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《Science子刊：揭示新冠病毒通过鼻细胞制造纳米管隧道进入大脑》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2022-07-27

  • 在一项新的研究中，来自法国巴斯德研究所的研究人员报告说，有证据表明SARS-CoV-2病毒能够通过利用鼻细胞制造纳米管隧道（nanotube tunnel）进入大脑。相关研究结果发表在2022年7月20日的Science Advances期刊上，论文标题为“Tunneling nanotubes provide a route for SARS-CoV-2 spreading”。在这篇论文中，他们描述了对这种病毒感染某些类型细胞时的行为的研究，并使用高倍显微镜研究它的运动。

    在COVID-19大流行的整个过程中，医生和患者一直在报告精神错乱和脑雾的症状，这表明SARS-CoV-2病毒能够进入并感染大脑。但在此之前，几乎没有证据表明它是如何做到这一点的。之前的研究已表明，在神经细胞中，这种病毒无法使用可用来感染鼻子、嘴巴和其他细胞的ACE2受体，这使得我们很难理解它如何能够到达大脑。在这项新的研究中，这些作者认为他们可能已经找到了答案--这种病毒利用有ACE2受体的细胞构建纳米管隧道，作为通往大脑的管道。

    在这项新的研究中，这些作者研究了两种细胞--SH-SY5Y神经细胞系（与大脑中的细胞相似）和Vero E6细胞系（与位于鼻子和其他表面的容易被SARS-CoV-2病毒感染的细胞相似）。他们发现，在单独培养SH-SY5Y细胞时，这种病毒很难感染不表达ACE2受体的SH-SY5Y细胞，但在这两种细胞系共同孵育时能够进入SH-SY5Y细胞。随后他们使用电子显微镜进行了更仔细的观察。他们发现，该病毒正在利用表达ACE2受体的Vero E6细胞制造通向SH-SY5Y细胞的纳米管隧道。而且，由于这些纳米管隧道是由Vero E6细胞构建出来的，在ACE2受体的存在下，该病毒能够通过这些纳米管隧道一直感染到SH-SY5Y细胞。

    科学家们知道生物纳米管已经有一段时间了，并且已经观察到在某些条件下细胞之间传输结构，有时还传输病毒颗粒。为了证实这些发现，还需要开展更多的研究工作，首先是在一个更真实的情况下测试细胞。如果这些新研究的发现得到证实，这些作者建议可以开发出防止纳米管形成的疗法，从而阻止这种病毒感染大脑。

    参考资料：

    Anna Pepe et al. Tunneling nanotubes provide a route for SARS-CoV-2 spreading. Science Advances, 2022, doi:10.1126/sciadv.abo0171.

  • 原文来源：https://news.bioon.com/article/b527e333347c.html
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    • 编译者：hujm
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    • 在过去的20年里，有三种人畜共患的β冠状病毒进入人类群体，引起严重的呼吸道症状，死亡率很高。COVID-19大流行是由SARS-CoV-2引起的，SARS-CoV-2是这三种冠状病毒中最容易传播的一种。到目前为止，还没有针对任何冠状病毒的预防治疗方法获得批准，而且针对SARS-CoV-2的有效和广泛可用的疫苗的上市时间表仍然不确定。因此，开发新的治疗和预防方法仍然是至关重要的。 冠状病毒的病毒颗粒被含有负责病毒进入宿主细胞的同源三聚体跨膜糖蛋白---刺突蛋白（S蛋白）---的膜包围。S蛋白的表面暴露部分由两个结构域---S1和S2---组成。S1结合宿主细胞受体血管紧张素转化酶2（ACE2），而S2催化病毒和宿主细胞膜的融合。 包含在S1内的是受体结合结构域（RBD）和N末端结构域（NTD），其中RBD直接与ACE2结合。RBD通过一个柔远的区域连接到S蛋白的主体，并且可以以一种不可访问的向下构象（down-state）或一种可访问的向上构象（up-state）。与ACE2结合需要RBD处于向上构象，并使得它可被宿主蛋白酶裂解，从而触发病毒进入宿主细胞所需的S2构象变化。在SARS-CoV-2病毒颗粒中，S蛋白在一种活跃的开放构象（至少有一个RBD处于向上构象）与一种非活跃的封闭构象（所有三个RBD处于向下构象）之间进行交换。 在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校等研究机构的研究人员通过筛选酵母表面展示文库（含有大于2×109种合成纳米抗体序列）中与S蛋白胞外结构结构域（ectodomain）结合的纳米抗体序列，分离出中和SARS-CoV-2的单域抗体（纳米抗体）。 这些作者利用SARS-CoV-2 S蛋白的一种突变形式（SpikeS2P）作为抗原。SpikeS2P缺乏S1和S2结构域之间的两个蛋白分解裂解位点之一，并引入两个突变和一个三聚化结构域（trimerization domain）来稳定S蛋白的融合前构象。他们用生物素或用荧光染料标记SpikeS2P，并通过多轮筛选---先是通过磁珠结合随后通过荧光活化细胞分选---来选择展示纳米体的酵母（图1A）。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“An ultrapotent synthetic nanobody neutralizes SARS-CoV-2 by stabilizing inactive Spike ”。 三轮筛选产生了21个独特的结合SpikeS2P的纳米抗体，而且ACE2胞外结构域（ACE2-Fc）的二聚体构造体可降低这种结合。这些纳米抗体分为两类。第I类纳米抗体结合RBD并直接与ACE2-Fc竞争（图1B）。这一类的典型例子是纳米抗体Nb6，它可与SpikeS2P和RBD单独结合时，结合常数KD分别为210nM和41nM（图1C）。第II类纳米抗体，以纳米抗体Nb3为例，它结合SpikeS2P (KD=61nM)，但不显示与RBD单独结合。在存在过量ACE2-Fc的情况下，Nb6和其他I类纳米抗体的结合完全被阻断，而Nb3和其他II类纳米抗体的结合则适度下降（图1B）。这些结果表明，I类纳米抗体以RBD为靶点阻断ACE2结合，而II类纳米抗体以其他表位为靶点。事实上，表面等离子共振（SPR）实验表明I类和II类纳米抗体可以同时结合SpikeS2P（图1D）。 与SpikeS2P相比，I类纳米体与分离的RBD的结合呈现出一致更快的结合速率常数(ka)，这表明RBD可访问性影响了KD。接下来，这些作者测试了I类和II类纳米抗体抑制荧光标记的SpikeS2P与表达ACE2的HEK293细胞结合的效率（图1E）。I类纳米抗体Nb6和Nb11作为两个最有效的克隆出现，IC50值分别为370和540nM。II类纳米抗体在该试验中几乎没有表现出活性。他们优先选择了两种I类纳米抗体：Nb6和Nb11，它们强劲地结合SpikeS2P，与SpikeS2P或RBD结合之间的ka差异相对较小。对于II类纳米抗体，他们优先考虑Nb3，这是基于它在纯化过程中较高的相对产量。 阻止SARS-CoV-2进入宿主细胞的策略旨在阻断ACE2-RBD的相互作用。虽然高亲和力的单克隆抗体作为潜在的治疗方法处于领先地位，但是它们通过哺乳动物细胞表达产生的成本很高，并且需要由医疗保健专业人员进行静脉注射。预防性使用需要大剂量，这是因为只有一小部分抗体能穿过气道内的上皮细胞层。相比之下，纳米抗体可以廉价地在细菌或酵母中产生。纳米抗体固有的稳定性使得它们能够直接气雾化递送到鼻腔和肺部上皮。事实上，靶向呼吸道合胞病毒的三聚体纳米抗体（ALX-0171）的气溶胶递送最近被证明可以有效地降低住院婴儿的可测量病毒载量。最后，骆驼衍生纳米抗体的潜在免疫原性可以通过既定的人源化策略来降低。 纳米抗体多聚体化已被证明可以通过亲合力（avidity）来提高靶标亲和力（affinity）。针对Nb6和mNb6而言，结构指导设计的多聚体构造体同时结合S蛋白的所有三个RBD，可导致它们的效力显著提高。此外，鉴于RBDs必须处于向上构象才能与ACE2结合，因此对RBD可访问性的构象控制可作为一种附加的中和机制发挥作用。事实上，当mNb6三聚体（mNb6-tri）与S蛋白结合时，它通过直接封闭结合位点和将RBD锁定在非活性构象来阻止ACE2结合。 II类中和纳米抗体展示了一种破坏S蛋白功能的潜在新机制。在预防或治疗性鸡尾酒中配对使用I类和II类纳米抗体可能强效地中和和阻止SARS-CoV-2的逃逸变体。因此，这些作者发筛选出的抗S蛋白纳米抗体的组合稳定性、有效性和多样化的表位参结合为为限制COVID-19大流行造成的持续死亡提供了一种独特的潜在预防和治疗策略。
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  • 《新冠病毒或能通过鼻子进入大脑》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-12-07
    • 据英国《自然·神经科学》杂志3日发表的一项最新研究，新冠病毒或能通过鼻子进入人类大脑。这一发现或有助于解释在新冠病毒感染者身上观察到的一些神经症状，并为感染的诊断和预防措施提供借鉴。 　　新冠病毒不仅累及呼吸道，还累及中枢神经系统，导致感染者出现诸如丧失嗅觉、味觉、头痛、疲劳、恶心等神经症状。虽然最新研究已经在脑部和脑脊液内发现了病毒RNA，但病毒如何进入以及如何在脑内分布的问题仍不清楚。 　　鉴于此，德国柏林夏里特大学医学院科学家弗兰克·海珀纳及其同事研究了33名（22名男性和11名女性）死于新冠病毒感染的病人的大脑和鼻咽（喉的上半部分，与鼻腔相连），这里可能是病毒最先感染和复制的位置。这些感染者去世时，中位年龄为71.6岁，从出现新冠病毒感染症状到死亡的间隔中位天数为31天。 　　研究团队在大脑和鼻咽中发现了新冠病毒的RNA和蛋白，还在鼻咽中检测到了完整的病毒颗粒。其中，嗅黏膜发现的病毒RNA水平最高。他们指出，疾病病程与检测到的病毒含量呈负相关性，说明病程越短的感染者，其体内发现的新冠病毒的RNA水平越高。 　　研究人员还在嗅黏膜的特定细胞类型中发现了新冠病毒刺突蛋白，这些蛋白会利用内皮和邻近神经组织来进入大脑。他们在一些感染者表达神经元标志物的细胞内发现了新冠病毒刺突蛋白——说明嗅感觉神经元可能受到了感染；接收嗅觉和味觉信号的脑区中也发现了新冠病毒刺突蛋白。神经系统其他区域还发现了新冠病毒，包括延髓——大脑主要的呼吸和心血管控制中心。 　　研究人员表示，目前仍需开展包含各种样本的新冠病毒感染研究，以确定介导该病毒进入大脑的确切机制，并寻找其他可能的入侵路径。
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