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telegram好玩的群组(www.tel8.vip):重庆医科大学黄爱龙、许华曦团队等合作揭示APOE调控新冠病毒进入细胞的分子机制

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  COVID-19是由SARS-CoV-2感染引起的高度传染性疾病,根WHO统计全球累计报告逾5.74亿名次确诊病例,已经造成超过639.5万名患者死亡。SARS-CoV-2进入机体后,通过Spike蛋白与呼吸道上皮细胞的受体ACE2和共同受体TMPRSS2结合进入细胞,然后大量复制并向下呼吸道迁移感染进入肺泡细胞,SARS-CoV-2的快速持续复制导致肺泡细胞死亡并引起炎症反应,但是宿主体内调控SARS-CoV-2进入细胞的机制尚不清楚。

  APOEε4等位基因是阿尔茨海默病(AD)和心血管疾病的主要遗传风险因素。我国正常人群中约有20%携带APOEε4等位基因。研究表明携带两个拷贝APOEε4的人患AD的风险比携带两个拷贝APOEε3的人高15倍(超过90%的可能性会得AD),携带一个拷贝APOEε4的人患AD风险提高4倍。最近的流行病学分析表明APOEε4基因型的人群SARS-CoV-2的感染率和重症率显著增加。但是APOE及APOEε4基因如何影响SARS-CoV-2感染的分子机制仍不清楚。

  8月1日,重庆医科大学黄爱龙教授和许华曦教授团队在SpringerNature出版社旗下期刊Signal Transduction and Targeted Therapy上发表了题为“APOE interacts with ACE2 inhibiting SARS-CoV-2 cellular entry and inflammation in COVID-19 patients”的研究论文。首次报道APOE会与SARS-CoV-2的受体ACE2结合,并阻碍SARS-CoV-2上的Spike蛋白与ACE2的结合,从而抑制SARS-CoV-2进入细胞。重要的是,与APOE3相比,APOE4对ACE2/Spike相互作用的影响更小,且携带APOEε4的COVID-19病人炎症反应更严重。该研究为APOEε4携带者COVID-19感染率和疾病严重程度更高提供了可能的解释,揭示了遗传风险基因调控COVID-19的新机制。

  研究人员首先检测了COVID-19患者血清中的APOE和细胞因子/趋化因子水平,发现APOE浓度与GRO(生长调节蛋白)-α、M-CSF(巨噬细胞集落刺激因子)、MIF(巨噬细胞迁移抑制因子)、TRAIL(肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体),IL(白细胞介素)-2,IL-8和IL-15等炎症因子的水平呈负相关,这些结果提示APOE可能会抑制SARS-CoV-2诱导的炎症反应。

  SARS-CoV-2诱导的炎症反应与病毒的细胞载量相关。通过稳定过表达人源ACE2的细胞系和SARS-Cov-2假病毒系统,研究者发现APOE3会以剂量依赖的方式减少293T-ACE2细胞中SARS-CoV-2假病毒的数量。通过多种蛋白质相互作用的研究技术,研究者发现APOE3能与ACE2相互作用,且ACE2上与APOE相互作用的关键区域正是ACE2/Spike结合所必需的锌指肽酶结构域。接下来,研究者通过超分辨显微技术和免疫电镜方法证明APOE3与ACE2的相互作用抑制了Spike蛋白与细胞表面ACE2受体的结合。

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  随后,研究者比较了不同APOE亚型对SARS-CoV-2感染的影响。体内和体外实验的结果表明APOE4也能通过阻碍ACE2/Spike的相互作用从而抑制SARS-CoV-2假病毒进入细胞,但与APOE3相比,其抑制作用较弱。生物膜干涉分析的结果显示APOE3和APOE4与ACE2具有相近的亲和力。由于APOE4的构象比APOE3更加紧凑,因此研究者推测,与APOE3/ACE2复合物相比,APOE4/ACE2复合物呈现更小的空间障碍,对Spike与ACE2结合的抑制作用较弱(图1)。

图1.APOE介导SARS-CoV-2感染调控示意图

  最后,研究者对142名中国COVID-19患者的队列进行了研究,发现其中71.83%为APOE ε3携带者,28.17%为APOEε4携带者,携带APOEε4的COVID-19患者的血清炎症因子显著增加,提示APOEε4等位基因增加SARS-CoV-2的感染率并加重其引发的炎症反应。由于APOE4是迟发性阿尔茨海默病最大的遗传风险因子,APOE、COVID-19以及阿尔茨海默病之间的关系在未来十分值得探究。

  本研究的重大意义在于首次阐明了AD和衰老最重要的遗传风险因子APOE调控SARS-CoV-2进入细胞的崭新机制,同时首次从分子机理层面解析了占人群近20%的APOEε4人群具有较高的SARS-CoV-2感染的几率。为靶向APOE等其它靶点预防和治疗SARS-CoV-2感染提供了新的理论依据。

  该研究工作由重庆医科大学黄爱龙、许华曦和厦门大学赵颖俊教授和王占祥教授等多个课题组合作完成。重庆医科大学脑科学与脑疾病研究院张鸿声、厦门大学博士生邵琳、林志豪、袁辉龙以及重庆医科大学龙泉鑫研究员完成主要实验工作,为文章的共同第一作者。厦门大学马琪林和张云武教授在研究过程中给予大力帮助和支持。本研究工作得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重点项目的资助和支持。

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