遊富平/王祥喜/秦川合作發現新冠病毒感染誘發抗細菌樣天然免疫反應和相應的潛在治療靶點

2020年12月25日,北京大學基礎醫學院系统生物医学研究所游富平团队与合作者在Cell Host & Microbe发表了题为“Induction of alarmin S100A8/A9 mediates activation of aberrant neutrophils in the pathogenesis of COVID-19”的研究。该研究发现S100A8/A9-TLR-4信号通路在SARS-CoV-2形成致命感染过程中发挥了重要功能,抑制其相关信号的活化能够有效阻止病毒的感染。

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由严重急性呼吸系统综合征冠状病毒-2 (SARS-CoV-2) 引起的2019冠状病毒病(COVID-19) 造成了前所未有的公共卫生危机,目前迫切需要深入了解COVID-19的发病机制并找到有效的治疗方案。已有研究表明,SARS-CoV-2感染过程中天然免疫很可能处于一种失调紊乱的状态。该研究通过对SARS-CoV-2感染早期恒河猴以及hACE2转基因小鼠的肺部组织进行转录组高通量测序,发现SARS-CoV-2感染早期经典的抗病毒免疫反应低下,而抗细菌相关免疫学事件显著激活。在感染的第5天左右中性粒细胞异常趋化,钙防卫蛋白S100A8急剧升高。进一步通过细胞流式技术对SARS-CoV-2感染小鼠体内的中性粒细胞进行了分析,研究者意外地发现SARS-CoV-2感染后小鼠肺部组织中的中性粒细胞发生了异常改变。在未感染SARS-CoV-2的小鼠中,中性粒细胞显示为CD45+CD11b+Ly6Ghigh,而感染SARS-CoV-2後小鼠肺部的中性粒細胞顯示爲CD45+CD11b+Ly6Gvariable,表现出未成熟的特征。同时,外周血与骨髓中的中性粒细胞也出现了这种异常改变。这很有可能是导致机体抗病毒天然免疫紊乱以及组织损伤的重要原因。同时,研究者还利用Paquinimod抑制感染 SARS-CoV-2的小鼠体内S100A8/S100A9与TLR-4的结合,结果发现感染小鼠的生存状态得到了明显改善,中性粒细胞的异常被有效抑制,小鼠肺部的病毒载量也显著降低。此外,研究者还发现TLR-4信号的抑制剂Resatorvid也能够显著改善SARS-CoV-2感染小鼠的生存状态。这些表明TLR-4信号在SARS-CoV-2感染导致的天然免疫异常中发挥了重要作用,抑制TLR-4信号或许能够成为临床中阻断SARS-CoV-2重症感染的有效手段。

綜上所述,該研究揭示了S100A8/A9-TLR4信號在SARS-CoV-2感染過程中的重要作用,其過度激活會導致異常的未成熟中性粒細胞激增,抗病毒天然免疫失衡。同時,研究還在動物感染模型中驗證了相關的藥物治療靶點,爲抗擊新冠疫情、治療COVID-19提供了理論基礎。

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据悉,北京大學系统生物医学研究所游富平研究员、中国科学院生物物理研究所王祥喜研究员和中国医学科学院医学实验动物研究所秦川研究员为共同通讯作者。北京大學系统生物医学研究所博士後郭琦瑞、博士研究生赵英池,中国科学院生物物理研究所博士後李俊鸿,中国医学科学院医学实验动物研究所刘江宁和杨秀红研究员为共同第一作者。此外,该研究相关成果“S100A8/A9二聚体活性抑制剂在防治或诊断冠状病毒感染中的用途”也已获得国家专利授权。

原文鏈接:https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(20)30679-X.

(基礎醫學院)