揭示細胞凋亡通路促進高致病性冠狀病毒的毒力

　　高致病性的冠狀病毒感染會引致嚴重的細胞凋亡，但細胞凋亡對于冠狀病毒的致病性所產生的生理病理意義至今仍未得到清楚闡釋。展開對冠狀病毒致病性以及相關宿主通路的研究，對于解釋致病機制以及闡釋病毒性感染的進程有重要的意義，并且能夠進一步揭示治療嚴重冠狀病毒感染的標靶，從而促進相關治療手段的研究與開發。

　　6月16日，香港大學袁國勇教授研究團隊在Science Advances發文，題為Targeting highly pathogenic coronavirus-induced apoptosis reduces viral pathogenesis and disease severity（朱軒博士及帥惠萍博士為共同第一作者），揭示病毒引起的宿主細胞凋亡 （virus-induced apoptosis）對嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2 型（SARS-CoV-2）和中東呼吸道綜合癥冠狀病毒（MERS-CoV）等高致病性冠狀病毒的致病力起到關鍵的作用。團隊研究發現，MERS-CoV感染能引起RNA樣內質網蛋白激酶 (PERK) 活化，并進一步激活下游系列的促凋亡基因，導致產生過剩的細胞凋亡以及組織壞死，從而使得宿主的感染結局惡化。通過抑制細胞凋亡通路的激活，能在轉基因小鼠中有效減低新冠病毒感染導致的炎癥反應以及顯著提高MERS感染小鼠的生存率。

　　科研團隊首先在MERS-CoV感染的人支氣管上皮細胞中進行轉錄組學和蛋白相互作用網絡的分析，發現調控細胞凋亡通路的基因和PERK通路下游基因在感染宿主細胞中同時被高水平表達，并且這兩個通路之間存在著較多的蛋白相互作用，因此推測PERK通路的激活在MERS-CoV感染引起的細胞凋亡中可能發揮重要的作用。為了證實這一點，研究人員接著利用高度特異的小分子化合物或者小分子干擾核糖核酸（siRNA）抑制PERK通路，結果顯示能夠有效地減低在原代培養的人肺上皮細胞以及體外培養人肺組織的細胞凋亡。

　　關鍵的是，在致死量MERS-CoV感染的DPP4人源化小鼠中，PERK特異抑制劑（AMG PERK44）和細胞內源性凋亡抑制劑（z-LEHD-fmk）不僅能有效地減少病毒感染引起的肺組織損傷，而且更將小鼠的生存率分別從16.7%和0%提高到58.3% （P=0.0350）以及60% (P = 0.0035)。

　　同樣重要地，z-LEHD-fmk抑制劑在ACE2人源化小鼠中同樣有效地減少病毒性肺炎導致的肺損傷以及顯著地抑制新冠病毒感染引起的過度的炎癥反應。

　　此前在T細胞中的研究顯示，紫外線滅活的MERS-CoV病毒顆粒同樣能引細胞凋亡，因此推測冠狀病毒的結構蛋白能夠激活PERK通路并誘導細胞凋亡。由于PERK是未折疊蛋白反應（unfolded protein response, UPR）三個感受蛋白之中的一個，因此研究人員首先通過轉染分別過表達MERS-CoV的四個結構蛋白，發現MERS-CoV的膜蛋白（membrane protein，M蛋白）特異地激活PERK通路，并活化細胞凋亡通路的標志物caspase-3。而PERK通路特異性抑制劑GSK2656157和細胞凋亡抑制劑z-VAD-fmk均能抑制病毒M蛋白誘導的細胞凋亡。通過對共轉染PERK和GPR78的細胞進行免疫共沉淀和免疫熒光染色，結果顯示PERK通過和蛋白質葡萄糖調節蛋白78（GRP78）結合，替代了靜息狀態下PERK和GRP78的結合，進而激活PERK通路以及此通路所調控的下游促細胞凋亡的基因誘導宿主細胞凋亡。

　　團隊的研究為高致病性冠狀病毒引起的細胞凋亡以及其對冠狀病毒致病力的生理病理意義首次提供科學實驗證據，并指出細胞凋亡通路是MERS-CoV和SARS-CoV-2等高致病性冠狀病毒重要的致病機制。更重要的是，研究的發現將為治療正在引起世界大流行的COVID-19和未來可能出現的其他冠狀病毒感染提供新思路。