接，部分涉及与Lin-7-1相关蛋白(PALS1)的相互作用。此外，SARS-CoV-2 E蛋白还可能与紧密连接蛋白zona occluden-1 (ZO-1)相互作用，导致上皮紧密连接损伤。这些观察结果表明，SARS-CoV-2 E蛋白在触发上皮屏障功能障碍中起关键作用。

纤毛粘膜清除在维持气道微环境的稳态，确保有效清除入侵病原体方面起着至关重要的作用。纤毛黏液清除的有效性部分取决于水和离子运输的动力学。氯离子(Cl−)是人体内的主要阴离子，细胞内的Cl−浓度([Cl−]i)受到多种Cl−通道和转运体的严格调控。最近的证据表明，细胞内Cl-可能调节信号，细胞内Cl-稳态的破坏可能与多种细胞功能的改变有关，如炎症和免疫紊乱。

模式图（Credit: Signal Transduction and Targeted Therapy）

因此，细胞内Cl−的积累可能在病原体(如病毒)感染后持续气道炎症的放大中发挥重要作用。囊性纤维化跨膜传导调节剂(CFTR)是一种3'，5' -环单磷酸盐(cAMP)激活的Cl-通道，表达于全身上皮细胞的顶端膜。在上皮细胞中，各种病原体的感染可导致CFTR表达降低或功能障碍，导致阴离子分泌受损，细胞内Cl−失衡。有趣的是，CFTR和TMEM16介导的Cl-外排参与了SARS-CoV-2的进入和复制，这表明细胞内Cl-信号在SARS-CoV-2感染过程中发挥了作用。

Toll样受体(TLRs)是一种模式识别受体(PRRs)，通过识别病原体相关分子模式(PAMPs)在感染过程中启动炎症反应和先天防御反应。研究证实TLR2能够识别SARS-CoV-2的S蛋白和E蛋白，在COVID-19的发生发展中发挥了至关重要的作用。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联是高度保守的信号分子，负责将细胞外刺激转导为细胞信号。哺乳动物细胞中有三种主要的MAPK通路，包括细胞外信号调节激酶(ERK，也称为p42/p44 MAPK)、c-Jun N-末端激酶(JNK，也称为应激激活蛋白激酶，SAPK)和p38激酶。

MAPK通路已被证明可被多种病毒激活，因此是缓解病毒诱导的炎症细胞因子风暴的关键靶点。因此，研究TLR信号通路和MAPK通路在SARS-CoV-2感染过程中的参与可能有助于阐明COVID-19的免疫发病机制，并探索有价值的抗病毒治疗靶点。因此，该研究旨在探讨SARS-CoV-2 E蛋白对气道上皮完整性和炎症反应的病理影响及其潜在机制。