Nat Commun︱傅湘辉团队发现RG4有望成为新冠防治新靶点
撰文︱刘 更
责编︱王思珍
由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染所导致的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）仍是威胁人类健康的重大公共卫生事件。尽管随着全球疫苗接种率的上升，新冠肺炎的大流行有所缓解，但由于新冠病毒的不断突变，其全球感染病例仍不断增加。因此，深入研究SARS-CoV-2感染和传播机制，发现新的防治靶点仍十分迫切。
SARS-CoV-2通过其表面刺突蛋白（spike glycoprotein）与宿主细胞中血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）结合，并被丝氨酸蛋白酶（transmembrane serine protease 2，TMPRSS2）剪切激活，感染人体细胞[1]。改变这些病毒感染关键因子的表达或活性可以有效抑制SARS-CoV-2的感染，但这些关键因子在细胞中的表达调控机制尚不清楚。
2022年3月17日，四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室/内分泌代谢科的傅湘辉教授团队在Nature Communications上发表了题为“RNA G-quadruplex in TMPRSS2 reduces SARS-CoV-2 infection”的研究。该研究在细胞和动物水平揭示了TMPRSS2 mRNA中的RNA G-四链体（RNA G-quadruplex，RG4）结构显著抑制TMPRSS2翻译，降低其蛋白表达，从而抑制SARS-CoV-2感染，为新冠防治提供了新的靶点。
RG4是由富含串联重复鸟嘌呤碱基（G）核苷酸链组成的RNA高级结构，参与mRNA剪切、转运和翻译，以及非编码RNA合成等过程，调控基因表达，参与多种生命活动和人类疾病的发生发展[2,3]。研究团队通过生物信息学分析发现SARS-CoV-2基因组RNA，以及受体细胞感染关键因子ACE2和TMPRSS2的mRNA中均分布大量RG4位点（图1）。通过圆二色谱、非变性电泳、荧光共振能量转移以及生物膜层干涉技术等手段，确认TMPRSS2 mRNA中GQS-675位点能够在体外形成热力学稳定的RG4结构（图1）。通过免疫荧光染色，研究团队证实TMPRSS2 mRNA能够在细胞内形成RG4结构，并响应RG4稳定剂的调控（图1）。
图1 TMPRSS2 mRNA形成RG4结构
（图源：Geng Liu et al., Nat Commun，2022）
为明确RG4对TMPRSS2蛋白表达的调控作用，研究团队利用多种RG4稳定剂处理新冠易感细胞H1299，发现TMPRSS2蛋白受到抑制，但mRNA水平没有明显改变（图2）。进一步分离细胞核糖体进行检测，发现RG4稳定剂显著抑制了TMPRSS2 mRNA的翻译进程（图2）。随后，研究团队在TMPRSS2缺失的HEK-293t细胞中外源性表达TMPRSS2，同时突变RG4结构形成的关键位点，发现RG4结构序列的突变使TMPRSS2的表达和翻译不再受到RG4稳定剂的影响（图2）。上述研究证实RG4稳定剂能够通过抑制TMPRSS2翻译，降低其蛋白表达。
图2 RG4抑制TMPRSS2翻译及蛋白表达
（图源：Geng Liu et al., Nat Commun，2022）
随后，研究团队利用新冠假病毒系统分别在细胞和动物水平检测了RG4对SARS-CoV-2感染是否具有调控作用。研究发现，3种RG4稳定剂均能抑制病毒感染受体细胞，其中PDS的抑制效率与Camostat（卡莫司他，一种，已进入多项COVID-19相关的临床评价）相当（图3）。此外，破坏TMPRSS2中RG4结构显著抑制了RG4稳定剂对病毒感染的调控作用。在动物水平，研究团队首先利用AAV9-hACE2构建了新冠易感小鼠模型，感染第七天后利用新冠假病毒构建感染模型，同时通过尾静脉给予PDS治疗。结果显示PDS显著抑制病毒感染小鼠肺部和肝脏器官，免疫组化等实验显示其可能是由于PDS抑制小鼠体内TMPRSS2蛋白表达导致（图3）。
图3 RG4抑制新冠病毒感染
（图源：Geng Liu et al., Nat Commun，2022）
最后，研究团队发现COVID-19患者肺组织中TMPRSS2蛋白水平显著高于正常人（图4），提示SARS-CoV-2病毒感染可能会上调新冠受体细胞中TMPRSS2表达，进一步加剧病毒感染。
图4 TMPRSS2在COVID-19患者肺组织中表达上调
（图源：Geng Liu et al., Nat Commun，2022）
图5 工作总结图：RG4通过抑制TMPRSS2翻译防治新冠病毒感染
（图源：Geng Liu et al., Nat Commun，2022）
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29135-5
通讯作者傅湘辉教授（左），第一作者刘更博士（中）、共同第一作者杜文雅博士（右）
（照片提供自四川大学傅湘辉团队）
四川大学华西医院傅湘辉教授为论文通讯作者，刘更博士和杜文雅博士为共同第一作者，该工作得到华西医院呼吸与危重症医学科刘丹教授和程伟教授的大力支持，以及国家科技部重大新药创制子课题、国家基金委重大研究计划重点支持项目等基金资助。傅湘辉教授负责的“代谢与疾病”研究室以代谢科学为中心，主要探究肿瘤和糖尿病、脂肪肝等重大疾病的发病机制，重点发现疾病共性靶点，并开展相关转化应用研究，相关成果以通讯作者发表在J Clin Invest、J Hepatol、Hepatology、Mol Cancer、Mol Ther、Nat Commun、PLoS Biol、Signal Transduct Target Ther、Theranostics、Trends 系列期刊等。欢迎有志于课题组相关研究领域的博士后加入（联系邮箱：xfu@scu.edu.cn）。
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参考文献（上下滑动查看）
1.Hoffmann, M., H. Kleine-Weber, S. Schroeder, N. Kruger, T. Herrler, S. Erichsen, T.S. Schiergens, G. Herrler, N.H. Wu, A. Nitsche, M.A. Muller, C. Drosten, and S. Pohlmann, SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor. Cell, 2020. 181(2): 271-280 e8.
2.Varshney, D., J. Spiegel, K. Zyner, D. Tannahill, and S. Balasubramanian, The regulation and functions of DNA and RNA G-quadruplexes. Nat Rev Mol Cell Biol, 2020. 21(8): 459-474.
3.Dumas, L., P. Herviou, E. Dassi, A. Cammas, and S. Millevoi, G-Quadruplexes in RNA Biology: Recent Advances and Future Directions. Trends Biochem Sci, 2021. 46(4): 270-283.
制版︱王思珍
本文完