2022年4月12日，病原生物學(xué)研究所郭斐團隊在Science Signaling發(fā)表了題為“SARS-CoV-2 spike protein–induced cell fusion activates the cGAS-STING pathway and the interferon response”的文章，闡述SARS-CoV-2 virus誘導(dǎo)的細(xì)胞-細(xì)胞融合對于I型干擾素應(yīng)答的影響，被選為當(dāng)期雜志封面，并入選當(dāng)期science雜志的“Research highlight”。
SARS-CoV-2病毒感染導(dǎo)致了新冠相關(guān)疾?。?/span>COVID-19）世界范圍的大流行，重癥COVID-19常伴隨大量的炎癥因子產(chǎn)生和嚴(yán)重的肺損傷。I型干擾素（IFN）系統(tǒng)在其中發(fā)揮重要作用，一方面對抗病毒免疫至關(guān)重要，另一方面也可能導(dǎo)致過度炎癥和免疫病理。已有研究發(fā)現(xiàn)在重癥COVID-19患者肺部存在大量融合的肺泡細(xì)胞。此外，在SARS-CoV-2感染的動物肺部和細(xì)胞模型中，均觀察到細(xì)胞-細(xì)胞融合的現(xiàn)象，提示SARS-CoV-2誘導(dǎo)的細(xì)胞-細(xì)胞融合可能在病毒感染誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答中發(fā)揮作用，但具體機制尚不清楚。
本研究團隊首先利用表達(dá)SARS-CoV-2 Spike(S)蛋白的供體細(xì)胞與A549-ACE2靶細(xì)胞共培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞融合，模擬SARS-CoV-2病毒感染誘導(dǎo)多胞體形成的過程。利用RNA測序技術(shù)分析融合細(xì)胞與不表達(dá)受體ACE2或不表達(dá)S蛋白的非融合細(xì)胞基因表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)分別有73或79個基因上調(diào)，對上調(diào)基因進行聚類分析發(fā)現(xiàn)，主要集中在抗病毒應(yīng)答、干擾素應(yīng)答、細(xì)胞因子應(yīng)答通路，提示多核體細(xì)胞中天然免疫應(yīng)答通路活化。在分析不同多核體細(xì)胞的基因表達(dá)差異時，發(fā)現(xiàn)HEK293T-ACE2形成的多核體細(xì)胞中IFN通路沒有活化。已有研究發(fā)現(xiàn)在HEK293T細(xì)胞中cGAS-STING通路缺失，推測是否cGAS-STING通路在多核體細(xì)胞產(chǎn)生IFN中發(fā)揮作用。通過基因敲除和過表達(dá)cGAS/STING，證實cGAS分子通過感知融合細(xì)胞中釋放的微核，產(chǎn)生2’3’-cGAMP激活STING，進而促進I型干擾素應(yīng)答（如圖）。與VSV病毒感染相比，VSV-SARS-CoV-2-S病毒感染誘導(dǎo)細(xì)胞形成多核體，并產(chǎn)生核損傷，釋放微核，促使cGAS識別細(xì)胞質(zhì)中的微核，促進IFN產(chǎn)生。
圖. 表達(dá)S蛋白的融合細(xì)胞發(fā)生核損傷，并釋放微核被cGAS分子識別
由于此類I型IFN應(yīng)答是感染細(xì)胞中大量合成的S蛋白與相鄰細(xì)胞表面的ACE2受體結(jié)合誘發(fā)細(xì)胞-細(xì)胞融合，進而導(dǎo)致核損傷釋放的微核被cGAS識別導(dǎo)致的，發(fā)生于SARS-CoV-2感染晚期。不同于病毒感染早期，進入的病毒基因組RNA被TLR3、MDA5和RIG-I等模式識別受體識別所誘導(dǎo)產(chǎn)生的IFN，病毒感染晚期產(chǎn)生的IFN被認(rèn)為加劇了炎癥反應(yīng)和病理損傷。這也與Domizio等（Nature 2022）和Neufeldt 等（Commun Biol, 2022）分別在近期發(fā)表的兩篇研究結(jié)果一致，提示SARS-CoV-2感染導(dǎo)致cGAS-STING激活是COVID-19中病理性I型IFN反應(yīng)的主要驅(qū)動因素。該研究發(fā)現(xiàn)S蛋白誘導(dǎo)的細(xì)胞-細(xì)胞融合激活cGAS-STING通路促進I型IFN反應(yīng)，推測其加重COVID19免疫病理，提示蛋白酶抑制劑、中和抗體和小分子藥物可能通過靶向抑制細(xì)胞融合在重癥保護中發(fā)揮作用。
該研究得到國家自然科學(xué)基金（82072288）、國家重點研發(fā)計劃（2020YFA0707600，2018YFE0107600，2016YFD0500307））和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2018-I2M-3-004，2021-I2M-1-038）等項目的支持。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所郭斐研究員、加拿大麥吉爾大學(xué)梁臣教授和中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物技術(shù)研究所岑山教授為論文共同通訊作者。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所博士后劉曉滿、碩士研究生魏亮為論文共同第一作者。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abg8744
