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广州医科大学钟南山团队发现在SARS-CoV-2感染期间气道上皮损伤和持续气道炎症中的新致病机制
广州医科大学钟南山团队在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF 39）在线发表题为”SARS-CoV-2 envelope protein impairs airway epithelial barrier function and exacerbates airway inflammation via increased intracellular Cl− concentration“的研究论文，该研究证明了E蛋白下调紧密连接蛋白的表达，导致气道上皮屏障的破坏。
E蛋白通过上调气道上皮细胞磷酸二酯酶4D (PDE4D)表达，激活Toll样受体(TLR) 2/4和下游c-Jun N末端激酶(JNK)信号，导致细胞内Cl−浓度([Cl−]i)升高。这种升高的[Cl−]i通过促进血清/糖皮质激素调节激酶1 (SGK1)的磷酸化而导致气道炎症加剧。此外，阻断SGK1或PDE4可减轻E蛋白诱导的强烈炎症反应。总的来说，这些发现为SARS-CoV-2 E蛋白在SARS-CoV-2感染期间气道上皮损伤和持续气道炎症中的致病作用提供了新的见解。
SARS-CoV-2是导致COVID-19大流行的病原体，对全球公共卫生构成了重大挑战。SARS-CoV-2可能破坏肺泡上皮屏障，引发气道炎症加剧，导致呼吸困难，严重时进展为急性呼吸衰竭。然而，上皮屏障功能破坏和炎症增强的确切分子机制尚不完全清楚。了解SARS-CoV-2的致病机制有助于确定临床干预的新靶点。SARS-CoV-2是一种包膜病毒，具有正义单链RNA基因组。该病毒可破坏上皮细胞的完整性，加剧呼吸道上皮细胞的炎症，这是抵御病毒感染的第一道防线。
SARS-CoV-2编码四种结构蛋白——刺突蛋白(S)、包膜蛋白(E)、膜蛋白(M)和核衣壳蛋白(N)。S蛋白介导病毒与宿主受体血管紧张素转换酶2 (ACE2)的结合和病毒与细胞膜的融合。M蛋白在病毒组装中起着至关重要的作用，而N蛋白对病毒基因组的包装和存活至关重要。值得注意的是，E蛋白是一种核心结构毒力因子，在维持病毒生命周期(如病毒组装)中起着至关重要的作用。一些研究探索了SARS-CoV-2 S、M和N蛋白的致病作用。然而，SARS-CoV-2 E蛋白在上皮紧密连接和粘膜炎症中的作用和机制尚不清楚。
气道屏障由紧密连接、纤毛粘液清除和免疫细胞组成。紧密连接是由claudin家族跨膜蛋白组成的超分子实体，通过含有支架蛋白的细胞质PDZ结构域与肌动蛋白细胞骨架相连。紧密连接通过维持粘膜单层的完整性和细胞极性，建立物理屏障，调节分子的细胞旁通透性，调节先天免疫。然而，在呼吸道病毒感染期间，由于紧密连接蛋白的表达失调，屏障功能可能受损，导致入侵的病原体进入上皮下间隙。先前的研究表明，SARS-CoV-2的高病毒载量可破坏气道上皮紧密连接，部分涉及与Lin-7-1相关蛋白(PALS1)的相互作用。此外，SARS-CoV-2 E蛋白还可能与紧密连接蛋白zona occluden-1 (ZO-1)相互作用，导致上皮紧密连接损伤。这些观察结果表明，SARS-CoV-2 E蛋白在触发上皮屏障功能障碍中起关键作用。
纤毛粘膜清除在维持气道微环境的稳态，确保有效清除入侵病原体方面起着至关重要的作用。纤毛黏液清除的有效性部分取决于水和离子运输的动力学。氯离子(Cl−)是人体内的主要阴离子，细胞内的Cl−浓度([Cl−]i)受到多种Cl−通道和转运体的严格调控。最近的证据表明，细胞内Cl-可能调节信号，细胞内Cl-稳态的破坏可能与多种细胞功能的改变有关，如炎症和免疫紊乱。
模式图（Credit: Signal Transduction and Targeted Therapy）
因此，细胞内Cl−的积累可能在病原体(如病毒)感染后持续气道炎症的放大中发挥重要作用。囊性纤维化跨膜传导调节剂(CFTR)是一种3'，5' -环单磷酸盐(cAMP)激活的Cl-通道，表达于全身上皮细胞的顶端膜。在上皮细胞中，各种病原体的感染可导致CFTR表达降低或功能障碍，导致阴离子分泌受损，细胞内Cl−失衡。有趣的是，CFTR和TMEM16介导的Cl-外排参与了SARS-CoV-2的进入和复制，这表明细胞内Cl-信号在SARS-CoV-2感染过程中发挥了作用。
Toll样受体(TLRs)是一种模式识别受体(PRRs)，通过识别病原体相关分子模式(PAMPs)在感染过程中启动炎症反应和先天防御反应。研究证实TLR2能够识别SARS-CoV-2的S蛋白和E蛋白，在COVID-19的发生发展中发挥了至关重要的作用。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联是高度保守的信号分子，负责将细胞外刺激转导为细胞信号。哺乳动物细胞中有三种主要的MAPK通路，包括细胞外信号调节激酶(ERK，也称为p42/p44 MAPK)、c-Jun N-末端激酶(JNK，也称为应激激活蛋白激酶，SAPK)和p38激酶。
MAPK通路已被证明可被多种病毒激活，因此是缓解病毒诱导的炎症细胞因子风暴的关键靶点。因此，研究TLR信号通路和MAPK通路在SARS-CoV-2感染过程中的参与可能有助于阐明COVID-19的免疫发病机制，并探索有价值的抗病毒治疗靶点。因此，该研究旨在探讨SARS-CoV-2 E蛋白对气道上皮完整性和炎症反应的病理影响及其潜在机制。
