中大新聞網(wǎng)訊（通訊員周文良）由新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）感染所引起的新型冠狀病毒肺炎（Coronavirus disease 2019，COVID-19）已導(dǎo)致全球超過(guò)600萬(wàn)人死亡，對(duì)人類(lèi)健康與社會(huì)發(fā)展造成了破壞性影響。然而，針對(duì)COVID-19的特異性藥物仍較缺乏，其主要原因在于目前對(duì)SARS-CoV-2引起呼吸系統(tǒng)損傷的機(jī)制了解不足。
炎癥的本質(zhì)是一種免疫防御反應(yīng)，它是機(jī)體在遭受感染或傷害性刺激后所進(jìn)行的保護(hù)性措施。在呼吸道，炎癥通常起始于上皮細(xì)胞對(duì)入侵病原體的識(shí)別過(guò)程，對(duì)維持呼吸系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)平衡具有十分重要的意義。然而，炎癥反應(yīng)若失去控制轉(zhuǎn)化為持續(xù)而過(guò)度的病理性反應(yīng)，將造成嚴(yán)重的不良后果。因此，深入探究機(jī)體穩(wěn)態(tài)失衡與炎癥遷延不愈的機(jī)制，具有重要的理論與臨床轉(zhuǎn)化意義。
日前，周文良教授團(tuán)隊(duì)與鐘南山院士團(tuán)隊(duì)合作，在SARS-CoV-2致病機(jī)理方面取得重要進(jìn)展。該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用電生理學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，深入闡明了細(xì)胞內(nèi)氯離子作為病理性第二信使介導(dǎo)了COVID-19氣道炎癥遷延不愈的病理機(jī)制，相關(guān)研究成果以“SARS-CoV-2 nucleocapsid protein triggers hyperinflammation via protein-protein interaction-mediated intracellular Cl? accumulation in respiratory epithelium”為題發(fā)表在自然出版集團(tuán)（NPG）旗下國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與靶向治療（Signal Transduction and Targeted Therapy）》上，并以當(dāng)期封面故事展示。
圖1 Signal Transduction and Targeted Therapy 2022年第8期封面
封面圖片將呼吸道上皮細(xì)胞描繪為一個(gè)桃源仙境，其中代表氯離子的河流通過(guò)細(xì)胞膜城墻上的氯離子通道CFTR大門(mén)流出；當(dāng)SARS-CoV-2感染時(shí)，CFTR大門(mén)關(guān)閉，從而導(dǎo)致氯離子積累泛濫與炎癥風(fēng)暴的發(fā)生
該研究以呼吸道上皮細(xì)胞株和原代培養(yǎng)的人呼吸道上皮細(xì)胞為體外研究模型，結(jié)合氣道內(nèi)滴注SARS-CoV-2病毒蛋白與活病毒攻毒的小鼠在體模型，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2核衣殼蛋白可與宿主細(xì)胞Smad3蛋白互作，通過(guò)募集microRNA-145介導(dǎo)氯離子通道囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）的表達(dá)下調(diào)，從而抑制了跨上皮氯離子的分泌活動(dòng)。鑒于氯離子分泌受阻很可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)氯離子穩(wěn)態(tài)失衡，該研究進(jìn)一步通過(guò)顯微離子成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2核衣殼蛋白刺激可引起呼吸道上皮細(xì)胞內(nèi)氯離子濃度異常升高，進(jìn)而通過(guò)激活下游的氯離子敏感蛋白——血清糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶1（serum glucocorticoid regulated kinase 1，SGK1）介導(dǎo)NF-κB信號(hào)通路活化，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生。另一方面，SARS-CoV-2核衣殼蛋白還可以通過(guò)NF-κB依賴(lài)的途徑介導(dǎo)磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）的表達(dá)上調(diào)，降低細(xì)胞內(nèi)cAMP水平，進(jìn)一步引起CFTR關(guān)閉，促使細(xì)胞內(nèi)氯離子濃度維持在高水平，從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)遷延不愈。與之相反，抑制/敲除SGK1，或予以PDE4抑制劑干預(yù)，均可以顯著抑制SARS-CoV-2核衣殼蛋白刺激所引起的持續(xù)性氣道炎癥。
圖2 細(xì)胞內(nèi)氯離子調(diào)控SARS-CoV-2所致呼吸上皮炎癥反應(yīng)的機(jī)制模式
綜上所述，該研究工作是國(guó)際范圍內(nèi)率先報(bào)道的系統(tǒng)性闡述細(xì)胞內(nèi)氯離子及其下游信號(hào)網(wǎng)絡(luò)在病毒感染所致呼吸系統(tǒng)損傷中的作用機(jī)制研究，對(duì)COVID-19的新藥研發(fā)與治療策略探索具有重要的理論指導(dǎo)意義。
該研究工作為周文良教授團(tuán)隊(duì)近年來(lái)系列研究工作的延續(xù)成果。在2015年發(fā)表于美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊Proc Natl Acad Sci U S A的論文中，周文良教授與倫照榮教授合作，發(fā)現(xiàn)剛地弓形蟲(chóng)感染可引起呼吸道上皮細(xì)胞氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)受阻[1]。在2018年發(fā)表于NPG旗下免疫學(xué)國(guó)際權(quán)威期刊Mucosal Immunol的論文中，周文良教授及團(tuán)隊(duì)骨干張藝林特聘副研究員成功鑒定出了一種新型的氯離子感應(yīng)蛋白SGK1，并系統(tǒng)性地闡釋了細(xì)胞內(nèi)氯離子在細(xì)菌感染所致慢性氣道炎癥性疾病（特別是支氣管擴(kuò)張癥）中的炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用及其分子機(jī)制[2]。此后于2019、2021年分別發(fā)表于寄生蟲(chóng)學(xué)國(guó)際權(quán)威期刊Int J Parasitol與PLoS Negl Trop Dis的2篇論文中，該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步驗(yàn)證了細(xì)胞內(nèi)氯離子異常積累在陰道毛滴蟲(chóng)感染所致生殖道上皮損傷中同樣發(fā)揮了重要的作用[3-4]。結(jié)合本研究成果，細(xì)胞內(nèi)氯離子異常累積普遍存在于病原體感染的過(guò)程中，這為該研究團(tuán)隊(duì)所提出的細(xì)胞內(nèi)氯離子作為病理性第二信使的概念提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。相應(yīng)地，以細(xì)胞內(nèi)氯離子及其下游信號(hào)網(wǎng)絡(luò)為靶點(diǎn)的策略或可為多種慢性炎癥性疾病的治療提供新的探索方向。
該研究論文通訊作者為中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院周文良教授、張藝林特聘副研究員與廣州呼吸健康研究院鐘南山院士。第一作者為中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院陳磊、邱卓爾博士及廣州醫(yī)科大學(xué)關(guān)偉杰研究員、徐建邦博士。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院倫照榮教授、葉克難副教授為該工作提供了重要支持。此外，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉峰副教授為該工作中蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作實(shí)驗(yàn)提供了技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)。該工作得到廣州呼吸健康研究院開(kāi)放課題（中國(guó)恒大集團(tuán)所提供資金資助）、廣東省鐘南山醫(yī)學(xué)基金會(huì)科研資助基金及國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41392-022-01048-1
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