呼吸道合胞病毒感染相关受体的研究进展

冯梓恒 许黎黎

呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus, RSV)是导致<5岁的儿童和老年人下呼吸道感染和死亡的重要病原体之一，给公共卫生系统带来了很大的疾病负担[1-2]。目前为止，还没有上市的RSV疫苗及RSV特异的抗病毒治疗。RSV特异性单克隆抗体(帕丽珠单抗)等被动免疫，由于其高昂的价格和不确定的疗效，目前仅应用于RSV流行季节的高危人群[3]。寻找潜在的RSV治疗靶点和开发RSV特异性的预防和治疗手段是迫切需要的。

RSV是单股负链病毒目，肺病毒科，正肺病毒属，带纤毛包膜，不分段的单股负链RNA病毒[4]。包膜外侧跨膜糖蛋白主要有糖蛋白(G)、融合蛋白(F)、小疏水蛋白(SH)，它们对RSV的黏附、入胞和融合十分重要[5]。目前已知影响RSV感染及致病过程的受体主要有CX3C趋化因子受体1(CX3CR1)[6]、核仁素[7]、胰岛素样生长因子1受体(insulin-like growth factor-1 receptor, IGF1R)[8]、表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)[9]、硫酸肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycans, HSPG)[10]、细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)[11]。

笔者主要对已知的RSV感染所需受体及其致病机制进行综述，为未来RSV致病机制研究及潜在药物靶点和疫苗开发提供相关的信息。

一、 CX3CR1

CX3CR1是一个7次跨膜G蛋白偶联趋化因子受体，其表达在众多的细胞上，包括自然杀伤细胞(NK细胞)、小胶质细胞、巨噬细胞、单核细胞、神经元、上皮细胞和内皮细胞等[12-13]。在肺里面，它主要表达在纤毛支气管上皮细胞的表面[14]。目前已知的CX3CR1的配体只有两个，一个是其天然配体CX3CL1，另一个是RSV的G蛋白上的CX3C模体[6, 13]。CX3C模体(氨基酸位置169-191)是一个位于G蛋白上的胱氨酸环的结构，与CX3CL1的趋化结构域有42%的同源性[6]。CX3CR1和CX3CL1的相互作用介导白细胞的黏附、活化和游走[15]。有研究表明，CX3CR1-CX3CL1轴在脑与神经退行性疾病(如阿兹海默症等)的致病机制中起着重要的作用[16]。但CX3CR1-CX3CL1轴在呼吸系统疾病，特别是呼吸道感染疾病中的作用还不是很清楚。RSV可以通过其G蛋白上的CX3C模体与CX3CR1结合来启动感染[14, 16-17]。因为CX3CR1的表达特点与RSV的组织嗜性相同，许多学者及研究认为在体内感染中，CX3CR1对促进RSV的感染起到的作用比HSPGs更大[17-19]。

CX3CR1与RSV的相互作用在RSV的致病机制中起着重要作用。它可以促进多种细胞因子及趋化因子的分泌和释放，如白细胞介素-8(IL-8)，γ-干扰素(IFN-γ)诱导的单核因子(MIG)和CX3CL1[20]。在严重的致死性的RSV感染引起的毛细支气管炎的患者中，其肺部可以观察到明显的B细胞浸润[21]。Zhivaki等[22]证实RSV可以通过F蛋白与BCR结合，激活新生儿调节性B细胞(nBreg)，上调CX3CR1在nBreg细胞上的表达。RSV通过G蛋白和nBreg细胞上的CX3CR1结合，介导RSV的黏附和入胞，从而促进IL-10的分泌，同时抑制Th1细胞极化反应，从而导致更高的病毒载量和严重的毛细支气管炎。Harcourt等[15]证明G蛋白的CX3C模体可以通过抑制IFN-γ分泌型CX3CR1+T细胞迁移到肺组织，从而抑制机体的T细胞抗病毒反应。但是，他们还发现，在RSV感染中，CX3CR1+细胞毒性T细胞被大量募集到肺组织[15]。Chirkova等[23]提出CX3C模体可以抑制固有免疫和适应性免疫的抗病毒活性。CX3C模体可以抑制Ⅰ型和Ⅲ型干扰素的产生和释放，同时抑制分泌IFN-α和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)分泌型浆细胞样树突状细胞和TNF-α分泌型单核细胞的成熟分化。Th1细胞大量表达CX3CR1，CX3CR1-CX3CL1的相互作用会对Th1极化免疫反应有放大作用[24]。CX3CR1的变异会降低其与CX3CL1的亲和力，导致更差的临床结局[25]。因此，CX3C模体可能与CX3CL11竞争性结合CX3CR1，从而抑制了CX3CL1介导的Th1极化免疫反应，降低了机体抗病毒的能力[23]。除此之外，CX3C模体结合CX3CR1之后会抑制纤毛相关基因的表达，如CC2D2A和CFAP221。感染RSV后，纤毛细胞的数量相较于非感染的细胞培养皿来说明显下降[26]。G蛋白也可以通过结合CX3CR1来提高核仁素的表达，促进RSV的内化入胞，但这其中的信号传导通路还不清楚。

针对RSV-G蛋白上的CX3C模体进行药物开发是很有临床治疗前景的。在CX4C的RSV突变株感染中，Th1极化反应明显强于CX3C-RSV株[23]。抗G蛋白单克隆抗体131-2G、3G12和3D3可以特异性结合CX3C模体附近的1个位点，抑制CX3C与CX3CR1的结合，从而减少肺中RSV的病毒滴度，肺部的炎症反应也明显减轻[27]。

二、核仁素

核仁素是在核仁中大量表达的一种蛋白质，它也表达在真核细胞的不同细胞亚结构中，包括核浆、胞浆、细胞膜等[28-29]。许多实验表明，核仁素在人呼吸道上皮细胞的上层近气道侧也有表达[7-8]。核仁素包含3个结构域：N-末端结构域富含谷氨酸和天冬氨酸，主要参与细胞分化的调控；中部结构域/RNA结合结构域(RBDs)主要参与RNA结合；C-末端结构域主要占核苷酸相互作用促进RNA与RBDs的结合[28-29]。核仁素的转运特性可以协助与其结合的物质入胞(如病毒)[30]。核仁素已经被证实可协助部分病毒感染细胞，如单纯疱疹病毒[31]、狂犬病病毒[32]、流感病毒[33]、呼吸道合胞病毒[7]等。核仁素的RBDs结构域可以结合RSV的F蛋白来介导RSV的内化[34]。尽管核仁素在细胞膜上的表达量较低，但是它有极其高效的转换动力学，半衰期不足1 h[8, 35]。细胞膜上的核仁素不断更新换代，所以可以提供足够的NCL来结合F蛋白。

三、IGF1R

IGF1R是一个跨膜的糖蛋白二聚体，它的胞外部分参与和配体的结合，胞内部分有一个酪氨酸激酶结构域。IGF1R和它的天然配体IGF结合后主要激活两条信号通路，即PI3K-AKT/mTOR通路和MAPK通路[36]。IGF1R和RSV的F蛋白相互作用介导蛋白激酶Cζ(PKCζ)，促进胞质和核中的核仁素转移到细胞膜上，从而促进RSV的内化[8]。

四、EGFR

EGRF由富含胱氨酸的胞外受体部分、单链α螺旋跨膜结构域和胞内的激酶结构域3部分组成[37]。EGFR的下游信号通路可以通过激活PAK1来改变细胞膜和细胞骨架的动力学，从而促进巨胞饮[38-39]。在RSV感染后，可以观察到EGFR的活化和其下游效应分子(如Cdc42和PAK1)的激活，并且可以观察到细胞外液的吸收也升高了，这提示RSV的感染可以促进巨胞饮[40]。除此之外，F蛋白可以通过结合EGFR来促进细胞融合和气道粘液分泌，在RSV的致病过程中起着一定作用[9]。

五、HSPG

HSPG在大多数哺乳动物的基底侧细胞膜和细胞外基质中广泛表达。它们在众多的细胞活动中扮演着重要的角色，如为细胞迁移提供基质支持、包装颗粒样物质、保护细胞因子和趋化因子免受蛋白酶溶解、促进细胞-细胞外基质黏附、细胞-细胞相互作用等[41]。许多病毒利用HSPG来黏附细胞和启动感染，包括疱疹病毒[42]、HIV[43]、小RNA病毒[44]等。

RSV的G蛋白在保守的胱氨酸环附近有一个肝素结合结构域(HBD)，一些研究已经证实HSPG对于RSV体外感染永生细胞系十分重要[10, 45-47]。RSV的F蛋白可以与HSPG结合促进病毒黏附和感染[48]。用肝素预处理细胞后或者降低硫酸肝素在细胞表面的表达可以明显降低RSV的感染。然而，HSPG在人支气管上皮细胞的顶端仅低表达，这表明HSPG对于RSV引起的体内感染并不是很重要[17-18]。

六、ICAM-1

ICAM-1也叫CD54，属于免疫球蛋白超家族的成员，它由5个相互连接细胞外免疫球蛋白样结构域组成[49-50]。ICAM-1主要在免疫细胞、上皮细胞和内皮细胞的细胞膜表面表达，但它在这些位置的表达量并不高。然而在炎症刺激下，IL-1、IFN-γ、TNF-α等可以上调其表达[51-52]。ICAM-1通过与LFA-1结合介导众多的细胞功能，包括白细胞黏附、迁移、信号转导、免疫反应等[53-55]。ICAM-1是大部分鼻病毒的主要受体，包括全部的B组鼻病毒和大部分A组鼻病毒[56]。RSV可以通过F蛋白与ICAM-1结合来启动感染[11]。用ICAM-1特异性抗体预处理细胞，可以明显降低RSV的感染。许多体外实验已经证明，RSV可以通过促进核因子激活的B细胞的κ-轻链(NF-κB)、 CAAT区/增强子结合蛋白(C/EBP)和白细胞介素-1的表达来上调ICAM-1的表达水平[57-60]。F蛋白与ICAM-1的相互作用参与到RSV的致病机制中。被RSV感染后的呼吸道上皮细胞ICAM-1表达上调，这可以促进中性粒细胞、嗜酸性粒细胞的黏附，导致气道炎症、损伤和阻塞[61]。

七、总结与展望

RSV目前依然是引起儿童和老年人下呼吸道感染及死亡的主要病因之一。主流的治疗方式依然受限于支持性治疗，且至今还没有获批上市的RSV疫苗，而RSV特异性单克隆抗体帕丽珠单抗因其不确切的临床应用价值和高昂的价格，主要应用在RSV高发季节的高危人群。新的RSV疫苗和RSV特异性治疗的开发主要受限于对RSV的完整致病机制了解不明确。目前已知RSV可以通过结合CX3CR1、核仁素、IGF1R、EGFR、HSPG和ICAM-1来启动感染，在这些受体里，CX3CR1由于其表达特点符合RSV的组织感染嗜性，是最具有研究前景的RSV受体之一。对于明确RSV的受体及探究其对RSV生命周期所起到的作用，对于我们研发RSV疫苗、治疗靶点都是具有重要意义的。目前关于RSV受体相关研究的局限性是大多研究仅关注单个受体在病毒感染过程的影响，至于RSV如何调动不同受体协同作用来促进感染的综合研究较少；而且目前的研究仅限于关注在病毒黏附、入胞等过程中的影响，对于病毒-受体结合后下游通路、对固有免疫的影响等研究较少。所以，未来的研究方向建议关注于不同受体之间的相互作用及病毒-受体结合后所触发的下游信号通路的变化。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献冯梓恒：撰写文章、检索文献；许黎黎：提出设想、指导论文修改