致命性的冠状病毒感染引发严重的细胞凋亡，然而这种凋亡对于冠状病毒致病性的生理病理机制尚未得到明确解释。扩展对冠状病毒致病性和相关宿主通路的研究，对于阐明其机制和解释病毒性感染过程至关重要，并且可以进一步揭示治疗严重冠状病毒感染的靶点，从而促进相关治疗手段的研发。
6月16日，香港大学袁国勇教授研究小组在Science Advances杂志发表题为Targeting highly pathogenic coronavirus-induced apoptosis reduces viral pathogenesis and disease severity（朱轩博士及帅惠萍博士为共同第一作者），揭示了病毒引发的宿主细胞凋亡（virus-induced apoptosis）对严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）和中东呼吸道综合症冠状病毒（MERS-CoV）等致命性冠状病毒的致病力发挥了关键作用。研究发现，MERS-CoV感染能激活RNA样内质网蛋白激酶 (PERK) ，并进一步激活下游一系列促凋亡基因，导致过度的细胞凋亡和组织坏死，从而恶化宿主的感染结局。通过抑制细胞凋亡通路的激活，可以有效减轻转基因小鼠的新冠病毒感染引发的炎症反应，并显著提高MERS感染小鼠的生存率。
研究团队首先在MERS-CoV感染的人支气管上皮细胞中进行转录组学和蛋白相互作用网络分析，结果发现调控细胞凋亡通路的基因和PERK通路下游基因同时在被感染的宿主细胞中高水平表达，并且这两个通路之间存在许多蛋白相互作用，因此推测PERK通路的激活在MERS-CoV感染引起的细胞凋亡中可能有重要作用。为了验证这一点，研究人员接下来利用高度特异的小分子化合物或小分子干扰核糖核酸（siRNA）抑制PERK通路，结果显示能够有效地减少原代培养的人肺上皮细胞和体外培养人肺组织的细胞凋亡。
关键的是，在致死量MERS-CoV感染的DPP4人源化小鼠中，PERK特异抑制剂（AMG PERK44）和细胞内源性凋亡抑制剂（z-LEHD-fmk）不仅能有效地降低病毒感染引起的肺组织损伤，更将小鼠的生存率分别从16.7%和0%提高到58.3% （P=0.0350）以及60% (P = 0.0035)。
同样重要的一点是，z-LEHD-fmk抑制剂在ACE2人源化小鼠中也同样有效地减少了病毒性肺炎导致的肺损伤，并显著抑制了新冠病毒感染引发的过度炎症反应。
T细胞的先前研究显示，紫外线灭活的MERS-CoV病毒颗粒也能引发细胞凋亡，因此推测冠状病毒的结构蛋白可以激活PERK通路并诱导细胞凋亡。由于PERK是未折叠蛋白反应（unfolded protein response， UPR）三个感受蛋白之一，因此研究人员首先通过转染分别过表达MERS-CoV的四个结构蛋白，发现MERS-CoV的膜蛋白（membrane protein，M蛋白）特异地激活PERK通路，并激活细胞凋亡通路的标志物caspase-3。而PERK通路特异性抑制剂GSK2656157和细胞凋亡抑制剂z-VAD-fmk均能抑制病毒M蛋白诱导的细胞凋亡。通过对共转染PERK和GPR78的细胞进行免疫共沉淀和免疫荧光染色，研究结果表明PERK通过与蛋白质葡萄糖调节蛋白78（GRP78）结合，替代了静息状态下PERK和GRP78的结合，从而激活PERK通路以及此通路调控的下游促细胞凋亡基因，诱导宿主细胞凋亡。
该研究团队为致命性的冠状病毒引起的细胞凋亡及其对冠状病毒致病性的生理病理机制提供了首次的科学实证，并指出细胞凋亡通路是MERS-CoV和SARS-CoV-2等致命性冠状病毒重要的致病机制。更重要的是，此项研究发现为治疗当下导致全球大流行的COVID-19以及未来可能出现的其他冠状病毒感染提供了新的思路。
原文链接：
https://advances.sciencemag.org/content/7/25/eabf8577
制版人：十一
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