UNIST揭示新冠病毒导致纤毛细胞受损的原因
UNIST生命科学系Park Chanyoung教授团队首次揭示了蛋白质切割酶“主蛋白酶”和负责维持细胞结构、调节细胞分裂与迁移的“Septin”蛋白之间的相互作用，是如何导致感染细胞纤毛受损的机制。
纤毛可比喻为细胞的天线，从胚胎发育到维持机体内环境稳定等，在整体生命活动中发挥重要作用。此外，它还能在呼吸道阻挡外来病原体入侵，并参与嗅觉神经细胞等多种细胞中的信号传导。
在纤毛特异性的信号传导方式中，具有代表性的是Sonic hedgehog（SHH）信号通路，它参与细胞分裂和分化，对组织再生和发育具有重要作用。
根据近期研究，新冠病毒会感染呼吸道纤毛细胞。虽然已有大量关于新冠病毒感染导致纤毛受损的报道，但关于感染细胞的纤毛为何受损，以及纤毛信号传导异常的具体原理，此前尚不清楚。
包括引发COVID-19的新冠病毒SARS-CoV-2在内的冠状病毒，在侵入人体纤毛细胞后，会利用宿主细胞内部资源合成病毒基因和蛋白质。
冠状病毒复制需要冠状病毒蛋白质切割酶（蛋白酶）的参与，该蛋白质切割酶会切割由冠状病毒生成的蛋白质链，从而形成多种具有不同功能、用于病毒复制的蛋白质。
研究团队发现，冠状病毒的蛋白酶不仅切割病毒蛋白，还会切割感染细胞内的蛋白质，从而促进病毒感染或导致感染细胞受损。
根据本次研究，冠状病毒蛋白质切割酶会切割在维持纤毛结构和功能方面发挥关键作用的Septin蛋白。研究证实，由此导致纤毛长度缩短、细胞数量减少等纤毛及纤毛细胞损伤现象。
此外，研究还发现，被切割的Septin片段会与未被切割的Septin蛋白结合形成复合体，从而阻碍原本正常发挥作用的Septin蛋白的移动，进而引发纤毛结构维持障碍和功能受损。
研究团队确认，由于纤毛结构受损，Sonic hedgehog（SHH）信号传导机制也随之受损。此类纤毛特异性信号传导机制的异常，会对纤毛细胞的分裂和分化造成问题，从而带来原发性组织损伤的可能性。
研究团队还进一步确认，如果在病毒感染前使用冠状病毒蛋白质切割酶抑制剂，可以预防纤毛受损。
同时也验证了，在病毒感染后使用该抑制剂，可以减轻SHH信号传导系统的损伤。这些结果可作为开发预防或缓解病毒所致纤毛细胞损伤药物研究的起点。
生命科学系教授Park Chanyoung表示：“本研究揭示了冠状病毒与感染细胞内蛋白质之间的相互作用，以及纤毛结构和功能受损的作用机制。”
他补充称：“希望本研究今后能够为探讨冠状病毒感染导致的细胞异常提供更多研究方向，并有助于理解因纤毛异常引发的嗅觉、味觉丧失等感染细胞异常机制，以及病毒-细胞应对机制的后续研究。”
本研究得到了科学技术信息通信部和韩国研究财团的全球博士后奖学金项目、中坚研究者支援项目以及科学技术院联合研究项目的资助。研究结果已于2月24日在线发表在国际学术期刊《Journal of Medical Virology》上。
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