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EGFR

 

EGFR基因编码的蛋白是跨膜糖蛋白,是一种与表皮生长因子结合的细胞表面蛋白。蛋白质与配体的结合导致受体二聚和酪氨酸自磷酸化,并导致细胞增殖。这种基因的突变与肺癌有关。与EGFR相关的疾病包括脑室管膜瘤和食管基底细胞样鳞状细胞癌。EGF家族的受体酪氨酸激酶结合配体,并激活多个信号级联,将细胞外信号转化为适当的细胞反应。已知的配体包括EGF,TGFA/TGF-α,amphiregulin,epigen/EPGN,BTC/betacellulin,eregregulin/EREG和HBEGF/肝素结合EGF。

 

研究显示,EGFR突变是非小细胞肺癌患者最常见的靶基因异常。那么该基因在肺部感染的模型中又会有怎样的作用呢?

 

ADAM蛋白酶

图5. EGFR七个已知配体与膜结合的非活性形式。ADAM蛋白酶家族响应组织损伤而被激活,裂解前配体以释放出含有可溶性配体的EGF,配体与受体结合。磷酸化的活性形式聚集了几种衔接蛋白,从而导致多个信号级联反应被激活。(引自Thiagarajan Venkataraman&Matthew B Frieman. 2017)

 

2003年爆发SARS后,许多的幸存者都出现了肺纤维化,而死于SARS的患者尸检中也显示了不同程度的肺纤维化,由此可见,肺纤维化在呼吸道病毒感染特别是SARS-CoV中更为常见。研究表明,EGFR信号传导的肺损伤会引起肺纤维化,而抑制EGFR信号反应可以防止SARS及其他呼吸道病毒感染肺部纤维化的反应。因此在SARS-CoV-2的研究中,EGFR的受体的作用值得关注。

 

ICAM1

 

ICAM1是细胞间黏附分子1。该基因编码一种细胞表面糖蛋白,这种糖蛋白通常在内皮细胞和免疫系统的细胞上表达。与ICAM1相关的疾病包括滤泡性真菌病、系统性红斑狼疮。在病毒感染的情况下,该分子作为病毒的细胞受体起作用。ICAM-1和ICAM-2在自身免疫性脑脊髓炎中参与自身侵袭性Th1和Th17细胞的激活而进入中枢神经系统(CNS)。

 

ICAM1表达与NF-κB的激活是炎症反应的重要步骤。美国华裔专家吴军教授在解释新冠病毒的作用机理时提出,在SARS-CoV感染过程中,机体的过度免疫产生过量的自由基损害机体其他器官的功能,从而导致疾病难以应对,根据吴教授的意思,我们应该对自由基进行清除才能保护自身的器官功能,增强抗病毒感染力。研究表明,通过下调ICAM1的转录和NF-κB的激活可以减轻炎症反应,我们可以尝试用这种机制去控制机体在对抗病毒的过程中产生的肺部及其他器官的损伤。

 

cym5442介导

图6. cym5442介导的对感染HPMEC的ICAM1的抑制模型

 

该图展示的是HPMEC可能被H1N1病毒感染,并产生包括ICAM1在内的促炎性介质增强了p65和p50的磷酸化。作为内皮细胞与白细胞相互作用的主要参与者,ICAM1的表达受到S1PR1特异性激动剂CYM5442的抑制,其机制是通过降低NF-κB的激活来实现的,CYM5442促进了β-arrestin2的表达以抑制NF-κB的活化。

 

在实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)(一种多发性硬化症(MS)的动物模型)中,髓鞘特异性T细胞在外周被激活,并在穿越血脑屏障(BBB)的Th1和Th17效应细胞中分化到达中枢神经系统(CNS),并在其中诱发神经炎症。内皮ICAM-1和ICAM-2介导了Th1和Th17细胞跨越血脑屏障的迁移。 ICAM-1 / -2-缺陷型小鼠分别改善了由致脑炎的Th1和Th17细胞转移的典型和非典型EAE。

 

虽然该基因在血脑屏障模型中研究较多,但由于该基因在病毒感染的情况下作为病毒的细胞受体起作用,建议研究者关注。

 

HSPA1B

 

HSPA1B是热休克70 kDa蛋白1B。HSPA1A,HSPA1B和HSPA1L是属于HSP70家族的三个编码蛋白质的基因。在感染了EpsteinBarr病毒(EBV),军团菌,弓形虫,麻疹和甲型流感的病例中,HSPA1A和HSPA1B可能参与了免疫反应。与HSPA1B相关的疾病包括多基因突变和急性高原病,男性不育,青光眼等。有研究发现HSPA1B基因多态性与肺癌发病风险和预后有关(参考2010年华中科技大学郭欢博士学位论文:热休克蛋白27、70基因遗传变异与DNA损伤、肺癌易感性和预后的关联性研究)。转基因动物模型和预处理实验已经证明,神经元和神经胶质中HSP70的过度表达可在缺血性损伤,以及海藻酸和谷氨酸介导的兴奋性中毒中发挥神经保护作用。在神经退行性疾病的动物模型中,HSP70蛋白已被证明是强大的神经变性抑制因子。

 

研究表明肺动脉内皮损伤与HSP70蛋白的表达有关。HSP70的表达增加对高氧诱导的通过caspase依赖性和AIF依赖性凋亡途径的肺内皮屏障破坏具有保护作用。HSP70与AIF的结合可防止AIF核易位,从而有助于HSP70对高氧诱导的内皮细胞凋亡的保护作用。

 

HSP70

图7. HSP70在高氧肺血管内皮屏障破坏中的作用。高氧诱导HSP70表达增加,通过caspase和AIF依赖性机制对高氧肺血管内皮屏障被破坏和肺内皮细胞凋亡进行保护。(引自Dmitry Kondeikov et al. 2015)

 

SARS-CoV-2感染的患者在很大程度上表现出肺损伤,我们可以从HSPA1B对肺内皮屏障的破坏功能着手,找到病毒感染的机制。

 

ITGB6

 

这个基因是整合素超家族的一个成员。这个家族的成员是粘附受体,在从细胞外基质到细胞的信号传递中起作用。整合素是由α链和β链组成的异二聚体糖蛋白。ITGB6是控制整个异二聚体αvβ6表达的关键性亚单位。αVβ6也是纤维连接蛋白和膀胱肌动蛋白的受体,它识别其配体中的RGD序列,αVβ6通过clathrin介导的内吞促进癌细胞侵袭。

 

脊椎动物β6

图8. A)脊椎动物β6整合素和八种人类β整合素序列比对

B1) αVβ6 头部结构域参与二聚化

B2) 暴露的V438结构域在β6结构域表面

B3)  V438M导致H键(绿线)桥接杂化域和N端β6域模型

(引自Weil P et al. 2015)

 

在实验模型中,肺纤维化依赖于转化生长因子TGF-β信号传导。TGF-β与其前肽一起潜伏在复合物中,而TGF-β激活剂则从该复合物中释放出TGF-β。因为整合蛋白αVβ6是肺中的主要TGF-β激活剂,所以抑制αVβ6介导的TGF-β激活是治疗肺纤维化的新策略。因此可以说,ITGB6在肺上皮细胞中表达,促进肺部发生特发性肺纤维化。

 

研究还发现,PAR1介导的依赖αVβ6TGF-β激活的增强可能是凝血级联反应的激活导致急性肺损伤的一种机制。因此,我们认为ITGB6可能成为治疗COVID-19引发SARS-CoV-2病毒性肺炎潜在的治疗靶标。

 

WWTR1

 

含WW域的转录共激活因子1(WWTR1),也称为TAZ,最初被鉴定为14–3–3结合蛋白。在Hippo信号通路中发挥调控下游靶基因的作用,在调节细胞增殖和抗凋亡方面发挥着重要作用。WWTR1在器官发育、干细胞分化和人类癌症的发展中起作用。与WWTR1相关的疾病包括上皮样血管内皮瘤和Barth综合征。

 

YAP/WWTR1

图9. YAP/WWTR1在Hippo通路的活性示意图

 

由于YAP和WWTR1是主要的下游效应因子和转录共激活因子,因此Hippo信号转导有三个步骤控制其活性。i磷酸化, ii 核易位, iii转录激活。YAP和WWTR1的磷酸化可以通过Hippo途径激活来实现。此外,小型化合物抑制剂可用于将YAP和WWTR1隔离在细胞质中或者中断他们与转录因子的相互作用来调节基因表达。(引自Thomas Andl et al. 2017)

 

肺在稳态过程中是一个相对静止的器官,但在受伤后具有显著的修复能力。肺泡上皮I型细胞(AEC1s)进入空域并介导气体交换,受伤后,它们由祖细胞-肺泡上皮II型细胞AEC2s分化而再生,该细胞还分泌表面活性剂以维持肺泡表面张力和气道通畅。研究表明,WWTR1(TAZ)在AEC分化中起着至关重要的作用。使用体外类器官培养系统,我们发现TAZ可以有效地阻止AEC2-AEC1分化。TAZ是ACE2分化为AEC1的关键因素,也是损伤后保护肺泡细胞完整性的重要因子。同时TAZ也被证明在肺纤维化中具有病理生理作用,而且在开发非小细胞肺癌的新型疗法中起着重要作用。

 

因此,我们认为WWTR1可以作为治疗COVID-19引发的SARS-CoV-2病毒性肺炎潜在的治疗靶标。

 

ALDH1A1

 

醛脱氢酶1A1(ALDH1A1)是癌症干细胞样细胞(cancer stem-like cells)的标志物,是继乙醇脱氢酶之后的第二种酶,是酒精代谢的主要途径。肝中有两种主要的醛脱氢酶同工酶,即胞浆和线粒体,对小鼠的研究表明,通过其在视黄醇代谢中的作用,该基因也可能参与调节高脂饮食的代谢反应。也有研究表明,ALDH1A1通过激活AKT信号通路并与β-catenin相互作用,维持食管鳞状细胞癌干细胞的特征。ALDH1A1可以逆转人肺腺癌细胞A549/DDP对顺铂的耐药。在人类癌症和健康的肝脏组织中,ALDH1A1高度表达和活跃,T267位点的ALDH1A1磷酸化增加,这表明该调节在正常和患病状态中可能都是至关重要的。上皮-间质转化(EMT)和癌症干细胞(CSC)的形成是高度致死性胰腺癌的转移、耐药性和肿瘤复发的关键原因。

 

ALDH1A1与VEGFA等一样属于β-catenin的标志性靶标分子,而β-catenin参与成肌纤维细胞的活化和肺纤维化的病理过程,而COVID-19引发SARS-CoV-2病毒性肺炎很明显的一个表型特征是肺部损伤造成呼吸衰竭。因此在多种疾病模型中可以将ALDH1A1作为靶点进行研究,包括但不限于这次引起严重肺炎的研究模型。

 

ALDH1A1蛋白结构

图10. ALDH1A1蛋白结构示意图

 

RUNX3

 

RUNX3(runt相关转录因子3)是一个蛋白质编码基因,是一种肿瘤抑制因子。与RUNX3相关的疾病包括髓系白血病和食管鳞状细胞癌。它可以激活或抑制转录,还与其他转录因子相互作用。它具有抑癌功能,在癌症中该基因经常被删除或转录沉默。

 

RUNX3与多种免疫调节剂有关,包括LAG3,CTLA-4,PD-1和TIGIT。更重要的是,RUNX3参与了免疫相关的途径,特别是免疫细胞迁移相关的途径。已有研究证明了RUNX3在基因敲除小鼠中的抗肿瘤作用以及RUNX3沉默与人胃癌之间的因果关系。

 

已有研究表明,RUNX3CCL3CCL20的表达募集人肺癌组织中CD8 + T淋巴细胞,参与了机体免疫调节的过程,而miR-661通过直接靶向RUNX3作为非小细胞肺癌症研究的靶基因。RUNX3通过抑制JAK 2/STAT 3通路对重症急性胰腺炎大鼠的急性肺损伤具有保护作用。MIR-301a通过抑制RUNX3促进肺癌的发生。RUNX3是动物模型肺泡Ⅱ型细胞上皮间充质转化过程中的关键调节因子

 

因此,我们认为RUNX3可以作为治疗COVID-19引发SARS-CoV-2病毒性肺炎潜在的治疗靶标。

 

病毒研究道阻且长,希望在人类与微生物的抗战中,我们能走在前面,站在高处,更透彻的了解对手,人类文明因为有科学技术的不断探索而变得更加神秘而多彩。

 

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