CypA/CD147在SARS-CoV-2感染性心血管疾病診療中的作用研究進展

馬明仁，王菲，蔡曉慶，劉燕，馬凌

解放軍聯(lián)勤保障部隊第940醫(yī)院心血管內(nèi)科，甘肅蘭州 730050

隨著全球新型冠狀病毒感染(corona virus disease 2019，COVID‐19)疫苗接種的普及和新藥、特藥的更新迭代，COVID‐19 疫情的傳播得到了有效遏制，然而其相關并發(fā)癥仍是當前關注的焦點[1‐3]。新型冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS‐CoV‐2)感染會累及心血管系統(tǒng)，引發(fā)心肌損傷、心律失常、心肌炎等心血管疾病(cardiovascular diseases，CVD)等[4‐6]。據(jù)統(tǒng)計，15.0%～27.8%的重癥COVID‐19患者存在心肌損傷[7]，COVID‐19住院患者中急性心肌炎(acute myocarditis，AM)發(fā)生率為(2.4～4.1)/‰[8]。SARS‐CoV‐2 表面的囊膜突起是由無跨膜區(qū)的刺突蛋白(S)三聚體組成，屬于Ⅰ型病毒融合糖蛋白，負責識別并結合受體，完成病毒感染細胞的起始步驟，是病毒侵入細胞的關鍵蛋白[9‐11]。既往研究已證實，SARS‐CoV‐2 S 蛋白通過結合細胞表面受體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)入侵宿主細胞[12]，但腎素‐血管緊張素轉(zhuǎn)換酶‐血管緊張素Ⅱ‐血管緊張素Ⅱ 1 型受體(ACE‐Ang Ⅱ‐AT1R)軸的過度激活，以及腎素‐血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2‐血 管 緊 張 素(1‐7)‐血 管 緊 張 素(1‐7)MasR 受 體[ACE2/Ang‐(1‐7)/MasR]軸的抑制均可導致肺血管通透性增加、炎癥反應等病理改變，以ACE2為靶點研發(fā)的疫苗、藥物在目前的臨床應用中仍存在諸多不足[13‐14]。親環(huán)素A(cyclophilin A，CypA)是一種細胞溶質(zhì)蛋白，主要存在于內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞、心肌成纖維細胞等多種細胞內(nèi)[15]，CD147 是最主要的CypA 細胞表面受體，在CypA 介導的信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮重要作用[16‐17]，CypA/CD147 信號通路參與了CVD 的發(fā)生、發(fā)展過程[18]。最新研究發(fā)現(xiàn)，CypA/CD147 可作為SARS‐CoV‐2 S 蛋白入侵宿主的細胞表面受體[19‐23]。本課題組研究證實，SARS‐CoV‐2 靶向CypA/CD147信號通路可誘導心肌細胞凋亡增加，且以心肌細胞晚期凋亡為主(結果未發(fā)表)?；谏鲜鲅芯孔C據(jù)，并結合本課題組研究的基礎，本文綜述了SARS‐CoV‐2 通過CypA/CD147 入侵心血管系統(tǒng)引發(fā)CVD 的相關機制，以期為COVID‐19 并發(fā)CVD 的診療及研究提供新策略。

1 CypA/CD147的結構與功能

CypA屬于親環(huán)素家族成員，是Fischer等[24]從牛胸腺中分離的分子質(zhì)量為18 kD的細胞溶質(zhì)蛋白。在所有原核和真核生物中，CypA是進化高度保守且普遍存在的蛋白質(zhì)家族[25]。CypA具有肽基脯氨?；樂串悩嬅?peptidyl‐prolyl cis‐trans isomerase，PPIase)活性，在脯氨酰殘基處催化肽鍵從反式異構成為順式異構，作為分子伴侶可促進蛋白質(zhì)折疊及T 細胞活化[26]。CD147 也稱為細胞外金屬蛋白酶誘導劑(extracellular matrix metalloproteinase inducer，EMMPRIN)，屬于免疫球蛋白超家族成員，是一種分子量為50～60 kD 的Ⅰ型跨膜糖蛋白受體，具有2 個免疫球蛋白樣結構域，在諸多類型的細胞(如癌細胞、造血細胞、內(nèi)皮細胞等)和血小板上表達[27]，主要參與炎癥、病毒感染和腫瘤侵襲等病理過程[28]。CD147 是迄今為止研究最為廣泛的CypA 受體之一，CypA/CD147 可通過激活CD147 介導的細胞內(nèi)下游信號通路在多種疾病的進展中發(fā)揮關鍵的調(diào)控作用[29]。CypA是冠狀病毒復制所需的重要蛋白質(zhì)，已證實CypA/CD147 在SARS‐CoV‐2 進入宿主細胞時起著重要作用[30]。因此，以CypA/CD147 作為靶點來診療SARS‐CoV‐2感染引發(fā)了廣泛關注。

2 CypA/CD147信號通路在CVD中的作用

心肌細胞外基質(zhì)微環(huán)境的變化在CVD發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色，CD147作為跨膜分子與CypA相互作用后可介導各類CVD 的發(fā)生[31]。值得關注的是，這種相互作用會誘發(fā)炎性趨化因子的表達和血小板活化[32]，而活化的血小板可大量表達CypA 及CD147，并通過影響PI3K/Akt 信號通路而導致血小板形態(tài)改變及多種促炎因子釋放[33]。Wang等[34]在探討腦梗死患者的頸動脈粥樣硬化斑塊穩(wěn)定性、狹窄程度，炎性因子、基質(zhì)金屬蛋白酶‐9(matrix metalloproteinase‐9，MMP‐9)的表達情況，以及血管內(nèi)皮功能與CD147 的相關性時發(fā)現(xiàn)，CD147 水平明顯升高，且與炎癥反應密切相關，CypA/CD147的表達上調(diào)可能參與了頸動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)病機制[35]。纖 維 化 在 糖 尿 病 心 肌 病(diabetic cardio‐myopathy，DCM)中起重要作用，Liu 等[36]證實，CD147 是促進糖尿病心臟纖維化的關鍵因素，N‐糖基化介導的CD147 積聚活化Ⅰ型轉(zhuǎn)錄生長因子β(type Ⅰ transcription growth factor β，TGF‐β)受 體ALK5，可誘導糖尿病心肌纖維化。

心臟重塑是心力衰竭(heart failure，HF)發(fā)生的決定性機制及病理基礎，Su 等[37]系統(tǒng)綜述了CypA/CD147 在心臟重塑中的潛在作用，為預防和介入治療HF提供了新思路；張雁斌等[38]也證實在動脈粥樣硬化兔血管重構中CypA/CD147 的表達水平明顯升高。在急性肺栓塞治療方面，CypA/CD147被認為是最具潛力的靶點之一，細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal‐regulated kinase 1/2，ERK1/2)在心臟損傷的發(fā)病機制中起關鍵作用。SP‐8356是一種新型CypA/CD147 抑制劑，有研究發(fā)現(xiàn)，其可明顯抑制CypA誘導的大鼠原代心肌細胞凋亡，且可通過劑量依賴的方式下調(diào)心臟損傷中高表達的MMP‐9、p‐ERK1/2和p‐P56，從而抑制細胞凋亡和炎癥反應[39]。心肌炎的發(fā)展與自身免疫性、藥物誘導性及病毒感染等多種因素相關，炎癥反應的發(fā)生可導致心肌損傷，隨后發(fā)展為心臟重構和纖維化[40]。CD147 作為促炎因子參與了心肌炎的發(fā)生發(fā)展過程，Seizer等[41]發(fā)現(xiàn)，CypA/CD147在炎癥性心肌病患者中的表達水平明顯升高；在柯薩奇病毒B3(coxsackievirus B3，CVB3)誘導的小鼠心肌炎模型中，CypA 對巨噬細胞和T細胞的募集可有效防御病毒的攻擊，應用CypA抑制劑NIM811 可有效防止心肌纖維化。在肌鈣蛋白Ⅰ誘導的自身免疫性心肌炎小鼠模型中，細胞外CypA 抑制劑MM284 可有效抑制CypA 誘導的單核細胞遷移和黏附，提示細胞外CypA在自身免疫性心肌炎中對心肌損傷和纖維化起重要作用[42]。陳慧玲等[43]檢測了86例呼吸道感染并發(fā)心肌炎患者的血清降鈣素原(PCT)、單核細胞趨化蛋白1(MCP‐1)、核因子κB(NF‐κB)水平，并探討CypA/CD147信號通路的作用時發(fā)現(xiàn)，隨著病情加重，CypA、CD147 水平逐漸升高，且CypA/CD147聯(lián)合PCT、MCP‐1、NF‐κB對呼吸道感染并發(fā)心肌炎的診斷效能更高。已有研究證實，CypA/CD147 信號通路在CVD 中起關鍵調(diào)控作用[44]，但其具體機制仍不清楚。隨著COVID‐19疫情并發(fā)心血管系統(tǒng)損傷及當前疫苗接種帶來的隱患，CypA/CD147 作為SARS‐CoV‐2 入侵心血管系統(tǒng)受體途徑已引起了研究者濃厚的興趣。

3 SARS-CoV-2靶向CypA/CD147信號通路引發(fā)CVD

SARS‐CoV‐2 S 蛋白S1 亞基含有一個受體結合結構域(receptor‐binding domain，RBD)，是SARS‐CoV‐2識別宿主細胞表面受體的主要蛋白[45]。ACE2 是SARS‐CoV‐2 S 蛋白入侵宿主細胞的主要表面受體，也是當前藥物及疫苗研發(fā)的關鍵靶點[46]。其他受體還包括酪氨酸蛋白激酶受體UFO(tyrosine‐protein kinase receptor UFO，AXL)、CD147、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose‐regulated protein 78，GRP78)、去唾液酸糖蛋白受體1(asialoglycoprotein receptor 1，ASGR1)及KREMEN1等[47]。

SARS‐CoV‐2 僅依賴于ACE2 受體似乎不足以解釋其極強的傳染性、對多器官的損害及感染后出現(xiàn)多樣的并發(fā)癥。陳志南院士團隊致力于冠狀病毒的研究，最早在細胞和動物模型水平證實了SARS‐CoV‐2 可通過CD147 入侵宿主細胞的新途徑，但該研究以Vero E6 和BEAS‐2B 細胞為研究對象，CD147敲除小鼠模型僅驗證了肺組織的病理改變，而未涉及心血管系統(tǒng)[48]。Avolio等[49]發(fā)現(xiàn)，SARS‐CoV‐2 S蛋白從急性COVID‐19 患者中的病毒顆粒上裂解下來后，從呼吸系統(tǒng)釋放到血液中，分離的S 蛋白通過血液循環(huán)到達全身所有器官；S蛋白與心臟周細胞上CypA/CD147 受體的相互作用觸發(fā)了ERK1/2 信號通路，引起周細胞的功能障礙。此外，S蛋白與CypA/CD147 相互作用可促使心臟周細胞釋放促凋亡因子及促炎細胞因子，這些細胞因子可損害鄰近的心肌細胞并激活內(nèi)皮細胞，潛在地觸發(fā)了血液凝固，并增加了血管通透性，循環(huán)中的SARS‐CoV‐2 S 蛋白可導致獨立于病毒感染的心血管系統(tǒng)疾病[50]。CypA/CD147 受體在心肌細胞表面也有表達[51]，因此，從SARS‐CoV‐2裂解的S蛋白也可靶向CypA/CD147受體而入侵心肌細胞。值得注意的是，CD147 在左心室肥厚的心肌細胞中表達水平升高，從而增加了肥厚性心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)患者發(fā)生心臟損傷的風險[18]。上述研究證據(jù)充分證明，循環(huán)中的S 蛋白可通過靶向心臟周細胞及心肌細胞表面CypA/CD147 受體，從而引發(fā)炎癥反應及細胞損傷。

SARS‐CoV‐2 感染已成為動脈粥樣硬化的一個重要 危 險 因 素，Liu 等[52]發(fā) 現(xiàn)，SARS‐CoV‐2 可 通 過CD147介導的病毒入侵途徑，感染低表達ACE2的巨噬細胞、T 淋巴細胞等免疫細胞，因此，CD147 可能參與了SARS‐CoV‐2 誘導的過度炎癥反應，具有潛在的促動脈粥樣硬化作用。一項關于SARS‐CoV‐2 導致心臟小血管內(nèi)皮炎癥的研究指出，與對照組相比，COVID‐19患者的毛細血管中有較多的CD147炎性細胞，CD147 與心臟炎癥密切相關，因而阻斷CD147可抑制SARS‐CoV‐2的復制及入侵宿主細胞[53]。SARS‐CoV‐2 通過CD147 受體途徑入侵宿主細胞啟動JAK‐STAT 信號通路，誘導CypA 的表達，CypA 結合CD147 后可觸發(fā)MARK 信號通路，從而調(diào)節(jié)細胞因子和趨化因子的表達，最終促進了細胞因子風暴的發(fā)展。當前用于阻斷或降低CD147 受體表達的藥物包括人源化CD147 抗體、他汀類藥物和阿奇霉素等[23,54]，這些藥物在臨床治療SARS‐CoV‐2 感染中取得了良好的效果，也佐證了CypA/CD147 是SARS‐CoV‐2入侵宿主細胞的受體之一。本課題組的研究也證實，SARS‐CoV‐2可通過靶向CypA/CD147信號通路誘導心肌細胞凋亡(結果未發(fā)表)，并在此基礎上深入探討了SARS‐CoV‐2感染引發(fā)心肌炎的相關機制。

SARS‐CoV‐2 入侵宿主細胞對機體造成損傷是個復雜的病理過程，當前研究證據(jù)表明SARS‐CoV‐2對不同類型細胞的親和力存在差異，對于心肌細胞而言，CypA/CD147 信號通路是SARS‐CoV‐2 入侵的可能途徑，該通路的啟動會引發(fā)線粒體損傷、炎性因子釋放等下游胞內(nèi)事件的發(fā)生，但具體機制尚待進一步探究。

4 總結與展望

SARS‐CoV‐2 及其關鍵蛋白入侵宿主細胞是感染發(fā)生的始動環(huán)節(jié)，針對SARS‐CoV‐2 多種突變株(variants of concern，VOC)，全球科研人員對其入侵途徑及致病機制進行了大量研究且取得了滿意的結果。S 蛋白作為SARS‐CoV‐2 表面關鍵蛋白被廣泛研究[55‐56]，ACE2 在多種細胞表達，是SARS‐CoV‐2 S 蛋白的主要受體之一，當前使用的抗COVID‐19藥物及疫苗也主要以S‐ACE2 為靶點。然而，SARS‐CoV‐2 VOC 將增加開放S 蛋白構象的動力學穩(wěn)定性作為一種進化策略[57]，當前5 種VOC S 基因區(qū)域的快速變異進化降低了其對中和抗體的敏感性，增加了免疫逃逸的風險，導致疫苗的有效性大幅降低[58]。隨著臨床隨訪資料的積累及COVID‐19并發(fā)癥及疫苗增強性疾病(vaccine‐enhanced disease，VED)的潛在風險增加，研究者對SARS‐CoV‐2 僅通過ACE2 受體途徑入侵宿主細胞提出了質(zhì)疑，并開始關注其他受體途徑。CypA/CD147 作為跨膜糖蛋白受體在CVD 進展中發(fā)揮重要作用，前期研究也已證實，CypA/CD147可作為SARS‐CoV‐2入侵宿主細胞表面受體途徑，其人源化抗CD147 抗體meplazeumab 能夠阻斷SARS‐CoV‐2及 其VOC Alpha、Beta、Gamma、Delta[59]，但 在COVID‐19并發(fā)CVD中的相關性卻鮮有報道。

本文總結當前研究證據(jù)并結合前期研究基礎對SARS‐CoV‐2 通過CypA/CD147 入侵心血管系統(tǒng)引發(fā)CVD的相關機制進行探討發(fā)現(xiàn)，SARS‐CoV‐2入侵心肌細胞的方式有兩種，一是SARS‐CoV‐2 S 蛋白直接與受體CypA/CD147 結合入侵，二是SARS‐CoV‐2 裂解的游離S蛋白與CypA/CD147結合。目前，僅依賴于ACE2 受體不足以解釋SARS‐CoV‐2 極強的感染力和傳播力，SARS‐CoV‐2 的其他受 體還包括AXL、CD147、GRP78、ASGR1、KREMEN1，這些受體之間是否存在相互作用，以及其關鍵作用結構域如何定位[46]，深入研究這種互作關系將為后期的抗COVID‐19藥物、疫苗研發(fā)以及臨床合理用藥提供新思路。此外，心肌炎被認為是SARS‐CoV‐2 感染和COVID‐19 mRNA疫苗接種導致的一種罕見但嚴重的并發(fā)癥[60]。SARS‐CoV‐2 對心肌細胞造成的直接損害，以及mRNA 疫苗觸發(fā)機體強烈的免疫反應是心肌 炎 發(fā) 病 的 關 鍵 機 制[61]，Toll 樣 受 體(Toll‐like receptors，TLRs)是先天免疫系統(tǒng)的關鍵調(diào)節(jié)因子[62]，SARS‐CoV‐2 復制或轉(zhuǎn)錄的中間產(chǎn)物dsRNA 被TLR3識別并驅(qū)動β干擾素TIR結構域銜接蛋白(TRIF)介導的NF‐κB 等炎癥信號，可促進促炎基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯[61]。TLR3 可能作為識別SARS‐CoV‐2 的配體，通過TLR3、NF‐κB信號通路在心肌細胞凋亡和炎癥反應中發(fā)揮關鍵調(diào)控作用[63]。因此，推測COVID‐19患者體內(nèi)游離的SARS‐CoV‐2 S 蛋白可通過血液循環(huán)進入心血管系統(tǒng)，靶向心肌細胞表面CD147 受體，通過CyPA/CD147 途徑入侵心肌細胞，激活下游TLR3信號通路，釋放細胞因子誘發(fā)心肌炎(圖1)。此科學假說也是本課題組下一步聚焦研究的工作。

圖1 SARS‐CoV‐2通過CyPA/CD147激活TLR3信號通路誘發(fā)心肌炎Fig.1 SARS‐CoV‐2 induces myocarditis by activating the TLR3 signaling pathway through CyPA/CD147

自2019年COVID‐19疫情爆發(fā)至今，SARS‐CoV‐2易發(fā)生突變的特性及COVID‐19并發(fā)癥的多樣性迫切需要研究者從不同維度去闡明致病機制，而SARS‐CoV‐2 VOC 免疫逃逸能力的增強也對當前疫苗及藥物研發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)。因此，深入探討SARS‐CoV‐2 復制周期中的入侵途徑，完善SARS‐CoV‐2 致病的分子機制，對于COVID‐19的診療意義深遠。