Молекулярният механизъм на SARS-CoV-2, избягващ вродения антивирусен имунитет на гостоприемника

Резюме

Новооткритият Коронавирус 2 на тежък остър респираторен синдром (SARS-CoV-2) доведе до глобална извънредна ситуация в здравеопазването (COVID-19) поради бързото си разпространение и високата смъртност. След вирусната епидемия бяха разкрити много патогенни механизми и ваксини, свързани с вируса, бяха успешно разработени и приложени в клиничната практика. Въпреки това, пандемията все още се развива и все още се появяват нови мутации. Патогенността на вируса е тясно свързана с имунния статус на гостоприемника. Тъй като вроденият имунитет е първата защита на тялото срещу вируси, разбирането на инхибиращия ефект на SARS-CoV-2 върху вродения имунитет е от голямо значение за определяне на целта на антивирусната интервенция. Този преглед обобщава молекулярния механизъм, чрез който SARS-CoV-2 избягва имунната система на гостоприемника, включително потискане на вроденото имунно производство и блокиране на адаптивното имунно зареждане. Тук, от една страна, се посветихме на обобщаването на комбинираното действие на вродени имунни клетки, цитокини и хемокини за фина настройка на резултата от инфекцията със SARS-CoV-2 и свързаната имунопатогенеза.

От друга страна, ние се съсредоточихме върху ефектите на SARS-CoV-2 върху вродения имунитет, включително засилване на вирусната адхезия, увеличаване на скоростта на вирусна инвазия, инхибиране на транскрипцията и транслацията на имунно-свързана иРНК, увеличаване на клетъчната иРНК разграждане и инхибиране на трансмембранния транспорт на протеини. Този преглед на основния механизъм трябва да предостави теоретична подкрепа за разработването на бъдещи молекулярно насочени лекарства срещу SARS-CoV-2. Въпреки това SARS-CoV-2 е напълно нов вирус и разбирането на хората за него е в процес на бърз растеж и се провеждат различни нови проучвания. Въпреки че се стремим да направим нашия преглед възможно най-обхватен, все пак може да има непълноти.

Ключови думи:

SARS-CoV-2, COVID-19, антивирусен вроден имунитет, молекулярен механизъм, PRR.

Въведение

Нова коронавирусна болест, COVID-19, създаде глобална пандемия през 2020 г., поставяйки огромно предизвикателство пред системите на здравеопазване и засегнатите общности. COVID-19 се причинява от тежък остър респираторен синдром-коронавирус-2 (SARS-CoV-2), който се проявява като бронхит, пневмония или тежко респираторно заболяване. Патогенността на вируса е тясно свързана с имунния статус на гостоприемника. Имунитетът на тялото, включително вродения имунитет и придобития специфичен имунитет, е ключът към устояването на вирусната инвазия. Вроденият имунитет е първата защита на организма срещу вируси, а също така е и основата на специфичния имунитет на организма [1].

Имунният отговор по време на инфекция със SARS-CoV-2 преминава през две основни фази: защитна фаза, базирана на имунната защита, докато втората се характеризира с обширно възпаление. Някои пациенти, заразени със SARS-CoV-2-, се разболяват тежко, защото вирусът потиска имунния отговор на гостоприемника в първия етап и предизвиква възпалителна буря във втория. И така, основният подход при лечението е да се засили имунитетът в първия етап и да се потисне във втория етап. Този преглед се фокусира главно върху това как SARS-CoV-2 инхибира вродения имунитет на гостоприемника и забавя появата на адаптивен имунитет по време на първия етап, след като зарази гостоприемника.

Вирусна адхезия

Като всеки вирус, жизненият цикъл на SARS-CoV-2 е разделен на три етапа; влизане (прикрепване, сливане, премахване на покритието), репликация на генома (репликация и транслация на протеин) и излизане (сглобяване, узряване и освобождаване) [2]. Първата стъпка за вируса да нахлуе в гостоприемника е вирусната адхезия. Вирусната инфекция разчита на навлизане в клетката, като се използват механизми на гостоприемника за репликиране на копия на вируса, които гостоприемникът след това освобождава. Навлизането на вируси в клетките гостоприемници се медиира главно от S протеина, който кара вирусите да се прикрепят към рецепторите на клетката гостоприемник, насърчава сливането между мембраната на гостоприемника и вируса и позволява успешното навлизане на вируси в клетките гостоприемник [3, 4]. Няколко рецептора участват в адхезията и инвазията на SARS-CoV-2 в човешкото тяло и ангиотензин-конвертиращият ензим 2 (ACE2) е признат рецептор. Други възможни сайтове на взаимодействие, като аргинин-глицин-аспарагинов (RGD) мотив и DPP4, също се изследват широко. В допълнение към ACE2, инфекцията със SARS-CoV-2 изисква десетки фактори на гостоприемника, като аргинин-глицин-аспарагинов (RGD) мотив и DPP4, които също се изучават обстойно. SARSCoV-2 използва медиирана от клатрин ендоцитоза, за да получи достъп до клетките, също е ключов аспект на инфекциозността на вируса. CRISPR скрининги на целия геном установиха, че ендоцитните регулатори на трафика, като SNX27 и ретромер, са необходими за инфекция със SARS-CoV-2[5].

АСЕ2

Понастоящем ACE2 е признат за SARS-CoV-2 рецептор, който играе важна роля в адхезията и инвазията на вируса. Триизмерната кристална структура на SARS-CoV-2 спайк рецептор-свързващия домен (RBD), комплексиран с неговия рецептор, човешки ACE2, също е разгадана [6]. ACE2 се експресира в цялата васкулатура на тялото, което позволява на SARS-CoV-2 достъп до множество системи от органи [7, 8]. Има две форми на ACE2, мембранен ACE2 с пълна дължина (mACE2) и разтворима форма sACE2 [9]. Te mACE2 е рецепторното място за пиковия (S) протеин на SARS-CoV-2 и може да причини повишаване на AngII и допълнително активиране на оста AngII/AT1R, влошавайки възпалението. Що се отнася до разтворимата форма, проучванията показват, че повишеното ниво на sACE2 корелира с тежестта на заболяването, вероятно поради повишаване на AngII [10, 11]. Има също проучвания, които показват, че повишеното ниво на sACE2 може да е доказателство за повишената експресия на mACE2 и може също да повиши активността на ADAM17, като по този начин увеличи чувствителността към SARS-CoV-2 [12]. Някои изследователи обаче предполагат, че повишените нива на sACE2 може да имат защитен ефект, тъй като инхибират свързването на SARS-CoV-2 с mACE [9]. S протеинът върху обвивката на SARS-CoV-2 е съставен от S1 и S2 субединици, а взаимодействието S1 протеин/рецептор е ключов фактор за инфекция на вида гостоприемник от SARSCoV-2 [13].

Since ACE2 is widely expressed in human organ tissues, including nasal and oral mucosa, vascular system, and gastrointestinal tract (GI), this allows SARS-CoV-2 to infect the human body in various ways [14, 15]. The nasal epithelium is the main route of SARS-CoV-2 infection. Studies have shown that the expression of ACE2 in the nasal epithelium of older children (10–17 years old), adolescents (18–24 years old), and adults (>25 години) е по-висок от този на малки деца (4–9 години), което може да е една от причините, поради които малките деца не са податливи на този вирус или имат относително леки симптоми след инфекция [16]. Въпреки че експресията на ACE2 в белите дробове е много ниска, повечето пациенти със SARS-CoV-2 инфекция имат респираторен дистрес. Счита се, че SARS-CoV-2 причинява серия от възпалителни реакции, като освобождаване на интерферони, което засилва експресията на ACE2 и по този начин засилва инфекцията [17, 18].

РГД

Вездесъщият аргинин-глицин-аспарагинов (RGD) мотив е добре известен със своята роля в клетъчното прикрепване и клетъчната адхезия. RGD мотивът е минималната пептидна последователност, необходима за свързване на протеини от семейството на интегрини, които обикновено се използват като рецептори от много човешки вируси [19]. Вирусните протеини с RGD мотиви насърчават инфекцията чрез свързване на хетеродимери на интегрин, активиране на фосфатидилинозитол-3 киназа (PI-3 K) или митоген-активирана протеин киназа (MAPK), като по този начин улеснява прикрепването на вирусната клетка и инфекцията [20] . Проучванията показват, че RGD може да играе роля в адхезията и инвазията на SARS-CoV-2 [21, 22]. RGD мотивът може да свързва интегрини по паралелен или последователен ACE2-независим начин, играейки важна роля в бързото разпространение на SARSCoV-2 [23]. Ca2 плюс йони ще подобрят свързването на протеина на вирусния шип към клетката гостоприемник, което ще насърчи навлизането на вируса в клетката за инфекция, репликация и патогенеза [22].

Дипептидил пептидаза 4 (DPP4)

DPP4, известен също като клъстер на диференциация 26 (CD26), е рецепторът на коронавируса на близкоизточния респираторен синдром (MERS-CoV) и наскоро беше предложен като потенциална лекарствена цел за COVID-19 [24]. Ванкадари и др. показаха, че човешки DPP4/CD26 може да взаимодейства с S1 домейна на шиповидния гликопротеин SARS-Cov-2 [25]. Те описаха сложен модел на докинг между шиповия гликопротеин на SARS-CoV-2 и DPP4, показвайки големия интерфейс между тези протеини, който е много подобен на други коронавируси, които използват DPP4 като функционален рецептор, като CoVHKU4 и MERS- CoV, което предполага, че в допълнение към ACE2, други молекули на клетъчната повърхност могат да повлияят на вирусната адхезия.

Ендоцитоза

Ендоцитозата е обичаен начин вирусът да навлезе в клетката гостоприемник и този процес е ключов аспект на инфекциозността на вируса. В процеса на инфекция с SARS-CoV-2 той използва своя S протеин, за да взаимодейства с клетъчната повърхност и след взаимодействие с плазмената мембрана SARS-CoV-2 претърпява бърза ендоцитоза [26]. Bayati и др. установиха, че чрез изтриване на тежката верига на клатрин в клетките, клатрин-медиираната ендоцитоза е блокирана и вирусната инфекциозност е намалена [26]. Тези данни показаха, че SARS-CoV-2 спайк протеинът се интернализира чрез клатрин-медиирана ендоцитоза.

Освен АСЕ2, споменат по-горе, много други молекули участват в ендоцитозния механизъм на SARSCOV-2. NRP1 също се съобщава като SARS-CoV-2 рецептор и играе важна роля в свързаните с CendR механизми на ендоцитоза [27]. Предишни данни показват, че ACE2 рецепторите са основният начин SARS-CoV-2 да се насочи към белите дробове и да навлезе в тялото. Немускулна тежка верига на миозин IIA (MYH9) беше идентифицирана като ACE2 корецептор, тя може да се локализира заедно с SARS-CoV-2 S-протеин в мембраната и да подобри навлизането на SARS-CoV-2 чрез ендоцитоза [28 ]. Jia установи, че SNX27 медиира пътя на ендоцитозата на SARS-COV-2. SNX27 може да медиира ендоцитозата на S-протеина, да насърчи неговата повърхностна експресия и да засили ефекта на трансфекция на S псевдовирус [5]. Взаимодействието на Fc региони на антитела на повърхността на вируса с Fc рецептори на прицелни клетки е другият начин на ендоцитоза. Докато експресираните Fc рецептори са стимулирани от ендоцитоза на вирусни частици в клетката [29]. Преди всичко, съдбата на SARS-CoV-2 в клетката се определя както от типа рецептор, така и от вътреклетъчния транспортен път.

Потискане на вродения имунитет

След вирусна инфекция, вродената имунна система на бозайниците действа бързо, за да открие и блокира вирусната инфекция на всички етапи от жизнения цикъл на вируса. Човешкият вроден имунитет играе ключова роля в поддържането на здравето, като го предпазва от коронавирус. Нивото му се разглежда като алтернативно решение преди въвеждането на ефективни лекарства и ваксини [30]. Ши и др. предложи две фази по време на имунните отговори, предизвикани от SARS-CoV-2 инфекция [31]. Първата базирана на имунната защита защитна фаза на инфекцията със SARSCoV-2, тясно свързана с вродените имунни отговори, е много важна. Преминавайки от доказателствата, че вродените имунни клетки и провъзпалителните цитокини са главните действащи лица във вродения имунен отговор, критични за евентуалния изход от инфекцията с COVID-19. Вродените имунни клетки могат да разпознаят вируса и да предизвикат локален вроден отговор на вирусното изчистване.

Дендритните клетки, макрофагите, неутрофилите и NK клетките са първата защитна линия, която инициира имунен отговор и влияе върху неговия тип и интензитет. Честотата на моноцитите, макрофагите и неутрофилите е по-висока в BALF на групите с инфекция SARS-CoV-2. В сравнение с леките случаи, процентът на макрофагите и неутрофилите е по-висок, а mDC, pDC, T и NK клетките са по-ниски при тежки пациенти [32]. Инхибирането на SARS върху вродени имунни клетки е показано главно в следните аспекти.

NKG2A и апоптоза на NK клетки

Проучванията потвърдиха, че вродените лимфоидни клетки (ILC) са по-ниски при възрастни пациенти с COVID-19, особено в тежки случаи, и изобилието на ILC е обратно пропорционално на вероятността и продължителността на хоспитализацията и тежестта на възпалението [33, 34] . Cao и др. демонстрира, че общият брой на NK клетките е намалял значително при тежки случаи на COVID-19 в сравнение с не-тежките [35]. Te CD94/NK група 2 член А (NKG2A) е хетеродимерен инхибиторен рецептор, експресиран от NK клетки [36]. Той може да се свърже с некласически HLA клас I молекули (HLA-E) и да инхибира NK клетъчната токсичност и секрецията на цитокини чрез две инхибиторни имунни рецепторни тирозинови инхибиторни молекули [37]. Проучванията показват висока експресия на NKG2A при пациенти с COVID-19. Повишената регулация на NKG2A се свързва с изчерпването на NK клетките в ранния стадий на инфекцията с SARSCoV-2 и следователно се свързва с тежка прогресия на заболяването [38]. Bortolotti съвместно култивира шипов протеин, трансфектиран от белодробни епителни клетки с NK клетки и установи, че експресията на SARS-CoV-2 шипов -1 протеин (SP1) в белодробни епителни клетки води до намалена дегранулация на NK клетки.

Междувременно, когато SP1 се експресира в белодробни епителни клетки, регулирането на рецептора за инхибиране на NK клетки NKG2A/CD94 се повишава. Предполага се, че SP1 се експресира в белодробни епителни клетки след инфекция със SARS-CoV-2 и засяга NK клетките чрез HLA-E/NKG2A взаимодействие. Изчерпването на NK клетките може да участва в имунната патогенеза на SARS-CoV-2 инфекция [39]. NKG2A е широко изследван при рак. Блокирането на NKG2A при рак може да възстанови функцията на NK, като по този начин регулира туморния растеж. Въпреки това, SARS-CoV-2 регулира нагоре нивото на NKG2A в NK клетките, което води до провал на имунния отговор срещу вирусни патогени, като по този начин отменя вродения имунен отговор на гостоприемника [40]. Следователно се очаква използването на инхибитори на NKG2A да възстанови вродената имунна функция на тялото при COVID-19, като по този начин се постигат терапевтични ефекти.

ORF8 и имунно избягване

SARS-CoV-2 отворена четяща рамка 8 (ORF8) беше един от най-бързо развиващите се бета коронавирусни протеини. Имаше хиперпроменлив ген, който можеше да улесни адаптирането на вируса към човешкия гостоприемник [41]. Структурата, функцията и вариацията на последователността на ORF8 може да са ключови за SARS-CoV-2 като смъртоносен човешки патоген. Томас Г и колегите му откриха, че SARS-CoV-2 ORF8 има специална кристална структура чрез ковалентен дисулфидно свързан димер и отделен нековалентен интерфейс от уникални широкомащабни сглобки, което може да направи ORF8 бързо развиващ се допълнителен протеин, медииращ уникален дейности за потискане на имунитета и укриване [42]. SARSCOV-2 ORF8 може да медиира имунната евазия чрез понижаване на регулацията на MHC-I [43]. Проучването показа, че протеинът ORF8 има функция за нарушаване на системата за представяне на антиген и в клетките, експресиращи ORF8-, молекулите MHC-I са селективно насочени към лизозомно разграждане. Това води до невъзможност на цитотоксичните Т-клетки да изчистят напълно заразените със SARS-COV-2 клетки.

В Сингапур изследователите откриха вариант на SARS-COV-2 с липсващи 382 нуклеотидни фрагмента във фрагмента на гена ORF8 (∆382) и че пациентите с варианта като цяло са имали леко заболяване и се нуждаят от по-малко кислородна терапия от тези, заразени с див тип вирус, което предполага, че ORF8 играе важна роля в патогенността на SARSCOV-2 [44]. ORF8 е секретиран протеин, който антителата могат да третират като основен маркер на SARS-CoV-2 инфекции [45]. Инхибирането на антивирусния сигнален път е важен начин да се отървете от вродения имунитет на гостоприемника. ORF8 беше скриниран като основният вирусен протеин, който показа силно инхибиране на интерферон тип I (IFN-) и NF-кВ-отговорен промотор [45]. ORF8 също чрез сигнализирането на IFN-I повлия вътреклетъчния имунитет и чрез митоген-активираните протеин кинази (MAPKs) повлия на пътищата на растеж [46].

Намален брой и нарушена функция на DC

Когато са заразени със SARS-CoV-2, DCs са значително намалени с нарушена функция и съотношенията на конвенционалните DCs (cDC) към плазмоцитоидните DCs (pDC) са увеличени сред остри тежки пациенти, което може да обясни намаляването на производството на интерферон и ранното намаляване на вродения имунитет срещу SARSCoV-2 инфекция [47]. В допълнение, в сравнение със здрави донори, CD80, CD86, CCR7 и HLA-DR са значително индуцирани в pDCs, cDC1 и cDC2, което предполага, че съзряването на DCs е повлияно от SARSCoV-2 инфекция [47]. Zhou и др. демонстрира, че функционалността на DC, получени от пациенти с COVID-19, ще индуцира пролиферацията на алогенни CD4 и CD8 Т клетки чрез in vitro тестове. По този начин, дори ако изобилие от неутрализиращи антитела срещу RBD и NP бяха открити при пациенти със SARS-CoV-2 инфекция, Т-клетъчният отговор беше значително забавен поради намаления брой и нарушената функция на DC [47]. В сравнение със здравите случаи, експресията на IFN-, произведена главно от pDC, е била подкопана при пациенти, заразени със SARS-CoV-2- [48]. Друго проучване анализира периферни кръвни проби от заразени с SARS-CoV-2 пациенти и установи, че cDCs са значително изчерпани при тези, диагностицирани с остър респираторен дистрес синдром (ARDS) [49].

Предишно проучване установи, че антиген-представящи клетки (APCs), заразени с MERS-CoV, водят до липса на DC сигнали, което води до неефективност на Т-клетъчния отговор към вируса и насърчаване на NK клетки, участващи в апоптоза [50]. Доказано е, че MERS-CoV заразява MoDCs, като бързо предизвиква високи нива на експресия на IFN-, IP-10, IL-12 и RANTES. Наскоро проучвания показаха, че SARS-CoV-2 инфекцията регулира надолу експресията на ACE2 в moDC [51]. Проучванията също така установиха, че MoDC са допустими за SARS-CoV-2 инфекция и протеинова експресия, но не поддържат продуктивна вирусна репликация. Те демонстрираха, че SARS-CoV-2 отслабва имунния отговор в moDC чрез антагонизирано STAT1 фосфорилиране. Впоследствие Паркър и колегите описаха репертоара от пептиди, свързани с човешки левкоцитен антиген клас II, представени от HLA-DR различни дендритни клетки, получени от моноцити, пулсирани с шипов протеин на SARS-CoV-2, надявайки се да разберат и предизвикат защитни имунни отговори на SARS-CoV-2 [52]. Въз основа на тези проучвания се смята, че DC имат критична роля в разкриването на начина, по който гостоприемникът се защитава срещу инвазия от SARS-CoV-2. Наскоро Han et al. предложиха, че базираният на дендритни клетки терапевтичен подход може да бъде потенциална стратегия за SARS-CoV-2 инфекция [53].

Прекомерно възпаление на макрофаги и неутрофили

Макрофагите и неутрофилите могат да действат като провъзпалителни имунни клетки, допринасяйки за прекомерно възпаление, водещо до системни прояви и мултиорганни дисфункции, особено при тежки пациенти с COVID-19 с тежки симптоми. Toor и др. също така установи, че хиперактивирането на макрофагите и неутрофилите води до ARDS и дори последваща смърт при случаи на COVID-19 и чрез темперирана пластичност на макрофагите помогна за контролиране и управление на SARS-CoV-2 инфекция [54]. Макрофагите произвеждат провъзпалителни цитокини след откриване на широк спектър от свързани с патогени молекулярни модели (PAMPs), използвайки рецептори за разпознаване на образи, като например подобни на таксата рецептори (TLR). Shirato K докладва, че S1 субединицата на SARS-CoV-2 спайк протеин индуцира силно производството на IL-6 и IL-1 в миши и човешки макрофаги чрез активиране на TLR4 сигнализиране през c-Jun N-терминал киназа (JNK) и ядрена транслокация на пътя y на ядрен фактор-κB (NF-κB) [55]. P44/42 MAPK и Akt пътищата освобождават провъзпалителни фактори в макрофагите [56]. Инфекцията на SARS-CoV-2 чрез CD147 инициира JAK-STAT пътя, като допълнително индуцира експресия на циклофилин А (CyPA); CyPA реципрочно се свързва с CD147 и задейства MAPK пътя.

Следователно, MAPK пътят регулира експресията на цитокини и хемокини, което насърчава развитието на цитокинови бури [57]. Torne и др. откри, че активирането на цитоплазмени РНК сензори RIG-I и MDA5 задейства силен вроден имунен отговор, когато SARS-CoV-2 нахлуе. Възпалителните медиатори, произведени по време на инфекция на епителните клетки, могат да стимулират първичните човешки макрофаги, за да подобрят производството на цитокини и да стимулират клетъчното активиране [58]. Неутрофилите на пациенти с COVID-19 действат като двигател на хиперинфлация, използвайки повишена секреция на цитокини и клетъчна дегранулация [59]. Наблюдава се също, че HLA-DR е нарушен на повърхността на заразени със SARS-CoV-2 неутрофили и експресията на PD-L1 се увеличава, което води до намаляване на способността за представяне на Ag. Въпреки това, намаление на представянето на Ag също се наблюдава в моноцитите и промяната в моноцитния фенотип е представена на различни стадии на заболяването при пациенти с COVID-19 [60, 61].

Инхибира производството на интерферон

Във вродената имунна система клетките гостоприемници бързо отварят множество сигнални каскади чрез разпознаване на свързани с патогени молекулярни модели (PAMPs), което води до транскрипционна индукция на интерферони тип I и тип III (IFN) [62, 63]. Копеле и др. и Zhang et al. демонстрира, че сигнализирането на IFN е важно за защита срещу SARS-CoV-2. Те също така наблюдават, че ограничаването на сигналния път на IFN води до тежък COVID-19 [64, 65]. Чен и др. съобщават, че ниското производство на IFN- е свързано с тежки случаи на COVID-19 [66]. В допълнение, в установения модел на инфекция с SARS-Cov-2 мишки, тип I, тип II и тип III IFN не изглежда да са регулирани нагоре. Докато тип I IFN сигнализиране е необходимо за набиране на провъзпалителни клетки в белите дробове и експресия на ISG, а не за вирусен клирънс. И така, тези резултати показват, че интерферон тип I не може да инхибира репликацията на вируса SARS-CoV-2, но може да предизвика важни патологични реакции [67]. Наскоро беше съобщено, че сигналните пътища на MDA5, които индуцират IFN отговора, управляват вродения имунен отговор към SARS-CoV-2 в белодробните епителни клетки [68].

При по-нататъшно изследване на регулаторните механизми на сигнализирането на IFNpathway, което е в основата на SARS-CoV-2 инфекцията, JAK-1/2--индуцираният STAT, който трансдуцира сигнали надолу по веригата на IFN-рецептора, включително STAT1, беше значително повишена. Интересно е, че инхибиторът на Janus киназата (JAKi) Ruxolitinib може да неутрализира медиираното от SARS-CoV2 активиране на комплемента, което показва, че пътят на IFN е свързан с тежестта на пациентите с COVID-19 [70]. Взети заедно, затрудненият път на IFN е основният механизъм на високата патогенност на SARS-CoV-2.

Преди това изследователите са наблюдавали, че цитокинова буря съществува при тежки случаи на SARS-CoV или MERS-CoV [71]. Наскоро Wang et al. потвърдиха, че цитокинова буря се появява и при тежки пациенти, заразени със SARSCoV-2 [72]. Имунни клетки като NK клетки, макрофаги, DC, неутрофили, моноцити и тъканно-резидентни клетки като епителни и ендотелни клетки допринасят за цитокиновата буря на SARSCoV-2. Силно провъзпалителни цитокини и хемокини, като IL-1, IL-2, IL-6, IL-7, IL-10, TNF-, IFN- , G-CSF, CCL2, CXCL10 са открити при пациенти с COVID-19. По този начин свръхсекрецията на провъзпалителни цитокини от SARS-CoV-2 инфекция води до тежки резултати.

Тези констатации показват, че имунните клетки предоставят критична представа за вроденото имунно разпознаване и сигналния отговор на SARS-CoV-2. Като цяло, тези открития дават критична представа за вроденото имунно разпознаване и молекулярната основа на сигналния отговор на SARS-CoV-2. Следователно вроденият имунитет е от съществено значение за ранния контрол на инфекцията. Освен това трябва да разберем допълнително молекулярния механизъм на някои вирусни протеини, инхибиращи имунитета.

SARS-CoV-2 кодира широк спектър от вирусни структурни протеини и неструктурни протеини (NSP) с различни функционални роли във вирусната репликация и опаковане, които влияят на IFN сигналния път и на свой ред увреждат IFN-медиирания антивирусен отговори [4]. Най-важните протеини са NSP1, NSP8, NSP9 и NSP16, които играят важна роля в инхибирането на транскрипцията, транслацията и протеиновия транспорт на гостоприемника.

Неструктурни протеини1 (NSP1)

Nsp1 е кодиран в самите 5' краища на ORF1a и е първият коронавирусен протеин, произведен в заразени клетки. Предишни проучвания показват, че Nsp1 играе съществена роля в потискането на транслацията на гостоприемника върху SARS-CoV-1 и индуцирането на разцепване и разпадане на иРНК [73], което води до инхибиране на присъщите на клетката вродени имунни отговори, като например прекъсване на интерфероновото сигнализиране [74– 77]. Jiang и др. [78] скринира всички вирусни протеини на SARS-CoV-2 за взаимодействията протеин-протеин чрез двухибридна система на бозайници. Те откриха, че Nsp1 на SARS-CoV-2 има най-много взаимодействащи партньори сред всички вирусни протеини и вероятно функционира като център за вирусните протеини. Механизмът, по който SARS-CoV-2 Nsp1 инхибира транслацията, оставаше слабо разбран доскоро. Шуберт и др. [65] и Toms et al. [68] дава представа за това как Nsp1 се свързва с 40S субединицата на рибозомата и блокира канала за влизане на иРНК.

Използвайки криоелектронна микроскопия, двете проучвания подчертават областите на взаимодействие между Nsp1 и рибозомата и показват 5′UTR на вирусния транскрипт. SARS-CoV-2 Nsp1 причинява инхибиране на транслацията чрез стерично запушване на входната област на иРНК канала в свободните 40S субединици, 43S комплекса преди иницииране и в празни, нетранслиращи 80S рибозоми [79]. Mendez и др. [80] установяват, че централните региони на nsp1 не участват в докинг към входния канал на 40S иРНК, въпреки това стабилизират връзката му с рибозомата и иРНК, засилвайки ограничаването на експресията на ген на гостоприемника и позволявайки иРНК, съдържаща SARS-CoV-2 водеща последователност, за да избяга от транслационната репресия. Най-новата литература показва, че транслационният изход на репортерите, съдържащи вирусни 5'нетранслирани региони (UTRs) с пълна дължина, е значително подобрен, което би могло да обясни как Nsp1 инхибира глобалния превод, докато все още превежда достатъчни количества вирусни иРНК [79]. Изглежда обаче, че ефектът на Nsp1 е ограничен до инхибиране на транслацията с малък, ако има такъв, директен ефект върху генната транскрипция на имунния отговор и стабилността на иРНК [81].

Неструктурен протеин 8 (NSP 8) и неструктурен протеин 9 (NSP 9)

По време на заразяване на човешки клетки се установи, че SARS-CoV-2 NSP 8 и NSP 9 са от съществено значение за репликацията чрез свързване на частицата за разпознаване на сигнала (SRP) и прекъсване на трафика на протеини [82, 83]. SRP е универсално запазен комплекс, който се свързва с 80S рибозомата и действа за съвместно транслационно сканиране на зараждащия се пептид, за да идентифицира хидрофобни сигнални пептиди, присъстващи в интегрални мембранни протеини и протеини, секретирани от плазмената мембрана [84]. NSP8 и NSP9 бяха наблюдавани, че може да се свърже с 7SL РНК в частицата за разпознаване на сигнала и да пречи на трафика на протеин към клетъчната мембрана при инфекция [85]. В съответствие с това, проучването показва, че NSP8 и NSP9 се локализират широко в цитоплазмата, когато се експресират в човешки клетки или при SARS-CoV-2 инфекция [83, 86]. Нарушаването на SRP води до глобално намаляване на нивата на пуромицин в клетъчната мембрана и потиска протеиновата интеграция в клетъчната мембрана в клетките, заразени със SARS-CoV-2.

Освен това, чрез антагонизиране на мембранния трафик, SARS-CoV-2 може да попречи на вирусните антигени да бъдат представени на MHC и да позволи на заразените клетки да избягат от разпознаването и изчистването на Т-клетките. По този начин намесата в тези основни клетъчни процеси може допълнително да подпомогне SARSCoV-2 при избягването на имунния отговор на гостоприемника. В същото време проучването разкрива, че NSP8/9-медиираната вирусна супресия на SRP би действала за потискане на IFN отговора при инфекция [83].

Неструктурни протеини16 (NSP 16)

Nsp16, 2'-O-метилтрансфераза (2'-O-MTase), представлява част от репликационно-транскрипционния комплекс и играе съществена роля в транслацията на иРНК, репликацията на вируса и бягството от системата за вроден отговор на клетката гостоприемник [87– 89]. Nsp16 постига това, като имитира своя човешки хомолог, CMTr1, който метилира иРНК, за да подобри ефективността на транслацията и да разграничи себе си от другите, за да избегне медиираното от IFIT потискане [90]. NSP16 се свързва с 5' последователността за разпознаване на мястото на снаждане на U1 и мястото за разпознаване на точката на разклоняване на U2. В съответствие с U1/U2, Banerjee et al. наблюдава, че NSP16 се локализира в ядрото при SARS-CoV-2 инфекция в човешки клетки и нарушава глобалния сплайсинг на иРНК в инфектирани със SARS-CoV-2-човешки клетки, а инхибирането на сплайсинг на иРНК потиска интерфероновия отговор на гостоприемника към вирусна инфекция [83]. Няколко проучвания показват, че Nsp16 улеснява трансфера на метилова група от неговия S-аденозилметионин (SAM) кофактор към 2' хидроксилната група на рибозната захар на вирусната иРНК [91]. Това метилиране подобрява ефективността на транслацията и камуфлажи иРНК, така че да не се разпознава от вътреклетъчните рецептори за разпознаване на патогени, като IFIT и RIG-I [90, 92]. Поради важната си роля в репликацията на SARS-CoV-2, NSP16 е една от силно жизнеспособните цели за откриване на лекарства [93].

С изключение на NSP 1, NSP 8, NSP 9 и NSP 16 (фиг. 1), други видове NSP играят важна роля в имунитета и възпалението на тялото. Наскоро Xu et al. [94] установяват, че NSP12 може да насърчи активирането на RIPK1 и да доведе до системен възпалителен отговор, известен като цитокинова буря, което може да доведе до смърт. Вариантът на NSP12 323L, който носи аминокиселинна замяна Pro323Leu в NSP12, показа повишена способност да активира RIPK1, което предполага, че инхибирането на NSP12 може да осигури терапевтична възможност за лечение на COVID-19. Русо и др. разкриха, че NSP3 макродомейнът обръща PARP9/DTX3L-зависимото ADP-рибозилиране, индуцирано от интерфероново сигнализиране, за да противодейства на вродения имунен отговор на гостоприемника [95].

Инхибиране на адаптивното имунно зареждане

При пациенти с COVID-19 имаше някои доказателства за обратна корелация между изобилието на Т-клетки и тежестта на заболяването. DiPiazza и др. наблюдавани по-високи съотношения на CD8 плюс /CD4 плюс Т клетки при леки случаи, докато обратната тенденция е открита при тежки случаи [96]. Инфекцията SARS-CoV-2 може да устои на антивирусния имунитет на организма, като унищожи функцията на цитотоксичните лимфоцити в ранен стадий [38]. Съобщава се, че броят на CD8 плюс Т клетки е намален по време на инфекция с COVID-19, а в тежки случаи броят на паметта CD4 плюс Т клетки и броят на Т регулаторните клетки са значително намалени [97]. Броят на лимфоцитите, CD3 плюс Т клетките и CD8 плюс Т клетките е значително по-висок при пациенти с леки стадии и/или само леки симптоми, отколкото при пациенти с тежко заболяване [35].

SARS-CoV-2 ограничава представянето на антиген чрез понижаване на МНС клас I и II молекули и следователно инхибира Т-клетъчно-медиираните имунни отговори [98]. Беше разкрито, че цитотоксичните CD8 плюс Т клетки показват модели на функционално изтощение, като експресията на NKG2A, PD-1 и TIM-3. В допълнение, дегранулацията на CD8 плюс Т клетки е намалена при пациенти с COVID-19 в сравнение със здрави донори, което води до намалено производство на IL-2, IFN- и гранзим B [38]. Всичко това показва, че SARS-CoV-2 има силна способност да потиска адаптивния имунен отговор.

В допълнение към клетъчния имунитет, SARS-CoV-2 също инхибира хуморалния имунитет. Съобщава се, че отговорът на ефекторните В клетки към вирусна инфекция е свързан с тежестта на заболяването. Матю и др. наблюдава данните за секвениране на В-клетъчен антиген-рецептор и демонстрира, че SARS-CoV-2-специфичната реакция е широка, с участието на IgM, IgA и IgG антитела. Въпреки това отговорите на серумните антитела срещу RBD на SARS-CoV-2 шиповия протеин са по-високи при амбулаторни пациенти, отколкото при пациенти в интензивно отделение [99]. Други проучвания показват ниски нива на антитела при хора, починали от COVID-19. Нивата на анти-S и анти-RBD IgG бързо достигнаха своя връх при изписаните пациенти и показаха добро изчистване на вируса, докато на починалите им отне повече време, за да произведат високи нива на антитела [100], което може да е свързано с броя на ефекторната памет (EM) T клетки. Головкин А потвърди, че нивата на Т-клетките в периферната кръв на пациенти с COVID-19 са намалени в сравнение със здрави хора, докато няма разлика в абсолютния брой или процент на Т-клетките при пациенти с умерено и тежко заболяване.

Въпреки това, броят на ЕМ Т клетките е значително по-нисък при тежки пациенти, отколкото при умерени пациенти [101]. За по-нататъшно подразделение, относителният брой на IFN-продуциращите T17-подобни и Tfh-подобни клетъчни субгрупи бяха намалени при пациенти с умерени и тежки инфекции. Нарушената Tfh-подобна клетъчна диференциация при пациенти с COVID-19 може да доведе до съзряване на дисфункционални В клетки и промяна на хуморалния имунен отговор по време на остър COVID-19. Всичко това води до значително намаляване на В-клетките при пациент с COVID-19, а намаляването на В-клетките е свързано с тежестта на заболяването.

Мнението на авторите

SARS-CoV-2 заобикаля множество пътища на вродена имунна активация чрез различни механизми, както е показано на Фиг. 2. Вроденият имунитет, като първа защитна линия за хората срещу вирусни инфекции, е много крехък под атаката на новия коронавирус , което позволява на вируса да се разпространява бързо, да причинява заболяване и дори да води до смърт. Въпреки пускането на ваксини и нови лекарства, пандемията от COVID-19 все още се развива. Все още се нуждаем от по-ефективни и практични методи за превенция и лечение. Блокирането на вируса да пробие естествения имунитет може да бъде нова отправна точка. Затова прегледахме потискането на вродения имунитет от SARS-CoV-2, за да предоставим идеи за разработване на нови превантивни и терапевтични лекарства. Както е показано в таблица 1, SARS-CoV-2 нахлува в тялото, репликира се и освобождава вирусни частици по различни начини. За всеки начин на нахлуване и унищожаване на тялото е възможно да се разработят специфични лекарства с антитела или инхибитори с малки молекули. Всъщност с времето все повече и повече лекарства са регистрирани и обслужвани в клиниката [102–105]. От тази гледна точка е само въпрос на време хората да контролират новата епидемия от короната. Освен това това време може да не е толкова дълго, колкото си го представяме.

Благодарности

Благодарим на д-р Nanshan Zhong от Медицинския университет в Гуанджоу за предоставянето на ценните идеи за този ръкопис.

Авторски принос

Всички автори допринесоха значително за написването на този преглед, преработиха го критично за важно интелектуално съдържание, одобриха версията, която ще бъде публикувана, и се съгласиха да носят отговорност за всички аспекти на този преглед. Всички автори се съгласиха със съдържанието на този преглед и дадоха изрично съгласие за изпращане. Всички автори прочетоха и одобриха окончателния ръкопис.

Финансиране

Проучване, подкрепено от проект за представяне на „клиничен медицински експертен екип“ в Суджоу (SZYJTD201806). Отворен проект на Института за респираторно здраве в Гуанджоу (средства, осигурени от China Evergrande Group) (2020GIRHHMS04), Медицинска фондация Zhongnanshan на провинция Гуангдонг (ZNSA-2021005, ZNSA-2020001, ZNSA-2021017), Авариен ключ проект на лабораторията в Гуанджоу (EKPG21-30-2), проект за култивиране на Първата свързана болница на медицинския университет в Гуанджоу (ZH202105).

Наличие на данни и материали

Не е приложимо.

Декларации

Етично одобрение и съгласие за участие

Не е приложимо.

Съгласие за публикуване

Не е приложимо.

Конкуриращи се интереси

Авторите декларират липса на конфликт на интереси във връзка с този преглед.

Получено: 30 декември 2021 г. Прието: 9 март 2022 г

Препратки

1. Vetvicka V, Sima P, Vannucci L. Обучен имунитет като адаптивен клон на вродения имунитет. Int J Mol Sci. 2021;22(19):10684.

2. Ryu WS. Жизнен цикъл на вируса. Mol Virol човешки патогенни вируси. 2017. https:// doi.org/10.1016/B978-0-12-800838-6.00003-5.

3. Luan J, Lu Y, Jin X, Zhang L. Spike protein recognition of mammalian ACE2 прогнозира обхвата на гостоприемника и оптимизиран ACE2 за инфекция със SARS-CoV-2. Biochem Biophys Res Commun. 2020; 526 (1): 165–9.

4. Wang H, Li X, Li T, Zhang S, Wang L, Wu X, Liu J. Генетичната последователност, произход и диагноза на SARS-CoV-2. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2020; 39 (9): 1629–35.

5. Zhao L, Zhong K, Zhao J, Yong X, Tong A, Jia D. SARS-CoV-2 spike protein harmess SNX27-mediated endocytic recycling pathway. MedComm (2020). 2021; 2 (4): 798–809.

6. Chen Y, Guo Y, Pan Y, Zhao ZJ. Анализ на структурата на рецепторното свързване на 2019-nCoV. Biochem Biophys Res Commun. 2020; 525 (1): 135–40.

7. Ackermann M, Verleden SE, Kuehnel M, Haverich A, Welte T, Laenger F, Vanstapel A, Werlein C, Stark H, Tzankov A, et al. Белодробен съдов ендотелен възпаление, тромбоза и ангиогенеза при Covid-19. N Engl J Med. 2020; 383 (2): 120–8.

8. Varga Z, Flammer AJ, Steiger P, Haberecker M, Andermatt R, Zinkernagel AS, Mehra MR, Schuepbach RA, Ruschitzka F, Moch H. Инфекция на ендотелни клетки и ендотелини при COVID-19. Ланцет. 2020; 395 (10234): 1417–8.

9. Batlle D, Wysocki J, Satchell K. Разтворим ангиотензин-конвертиращ ензим 2: потенциален подход за терапия на коронавирусна инфекция? Clin Sci (Лондон). 2020; 134 (5): 543–5.

10. Ramchand J, Patel SK, Kearney LG, Matalanis G, Farouque O, Srivastava PM, Burrell LM. Плазмената активност на ACE2 предсказва смъртността при аортна стеноза и е свързана с тежка миокардна фиброза. JACC Cardiovasc Imaging. 2020; 13 (3): 655–64.

11. Epelman S, Tang WH, Chen SY, Van Lente F, Francis GS, Sen S. Откриване на разтворим ангиотензин-конвертиращ ензим 2 при сърдечна недостатъчност: вникване в ендогенния контрарегулаторен път на системата ренин-ангиотензин-алдостерон. J Am Coll Cardiol. 2008; 52 (9): 750–4.

12. Swärd P, Edsfeldt A, Reepalu A, Jehpsson L, Rosengren BE, Karlsson MK. Разликите във възрастта и пола в разтворимия ACE2 може да дадат представа за COVID-19. Критична грижа. 2020; 24 (1): 221.

13. Самавати Л, Ухал Б.Д. ACE2 е много повече от просто рецептор за SARSCOV-2. Front Cell Infect Microbiol. 2020; 10: 317.

14. Gembardt F, Sterner-Kock A, Imboden H, Spalteholz M, Reibitz F, Schultheiss HP, Siems WE, Walther T. Органно-специфично разпределение на ACE2 mRNA и корелираща пептидазна активност при гризачи. Пептиди. 2005; 26 (7): 1270–7.

15. Xu H, Zhong L, Deng J, Peng J, Dan H, Zeng X, Li T, Chen Q. Висока експресия на ACE2 рецептор на 2019-nCoV върху епителните клетки на устната лигавица. Int J Oral Sci. 2020; 12 (1): 8.

16. Bunyavanich S, Do A, Vicencio A. Назална генна експресия на ангиотензин-конвертиращ ензим 2 при деца и възрастни. ДЖАМА. 2020; 323 (23): 2427–9.

17. Zhuang MW, Cheng Y, Zhang J, Jiang XM, Wang L, Deng J, Wang PH. Увеличаването на експресията на клетъчния рецептор-ангиотензин-конвертиращ ензим 2 от коронавирус може да улесни 2019-nCoV (или SARS-CoV-2) инфекция. J Med Virol. 2020; 92 (11): 2693–701.

18. Ziegler CGK, Allon SJ, Nyquist SK, Mbano IM, Miao VN, Tzouanas CN, Cao Y, Yousif AS, Bals J, Hauser BM, et al. Рецепторът на SARS-CoV-2 ACE2 е стимулиран от интерферон ген в епителните клетки на човешките дихателни пътища и се открива в специфични подгрупи клетки в тъканите. клетка. 2020; 181 (5): 1016–35.

19. Hussein HA, Walker LR, Abdel-Raouf UM, Desouky SA, Montasser AK, Akula SM. Отвъд RGD: взаимодействия на вируса с интегрини. Арх Вирол. 2015; 160 (11): 2669–81.

20. Hynes RO. Интегрини: двупосочни, алостерични сигнални машини. клетка. 2002; 110 (6): 673–87.

21. Sigrist CJ, Bridge A, Le Mercier P. Потенциална роля на интегрините при навлизането на клетката гостоприемник от SARS-CoV-2. Antivirus Res. 2020;177:104759.

22. Дакал ТК. Прикрепването на SARS-CoV-2 към клетките на гостоприемника вероятно се медиира чрез взаимодействие RGD-интегрин по калций-зависим начин и предполага белодробна хелаторна терапия с EDTA като ново лечение за COVID-19. Имунобиология. 2021; 226 (1): 152021.

23. Yan S, Sun H, Bu X, Wan G. Нова стратегия за COVID-19: еволюционна роля за RGD Motif в SARS-CoV-2 и потенциални инхибитори за вирусна инфекция. Front Pharmacol. 2020; 11: 912.

24. Iacobellis G. COVID-19 и диабет: може ли инхибирането на DPP4 да играе роля? Diabetes Res Clin Pract. 2020;162:108125.

25. Vankadari N, Wilce JA. Нововъзникващ коронавирус WuHan (COVID-19): гликанов щит и предсказване на структурата на гликопротеин с шип и взаимодействието му с човешки CD26. Възникващите микроби заразяват. 2020; 9 (1): 601–4.

26. Bayati A, Kumar R, Francis V, McPherson PS. SARS-CoV-2 инфектира клетки след навлизане на вируса чрез клатрин-медиирана ендоцитоза. J Biol Chem. 2021;296:100306.

27. Cantuti-Castelvetri L, Ojha R, Pedro LD, Djannatian M, Franz J, Kuivanen S, van der Meer F, Kallio K, Kaya T, Anastasina M, et al. Невропилин-1 улеснява навлизането на SARS-CoV-2 в клетките и инфекциозността. Наука. 2020; 370 (6518): 856–60.

28. Chen J, Fan J, Chen Z, Zhang M, Peng H, Liu J, Ding L, Liu M, Zhao C, Zhao P и др. Немускулна миозинова тежка верига IIA улеснява инфекцията със SARSCoV-2 в човешки белодробни клетки. Proc Natl Acad Sci САЩ. 2021;118(50):e2111011118.

29. Князев Е, Нерсисян С, Тоневицки А. Ендоцитоза и трансцитоза на SARS-CoV-2 през чревния епител и други тъканни бариери. Преден имунол. 2021;12:636966.

30. Chowdhury MA, Hossain N, Kashem MA, Shahid MA, Alam A. Имунен отговор при COVID-19: преглед. J Инфектирайте общественото здраве. 2020; 13 (11): 1619–29.

31. Shi Y, Wang Y, Shao C, Huang J, Gan J, Huang X, Bucci E, Piacentini M, Ippolito G, Melino G. COVID-19 инфекция: перспективите за имунните отговори. Клетъчна смърт Разл. 2020; 27 (5): 1451–4.

32. Liao M, Liu Y, Yuan J, Wen Y, Xu G, Zhao J, Cheng L, Li J, Wang X, Wang F и др. Едноклетъчният пейзаж на бронхоалвеоларните имунни клетки при пациенти с COVID-19. Nat Med. 2020; 26 (6): 842–4.

33. Silverstein NJ, Wang Y, Manickas-Hill Z, Carbone C, Dauphin A, Boribong BP, Loiselle M, Davis J, Leonard MM, Kuri-Cervantes L, et al. Вродени лимфоидни клетки и толерантност към заболяване при SARS-CoV-2 инфекция. medRxiv. 2021. https://doi.org/10.1101/2021.01.14.21249839.

34. García M, Kokkinou E, Carrasco García A, Parrot T, Palma Medina LM, Maleki KT, Christ W, Varnaitė R, Filipovic I, Ljunggren HG, et al. Съставът на вродените лимфоидни клетки е свързан с тежестта на заболяването на COVID-19. Clin Transl Имунология. 2020;9(12):e1224.

35. Cao X. COVID-19: имунопатология и нейните последици за терапията. Nat Rev Immunol. 2020; 20 (5): 269–70.

36. Houchins JP, Lanier LL, Niemi EC, Phillips JH, Ryan JC. Цитолитичната активност на естествените клетки убийци се инхибира от NKG2-A и се активира от NKG2-C. J Immunol. 1997; 158 (8): 3603–9.

37. Nguyen S, Beziat V, Dhedin N, Kuentz M, Vernant JP, Debre P, Vieillard V. Повишаването на HLA-E върху IFN-гама-активирани AML бласти уврежда CD94/NKG2A-зависима NK цитолиза след хапло-несъответстваща хематопоетична SCT. Трансплантация на костен мозък. 2009; 43 (9): 693–9.

For more information:1950477648nn@gmail.com