張榮博士等發現致關節炎類甲病毒如基孔肯亞病毒的細胞侵入受體

責編丨迦 漵

追溯至2004年，位於非洲東部的肯亞共和國爆發了一種癥狀為發熱、皮疹、肌肉疼痛、關節腫脹的傳染性疾病。該疾病迅速席捲了印度洋島嶼如留尼汪島（La Réunion）、印度以及東南亞國家，在短暫的兩三年時間內造成了預計六百萬以上的感染病例。其中，留尼汪島和大葛摩島（Grande Comore）的居民感染率高達 38%-50%【1】。該疾病的肆虐元兇就是臭名昭著的以蚊子為傳播媒介的基孔肯亞病毒（Chikungunya virus，CHIKV）。

基孔肯亞病毒最早於1952年在坦尚尼亞（現今）感染的病人中鑒定分離到【2】。「Chikungunya」源自Kimakonde語，即「扭曲」的意思。病人急性感染後癥狀與登革熱癥狀相似，雖然死亡率極低（約0.1%），但超過95% 的病人會出現關節痛或者關節炎，其中又有約30-40%的病人會發展成慢性的與內風濕性關節炎相似的癥狀，並將持續數月乃至數年，造成骨質疏鬆和關節損傷，嚴重影響病人的工作和生活質量。目前，該病毒已在全球超過50個以上國家爆發並且流行。中國周邊地區如巴基斯坦、印度、泰國、菲律賓等均有流行報道【2，3】，我國亦有零星輸入性病例，尤其南方地區防控形勢嚴峻。對於該病毒感染的防治，目前除了對症治療緩解病情，仍無有效的疫苗或抗病毒藥物。基孔肯亞病毒的重要傳播媒介——埃及伊蚊和白紋伊蚊，在熱帶和亞熱帶有著廣泛分布，隨著全球化進程的加快，國際交流的日益頻繁，該病毒的擴大傳播和爆發風險也在不斷增加（圖一）。

圖一、CHIKV流行毒株與傳播媒介蚊子的分布

基孔肯亞病毒是屬於披膜病毒科（Togaviridae）甲病毒屬（alphavirus）的成員，是有囊膜的單股正鏈RNA病毒。甲病毒屬成員主要分為兩大類，即致關節炎類（arthritogenic）如基孔肯亞病毒和致腦炎類（encephalitic）如委內瑞拉馬腦炎病毒（VEEV）等。致關節炎類病毒主要靶向感染肌肉、關節、皮膚、肝臟、脾臟等組織器官【4】。蚊子叮咬可將攜帶的病毒注入皮下，在局部繁殖並擴散至全身。病毒通過結合細胞表面的特異性受體，通過內化（internalization）進入細胞起始編碼蛋白的翻譯、複製、完成病毒粒子包裝和釋放【5】。

關於致關節炎類甲病毒為什麼會特異性的靶向感染關節和肌肉組織並造成關節炎，病毒學家艱苦探索，卻一直未找到答案。猜想之一是病毒利用了組織特異性表達的入胞受體。然而該類病毒在蚊子、人和各種動物都能流行傳播，宿主嗜性極廣，幾乎可以感染所有的細胞，複製速度極快，殺細胞能力也極強。由此研究人員又推測聰明的病毒可能利用了多套受體或途徑入侵細胞，並在感染不同宿主和組織細胞時切換使用，進而快速繁殖傳播，這些特點都增加了受體鑒定的難度。

近日，美國聖路易斯華盛頓大學醫學院Michael S. Diamond實驗室（第一作者張榮博士現為復旦大學基礎醫學院特聘研究員，「青年千人」）在Nature雜誌發表了題為Mxra8 is a receptor for multiple arthritogenic alphaviruses的研究論文，首次鑒定發現並系統的證明了這一致關節炎類甲病毒的細胞侵入受體。該團隊以基孔肯亞病毒為模型，採用了CRISPR-Cas9技術進行全基因組的篩選驗證，尋找到了病毒入侵的重要宿主因子Mxra8（一種見於哺乳動物、鳥類和兩棲動物中的黏附分子，也被稱為DICAM、ASP3 或limitrin）。研究發現，該因子只對一大類可引起關節炎的甲病毒成員如CHIKV、Ross River、Barmah Forest 、Mayaro 和 O』nyong nyong 等病毒特異性的起作用，而對可以引起腦炎的甲病毒成員以及其它不相關的有或無囊膜的RNA病毒無影響。該研究通過一系列的體外實驗證明，Mxra8是在病毒吸附和內化過程中發揮作用的細胞受體，而胞外區是結合病毒粒子、發揮功能的關鍵區域。採用抗體阻斷和丙氨酸突變掃描手段鑒定了該受體主要結合橫跨病毒囊膜蛋白E2的結構域A和B區（圖二），而該區域正是之前一直推測的受體結合域【6，7】。

圖二、受體Mxra8結合基孔肯亞病毒囊膜蛋白E2的關鍵區域

更重要的是，該研究還檢測到MXRA8在原代的人真皮成纖維細胞、滑膜成纖維細胞、成骨細胞、軟骨細胞和骨骼肌細胞中高表達，這些細胞恰恰都是致關節炎類病毒的靶細胞；通過抗體功能性地封閉該受體，病毒感染受到了不同程度的阻斷（圖三）。 另外，在小鼠疾病模型上，病毒感染之前或者之後給予受體的封閉性抗體，病毒引起的關節腫脹和病毒載量都顯著降低。綜上，這些研究結果揭示，受體Mxra8可能與病毒感染宿主後特異性地誘發關節炎有關聯性，並且可作為潛在的抗病毒治療藥物靶標。

圖三、MXRA8在人原代細胞上的表達與病毒感染

該文第一作者張榮博士對BioArt表示，「我們對該受體的具體作用機制仍有待深入了解，目前正從結構與功能關係層面解析，並在不影響受體的正常生理功能前提下，開發小分子阻斷病毒與之結合。另外，我們也在進一步的探索病毒可能存在的替代入胞受體和途徑。我們希望能在加深了解病毒侵入宿主和致病機理的基礎上，為抗病毒治療和疾病防控提供新的策略」。

據悉，2018年3月6日，國家衛計委官網（現衛健委）發布了《基孔肯亞熱診斷》的衛生行業標準，就疾病的診斷依據、原則和檢測方法作了詳細介紹，並將於2018年8月1日起實施，對口岸檢疫診斷規範化和疾病防控有著積極指導意義。

張榮博士簡介及課題組招聘信息：

張榮博士現為復旦大學基礎醫學院教育部/衛健委醫學分子病毒學重點實驗室PI，博士生導師，中組部第十四批「青年千人」入選者。課題組主要以威脅人類公共衛生安全的重要新發再現蟲媒病毒為研究對象，探究病毒感染與致病機制。張榮博士在冠狀病毒、黃病毒、披膜病毒、布尼亞病毒等領域取得系列研究成果，以第一作者在Nature(2016，2018)，PNAS，MBio，J Virol等國際權威期刊發表論文多篇，申請美國發明專利三項。課題組主要以威脅人類公共衛生安全的重要新發再現人畜共患病毒，尤其蟲媒病毒為研究對象，解析病毒的入胞與宿主嗜性、複製與基因表達調控、感染的免疫逃逸機制等，探尋促進或拮抗感染的宿主因子與病毒相互作用關係。課題組將在前期大量工作積累的基礎上，繼續開展相關的後續研究。

參考文獻：

1. Suhrbier, A., Jaffar-Bandjee, M. C. & Gasque, P. Arthritogenic alphaviruses--an overview.Nature reviews. Rheumatology8, 420-429,doi:10.1038/nrrheum.2012.64 (2012).

2. Silva, L. A. & Dermody, T. S. Chikungunya virus: epidemiology, replication, disease mechanisms, and prospective intervention strategies.The Journal of clinical investigation127, 737-749,doi:10.1172/JCI84417 (2017).

3. Schwartz, O. & Albert, M. L. Biologyandpathogenesis of chikungunya virus.Nature reviews. Microbiology8, 491-500,doi:10.1038/nrmicro2368 (2010).

4. Chen, W. et al. Arthritogenic alphaviruses: new insights into arthritis and bone pathology.Trends inmicrobiology23, 35-43,doi:10.1016/j.tim.2014.09.005 (2015).

5. Tang, B. L. The cell biology of Chikungunya virus infection.Cellularmicrobiology14, 1354-1363,doi:10.1111/j.1462-5822.2012.01825.x (2012).

6. Voss, J. E. et al. Glycoprotein organization of Chikungunya virus particles revealed by X-ray crystallography.Nature468, 709-712,doi:10.1038/nature09555 (2010).

7. Li, L., Jose, J., Xiang, Y., Kuhn, R. J. & Rossmann, M. G. Structural changes of envelope proteins during alphavirus fusion.Nature468, 705-708,doi:10.1038/nature09546 (2010).

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