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冠状病毒免疫逃逸机制研究进展

  • 王荣花 1
  • 郑志慧 1
  • 张雨茜 1
  • 闵锐 1
  • 朱英 1
  • 张评浒 1,2
1. 扬州大学医学院转化医学研究院,江苏省中西医结合老年病防治重点实验室,扬州 225009; 2. 扬州大学,江苏省人兽共患病重点实验室,扬州 225009

中图分类号: R392.3

最近更新:2021-02-03

DOI:10.11665/j.issn.1000-5048.XXXXXX01

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摘要

冠状病毒是人和动物的重要致病原,其中新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19)给人类健康带来了致命威胁。宿主固有免疫反应是宿主抵抗病原体入侵的第一道防线,但过激的免疫应答也会加重病毒感染和病理损伤。病毒免疫逃逸是冠状病毒的重要致病机制。本文主要从宿主免疫传感器、干扰素、细胞因子和冠状病毒免疫逃逸方面重点阐述了冠状病毒的致病机制,以期为抗冠状病毒药物的研发提供理论参考。

冠状病毒(coronavirus, CoV)是具有囊膜的单股正链RNA病毒,囊膜表面覆有12~24 nm的棒状突起,形如花冠,故称冠状病毒。冠状病毒属于尼多病毒目冠状病毒科,根据基因组结构相似性及血清型不同,主要分为α、β、γ和δ 4个属。其中,α属主要包括人冠状病毒(human coronavirus,HCoV-229E和HCoV- NL63)、猪传染性腹泻病毒(porcine epidemic virus, PEDV)及犬冠状病毒(canine coronavirus, CCoV)等。β属主要包括2019年暴发的新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)、严重急性呼吸系统综合征冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV)、中东呼吸综合征(middle east respiratory syndrome, MERS)及小鼠肝炎病毒(murine hepatitis virus, MHV)等。γ属主要包括传染性支气管炎病毒(infection bronchitis virus, IBV)。δ属主要包括猪δ冠状病毒(porcine deltacoronavirus, PDCoV

1

现已研究表明,与其他已知病毒相似,冠状病毒侵入宿主也主要通过宿主细胞表面的膜受体介导。随着近年来基因敲除技术与分子靶点技术的进步,多种介导冠状病毒入侵宿主的蛋白受体被发现,其中α属HCoV-229E和δ属PDCoV等冠状病毒主要通过宿主细胞表面的氨基肽酶N (aminopeptidase N, APN)受体介导入侵细胞,而SARS-CoV-2和SARS-CoV等β属冠状病毒主要通过其囊膜表面的S刺突蛋白与宿主细胞膜表面的ACE2受体相结合而侵入宿主纤毛支气管上皮细胞和Ⅱ型肺泡细

2-3。最近研究证实,虽然SARS-CoV-2和SARS-CoV都是通过ACE2受体介导入侵宿主,但因S刺突蛋白受体结合区(receptor binding domain, RBD)存在氨基酸差异,SARS-CoV-2病毒与ACE2受体结合的亲和力比SARS-CoV高10~20倍,这可能是SARS-CoV-2比2003年流行的SARS-CoV更具传染性和致病性的主要原因之4。与上述两种β属冠状病毒不同,中东地区流行的MERS-CoV主要以二肽酰酶4(DPP4/CD26)为受体入侵宿主细5。此外,γ属冠状病毒IBV可通过多种受体入侵宿主细胞,目前已发现硫酸乙酰肝素(heparan sulfate, HS)、唾液酸以及APN 3种受体都可介导其感染宿主。除上述已证实的介导冠状病毒入侵宿主细胞的受体外,还有很多次要分子在介导冠状病毒感染宿主过程中发挥重要作用。例如最新的研究发现,SARS-CoV-2还可利用丝氨酸蛋白酶TMPRSS2激活S蛋白增强其与细胞表面的ACE2受体结合,从而增强其入侵宿主的概6。随着科学技术的进步,有关介导冠状病毒入侵宿主的受体将被逐一揭示。

冠状病毒为直径为60~220 nm的正链RNA病毒,其RNA长度为27~32 kb,5′端带有甲基化帽状结构,3′端具有多聚腺苷核糖核酸尾(PolyA),主要分为复制酶编码区和结构蛋白编码区。在受体介导下冠状病毒通过膜融合途径将携带的病毒RNA释放入宿主细胞中,首先通过复制酶编码区翻译合成RNA依赖的RNA聚合酶,随即在RNA聚合酶作用下,以病毒基因组为模板合成负链RNA,然后再通过负链RNA合成新的病毒基因组和亚基因组,起始子代病毒和病毒基因组的合成。冠状病毒的5′端2/3部分的复制酶编码区含有2个关键开放阅读框(open reading frames, ORFs),ORF1a和ORF1b,它们可通过不同的剪切编码16个保守的非结构蛋白(nsp1-nsp16),其基因组后1/3部分主要编码4个结构蛋白:刺突蛋白(spike protein, S)、包膜蛋白 (envelope protein, E)、膜糖蛋白(membrane glycoprotein, M)和核衣壳蛋白(nucleocapsid protein, N

7。S蛋白介导病毒与宿主细胞表面受体的特异性结合及与细胞膜的融合,促进病毒入侵;E蛋白和M蛋白主要参与病毒组装、出芽及包膜形成,而N蛋白主要通过与冠状病毒RNA基因组结合保护病毒RNA的稳定8。但有关新冠病毒的相关蛋白在其感染宿主与复制过程中扮演何种角色还有待深入研究。

冠状病毒入侵宿主引发过激的免疫反应是其临床高致死性的主要致病机制。现有的研究表明冠状病毒感染宿主后释放的病毒基因组及相关的病毒蛋白会被宿主细胞中的模式识别受体(pattern recognition receptor, PRR)所识别,而宿主细胞感知病原微生物入侵后会通过调控体内免疫信号通路诱导如Ⅰ型干扰素(interferon I, IFN-I)、促炎因子及多种抗病毒基因的表达而抑制病毒复制。然而,为对付宿主这种先天性抗病毒免疫反应,多数种类的冠状病毒在感染宿主的长期进化过程中逐渐形成了一套复杂的免疫逃逸机制,或通过自身编码的蛋白拮抗或延迟宿主抗病毒干扰素系统的表

9。鉴于此,本文对冠状病毒逃避宿主先天性免疫的致病机制进行了归纳总结,以期为人类防治冠状病毒及抗新冠病毒药物的研发提供理论参考。

1 宿主先天免疫传感器

天然免疫反应是机体在长期进化过程中形成的抵抗外源微生物入侵的第一道屏障。作为宿主固有免疫体系不可或缺的模式识别受体PRR在机体抵抗病原微生物感染过程中扮演关键作用。机体受到病原微生物感染后,细胞中的PRR能特异性识别病原微生物的携带的如细菌脂多糖、肽聚糖、脂蛋白、鞭毛蛋白、病毒双链RNA、非甲基化CpG DNA等病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs),进而诱导先天性免疫信号级联反应,继而启动宿主的先天性免疫反

10。目前研究发现哺乳动物中Toll样受体(toll like receptors, TLRs)和RIG-I样受体(RIG-I-like receptors, RLRs)是介导宿主抵抗外源微生物感染的关键PRR,两者在诱导宿主IFN等细胞因子表达中发挥关键作用。

1.1 Toll样受体及其信号通路

TLRs是一种跨膜蛋白模式识别受体,其胞内区含有TLRs和白细胞介素1(IL-1)受体家族特有的结构域TIR,其包外区含有富含亮氨酸重复序列,这是决定其特异性的关键结构域。TLRs在细胞中的位置决定了它们识别不同PMAP的功能,内体中的TLRs主要负责识别核酸,如TLR7/8主要识别单链RNA (ssRNA)、TLR9主要识别CpG DNA,而质膜上的TLRs (TLR1和TLR2)主要负责识别病毒的蛋白和脂质等成

11。TLRs介导的信号通路需要接头蛋白的参与,TLR7、TLR8依赖髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88, MyD88)途径传递下游信号;TLR3通过β干扰素结构域衔接蛋白(TIR domain containing adaptor inducing interferon β, TRIF)发挥作12。TLR7或TLR8与其特异性配体结合后,招募MyD88至其TIR结构域并与其相互作用,随即TLR-MyD88复合物募集IL-1受体相关激酶(IL-1R-associated kinase, IRAK),使其磷酸化而被激活。活化的IRAK与肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6, TRAF6)结合并激活下游效应子,从而引起一系列细胞因子和IFN刺激基因(interferon stimulated genes, ISGs)的表13。TLR3通过TRIF通路招募肿瘤坏死因子受体相关因子3 (TRAF3)并使其活化,活化的TRAF3将信号传递给下游的TANK结合激酶1(TANK-binding kinase 1,TBK1)和激酶IKKε(I-κB kinase ε),激活干扰素转录因子7(interferon regulatory factor,IRF7),活化的IRF7进入细胞核,诱导IFN的表14。研究表明TLRs在限制冠状病毒复制和启动机体免疫应答中发挥关键作用。例如缺乏TLR3或TLR4的小鼠更容易感染SARS-CoV,且与野生型小鼠相比,MyD88缺失小鼠体重下降明显,病毒载量更高,肺部损伤程度也更显著,并于感染后第6天死15。全面分析所有TLRs、TLRs配体及TLRs转接分子在宿主固有免疫反应中的作用,不仅可以阐明TLRs途径对冠状病毒复制的影响,还有利于为抗冠状病毒药物的研发提供新策略。

1.2 RIG- I 样受体及其信号通路

RLRs是一种细胞质传感器,包括RIG-I、黑素瘤分化相关基因5 (melanoma differentiation factors 5, MDA5)和LGP2(laboratory of genetics and physiology 2)3种类型,此类传感器可特异性识别细胞中的多种病毒dsRNA。RIG-I含有2个N端招募激活结构域(caspase activation and recruitment domain, CARDs)、1个中间解旋酶核心和1个C端结构域(c-terminal domain, CTD),其中间解旋酶核心区含有解旋酶结构1 (helicase 1,Hel-1)、解旋酶结构2 (helicase 2, Hel-2) 和中间插入区(helicase 2i, Hel-2i

16。CARDs是RIG-I的效应区,未受到刺激时,CARDs与Hel-2i作用以保持抑制状态,而受到病毒感染时,CTD可识别dsRNA并与之结合,随后dsRNA-CTD与Hel-2i互作,释放出游离的CARDs,进而激活RIG-I/ MDA5,活化后的RIG-I/ MDA5募集线粒体抗病毒相关蛋白(mitochondrial antiviral signaling protein, MAVS)而发挥促进炎症因子的表达效应。MAVS一方面可进一步招募TRAF、TBK1等,促进IFN调节因子3/7(interferon regulatory factor 3 and 7,IRF3/7)磷酸化及二聚体形成;另一方面,MAVS可与TRAF-2/6发生作用,激活核转录因子κB(nuclear transcription factor κB,NF-κB),活化的NF-κB和IRF3/IRF7易位至细胞核与其他转录因子结合形成转录增强子,促进IFN和炎症因子的表17-18。此外,虽然现已研究发现的RIG-I样受体主要通过上述信号传导通路发挥调控宿主抵抗外源微生物感染的作用,但即使是针对同一病原,在不同细胞类型也可由不同的RIG-I样受体介导。例如在脑巨噬细胞和小胶质细胞中MHV可被MDA5识别,而在少突胶质细胞中可被RIG-I和MDA5同时识19。近期研究发现RLRs能有效识别冠状病毒并诱导宿主产生过激IFN和促炎因子,这对早期控制新冠病毒的复制与扩散具有极其重要的作用,但目前有关RLRs如何识别冠状病毒及感染早期宿主如何启动炎症因子的转录表达的作用机制尚不清楚,尤其是哪些类型的炎症因子发挥抗病毒与抗炎的有益效应尚未阐明。此外,不同类型的冠状病毒例如SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV等感染后介导RLRs诱导细胞因子产生的强弱作仍不清楚,还有待进一步深入研究。

2 宿主的先天抗病毒免疫反应

2.1 干扰素

先天性免疫反应是机体抗冠状病毒感染的第一道防线。IFN-I是宿主抗病毒的先天性免疫调节因子,当细胞受到病毒感染时,IFN主要通过与效应细胞表面的膜受体(IFNAR1和IFNAR2)结合,进而激活酪氨酸激酶与活化转录因子(janus kinases (JAKs)-signal transducer and activator of transcription(STAT),JAK-STAT)信号转导通路而发挥抗病毒活性。STAT由STAT1、STAT2和STAT3 3种亚型构成,受刺激活化的STAT1与STAT2可形成同源二聚体,募集IFN调节因子9 (interferon regulation factor 9,RF9),最终促进IFN刺激因子3(interferon stimulated genes factor 3,ISGF-3)的形成,活化的ISGF-3入核后与ISGs启动子中的IFN刺激的应答元件(interferon-stimulated response element,ISRE)结合,促进ISGs的表达。现已研究表明ISGs具有广谱的抗病毒活性和调节适应性免疫作用,在机体抵抗病毒入侵过程中扮演关键作用。例如,2',5'-寡聚腺苷酸合成酶(2′,5′-oligoadenylate synthetase,OAS)和蛋白激酶(protein kinase,PKR)是最早发现的dsRNA依赖性激酶,其中OAS主要通过降解病毒和宿主的RNA,抑制蛋白合成,进而发挥抗病毒活性,而PKR主要通过磷酸化激活真核细胞翻译起始因子eIF2α (eukaryotic initiation factor 2α),发挥抗病毒作用;人类MxA蛋白在进入细胞后立即与病毒核衣壳靶向结合,降低病毒核酸酶的活性,在感染早期干扰病毒复制;其他抗病毒ISGs产物,如干扰素诱导跨膜蛋白(IFITM proteins)、25-羟基氧化酶(CH25H)、锌指抗病毒蛋白(ZAP)等也与冠状病毒感染高度相

20。近期研究发现尽管SARS-CoV-2比SARS-CoV在人体肺组织复制效率更高,但其对IFN的诱导明显减弱,这可能是SARS-CoV-2致病性比SARS-CoV更高的主要因素之21。此外,在SARS-CoV感染小鼠模型中也研究证实,SARS-CoV可延迟肺泡灌洗液中IFN-I的表达,而IFN-I信号的滞后表达促使单核细胞巨噬细胞(IMM)聚集,进而引发血管渗漏和病毒特异性T细胞免疫异常反应。敲除IFN-I信号通路或IFNAR可保护小鼠免受致命感染,提高小鼠的存活率,降低肺部损22。因此,IFN是一种潜在的抗病毒靶点,确定IFN及其信号通路中冠状病毒复制和感染的具体机制将有利于开发针对IFN及其信号转导途径的特效抗病毒药物。

2.2 细胞因子

冠状病毒感染可诱发宿主产生过激细胞因子风暴(cytokine storm),导致严重的急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS),甚至多器官功能衰竭和死亡。临床研究证实患者血清中细胞因子和趋化因子的表达水平与疾病预后密切相关。研究发现新冠病毒SARS-CoV-2 感染患者血浆中存在白细胞介素-6 (IL-6)、白细胞介素-7 (IL-7)、白细胞介素-10 (IL-10)、粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor, G-SCF)、趋化因子CXCL-10 (interferon-inducible protein-10, IP-10)、单核细胞趋化蛋白(membrane cofactorprotein-1, MCP-1)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)及巨噬细胞炎症蛋白(macrophage inflammatory protein-1 alpha, MIP-1a)异常升

23;SARS-CoV感染患者血浆存在IL-1β、IL-6、IL-12、IFN-γ、IP-10及MCP-1等细胞因子显著增加,而MERS-CoV感染患者普遍存在IFN-γ、TNF-α、IL-15、IP-10、IL-1α、IL-1β和IL-17等炎症因子异常表24。上述细胞因子IP-10属于CXC类趋化因子,经IFN-γ诱导由中性粒细胞、酸性粒细胞、单核细胞、上皮细胞等30多种细胞产生,其异常升高表达是不同冠状病毒感染的共性特征,患者早期血清IP-10表达水平与疾病的危重程度密切相关,是预警SARS-CoV和SARS-CoV-2预后的关键细胞因25。研究证实IP-10在新冠肺炎的不同阶段扮演不同的角色,在病毒感染后的炎症早期阶段,IP-10与其受体CXCR3结合,趋化天然杀伤细胞(NK细胞)、活化T细胞和单核细胞至肺损伤组织,参与先天免疫和适应性免疫反应,同时IP-10与IFN-γ之间形成正反馈,促进后者的表达有利于机体发挥抗病毒作用。但IP-10持续高表达会趋化大量的炎症细胞往肺损伤部位聚集,而聚集的炎症细胞释放更多的炎症因子会加剧局部的炎症反应从而导致更严重的肺部损伤。在SARS-CoV病例中研究发现,IP-10还可诱导募集在肺损伤部位的T淋巴细胞迅速凋亡,这可能与SARS患者体内淋巴细胞减少相关,即提示IP-10异常增加介导的急性肺损伤可能与其诱发淋巴细胞凋亡有关。在感染SARS-CoV-2患者外周血中也发现CD4+T细胞和CD8+ T数量明显下降,但呈高度激活状态,含有大量细胞毒性颗粒如穿孔素,颗粒酶在CD8+T呈阳性表达,且T淋巴细胞水平与冠状病毒患者的疾病进展与预后密切相26。此外,促炎因子的滞后表达也与冠状病毒的高致病性有关。感染SARS-CoV与MERS-CoV的有些重症患者与轻中度患者相比,促炎因子的表达显著延迟。相较于SARS-CoV,感染SARS-CoV-2血清中的炎症因子表达延迟更为显著,在感染后的48 h内仅能显著上调IL-6、MCP1、CXCL1、CXCL5和IP10等5种炎症因子的表达。在原代人类气道上皮细胞中也证实,在SARS-CoV和MERS-CoV感染后的第3、6、12 h都缺乏促炎因子的表27。综上所述,炎症是机体免疫反应的重要组成部分,其在参与病原体的识别,免疫细胞募集及病原体消除等过程中发挥重要作用,但高致病性冠状病毒诱导过激免疫反应或延迟炎症细胞因子的产生会导致更为严重的病理损伤,加剧病程的进展,这可能是感染冠状病毒后重症患者预后较差的主要原因。因此,深入探讨冠状病毒感染宿主诱导过激免疫反应或延迟炎症因子表达的致病机制,进而探寻调控此类炎症反应的方法有可能成为攻克高致病性冠状病毒感染的新策略。

3 冠状病毒应对先天免疫反应的策略

在与宿主的长期斗争中,冠状病毒已进化多种应对天然免疫系统的机制,主要包括逃避和拮抗两种策略(图1)。

Figure1 Potential mechanism of coronavirus against innate immune response

3.1 逃避天然免疫系统识别

逃避宿主的天然免疫识别是外源微生物感染宿主的有效策略。冠状病毒复制时产生的大量中间体dsRNA会激活PRR,使临近细胞启动先天性免疫反应。冠状病毒为了逃避先天性免疫反应必须躲过PRR的识别。研究发现,SARS-CoV、MHV等多种冠状病毒可在一种具双层膜的小囊泡中进行复制,其有可能是为了掩藏了病毒PAMP,避免被细胞质中PRR所识别。N7-鸟苷甲基化的帽子(cap,包括cap-0和cap-1)是真核生物mRNA的结构特征和RNA聚合酶Ⅱ转录产物的标志,宿主可用来识别自我与非我RNA。为逃避宿主PRR识别,许多病毒模仿宿主加帽机制对自身RNA进行修饰。体外实验表明,SARS-CoV的非结构蛋白nsp14和nsp16/nsp10复合物参与其RNA加帽过

28。RNA帽子结构的合成,依赖于酶催化反应,整个过程需要RNA三磷酸酶、鸟苷转移酶和N-7鸟苷甲基转移酶的参与。SARS-CoV加帽过程中,nsp14发挥N7-鸟苷甲基转移酶作用,将RNA鸟苷帽子的N-7位甲基化,形成cap-0,该结构与宿主RNA帽子相似,使宿主难于区分自身RNA与病毒RNA29。此外,nsp16还具有2′-O-甲基转移酶活性,能够进一步修饰病毒RNA帽子结构,协助病毒逃避先天性免疫反30-31

3.2 拮抗先天免疫反应

拮抗宿主的先天性免疫反应也是外源微生物抵抗宿主免疫反应的有效策略。研究发现,冠状病毒蛋白可通过多种机制直接或间接抑制干扰素及其介导的免疫信号通路。临床研究表明冠状病毒感染患者的IFN-I水平普遍偏低,感染SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV的重症患者更

32。体外研究也证实,SARS-CoV和MERS-CoV能够不同程度的抑制细胞中IFN-I的表达,而外源性添加IFN-α可抑制冠状病毒的复33。临床研究也证实IFN-α与其他抗病毒药物的联合应用可有效提高患者的生存率,这表明IFN-I在机体抗冠状病毒感染过程中发挥重要作34。机制研究显示在与宿主的长期斗争中,冠状病毒已进化出许多应对天然免疫系统的策略,编码各种蛋白拮抗IFN-I产生及其诱导的信号传导途径是其重要策略之一。

3.2.1 非结构蛋白介导的拮抗免疫机制

冠状病毒编码的非结构蛋白nsps能显著抑制IFN-I产生及其信号传导通路,遏制宿主的先天性免疫反应。例如SARS-CoV的nsp1可选择性诱导细胞内核酸内切酶剪切宿主mRNA的5'-UTR,使宿主mRNA失去转录活性,而与核糖体40S亚基结合,可抑制核糖体40S亚基与60S亚基的结合,进而抑制宿主mRNA的翻译功

35-36。MERS-CoV编码的nsp1蛋白可促进细胞核中内切核酸酶裂解,而对自身RNA无剪切效应。nsp3是冠状病毒编码的最大非结构蛋白,具有木瓜样蛋白酶(papain-like proteinase, PLpro)活性。PLpro在细胞内具有去泛素化酶和去泛素样蛋白ISG15的活性,其中SARS-CoV编码的nsp3可通过阻断NF-κB通路而抑制先天免疫反37。众所周知NF-κB通路的激活需要多种激酶共同作用,NF-κB的活化需要在激酶IKK的磷酸化和泛素化修饰下通过蛋白酶降解抑制因子(inhibitor of NF-κB, I-κB),释放出游离态NF-κB,NF-κB入核后才可上调IFN的表达。SARS-CoV可借助其nsp3的去泛素化酶活性抑制I-κB,阻滞NF-κB信号通路的活38。此外,据报道MERES-CoV的nsp3还能抑制RIG-1、MDA5等RLRs介导的IFN表达及NF-κB的活化,且其对干扰素的抑制作用高度依赖于蛋白酶的催化活39。以上研究表明,冠状病毒可通过编码nsps靶向调控IFN-I信号传导途径来发挥其拮抗宿主的免疫反应。因此,深入研究冠状病毒的nsps的功能及其拮抗宿主免疫反应的机制,不仅将有助于了解冠状病毒致病机制,而且可为开发新型抗病毒药物提供筛选靶点。

3.2.2 结构蛋白拮抗免疫机制

冠状病毒的结构蛋白不仅是病毒结构必不可少的组分,而且在拮抗宿主的干扰素传导途径中发挥重要作用。最新研究发现,SARS-CoV-2编码的M蛋白可以与RIG-I、MAVS和TBK1相互作用,阻止RIG-I、MAVS、TRAF3和TBK1蛋白复合体的形成,进而抑制IRF3的磷酸化、入核,以及I型和III干扰素诱导的转录激

40。SARS-CoV编码的M蛋白可抑制TRAF3-TANK-TBK1/IKKε的形成,抑制IRF-3的活化,下调IFN的表达。据报道,SARS-CoV编码的M蛋白还可通过一种螯合模型抑制IFN的产生,它能特异性性将TRAF3-TANK-TBK1/IKKε复合物中的一些组分隔离到细胞特定位置,以阻碍该复合物的形成,从而遏制IFN的产41。此外,SARS-CoV编码的N蛋白可抑制仙台病毒和dsRNA类似物poly (I:C)所介导的IFN表达,但对其上游信号分子(如RIG-1、MDA5)介导的IFN产生并没有抑制作用。MERS-CoV编码的M蛋白对IFN的拮抗作用与SARS-CoV相似,其编码的M蛋白可与TRAF3互作,抑制TRAF3-TBK1的耦联,减少IRF3的活化和二聚化,导致IFN表达减42。但是,冠状病毒M蛋白对IFN的拮抗作用具有病毒特异性,如冠状病毒HCoV-HKU1编码的M蛋白对IFN的产生没有任何抑制作用,相对于MERS-CoV或SARS-CoV感染而言,大部分人感染HCoV-HKU1后仅引起轻微的呼吸道症43。虽然目前业已证实冠状病毒编码的结构蛋白在其致病过程中扮演重要作用,但详细的拮抗干扰素的作用机制仍需深入研究。

3.2.3 辅助蛋白拮抗免疫机制

冠状病毒编码的辅助蛋白具有广泛调控宿主免疫的功能,与病毒的致病性密切相关。SARS-CoV-2编码的ORF6、ORF8和ORF3b是强效干扰素拮抗剂,在SARS-CoV-2感染早期,可阻碍IFN的释放,干扰宿主抗病毒免疫反应,促进病毒复制。SARS-CoV编码的ORF3a/3b、ORF6、ORF7a/7b、ORF8a/8b和ORF9b等8种辅助蛋白中ORF3b和ORF6业已被证实具有拮抗IFN作用,其中ORF3b可抑制RIG-I、MAVS介导的转录因子IRF3和NF-kB的活化,拮抗IFN产生,而ORF6主要通过阻止STAT1与核转运蛋白β1(KPNB1)结合形成复合物导致细胞质中STAT1无法入核而抑制IFN信号传导通路活

44。MERS-CoV编码的ORF3、ORF4a、ORF4b、ORF5和ORF8b等5种辅助蛋白中ORF4a、ORF4b和ORF5具有抑制IFN的功45,3种辅助蛋白均能阻碍IRF3易位入核,抑制IFN启动子的活42。此外,MERS-CoV编码的ORF4a还能与dsRNA结合蛋白PACT相互作用,靶向抑制PATC介导RIG-I/MDA5的活46。最近研究显示,MERS-CoV的ORF4b可与细胞质中的TBK1互作进而抑制IFN产生,但详细的机制不清47。总之,现有研究显示冠状病毒辅助蛋白可通过多种途径拮抗机体免疫系统,调节病毒复制,在病毒致病性和宿主病理进程中发挥重要作用,但目前人类对此类蛋白的功能研究甚少,还需要进一步研究其与宿主之间的相互作用,从而为抗病毒治疗和疾病控制提供有效的方案。

4 问题与展望

冠状病毒是目前已知的拥有最长基因组的RNA病毒,其不仅在自然界广泛存在,而且是多种哺乳动物和鸟类的呼吸道常见病原。近十多年来,冠状病毒相继在人类引起3次世界范围内的流行,即2003年的SARS-CoV,2012年流行至今的MERS-CoV和2019年暴发至今的SARS-CoV-2,其中SARS-CoV-2的传染性最强,迄今已致全球8 000多万人感染,170多万人死亡,且全球感染仍未得到有效控制。新冠病毒SARS-CoV-2作为首次感染人类的新病原,人类目前对其宿主、传染源及致病机制等仍不十分清楚,迄今尚无防治的有效药物。据报道,SARS-CoV-2与SARS-CoV基因组序列相似率高达79.5%,感染症状也极其相似。机体的免疫失调和病毒免疫逃避是SARS-CoV的主要致病机制,除了抗病毒治疗外,适度的免疫调节可改善重症患者的预后,降低病死率。同样的,SARS-CoV-2患者体内多种细胞因子水平异常,大量免疫细胞和组织液聚集肺部,导致呼吸道阻塞和严重的肺损伤。借鉴SARS-CoV的致病机制和药物研发经验,有可能降低研发成本、缩短研发周期,早日开发出针对SARS-CoV-2的特效药物。

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