超能力！ACE2受體蛋白“納米囊泡”可防治新冠

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2022-02-08 09:29:00【大中小】

嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2型（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARS-CoV-2）造成了新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）的大流行。盡管COVID-19疫苗的研發(fā)取得了巨大的成功，但由于毒株的頻繁變異和全球較低的疫苗接種率，SARS-CoV- 2大流行對(duì)人類(lèi)健康帶來(lái)了持久的挑戰(zhàn)，因此迫切需要研發(fā)針對(duì)SARS-CoV-2變異毒株的新型廣譜治療方法。

美國(guó)西北大學(xué)醫(yī)學(xué)院和美國(guó)德州大學(xué)MD安德森癌癥中心在Nature Communications雜志上發(fā)表了一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)，該研究發(fā)現(xiàn)新冠肺炎患者的血液中存在含有血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2蛋白的天然納米級(jí)大小的囊泡-evACE2，它具有先天廣譜抗病毒機(jī)制，可阻止不同變異類(lèi)型新冠病毒毒株的感染，包括已經(jīng)出現(xiàn)的多種新冠病毒變異株和未來(lái)可能出現(xiàn)的冠狀病毒。

研究成果（圖源：Nature Communications）

SARS-CoV-2的野生株（WT）和突變株通過(guò)進(jìn)入受體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（Angiotensin Converting Enzyme 2，ACE2）感染宿主細(xì)胞，如人肺細(xì)胞。細(xì)胞外囊泡（Extracellular vesicles，EV）是血液等液體的重要組成部分之一，包括外泌體和微囊泡。外泌體是最具特征的小型EV之一，可能參與多種生理和病理生物學(xué)功能，或可作為新的生物標(biāo)記物和下一代生物療法。從植物和人類(lèi)樣本中提取的外泌體已應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，用于治療炎癥性疾病和癌癥。根據(jù)EV領(lǐng)域廣泛采用的命名法以及分離異源囊泡群的可能性，研究人員將其中富集的外泌體統(tǒng)稱(chēng)為“EVs”。

研究人員對(duì)人類(lèi)血漿樣品中的EVs進(jìn)行MFV分析，發(fā)現(xiàn)COVID-19患者的血漿中ACE2+EVs升高，與血清陰性對(duì)照組相比，急性期有較大幅度的增加，恢復(fù)期有適度的增加。SARS-CoV-2感染觸發(fā)了過(guò)量表達(dá)ACE2的人肺細(xì)胞A549細(xì)胞分泌A(yíng)CE2+TSG101+EVs，這意味著ACE2+EVs上調(diào)是COVID-19患者對(duì)SARS-CoV-2感染的先天反應(yīng)。

研究人員應(yīng)用人類(lèi)細(xì)胞系HEK-293（HEK）和HeLa，用于表征EVs中ACE2表達(dá)，并測(cè)定evACE2對(duì)SARS-CoV-2的結(jié)合活性和中和功能。實(shí)驗(yàn)表明，evACE2富集在小的EVs中，在假定的外泌體中檢測(cè)到的可能性很小。進(jìn)一步研究表明，SARS-CoV-2進(jìn)入受體ACE2蛋白，在EVs上表達(dá)。

COVID-19患者的外周血中EVs增加（圖源：Nature Communications）

研究人員通過(guò)評(píng)估SARS-CoV-2 蛋白與人類(lèi)宿主細(xì)胞的結(jié)合來(lái)分析evACE2對(duì)病毒附著和感染的影響。正如預(yù)期的那樣，ACE2HEK細(xì)胞與紅色熒光團(tuán)AF-647結(jié)合的RBD蛋白表現(xiàn)出特異且穩(wěn)定的結(jié)合。相比之下，等量的ACE2EV的效果可以忽略不計(jì)，這表明ACE2EV通過(guò)誘導(dǎo)ACE2抑制其細(xì)胞受體ACE2對(duì)EV的SARS-CoV-2 RBD識(shí)別。作為陽(yáng)性對(duì)照，rhACE2也抑制RBD與人類(lèi)ACE2細(xì)胞的結(jié)合。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，evACE2比rhACE2更有效地阻斷SARS-CoV-2 RBD與人類(lèi)宿主細(xì)胞的結(jié)合。

接下來(lái)，研究人員又評(píng)估了evACE2和rhACE2對(duì)SARS-CoV-2及其變種的中和作用。結(jié)果表明，與rhACE2相比，ev1ACE2（HEK）和ev2ACE2（HeLa）在阻斷假病毒感染方面的中和效率估計(jì)分別高出58倍和34倍。鑒于實(shí)驗(yàn)設(shè)置限制，還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，evACE2在阻斷SARS-CoV-2病毒感染方面至少達(dá)到了估計(jì)的80倍的中和效果，PCR測(cè)試也驗(yàn)證了這一結(jié)果。

為了研究evACE2中和SARSCoV-2變體的潛力，團(tuán)隊(duì)采用假型和真實(shí)SARS-CoV-2感染試驗(yàn)。與WT相比，evACE2在阻斷假型SARS-CoV-2變體的感染方面取得了高達(dá)4至5倍的功效，這些變體表達(dá)了B1.1.7（α變體）、B1.351（β變體）和B.1.617.2（δ變體）的S蛋白突變體。在evACE2介導(dǎo)的對(duì)SARS-CoV-2變體的中和作用中也得到了類(lèi)似的結(jié)果，其中evACE2對(duì)α和β變體的感染的抑制效果與WT相似或更大。總而言之，研究結(jié)果支持evACE2作為一種創(chuàng)新方法來(lái)預(yù)防或限制SARS-CoV-2病毒感染，包括WT和變異株。

evACE2對(duì)RBD結(jié)合和SARS-CoV-2變異感染的中和作用（圖源：Nature Communications）

先前研究發(fā)現(xiàn)evACE2可能存在先天抗病毒機(jī)制，研究人員對(duì)此進(jìn)行了細(xì)致研究。血漿中和活性對(duì)ACE2+EVs和RBD-IgG水平的多變量線(xiàn)性回歸顯示比單獨(dú)的RBD-IgG水平提高（模型的擬合度），這一結(jié)果支持ACE2+EVs具有潛在抗病毒貢獻(xiàn)。為了確定血漿EVs對(duì)中和功能的貢獻(xiàn)，研究人員從血清陰性對(duì)照組和COVID-19患者的血漿樣品中分離出EVs，質(zhì)譜分析證實(shí)了ACE2和EV蛋白的存在。

值得注意的是，從6名急性期COVID-19患者中的5名血漿中分離出的EV顆粒，尤其是CBB-007和CBB-012（未檢測(cè)到RBD-IgG）完全阻斷了SARS-CoV-2感染引起的細(xì)胞死亡。血清陰性對(duì)照組和沒(méi)有檢測(cè)到ACE2 EVs的CBB-005未顯示任何病毒中和作用，這表明血漿中的ACE2+ EVs水平可能受SARS-CoV2感染調(diào)控。因此，研究人員又耗盡血漿顆粒中的大部分ACE2+EVs，其從五個(gè)血漿樣本（康復(fù)期的CSB-012和CSB-24，以及急性期的CBB-008、009和013）中分離出的ACE2+EVs的耗竭，明顯削弱了血漿EVs中和RBD與ACE2+HEK細(xì)胞結(jié)合的能力，這表明COVID-19患者血漿中的ACE2+EVs至少是抗SARS-CoV-2活性的部分原因。

患者血漿中的evACE2能中和SARS-CoV-2（圖源：Nature Communications）

治療性evACE2的患者血漿分析和小鼠生物分布情況（圖源：Nature Communications）

為了驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)的evACE2是否能作為治療COVID-19的誘餌療法，研究人員使用已建立的hACE2轉(zhuǎn)基因COVID-19小鼠模型評(píng)估了其臨床前療效。雙盲病理評(píng)分顯示，evACE2治療在很大程度上減少了SARS-CoV-2感染小鼠的肺部炎癥。與對(duì)照組EV治療的小鼠相比，肺泡出血和壞死評(píng)分明顯降低。進(jìn)一步驗(yàn)證鼻腔遞送的ACE2+EVs的研究表明，evACE2在治療COVID-19發(fā)病機(jī)制方面取得了良好的臨床前療效。

在hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠中evACE2抑制SARS-COV-2感染和炎癥

（圖源：Nature Communications）

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定evACE2是一種創(chuàng)新的誘餌療法，可以有效地阻斷SARS-CoV-2及其變體引起的傳染病，并可能阻斷所有未來(lái)出現(xiàn)的利用ACE2作為其初始連接受體的冠狀病毒。目前，團(tuán)隊(duì)正在申請(qǐng)有關(guān)evACE2的專(zhuān)利，開(kāi)發(fā)evACE2作為預(yù)防和治療新冠肺炎的生物治療產(chǎn)品。

參考資料：

[1] El-Shennawy L, Hoffmann AD, Dashzeveg NK, et al. Circulating ACE2-expressing extracellular vesicles block broad strains of SARS-CoV-2. Nat Commun. 2022 Jan 20;13(1):405. doi: 10.1038/s41467-021-27893-2. PMID: 35058437.