干扰素刺激的外泌体hACE2有效抑制新冠病毒复制和感染

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广东省医学科学院：干扰素刺激的外泌体hACE2有效抑制新冠病毒复制和感染
COVID-19自爆发以来已成为全球性大流行疾病。SARS-CoV-2病毒的S蛋白特异性识别hACE2并以其作为受体，是病毒感染的重要机制。近日，来自广东省医学科学院、中山大学人类病毒学研究所张辉课题组的研究人员在Signal Transduction and Targeted Therapy杂志上发表文章，发现干扰素α/β增加了外泌体hACE2的表达并竞争性阻断了病毒的进入，外泌体hACE2可作为潜在的抗病毒策略。

图：外泌体hACE2在体内外阻断SARS-CoV-2病毒的感染

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的出现引起了高度传染性的呼吸系统疾病（COVID-19）。与2003年和2012年的SARS-CoV感染相似，SARS-CoV-2感染的患者表现出一系列临床症状，例如高烧和急性肺炎，死亡率约为3%到5％。自最初爆发COVID-19以来，该病已蔓延到全球180多个国家和地区。COVID-19的全球传播还在持续威胁着全球经济和人类健康。因此，迫切需要开发新的抗SARS-CoV-2治疗和预防策略来防治COVID-19。
SARS-CoV-2属于冠状病毒谱系B，系统的分析发现其与SARS-CoV密切相关。SARS-CoV-2感染是由病毒S蛋白与细胞表面受体相互作用而引发的。与SARS-CoV相似，SARS-CoV-2的S蛋白的S1亚基利用人类血管紧张素转化酶2（hACE2）作为功能受体感染靶细胞。SARS-CoV-2的S蛋白的结合亲和力甚至高于SARS-CoV的结合亲和力，可能使得SARS-CoV-2具有更高感染性和传播性。重组ACE2（rACE2）已证明可以保护肺部免受感染损伤，目前据报道人重组可溶性ACE2（hrsACE2）抑制了Vero细胞以及工程人血管类器官和人肾类器官中SARS-CoV-2的感染，这表明ACE2在COVID-19治疗中起着关键作用。
在病毒感染过程中，I型干扰素（IFN）被作为抵抗病毒入侵的初始宿主防御策略。I型干扰素对多种细胞类型的病毒具有广谱抗病毒活性，并充当适应性免疫应答的介质。人类可以产生13种I型干扰素，包括众多的IFNα亚型和IFNβ，诱导许多基因的表达——即所谓的IFN刺激基因（ISG）。ISG在抗病毒反应中起着关键作用，抗HIV宿主因子APOBEC3G被该研究团队确定为ISG。由于I型干扰素是宿主细胞抵抗病毒感染的非常强大的防御手段，因此许多病毒将通过各种策略规避干扰素诱导的反应。因此，研究ISG和病毒逃避反应所用的策略至关重要，外源性I型干扰素或模拟干扰素反应的分子在未来的抗病毒免疫治疗中将具有巨大潜力。
外泌体是膜包被的细胞外囊泡（EVs），直径40-150 nm，从细胞释放到细胞外影响细胞外环境。在内体成熟期间，内吞囊泡通过内吞作用在质膜的脂筏域中出现囊泡，从而引起早期内体的细胞内形成，在高尔基复合体的帮助下成为晚期内体。这些晚期内体进一步发展成多囊泡体（MVB）。MVB可以与溶酶体融合并降解，也可以与质膜融合以释放其中的囊泡，这样可以将外泌体释放到细胞外空间，或者整合到质膜中。转运所需的内体分选复合物（ESCRT）家族在外泌体的生物发生和货物分选中起着至关重要的作用。特别是ESCRT家族成员，如Hrs、Tsg101和Alix参与了外泌体生物发生的调控。Hrs的消耗减少了外泌体的分泌。除这些ESCRT家族成员外，外泌体还包含其他保守蛋白，例如CD9、CD63和CD81。许多研究表明外泌体在许多疾病（包括癌症、心血管疾病和其他感染性疾病）的治疗中起着重要作用。外泌体可以通过各种方法改造作为疫苗和药物载体。基于外泌体的策略可能是治疗COVID-19的安全有效的治疗工具。
在这项研究中，研究人员分析了不同细胞系中hACE2的表达和调节，发现hACE2不仅可以在细胞表面表达，还可以被包括人支气管上皮细胞16HBE、H1299和HEK293T细胞在内的不同细胞系经外泌体分泌到细胞外。使用Hrs特异的shRNA敲低Hrs后，外泌体hACE2的表达下调，并在IFNα/β处理后上调。外泌体hACE2可以与SARS-CoV-2-S / HIV-1假病毒颗粒表面的S蛋白和S蛋白的纯化受体结合域（RBD）相互作用。因此，利用纯化的外泌体hACE2抑制SARS-CoV-2感染，发现与外泌体hACE2或IFNα/β共培养后，SARS-CoV-2-S/ HIV-1假病毒颗粒进入细胞的过程被阻断。值得注意的是，与外泌体hACE2共培养后，野生型SARS-CoV-2的复制受到了抑制。这些发现揭示了调节外泌体hACE2水平的机制，并可能为COVID-19治疗提供一种新颖的治疗策略。​
参考文献：The interferon-stimulated exosomalhACE2 potently inhibits SARS-CoV-2 replication through competitively blockingthe virus entry. Signal Transduct Target Ther. 2021 May 12;6(1):189.