周文良教授团队与钟南山院士团队合作在STTT发表论文揭示新冠肺炎迁延不愈的病理新机制

2022-10-31 22:10

由新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）感染所引起的新型冠状病毒肺炎（Coronavirus disease 2019，COVID-19）已导致全球超过600万人死亡，对人类健康与社会发展造成了破坏性影响。然而，针对COVID-19的特异性药物仍较缺乏，其主要原因在于目前对SARS-CoV-2引起呼吸系统损伤的机制了解不足。

炎症的本质是一种免疫防御反应，它是机体在遭受感染或伤害性刺激后所进行的保护性措施。在呼吸道，炎症通常起始于上皮细胞对入侵病原体的识别过程，对维持呼吸系统稳态平衡具有十分重要的意义。然而，炎症反应若失去控制转化为持续而过度的病理性反应，将造成严重的不良后果。因此，深入探究机体稳态失衡与炎症迁延不愈的机制，具有重要的理论与临床转化意义。

日前，中山大学生命科学学院周文良教授团队与钟南山院士团队合作，在SARS-CoV-2致病机理方面取得重要进展。该联合团队利用电生理学、分子生物学、细胞生物学等实验技术，深入阐明了细胞内氯离子作为病理性第二信使介导了COVID-19气道炎症迁延不愈的病理机制，相关研究成果以“SARS-CoV-2 nucleocapsid protein triggers hyperinflammation via protein-protein interaction-mediated intracellular Cl− accumulation in respiratory epithelium”为题发表在自然出版集团（NPG）旗下国际权威学术期刊《信号转导与靶向治疗（Signal Transduction and Targeted Therapy）》上，并以当期封面故事展示。

图1《Signal Transduction and Targeted Therapy》2022年第8期封面

封面图片将呼吸道上皮细胞描绘为一个桃源仙境，其中代表氯离子的河流通过细胞膜城墙上的氯离子通道CFTR大门流出；当SARS-CoV-2感染时，CFTR大门关闭，从而导致氯离子积累泛滥与炎症风暴的发生

该研究以呼吸道上皮细胞株和原代培养的人气道上皮细胞为体外研究模型，结合气道内滴注SARS-CoV-2病毒蛋白与活病毒攻毒的小鼠在体模型，发现SARS-CoV-2核衣壳蛋白可与宿主细胞Smad3蛋白互作，通过募集microRNA-145介导氯离子通道囊性纤维化跨膜传导调节因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）的表达下调，从而抑制了跨上皮氯离子的分泌活动。鉴于氯离子分泌受阻很可能会导致细胞内氯离子稳态失衡，该研究进一步通过显微离子成像技术，发现SARS-CoV-2核衣壳蛋白刺激可引起呼吸道上皮细胞内氯离子浓度异常升高，进而通过激活下游的氯离子敏感蛋白——血清糖皮质激素调节激酶1（serum glucocorticoid regulated kinase 1，SGK1）介导NF-κB信号通路活化，诱导炎症反应的发生。

另一方面，SARS-CoV-2核衣壳蛋白还可以通过NF-κB依赖的途径介导磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）的表达上调，降低细胞内cAMP水平，进一步引起CFTR关闭，促使细胞内氯离子浓度维持在高水平，从而导致炎症反应迁延不愈。与之相反，抑制/敲除SGK1，或予以PDE4抑制剂干预，均可以显著抑制SARS-CoV-2核衣壳蛋白刺激所引起的持续性气道炎症。

图2 细胞内氯离子调控SARS-CoV-2所致呼吸上皮炎症反应的机制模式

综上所述，该研究工作是国际范围内率先报道的系统性阐述细胞内氯离子及其下游信号网络在病毒感染所致呼吸系统损伤中的作用机制研究，对COVID-19的新药研发与治疗策略探索具有重要的理论指导意义。

该研究工作为周文良教授团队近年来系列研究工作的延续成果。在2015年发表于美国国家科学院院刊《Proc Natl Acad Sci U S A》的论文中，周文良教授与中山大学生命科学学院伦照荣教授合作，发现刚地弓形虫感染可引起呼吸道上皮细胞氯离子转运受阻[1]。

在2018年发表于NPG旗下免疫学国际权威期刊《Mucosal Immunol》的论文中，周文良教授及团队骨干张艺林副研究员成功鉴定出了一种新型的氯离子感应蛋白SGK1，并系统性地阐释了细胞内氯离子在细菌感染所致慢性气道炎症性疾病（特别是支气管扩张症）中的炎症信号转导作用及其分子机制[2]。

此后于2019、2021年分别发表于寄生虫学国际权威期刊《Int J Parasitol》与《PLoS Negl Trop Dis》的2篇论文中，该研究团队进一步验证了细胞内氯离子异常积累在阴道毛滴虫感染所致生殖道上皮损伤中同样发挥了重要的作用[3-4]。结合本研究成果，细胞内氯离子异常累积普遍存在于病原体感染的过程中，这为该研究团队所提出的细胞内氯离子作为病理性第二信使的概念提供了坚实的理论依据。相应地，以细胞内氯离子及其下游信号网络为靶点的策略或可为多种慢性炎症性疾病的治疗提供新的探索方向。

该研究论文通讯作者为中山大学生命科学学院周文良教授、张艺林副研究员与钟南山院士。第一作者为中山大学生命科学学院陈磊、邱卓尔博士及广州医科大学关伟杰研究员、徐建邦博士。中山大学生命科学学院伦照荣教授、叶克难副教授为该工作提供了重要支持。此外，中山大学生命科学学院刘峰副教授为该工作中蛋白质-蛋白质互作实验提供了技术指导意见。该工作得到广州呼吸健康研究院开放课题（中国恒大集团所提供资金资助）、广东省钟南山医学基金会科研资助基金及国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41392-022-01048-1

参考文献：

[1] Guo HM, Gao JM, Luo YL, Wen YZ, Zhang YL, Hide G, Zhou WL, Ayala FJ, Lun ZR. Infection by Toxoplasma gondii, a severe parasite in neonates and AIDS patients, causes impaired anion secretion in airway epithelia. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Apr 7; 112(14): 4435-40.

[2] Zhang YL, Chen PX, Guan WJ, Guo HM, Qiu ZE, Xu JW, Luo YL, Lan CF, Xu JB, Hao Y, Tan YX, Ye KN, Lun ZR, Zhao L, Zhu YX, Huang J, Ko WH, Zhong WD, Zhou WL, Zhong NS. Increased intracellular Cl− concentration promotes ongoing inflammation in airway epithelium. Mucosal Immunol. 2018 Jul; 11(4): 1149-1157.

[3] Xu JB, Zhang YL, Huang J, Lu SJ, Sun Q, Chen PX, Jiang P, Qiu ZE, Jiang FN, Zhu YX, Lai DH, Zhong WD, Lun ZR, Zhou WL. Increased intracellular Cl− concentration mediates Trichomonas vaginalis-induced inflammation in the human vaginal epithelium. Int J Parasitol. 2019 Aug; 49(9): 697-704.

[4] Xu JB, Lu SJ, Ke LJ, Qiu ZE, Chen L, Zhang HL, Wang XY, Wei XF, He S, Zhu YX, Lun ZR, Zhou WL, Zhang YL. Trichomonas vaginalis infection impairs anion secretion in vaginal epithelium. PLoS Negl Trop Dis. 2021 Apr 16; 15(4): e0009319.

来源：Bioon细胞、中山大学

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