新冠病毒SARS-CoV-2刺突蛋白通过镇痛促进隐性感染

目前，新冠病毒SARS-CoV-2引发的COVID-19仍在全球肆虐。大多数SARS-CoV-2感染者表现出轻到重度的呼吸道症状，如发烧、咳嗽和呼吸急促等。然而，还有一部分无明显临床症状但核酸检测呈阳性的隐性感染者。这些隐性感染者给疫情控制造成了很大的困难。2021年1月，美国亚利桑那州立大学Rajesh Khanna实验室发表文章报道，SARS-CoV-2病毒表面刺突 (spike) 蛋白可以阻断血管内皮生长因子-A (vascular endothelial growth factor-A, VEGF-A) 与其受体—神经纤毛蛋白-1 (neuropilin-1 receptor, NRP-1) 的结合发挥镇痛作用，因此刺突蛋白介导的这种镇痛作用可能是造成病毒隐性感染的原因之一。为了评估刺突蛋白在VEGF-A/NRP-1通路中的作用，研究人员首先进行了酶联免疫吸附实验，结果显示随着重组刺突蛋白浓度的升高，NRP-1与之的结合也升高。通过微电极阵列 (microelectrode array, MEA) 记录背根神经节 (dorsal root ganglion, DRG)神经元的放电，他们发现VEGF-A处理可显著增加DRG神经元的自发放电，而该效应可被刺突蛋白的S1结构域或NRP-1抑制剂EG00229所阻断。进一步的蛋白结构分析显示，VEGF-A和刺突蛋白在NRP-1上存在共同结合位点，因此二者可能竞争与NRP-1的结合。那么刺突蛋白是否可以通过竞争抑制VEGF-A/NRP-1信号而影响痛行为呢？研究人员分别向大鼠后足注射PBS、VEGF-A、VEGF-A+刺突蛋白或VEFG-A+EG0029，发现注射VEGF-A会降低大鼠机械缩足阈值，缩短热痛阈，发挥致痛作用。而当刺突蛋白或EG00229与VEGF-A混合注射时，可以阻断VEGF-A的上述效应，表明刺突蛋白可以发挥与NRP-1抑制剂类似的作用，阻断VEGF-A/NRP-1信号通路的致痛作用。为进一步了解VEGF-A敏化伤害性感受神经元的机制，研究人员通过全细胞膜片钳记录发现VEGF-A可显著增加神经元的Na+和Ca2+电流，提高胶状质神经元自发兴奋性突触后电流 (spontaneous excitatory postsynaptic current, sEPSC) 的频率，即增强背根向脊髓背角神经元的兴奋性突触传递。上述效应可以被刺突蛋白或NRP-1抑制剂共同孵育所阻断。这些结果表明刺突蛋白可干扰VEGF-A/NRP-1信号通路对下游离子通道的效应，从而抑制VEGF-A对DRG神经元的敏化作用。最后研究人员证明，在慢性病理痛的保留神经损伤(spared nerve injury, SNI) 模型中，VEGF-A刺激可以引起其受体VGFR2 (epidermal growth factor receptor 2) Y1175位点的磷酸化，而鞘内注射刺突蛋白可以降低VEGFR2-Y1175磷酸化，且剂量依赖性地升高缩足阈值，发挥镇痛作用。综上所述，该研究提示新冠肺炎病人体内普遍升高的VEGF-A，可作用于NRP-1，通过细胞内的一系列级联反应，升高Na+通道和Ca2+通道活性，引起伤害性感受神经元敏化，进而加剧疼痛。但一些SARS-CoV-2感染者由于刺突蛋白与VEGF-A竞争NRP-1，沉默VEGF-A/NRP-1通路引起的致痛作用，由此参与无症状隐性感染的形成。