研究人员揭示了纤维蛋白和 SARS-CoV-2 刺突蛋白之间的分子相互作用,为可能抑制长期 COVID 破坏性影响的靶向治疗铺平了道路。
在最近发表在《Nature》杂志上的一项研究中,美国一个大型研究团队提供了证据,表明纤维蛋白在驱动 COVID-19 的血栓炎症(凝血和炎症之间的有害相互作用)和神经病理学中起着关键作用。他们还探索了针对纤维蛋白的免疫疗法作为急性 COVID-19 和长期 COVID-19 治疗的潜力。
研究背景
长期 COVID 已成为重大的公共卫生问题,凝血和神经系统并发症在急性感染期间出现并持续到急性后期,导致发病率和死亡率。这些问题影响所有年龄段的患者,包括轻度或突破性感染的患者。尽管进行了充分的抗凝治疗,但持续且顽固的血栓表明潜在的机制尚未完全了解。COVID-19 中的高凝状态、免疫反应和神经系统并发症之间的相互作用凸显了进一步研究的必要性,以揭示导致这些并发症的确切机制并开发有效的治疗方法。
关于研究
本研究使用 C57BL/6 和 K18-hACE2 小鼠,它们来自杰克逊实验室和其他来源,饲养在标准条件下。实验使用 3 至 7 个月龄的雌雄小鼠,实验在格拉德斯通研究所的实验室动物护理评估与认证协会 (AAALAC) 认证的动物生物安全 3 级 (ABSL3) 设施中进行,遵循机构指南。
人类柠檬酸血浆和外周血单核细胞 (PBMC) 均来自商业来源,没有人类参与者直接参与。SARS-CoV-2 重组三聚体刺突蛋白在中国仓鼠卵巢 (CHO) 细胞中产生、纯化并用于各种测定。
通过测量凝血酶和氯化钙引发凝血后的浊度来评估人类血浆中的纤维蛋白聚合。扫描电子显微镜 (SEM) 分析了硅片上形成的纤维蛋白凝块,然后用美国国立卫生研究院 (NIH) 图像进行图像处理。
使用涂有纤维蛋白原或纤维蛋白的 ELISA 板来研究用特异性抗体检测的刺突蛋白的特异性结合相互作用。其他方法包括肽阵列、表位定位、丙氨酸扫描、结构建模和对接研究,以探索纤维蛋白原和刺突蛋白中介导它们相互作用的精确区域。
体内实验包括将标记的刺突蛋白和纤维蛋白原注射到小鼠体内,然后进行组织成像。研究人员进行了纤维蛋白凝块对纤溶酶消化的抵抗力、巨噬细胞中的活性氧 (ROS) 检测以及各种免疫测定。数据分析确保了统计严谨性,支持了研究的稳健结论。
研究结果
鉴于与其他呼吸道感染相比,COVID-19 患者出现异常血栓的频率和严重程度更高,因此推测 SARS-CoV-2 可能直接与纤维蛋白原结合,促进血栓形成并改变血栓结构和功能。固相结合试验证实了纤维蛋白原/纤维蛋白与 SARS-CoV-2 刺突蛋白之间的特异性相互作用,确定了两种分子上的关键结合位点。这包括刺突 S1(N501Y) 突变体,它增强了病毒传播和与血管紧张素转换酶 2 (ACE2) 的结合。刺突对纤维蛋白的亲和力低于对 ACE2 的亲和力,但发现纤维蛋白原与刺突蛋白共免疫沉淀,并与受感染小鼠肺部的刺突共定位。这表明纤维蛋白和刺突在溶液中和组织内都相互作用。
为了进一步探索结合区域,定制的纤维蛋白原肽阵列确定了纤维蛋白原 Bβ 和 γ 链中的关键结合位点,并将其映射到刺突蛋白上的特定区域。计算对接提供了模型,证明了这些结合位点之间的紧密关联,从而在分子水平上证实了相互作用。
随后的测试表明,刺突蛋白会改变纤维蛋白凝块的结构并增加凝块的浊度,这表明凝块更致密、更抗凝,就像在血栓栓塞性疾病和 COVID-19 患者中观察到的那样。此外,刺突蛋白延缓了纤溶酶对纤维蛋白的降解,进一步表明刺突蛋白有助于形成抗纤溶血凝块。这种对降解的抵抗力可能是长期 COVID 中炎症和凝块相关并发症持续存在的关键因素。刺突蛋白还增强了纤维蛋白诱导的炎症,巨噬细胞中 ROS 释放增加就是明证。
诱变研究确定了刺突蛋白与纤维蛋白原 γ 链上特定表位之间的相互作用,这对于结合参与免疫激活的 CD11b 受体至关重要。用单克隆抗体 5B8 阻断该特定表位不仅可以抑制纤维蛋白-刺突蛋白相互作用,还可以减少刺突蛋白增强的 ROS 释放,这表明这是一种潜在的治疗机制,可以减轻血凝块形成和炎症。在体内,将纤维蛋白原和刺突蛋白同时注射到小鼠脑中会增加纤维蛋白诱导的小胶质细胞反应性,强调了纤维蛋白在 SARS-CoV-2 刺突蛋白存在下的促炎作用。
研究结论
总而言之,这项研究表明,纤维蛋白原在 COVID-19 血栓炎症和神经病理学中起着核心作用,不仅是全身炎症的结果,而且是疾病过程的积极参与者。纤维蛋白原与 SARS-CoV-2 刺突蛋白的相互作用导致异常血栓形成、过度炎症,并直接影响大脑中的小胶质细胞,导致 COVID-19 中观察到的神经系统症状。研究发现,5B8 抗纤维蛋白抗体可以阻断许多这些病理效应,通过减少血栓炎症和神经退行性病变提供双重保护。纤维蛋白对 NK 细胞活性的抑制进一步凸显了其在调节免疫反应中的作用,可能损害病毒清除并加剧疾病严重程度。这种机制对于急性和长期 COVID 都具有重要意义,因为持续的纤维蛋白沉积可能导致持续的炎症和认知能力下降。该研究还指出,针对纤维蛋白的疗法有可能减少血栓炎症并防止 COVID-19 中的神经损伤,而不会损害正常的止血功能,为长期遭受 COVID-19 影响的患者提供了一种有希望的治疗途径。为长期受 COVID-19 影响的患者提供了一种有希望的治疗途径。为长期遭受 COVID-19 影响的患者提供了一种有希望的治疗途径。
期刊参考
Ryu, J.K., Yan, Z., Montano, M. et al. Fibrin drives thromboinflammation and neuropathology in COVID-19. Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07873-4, https://www.nature.com/articles/s41586-024-07873-4
延展阅读
当T细胞几乎不表达ACE-2受体时,SARS-CoV-2是如何引起淋巴细胞减少的?
研究揭示了对SARS-CoV-2的早期免疫反应,为未来的COVID-19治疗提供了见解