呼吸道合胞病毒感染相關(guān)受體的研究進(jìn)展

馮梓恒 許黎黎

呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus, RSV)是導(dǎo)致<5歲的兒童和老年人下呼吸道感染和死亡的重要病原體之一，給公共衛(wèi)生系統(tǒng)帶來了很大的疾病負(fù)擔(dān)[1-2]。目前為止，還沒有上市的RSV疫苗及RSV特異的抗病毒治療。RSV特異性單克隆抗體(帕麗珠單抗)等被動免疫，由于其高昂的價格和不確定的療效，目前僅應(yīng)用于RSV流行季節(jié)的高危人群[3]。尋找潛在的RSV治療靶點(diǎn)和開發(fā)RSV特異性的預(yù)防和治療手段是迫切需要的。

RSV是單股負(fù)鏈病毒目，肺病毒科，正肺病毒屬，帶纖毛包膜，不分段的單股負(fù)鏈RNA病毒[4]。包膜外側(cè)跨膜糖蛋白主要有糖蛋白(G)、融合蛋白(F)、小疏水蛋白(SH)，它們對RSV的黏附、入胞和融合十分重要[5]。目前已知影響RSV感染及致病過程的受體主要有CX3C趨化因子受體1(CX3CR1)[6]、核仁素[7]、胰島素樣生長因子1受體(insulin-like growth factor-1 receptor, IGF1R)[8]、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)[9]、硫酸肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycans, HSPG)[10]、細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)[11]。

筆者主要對已知的RSV感染所需受體及其致病機(jī)制進(jìn)行綜述，為未來RSV致病機(jī)制研究及潛在藥物靶點(diǎn)和疫苗開發(fā)提供相關(guān)的信息。

一、 CX3CR1

CX3CR1是一個7次跨膜G蛋白偶聯(lián)趨化因子受體，其表達(dá)在眾多的細(xì)胞上，包括自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、神經(jīng)元、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等[12-13]。在肺里面，它主要表達(dá)在纖毛支氣管上皮細(xì)胞的表面[14]。目前已知的CX3CR1的配體只有兩個，一個是其天然配體CX3CL1，另一個是RSV的G蛋白上的CX3C模體[6, 13]。CX3C模體(氨基酸位置169-191)是一個位于G蛋白上的胱氨酸環(huán)的結(jié)構(gòu)，與CX3CL1的趨化結(jié)構(gòu)域有42%的同源性[6]。CX3CR1和CX3CL1的相互作用介導(dǎo)白細(xì)胞的黏附、活化和游走[15]。有研究表明，CX3CR1-CX3CL1軸在腦與神經(jīng)退行性疾病(如阿茲海默癥等)的致病機(jī)制中起著重要的作用[16]。但CX3CR1-CX3CL1軸在呼吸系統(tǒng)疾病，特別是呼吸道感染疾病中的作用還不是很清楚。RSV可以通過其G蛋白上的CX3C模體與CX3CR1結(jié)合來啟動感染[14, 16-17]。因?yàn)镃X3CR1的表達(dá)特點(diǎn)與RSV的組織嗜性相同，許多學(xué)者及研究認(rèn)為在體內(nèi)感染中，CX3CR1對促進(jìn)RSV的感染起到的作用比HSPGs更大[17-19]。

CX3CR1與RSV的相互作用在RSV的致病機(jī)制中起著重要作用。它可以促進(jìn)多種細(xì)胞因子及趨化因子的分泌和釋放，如白細(xì)胞介素-8(IL-8)，γ-干擾素(IFN-γ)誘導(dǎo)的單核因子(MIG)和CX3CL1[20]。在嚴(yán)重的致死性的RSV感染引起的毛細(xì)支氣管炎的患者中，其肺部可以觀察到明顯的B細(xì)胞浸潤[21]。Zhivaki等[22]證實(shí)RSV可以通過F蛋白與BCR結(jié)合，激活新生兒調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(nBreg)，上調(diào)CX3CR1在nBreg細(xì)胞上的表達(dá)。RSV通過G蛋白和nBreg細(xì)胞上的CX3CR1結(jié)合，介導(dǎo)RSV的黏附和入胞，從而促進(jìn)IL-10的分泌，同時抑制Th1細(xì)胞極化反應(yīng)，從而導(dǎo)致更高的病毒載量和嚴(yán)重的毛細(xì)支氣管炎。Harcourt等[15]證明G蛋白的CX3C模體可以通過抑制IFN-γ分泌型CX3CR1+T細(xì)胞遷移到肺組織，從而抑制機(jī)體的T細(xì)胞抗病毒反應(yīng)。但是，他們還發(fā)現(xiàn)，在RSV感染中，CX3CR1+細(xì)胞毒性T細(xì)胞被大量募集到肺組織[15]。Chirkova等[23]提出CX3C模體可以抑制固有免疫和適應(yīng)性免疫的抗病毒活性。CX3C模體可以抑制Ⅰ型和Ⅲ型干擾素的產(chǎn)生和釋放，同時抑制分泌IFN-α和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)分泌型漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞和TNF-α分泌型單核細(xì)胞的成熟分化。Th1細(xì)胞大量表達(dá)CX3CR1，CX3CR1-CX3CL1的相互作用會對Th1極化免疫反應(yīng)有放大作用[24]。CX3CR1的變異會降低其與CX3CL1的親和力，導(dǎo)致更差的臨床結(jié)局[25]。因此，CX3C模體可能與CX3CL11競爭性結(jié)合CX3CR1，從而抑制了CX3CL1介導(dǎo)的Th1極化免疫反應(yīng)，降低了機(jī)體抗病毒的能力[23]。除此之外，CX3C模體結(jié)合CX3CR1之后會抑制纖毛相關(guān)基因的表達(dá)，如CC2D2A和CFAP221。感染RSV后，纖毛細(xì)胞的數(shù)量相較于非感染的細(xì)胞培養(yǎng)皿來說明顯下降[26]。G蛋白也可以通過結(jié)合CX3CR1來提高核仁素的表達(dá)，促進(jìn)RSV的內(nèi)化入胞，但這其中的信號傳導(dǎo)通路還不清楚。

針對RSV-G蛋白上的CX3C模體進(jìn)行藥物開發(fā)是很有臨床治療前景的。在CX4C的RSV突變株感染中，Th1極化反應(yīng)明顯強(qiáng)于CX3C-RSV株[23]?？笹蛋白單克隆抗體131-2G、3G12和3D3可以特異性結(jié)合CX3C模體附近的1個位點(diǎn)，抑制CX3C與CX3CR1的結(jié)合，從而減少肺中RSV的病毒滴度，肺部的炎癥反應(yīng)也明顯減輕[27]。

二、核仁素

核仁素是在核仁中大量表達(dá)的一種蛋白質(zhì)，它也表達(dá)在真核細(xì)胞的不同細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)中，包括核漿、胞漿、細(xì)胞膜等[28-29]。許多實(shí)驗(yàn)表明，核仁素在人呼吸道上皮細(xì)胞的上層近氣道側(cè)也有表達(dá)[7-8]。核仁素包含3個結(jié)構(gòu)域：N-末端結(jié)構(gòu)域富含谷氨酸和天冬氨酸，主要參與細(xì)胞分化的調(diào)控；中部結(jié)構(gòu)域/RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(RBDs)主要參與RNA結(jié)合；C-末端結(jié)構(gòu)域主要占核苷酸相互作用促進(jìn)RNA與RBDs的結(jié)合[28-29]。核仁素的轉(zhuǎn)運(yùn)特性可以協(xié)助與其結(jié)合的物質(zhì)入胞(如病毒)[30]。核仁素已經(jīng)被證實(shí)可協(xié)助部分病毒感染細(xì)胞，如單純皰疹病毒[31]、狂犬病病毒[32]、流感病毒[33]、呼吸道合胞病毒[7]等。核仁素的RBDs結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合RSV的F蛋白來介導(dǎo)RSV的內(nèi)化[34]。盡管核仁素在細(xì)胞膜上的表達(dá)量較低，但是它有極其高效的轉(zhuǎn)換動力學(xué)，半衰期不足1 h[8, 35]。細(xì)胞膜上的核仁素不斷更新?lián)Q代，所以可以提供足夠的NCL來結(jié)合F蛋白。

三、IGF1R

IGF1R是一個跨膜的糖蛋白二聚體，它的胞外部分參與和配體的結(jié)合，胞內(nèi)部分有一個酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域。IGF1R和它的天然配體IGF結(jié)合后主要激活兩條信號通路，即PI3K-AKT/mTOR通路和MAPK通路[36]。IGF1R和RSV的F蛋白相互作用介導(dǎo)蛋白激酶Cζ(PKCζ)，促進(jìn)胞質(zhì)和核中的核仁素轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，從而促進(jìn)RSV的內(nèi)化[8]。

四、EGFR

EGRF由富含胱氨酸的胞外受體部分、單鏈α螺旋跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)的激酶結(jié)構(gòu)域3部分組成[37]。EGFR的下游信號通路可以通過激活PAK1來改變細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架的動力學(xué)，從而促進(jìn)巨胞飲[38-39]。在RSV感染后，可以觀察到EGFR的活化和其下游效應(yīng)分子(如Cdc42和PAK1)的激活，并且可以觀察到細(xì)胞外液的吸收也升高了，這提示RSV的感染可以促進(jìn)巨胞飲[40]。除此之外，F(xiàn)蛋白可以通過結(jié)合EGFR來促進(jìn)細(xì)胞融合和氣道粘液分泌，在RSV的致病過程中起著一定作用[9]。

五、HSPG

HSPG在大多數(shù)哺乳動物的基底側(cè)細(xì)胞膜和細(xì)胞外基質(zhì)中廣泛表達(dá)。它們在眾多的細(xì)胞活動中扮演著重要的角色，如為細(xì)胞遷移提供基質(zhì)支持、包裝顆粒樣物質(zhì)、保護(hù)細(xì)胞因子和趨化因子免受蛋白酶溶解、促進(jìn)細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)黏附、細(xì)胞-細(xì)胞相互作用等[41]。許多病毒利用HSPG來黏附細(xì)胞和啟動感染，包括皰疹病毒[42]、HIV[43]、小RNA病毒[44]等。

RSV的G蛋白在保守的胱氨酸環(huán)附近有一個肝素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(HBD)，一些研究已經(jīng)證實(shí)HSPG對于RSV體外感染永生細(xì)胞系十分重要[10, 45-47]。RSV的F蛋白可以與HSPG結(jié)合促進(jìn)病毒黏附和感染[48]。用肝素預(yù)處理細(xì)胞后或者降低硫酸肝素在細(xì)胞表面的表達(dá)可以明顯降低RSV的感染。然而，HSPG在人支氣管上皮細(xì)胞的頂端僅低表達(dá)，這表明HSPG對于RSV引起的體內(nèi)感染并不是很重要[17-18]。

六、ICAM-1

ICAM-1也叫CD54，屬于免疫球蛋白超家族的成員，它由5個相互連接細(xì)胞外免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域組成[49-50]。ICAM-1主要在免疫細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞膜表面表達(dá)，但它在這些位置的表達(dá)量并不高。然而在炎癥刺激下，IL-1、IFN-γ、TNF-α等可以上調(diào)其表達(dá)[51-52]。ICAM-1通過與LFA-1結(jié)合介導(dǎo)眾多的細(xì)胞功能，包括白細(xì)胞黏附、遷移、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫反應(yīng)等[53-55]。ICAM-1是大部分鼻病毒的主要受體，包括全部的B組鼻病毒和大部分A組鼻病毒[56]。RSV可以通過F蛋白與ICAM-1結(jié)合來啟動感染[11]。用ICAM-1特異性抗體預(yù)處理細(xì)胞，可以明顯降低RSV的感染。許多體外實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，RSV可以通過促進(jìn)核因子激活的B細(xì)胞的κ-輕鏈(NF-κB)、 CAAT區(qū)/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBP)和白細(xì)胞介素-1的表達(dá)來上調(diào)ICAM-1的表達(dá)水平[57-60]。F蛋白與ICAM-1的相互作用參與到RSV的致病機(jī)制中。被RSV感染后的呼吸道上皮細(xì)胞ICAM-1表達(dá)上調(diào)，這可以促進(jìn)中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞的黏附，導(dǎo)致氣道炎癥、損傷和阻塞[61]。

七、總結(jié)與展望

RSV目前依然是引起兒童和老年人下呼吸道感染及死亡的主要病因之一。主流的治療方式依然受限于支持性治療，且至今還沒有獲批上市的RSV疫苗，而RSV特異性單克隆抗體帕麗珠單抗因其不確切的臨床應(yīng)用價值和高昂的價格，主要應(yīng)用在RSV高發(fā)季節(jié)的高危人群。新的RSV疫苗和RSV特異性治療的開發(fā)主要受限于對RSV的完整致病機(jī)制了解不明確。目前已知RSV可以通過結(jié)合CX3CR1、核仁素、IGF1R、EGFR、HSPG和ICAM-1來啟動感染，在這些受體里，CX3CR1由于其表達(dá)特點(diǎn)符合RSV的組織感染嗜性，是最具有研究前景的RSV受體之一。對于明確RSV的受體及探究其對RSV生命周期所起到的作用，對于我們研發(fā)RSV疫苗、治療靶點(diǎn)都是具有重要意義的。目前關(guān)于RSV受體相關(guān)研究的局限性是大多研究僅關(guān)注單個受體在病毒感染過程的影響，至于RSV如何調(diào)動不同受體協(xié)同作用來促進(jìn)感染的綜合研究較少；而且目前的研究僅限于關(guān)注在病毒黏附、入胞等過程中的影響，對于病毒-受體結(jié)合后下游通路、對固有免疫的影響等研究較少。所以，未來的研究方向建議關(guān)注于不同受體之間的相互作用及病毒-受體結(jié)合后所觸發(fā)的下游信號通路的變化。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)馮梓恒：撰寫文章、檢索文獻(xiàn)；許黎黎：提出設(shè)想、指導(dǎo)論文修改