二肽基肽酶4及其抑制劑在新型冠狀病毒肺炎防治中的研究進(jìn)展*

陳志會(huì)，楊艷，凃玲，徐西振

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院1.綜合醫(yī)療科；2.心血管內(nèi)科；3.內(nèi)分泌科，武漢 430030)

新型冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)造成了巨大沖擊[1]。流行病學(xué)調(diào)查顯示老齡和男性是新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019，COVID-19)患者預(yù)后不良的主要危險(xiǎn)因素[2]。我國(guó)早期隊(duì)列研究顯示約50%的COVID-19患者至少合并存在一種慢性疾病，如心血管系統(tǒng)疾病、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病、陳舊性腦梗死等，其中糖尿病是COVID-19患者預(yù)后不良的主要危險(xiǎn)因素之一[3]。另外，約19%重型COVID-19患者同時(shí)患有糖尿病[3]，占COVID-19患者死亡數(shù)量的約2/3[4]。

由于SARS-CoV-2的快速傳播和高致病性，尋找有效的預(yù)防和治療方法刻不容緩。然而到目前為止沒(méi)有臨床證實(shí)有效的抗病毒藥物以及疫苗用以治療和預(yù)防COVID-19[5]。RNA聚合酶抑制藥瑞德西韋及SARS-CoV-2疫苗目前尚處于臨床試驗(yàn)階段[6]。盡管疫苗和抗病毒藥物的研發(fā)對(duì)COVID-19的預(yù)防和治療至關(guān)重要，老藥新用或者尋找新的治療靶點(diǎn)是快速探索COVID-19治療方法的有效策略。目前有研究提示二肽基肽酶4(dipeptidyl peptidase 4，DPP4)可能是COVID-19治療的一個(gè)潛在的靶點(diǎn)，筆者擬就DPP4抑制劑在COVID-19治療中的應(yīng)用前景進(jìn)行文獻(xiàn)復(fù)習(xí)和系統(tǒng)綜述。

1 DPP4概述

DPP4又稱CD26，是細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白[7]。DPP4有一個(gè)大的C端胞外端、跨膜段和一個(gè)小的胞內(nèi)段，其中C端胞外端具有催化活性，能水解多種底物從而影響其生物學(xué)活性[7]。DPP4有兩種存在形式：膜綁定型和游離型。膜綁定型DPP4，作為細(xì)胞表面糖蛋白存在于多種組織和細(xì)胞表面，如肺臟、腎臟、肝臟、腸道、免疫細(xì)胞等；游離型DPP4(soluable DPP4，sDPP4)，具有DPP4酶活性，主要存在于血清和其他組織液。DPP4能夠降解胰高血糖素樣肽-1(glucagon like peptide 1，GLP-1)和葡萄糖依賴的促胰島素肽(insulinotropic peptide，GIP)[7]。臨床應(yīng)用DPP4抑制劑如西格列汀、沙格列汀等抑制DPP4活性，抑制其對(duì)GLP-1和GIP的降解從而達(dá)到控制血糖的目的。除了GLP-1和GIP，DPP4還具有多種生物活性底物，包括生長(zhǎng)因子、趨化因子、神經(jīng)肽、血管活性肽等，因此DPP4參與機(jī)體多種病理生理過(guò)程[7]。

2 DPP4與冠狀病毒感染

歷史上，感染人的冠狀病毒包括幾種溫和的普通感冒病毒，如 hCoV-OC43、HKU、229E[6]。近二十年來(lái)，高致病性人冠狀病毒的出現(xiàn)對(duì)人類健康造成巨大威脅。2003年嚴(yán)重急性呼吸窘迫綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)導(dǎo)致全世界約8000人感染，其死亡率約10%[6]。2012年中東呼吸綜合征冠狀病毒(Middle East respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV)導(dǎo)致全球約2500人感染，其死亡率高達(dá)36%[6]。SARS-CoV-2是冠狀病毒科的一種有包膜的、陽(yáng)性單鏈RNA倍他卡病毒，與SARS-CoV和MERS-CoV相比，SARS-CoV-2致死率低，傳染性強(qiáng)，導(dǎo)致其難以控制。

2.1DPP4與SARS-CoV-2的直接結(jié)合 最近有研究顯示DPP4可能是治療COVID-19的潛在靶點(diǎn)[11]。與其他冠狀病毒相似，SARS-CoV-2通過(guò)刺突糖蛋白N端S1區(qū)域與細(xì)胞蛋白結(jié)合，如血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)等。VANKADARI等[11]的研究顯示SARS-CoV-2的S1區(qū)域與DPP4存在緊密相互作用。DPP4綁定片段K267、T288、A289、A291、L294、I295、R317、Y322及D542與MERS-CoV存在相互作用。盡管SARS-CoV-2與MERS-CoV的刺突蛋白S1區(qū)域存在差異，VANKADARI等的預(yù)測(cè)模型顯示這些DPP4綁定片段與SARS-CoV-2的S1區(qū)域相毗鄰。此外，作者預(yù)測(cè)DPP4片段Q286、I287、 N338、V341、 R336通過(guò)范德華力或者氫鍵與SARS-CoV-2的刺突糖蛋白S1區(qū)域結(jié)合。然而與VANKADARI等推測(cè)不同，TAI等[12]研究顯示，SARS-CoV-2的受體綁定區(qū)域可以與表達(dá)人ACE2的293T細(xì)胞結(jié)合，而不與表達(dá)人DPP4的293T細(xì)胞結(jié)合。到目前為止尚無(wú)直接證據(jù)證明DPP4為SARS-CoV-2的受體，DPP4是否直接參與SARS-CoV-2的黏附和感染，抑制或者調(diào)節(jié)DPP4是否能夠抑制SARS-CoV-2感染、改善新型冠狀病毒肺炎的疾病進(jìn)程尚不清楚。

2.2循環(huán)sDPP4在SARS-CoV-2感染中的作用 流行病學(xué)調(diào)查顯示肥胖、2型糖尿病、代謝性疾病及年齡等是COVID-19患者死亡的重要危險(xiǎn)因素[2]。研究顯示，循環(huán)中sDPP4的水平在肥胖、2型糖尿病患者及老年人中明顯增加[13-14]。BARCHETTA等[15]提出循環(huán)sDPP4可能是臨床COVID-19患者嚴(yán)重性的驅(qū)動(dòng)因子：一方面，DPP4在多個(gè)組織廣泛表達(dá)可以解釋SARS-CoV-2有多個(gè)靶器官，而非只攻擊表達(dá)ACE2的器官；另一方面，機(jī)體DPP4水平可能決定新型冠狀病毒肺炎的嚴(yán)重性，反映SARS-CoV-2對(duì)靶細(xì)胞、組織、器官的感染性等。循環(huán)sDPP4水平可能是預(yù)測(cè)COVID-19患者疾病進(jìn)程及對(duì)治療反應(yīng)性的有效指標(biāo)。檢測(cè)循環(huán)sDPP4水平可能是對(duì)SARS-CoV-2感染患者，特別是伴隨糖尿病及其他代謝性疾病患者，進(jìn)行危險(xiǎn)分層的簡(jiǎn)易手段。

然而，以往研究顯示，感染MERS-CoV的患者循環(huán)中sDPP4水平明顯降低，增加循環(huán)中sDPP4的含量可以抑制50%的MERS-CoV感染[16]。其可能原因是循環(huán)中sDPP4競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合病毒從而阻止病毒進(jìn)入細(xì)胞。另一方面，可能是MERS-CoV與受體結(jié)合之后導(dǎo)致受體下調(diào)[17]，已有研究顯示SARS-CoV及SARS-CoV-2感染導(dǎo)致其受體ACE2表達(dá)下調(diào)[18]。

綜上所述，循環(huán)中sDPP4在SARS-CoV-2感染中的作用需要進(jìn)一步研究，sDPP4在臨床中的應(yīng)用需要進(jìn)一步探討。

2.3DPP4抑制劑在SARS-CoV-2感染中的作用 DPP4抑制劑如西格列汀、沙格列汀、阿格列汀、維格列汀等已廣泛應(yīng)用于臨床2型糖尿病的治療[7]。DPP4抑制劑與DPP4催化位點(diǎn)結(jié)合抑制其活性，進(jìn)而降低其對(duì)GLP-1和GIP的降解，達(dá)到控制血糖的目的[7]。與DPP4抑制劑不同，模型預(yù)測(cè)結(jié)果顯示SARS-CoV-2及MERS-CoV與DPP4催化位點(diǎn)之外的其他綁定位點(diǎn)結(jié)合[11]。DPP4抑制劑西格列汀與DPP4的結(jié)合位點(diǎn)與SARS-CoV-2的預(yù)測(cè)結(jié)合位點(diǎn)之一距離較近[19]，那么DPP4抑制劑與DPP4結(jié)合導(dǎo)致的構(gòu)象變化是否會(huì)影響病毒與DPP4的結(jié)合？以往研究顯示MERS-CoV與DPP4的結(jié)合不依賴于DPP4的活性，抑制DPP4活性并不能阻止MERS-CoV感染[20-21]。然而，調(diào)節(jié)DPP4表達(dá)水平或者作用于DPP4與病毒結(jié)合位點(diǎn)的抑制劑可能具有抗病毒作用，例如人抗CD26單克隆抗體YS110可以顯著抑制MERS-CoV感染，而不影響免疫功能及DPP4酶活性[22]。因此推測(cè)下調(diào)DPP4表達(dá)或者研發(fā)作用于DPP4與SARS-CoV-2結(jié)合位點(diǎn)的抑制劑或抗體可能是阻止SARS-CoV-2感染細(xì)胞的有效方法。

3 DPP4與炎癥反應(yīng)

炎癥風(fēng)暴是導(dǎo)致重型COVID-19患者死亡的主要原因。盡管DPP4在SARS-CoV-2感染中的作用有待證實(shí)，以往研究已經(jīng)證明抑制DPP4活性具有抑制炎癥反應(yīng)的作用。DPP4通過(guò)與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的黏附等多種生理機(jī)制，在T細(xì)胞成熟、活化及與抗原呈遞細(xì)胞相互作用中發(fā)揮共刺激作用。抑制DPP4活性在一定程度上抑制免疫反應(yīng)，可能在自身免疫性疾病中發(fā)揮作用[23]。例如，藥物抑制DPP4活性可降低實(shí)驗(yàn)多發(fā)性硬化自身免疫性腦脊髓炎的發(fā)病率，減輕其臨床癥狀和疾病總體嚴(yán)重程度[24-25]。人群隊(duì)列研究結(jié)果顯示DPP4抑制劑降低自身免疫性疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[26]。一項(xiàng)Meta分析結(jié)果顯示，DPP4抑制劑并不增加上呼吸道感染的風(fēng)險(xiǎn)[27]。因此，推測(cè)DPP4抑制劑可能具有抑制COVID-19患者高炎癥反應(yīng)狀態(tài)的作用，然而需要更多的臨床研究證明。此外，由于機(jī)體感染病毒后的炎癥反應(yīng)為動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此在臨床使用DPP4抑制劑時(shí)應(yīng)充分考慮患者的疾病進(jìn)程和綜合情況。

4 DPP4與急性呼吸窘迫綜合征

肺間質(zhì)纖維化及因此導(dǎo)致的急性呼吸窘迫綜合征是COVID-19患者死亡的主要原因。研究顯示抑制DPP4具有抑制肺部損傷及抗纖維化的作用[28-29]。DPP4抑制劑西格列汀通過(guò)抑制炎癥因子白細(xì)胞介素(IL)-1β、腫瘤壞死因子(TNF)-α及IL-6改善急性呼吸窘迫綜合征動(dòng)物肺損傷[28]。抑制DPP4活性或者敲除DPP4改善博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化[29]。筆者推測(cè)抑制DPP4可能具有改善COVID-19患者肺損傷及纖維化的作用，尚需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，DPP4是否是SARS-CoV-2的功能受體尚不明確，抑制DPP4活性或者調(diào)節(jié)DPP4表達(dá)能否阻止COVID-19的發(fā)生發(fā)展尚需要進(jìn)一步研究。DPP4抑制劑可能具有抑制COVID-19患者炎癥反應(yīng)，減輕COVID-19患者肺部損傷和纖維化的作用，然而尚需要臨床試驗(yàn)研究加以證實(shí)。