中大新聞網訊（通訊員周文良）由新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）感染所引起的新型冠狀病毒肺炎（Coronavirus disease 2019，COVID-19）已導致全球超過600萬人死亡，對人類健康與社會發展造成了破壞性影響。然而，針對COVID-19的特異性藥物仍較缺乏，其主要原因在于目前對SARS-CoV-2引起呼吸系統損傷的機制了解不足。
炎癥的本質是一種免疫防御反應，它是機體在遭受感染或傷害性刺激后所進行的保護性措施。在呼吸道，炎癥通常起始于上皮細胞對入侵病原體的識別過程，對維持呼吸系統穩態平衡具有十分重要的意義。然而，炎癥反應若失去控制轉化為持續而過度的病理性反應，將造成嚴重的不良后果。因此，深入探究機體穩態失衡與炎癥遷延不愈的機制，具有重要的理論與臨床轉化意義。
日前，周文良教授團隊與鐘南山院士團隊合作，在SARS-CoV-2致病機理方面取得重要進展。該聯合團隊利用電生理學、分子生物學、細胞生物學等實驗技術，深入闡明了細胞內氯離子作為病理性第二信使介導了COVID-19氣道炎癥遷延不愈的病理機制，相關研究成果以“SARS-CoV-2 nucleocapsid protein triggers hyperinflammation via protein-protein interaction-mediated intracellular Cl? accumulation in respiratory epithelium”為題發表在自然出版集團（NPG）旗下國際權威學術期刊《信號轉導與靶向治療（Signal Transduction and Targeted Therapy）》上，并以當期封面故事展示。
圖1 Signal Transduction and Targeted Therapy 2022年第8期封面
封面圖片將呼吸道上皮細胞描繪為一個桃源仙境，其中代表氯離子的河流通過細胞膜城墻上的氯離子通道CFTR大門流出；當SARS-CoV-2感染時，CFTR大門關閉，從而導致氯離子積累泛濫與炎癥風暴的發生
該研究以呼吸道上皮細胞株和原代培養的人呼吸道上皮細胞為體外研究模型，結合氣道內滴注SARS-CoV-2病毒蛋白與活病毒攻毒的小鼠在體模型，發現SARS-CoV-2核衣殼蛋白可與宿主細胞Smad3蛋白互作，通過募集microRNA-145介導氯離子通道囊性纖維化跨膜傳導調節因子（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR）的表達下調，從而抑制了跨上皮氯離子的分泌活動。鑒于氯離子分泌受阻很可能會導致細胞內氯離子穩態失衡，該研究進一步通過顯微離子成像技術，發現SARS-CoV-2核衣殼蛋白刺激可引起呼吸道上皮細胞內氯離子濃度異常升高，進而通過激活下游的氯離子敏感蛋白——血清糖皮質激素調節激酶1（serum glucocorticoid regulated kinase 1，SGK1）介導NF-κB信號通路活化，誘導炎癥反應的發生。另一方面，SARS-CoV-2核衣殼蛋白還可以通過NF-κB依賴的途徑介導磷酸二酯酶4（phosphodiesterase 4，PDE4）的表達上調，降低細胞內cAMP水平，進一步引起CFTR關閉，促使細胞內氯離子濃度維持在高水平，從而導致炎癥反應遷延不愈。與之相反，抑制/敲除SGK1，或予以PDE4抑制劑干預，均可以顯著抑制SARS-CoV-2核衣殼蛋白刺激所引起的持續性氣道炎癥。
圖2 細胞內氯離子調控SARS-CoV-2所致呼吸上皮炎癥反應的機制模式
綜上所述，該研究工作是國際范圍內率先報道的系統性闡述細胞內氯離子及其下游信號網絡在病毒感染所致呼吸系統損傷中的作用機制研究，對COVID-19的新藥研發與治療策略探索具有重要的理論指導意義。
該研究工作為周文良教授團隊近年來系列研究工作的延續成果。在2015年發表于美國國家科學院院刊Proc Natl Acad Sci U S A的論文中，周文良教授與倫照榮教授合作，發現剛地弓形蟲感染可引起呼吸道上皮細胞氯離子轉運受阻[1]。在2018年發表于NPG旗下免疫學國際權威期刊Mucosal Immunol的論文中，周文良教授及團隊骨干張藝林特聘副研究員成功鑒定出了一種新型的氯離子感應蛋白SGK1，并系統性地闡釋了細胞內氯離子在細菌感染所致慢性氣道炎癥性疾?。ㄌ貏e是支氣管擴張癥）中的炎癥信號轉導作用及其分子機制[2]。此后于2019、2021年分別發表于寄生蟲學國際權威期刊Int J Parasitol與PLoS Negl Trop Dis的2篇論文中，該研究團隊進一步驗證了細胞內氯離子異常積累在陰道毛滴蟲感染所致生殖道上皮損傷中同樣發揮了重要的作用[3-4]。結合本研究成果，細胞內氯離子異常累積普遍存在于病原體感染的過程中，這為該研究團隊所提出的細胞內氯離子作為病理性第二信使的概念提供了堅實的理論依據。相應地，以細胞內氯離子及其下游信號網絡為靶點的策略或可為多種慢性炎癥性疾病的治療提供新的探索方向。
該研究論文通訊作者為中山大學生命科學學院周文良教授、張藝林特聘副研究員與廣州呼吸健康研究院鐘南山院士。第一作者為中山大學生命科學學院陳磊、邱卓爾博士及廣州醫科大學關偉杰研究員、徐建邦博士。中山大學生命科學學院倫照榮教授、葉克難副教授為該工作提供了重要支持。此外，中山大學生命科學學院劉峰副教授為該工作中蛋白質-蛋白質互作實驗提供了技術指導意見。該工作得到廣州呼吸健康研究院開放課題（中國恒大集團所提供資金資助）、廣東省鐘南山醫學基金會科研資助基金及國家自然科學基金等項目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41392-022-01048-1
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