Sci Signaling︱郭斐/梁臣/岑山团队合作发现SARS-CoV-2诱导的细胞-细胞融合激活cGAS-STING通路
撰文︱刘晓满
责编︱王思珍
SARS-CoV-2病毒感染导致了新冠相关疾病（COVID-19）世界范围的大流行，重症COVID-19常伴随大量的炎症因子产生和严重的肺损伤。I型干扰素（IFN）系统在其中发挥重要作用。一方面，I型干扰素对于控制冠状病毒感染至关重要。已知研究表明缺陷的I型IFN反应是严重或危重COVID-19病例的特征[1]，其中包括COVID-19重症人群携带TLR3、TLR7、MYD88、TBK1、IRF7和IFNAR1等基因的功能丧失突变[2]，携带I型IFN自身抗体的COVID-19患者易导致重症发生[3]。
另一方面，延迟的I型IFN反应会增加COVID-19的严重程度。一些危重的COVID-19患者在病过程的后期阶段表现出高水平的I型IFN。在针对COVID-19住院患者的大型随机试验中，在晚期给药I型IFNs，对高流量氧气，无创通气或机械通气的严重疾病患者潜在有害影响[4, 5]。
已有研究发现在重症COVID-19患者肺部存在大量融合的肺泡细胞[6]。此外，在SARS-CoV-2感染的动物肺部和细胞模型中，都观察到细胞-细胞融合的现象[7-9]。提示SARS-CoV-2诱导的细胞-细胞融合可能在病毒感染诱导的免疫应答中发挥作用，但其作用及机制并不清楚。
2022年4月12日，中国医学科学院病原生物学研究所郭斐团队、加拿大麦吉尔大学梁臣团队、中国医学科学院生物技术研究所岑山团队合作在Science Signaling发表题为“SARS-CoV-2 spike protein–induced cell fusion activates the cGAS-STING pathway and the interferon response”的文章，该工作着重研究了SARS-CoV-2诱导的细胞-细胞融合对于I型干扰素应答的影响，发现SARS-CoV-2 Spike（S）蛋白结合受体ACE2蛋白诱导细胞融合导致细胞核损伤，进而激活cGAS-STING通路促进I型干扰素应答。
利用表达SARS-CoV-2 S 蛋白的供体细胞与不同来源的表达ACE2受体的靶细胞共培养，作者首先构建了不同的细胞-细胞融合模型。利用RNA测序技术分析融合细胞和非融合细胞的基因表达差异，发现过表达SARS-CoV-2 S 蛋白使A549-ACE2细胞中365/383个基因下调，73/79个基因上调。对于上调的73/79个基因进行聚类分析发现，主要集中在抗病毒应答、干扰素应答、细胞因子应答通路，提示多核体细胞中天然免疫应答通路活化。在分析不同多核体细胞的基因表达差异时，作者发现HEK293T-ACE2形成的多核体细胞中IFN通路没有活化，而A549-ACE2形成的多核体细胞中IFN通路活化。已有研究发现在HEK293T细胞中cGAS-STING通路缺失，所以作者推测是否cGAS-STING通路在多核体细胞产生IFN中发挥作用。通过基因敲除和过表达cGAS/STING，作者证实cGAS分子通过感知融合细胞中释放的微核，产生2’ 3’-cGAMP激活STING，进而促进I型干扰素应答（图1）。作者构建了带有SARS-CoV-2-S的VSV重组病毒，证实其能够感染HeLa-ACE2细胞，表达S蛋白，并诱导感染细胞形成多核体。与VSV病毒感染相比，VSV-SARS-CoV-2-S病毒感染诱导细胞形成多核体，并产生核损伤，释放微核，促使cGAS识别细胞质中的微核，促进IFN产生。
图1 表达S蛋白的融合细胞发生核损伤，并释放微核被cGAS分子识别
（图源：Liu XM, et al., Sic signaling, 2022）
由于此类I型IFN应答是感染细胞中大量合成的S蛋白与相邻细胞表面的ACE2受体结合诱发细胞-细胞融合，进而导致核损伤释放的微核被cGAS识别导致的，发生于SARS-CoV-2感染晚期。不同于病毒感染早期，进入的病毒基因组RNA被TLR3, MDA5和RIG-I等模式识别受体识别所诱导产生的IFN，病毒感染晚期产生的IFN被认为加剧了炎症反应和病理损伤。这也与Neufeldt[10]和Domizio[11] 分别在近期发表的两篇研究结果一致，提示SARS-CoV-2感染导致细胞融合激活cGAS-STING是COVID-19中病理性I型IFN反应的主要驱动因素。
图2 文章总结图：S蛋白诱导的细胞-细胞融合激活cGAS-STING通路促进I型IFN应答
（图源：Liu XM, et al., Sic signaling, 2022）
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scisignal.abg87
中国医学科学院病原生物学研究所博士后刘晓满、硕士研究生魏亮为论文共同第一作者，中国医学科学院病原生物学研究所郭斐研究员、加拿大麦吉尔大学梁臣教授和中国医学科学院生物技术研究所岑山研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国医学科学院医学与健康科技创新工程的支持。
博士后刘晓满（第二排左三），硕士研究生魏亮（第三排左二），郭斐研究员（第一排中间）
（照片提供自：郭斐研究员实验室）
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参考文献（上下滑动查看）
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制版︱王思珍
本文完