Den molekylära mekanismen för SARS-CoV-2 som undviker värd antiviral medfödd immunitet

Abstrakt

Det nyligen identifierade allvarliga akuta respiratoriska syndromet Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) har resulterat i en global hälsonödsituation (COVID-19) på grund av dess snabba spridning och höga dödlighet. Sedan virusepidemin har många patogena mekanismer avslöjats och virusrelaterade vacciner har framgångsrikt utvecklats och tillämpats i klinisk praxis. Pandemin utvecklas dock fortfarande och nya mutationer dyker fortfarande upp. Viruspatogenicitet är nära relaterad till värdens immunstatus. Eftersom medfödd immunitet är kroppens första försvar mot virus, är förståelsen av SARS-CoVs hämmande effekt-2 på medfödd immunitet av stor betydelse för att bestämma målet för antiviral intervention. Den här recensionen sammanfattar den molekylära mekanismen genom vilken SARS-CoV-2 undkommer värdens immunsystem, inklusive undertryckande av medfödd immunproduktion och blockering av adaptiv immunförsvar. Här ägnade vi oss å ena sidan åt att sammanfatta den kombinerade verkan av medfödda immunceller, cytokiner och kemokiner för att finjustera resultatet av SARS-CoV-2-infektion och den relaterade immunopatogenesen.

Å andra sidan fokuserade vi på effekterna av SARS-CoV-2 på medfödd immunitet, inklusive förstärkning av viral adhesion, ökad hastighet av virusinvasion, inhibering av transkription och translation av immunrelaterat mRNA, ökning av cellulärt mRNA nedbrytning och inhibering av proteintransmembrantransport. Denna översyn av den underliggande mekanismen bör ge teoretiskt stöd för att utveckla framtida molekylärt riktade läkemedel mot SARS-CoV-2. Ändå är SARS-CoV-2 ett helt nytt virus, och människors förståelse för det är i snabb tillväxt, och olika nya studier genomförs också. Även om vi strävar efter att göra vår recension så omfattande som möjligt, kan det fortfarande finnas ofullständighet.

Molekylärt riktade läkemedel avser läkemedel som riktar sig mot specifika molekyler eller signalvägar i cancerceller, som kan döda cancerceller mycket selektivt utan att orsaka för mycket skada på normala celler. Men molekylärt riktade läkemedel kan också påverka immunsystemet och därigenom påverka immuniteten. Vissa molekylärt riktade läkemedel kan hämma funktionen hos immunceller som T-celler, B-celler och naturliga mördarceller och därigenom minska immuniteten. Till exempel kan vissa tyrosinkinashämmare och PI3K-hämmare undertrycka aktiviteten hos T-celler, vilket minskar deras förmåga att känna igen och attackera cancerceller. Immunitet är också mycket viktigt i det dagliga livet. Vi behöver det för att hjälpa oss stå emot invasionen av virus. Studier har visat att Cistanche också kan förbättra immuniteten. Polysackariderna i Cistanche kan reglera immunsvaret hos det mänskliga immunsystemet, Förbättra stressförmågan hos immunceller och förbättra den bakteriedödande effekten av immunceller.

Klicka cistanche deserticola tillägg

Nyckelord:

SARS-CoV-2, COVID-19, antiviral medfödd immunitet, molekylär mekanism, PRR.

Introduktion

En ny coronavirussjukdom, COVID-19, har skapat en global pandemi 2020, vilket innebär en enorm utmaning för sjukvårdssystem och drabbade samhällen. Covid-19 orsakas av allvarligt akut respiratoriskt syndrom-coronavirus-2 (SARS-CoV-2) som visar sig som bronkit, lunginflammation eller en allvarlig luftvägssjukdom. Viruspatogenicitet är nära relaterad till värdens immunstatus. Kroppens immunitet, inklusive medfödd immunitet och förvärvad specifik immunitet, är nyckeln till att motstå virusinvasion. Medfödd immunitet är kroppens första försvar mot virus, och den är också grunden för kroppens specifika immunitet [1].

Immunsvaret under SARS-CoV-2-infektion går igenom två huvudfaser: en skyddsfas baserad på immunförsvar, medan den andra kännetecknas av omfattande inflammation. Vissa SARS-CoV-2-infekterade patienter blir allvarligt sjuka eftersom viruset undertrycker värdens immunsvar i det första steget och producerar en inflammatorisk storm i det andra. Så det grundläggande tillvägagångssättet i behandlingshantering är att öka immuniteten i det första steget och undertrycka det i det andra steget. Den här recensionen fokuserar främst på hur SARS-CoV-2 hämmar värdens medfödda immunitet och fördröjer uppkomsten av adaptiv immunitet under det första steget efter att det infekterat värden.

Viral vidhäftning

Som alla virus är SARS-CoV-2 livscykel indelad i tre stadier; inträde (vidhäftning, fusion, avbeläggning), genomreplikation (replikation och proteintranslation) och exit (sammansättning, mognad och frisättning) [2]. Det första steget för ett virus att invadera en värd är viral adhesion. Virusinfektion förlitar sig på cellinträde och använder värdmekanismer för att replikera kopior av viruset, som värden sedan släpper. Virusets inträde i värdceller förmedlas huvudsakligen av S-proteinet, vilket gör att virus fäster vid värdcellsreceptorer, främjar fusionen mellan värd och virusmembran och möjliggör framgångsrikt inträde av virus i värdceller [3, 4]. Flera receptorer är involverade i vidhäftningen och invasionen av SARS-CoV-2 i människokroppen, och angiotensinomvandlande enzym 2 (ACE2) är en erkänd receptor. Andra möjliga interaktionsställen som arginin-glycin-asparaginsyra (RGD) motiv och DPP4 studeras också omfattande. Förutom ACE2 kräver SARS-CoV-2-infektion dussintals värdfaktorer, såsom arginin–glycin–asparaginsyra (RGD) motiv och DPP4, som också studeras omfattande. SARSCoV-2 använder clathrin-medierad endocytos för att få tillgång till celler är också en nyckelaspekt av virusinfektivitet. Helgenom-CRISPR-screeningar har identifierat att regulatorer för endocytisk trafficking, såsom SNX27 och retromer, krävs för SARS-CoV-2-infektion[5].

ACE2

ACE2 är för närvarande erkänt som SARS-CoV-2-receptorn, som spelar en viktig roll vid vidhäftning och invasion av virus. Den tredimensionella kristallstrukturen av SARS-CoV-2 spikreceptorbindande domän (RBD) komplexbunden med dess receptor, humant ACE2, har också lösts [6]. ACE2 uttrycks i hela kroppens kärl, vilket ger SARS-CoV-2 tillgång till flera organsystem [7, 8]. Det finns två former av ACE2, fullängdsmembran ACE2 (mACE2) och en löslig form sACE2 [9]. Te mACE2 är receptorstället för spike-proteinet (S) av SARS-CoV-2 och kan orsaka en ökning av AngII och ytterligare aktivering av AngII/AT1R-axeln, vilket förvärrar inflammationen. När det gäller den lösliga formen visade studier att en förhöjd nivå av sACE2 korrelerar med sjukdomens svårighetsgrad, möjligen på grund av en ökning av AngII [10, 11]. Det finns också studier som visar att den förhöjda sACE2-nivån kan vara bevis på det ökade uttrycket av mACE2 och kan också öka aktiviteten av ADAM17, vilket ökar känsligheten för SARS-CoV-2 [12]. Vissa forskare har dock föreslagit att förhöjda sACE2-nivåer kan ha en skyddande effekt eftersom de hämmar SARS-CoV-2 från att binda till mACE [9]. S-proteinet på SARS-CoV-2-höljet är sammansatt av S1- och S2-subenheter, och S1-protein/receptorinteraktionen är en nyckeldeterminant för infektion av värdarter av SARSCoV-2 [13].

Since ACE2 is widely expressed in human organ tissues, including nasal and oral mucosa, vascular system, and gastrointestinal tract (GI), this allows SARS-CoV-2 to infect the human body in various ways [14, 15]. The nasal epithelium is the main route of SARS-CoV-2 infection. Studies have shown that the expression of ACE2 in the nasal epithelium of older children (10–17 years old), adolescents (18–24 years old), and adults (>25 år) är högre än hos små barn (4–9 år), vilket kan vara en av anledningarna till att små barn inte är mottagliga för detta virus eller har relativt milda symtom efter infektion [16]. Även om uttrycket av ACE2 i lungorna är mycket lågt, uppvisar de flesta patienter med SARS-CoV-2-infektion andningsbesvär. Det anses att SARS-CoV-2 orsakar en rad inflammatoriska reaktioner, såsom frisättning av interferoner, vilket förstärker uttrycket av ACE2 och därmed förstärker infektionen [17, 18].

RGD

Det allestädes närvarande arginin-glycin-asparaginsyra (RGD) motivet är välkänt för sin roll i cellvidhäftning och cellvidhäftning. RGD-motivet är den minimala peptidsekvens som krävs för att binda proteiner från integrinfamiljen, som vanligtvis används som receptorer av många humana virus [19]. Virala proteiner med RGD-motiv främjar infektion genom att binda integrinheterodimerer, aktivera fosfatidylinositol-3 kinas (PI-3 K) eller mitogenaktiverat proteinkinas (MAPK), och därigenom underlätta vidhäftning och infektion av virusceller [20] . Studier har visat att RGD kan spela en roll i vidhäftningen och invasionen av SARS-CoV-2 [21, 22]. RGD-motivet kan binda integriner på ett parallellt eller sekventiellt ACE2-oberoende sätt, vilket spelar en viktig roll i den snabba spridningen av SARSCoV-2 [23]. Ca2 plus-joner kommer att förbättra bindningen av det virala spikproteinet till värdcellen, vilket kommer att främja virusets inträde i cellen för infektion, replikation och patogenes [22].

Dipeptidylpeptidas 4 (DPP4)

DPP4, även känd som cluster of differentiation 26 (CD26), är receptorn för Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) och har nyligen föreslagits som ett potentiellt läkemedelsmål för COVID-19 [24]. Vankadari et al. visade att humant DPP4/CD26 kan interagera med S1-domänen av SARS-Cov{10}} spike-glykoproteinet [25]. De beskrev en komplex modell för dockning mellan SARS-CoV-2 spike glykoprotein och DPP4, som visar det stora gränssnittet mellan dessa proteiner, som är mycket likt andra coronavirus som använder DPP4 som en funktionell receptor, som CoVHKU4 och MERS- CoV, vilket tyder på att förutom ACE2 kan andra molekyler på cellytan påverka viral adhesion.

Endocytos

Endocytos var ett vanligt sätt för viruset att komma in i värdcellen och denna process var en nyckelaspekt av virusinfektivitet. I SARS-CoV-2-infektionsprocessen använde den sitt S-protein för att interagera med cellytan, och efter ingrepp med plasmamembranet genomgår SARS-CoV-2 snabb endocytos [26]. Bayati et al. fann att genom att ta bort clathrin tung kedja i celler blockerades clathrin-medierad endocytos och viral smittsamhet minskade [26]. Dessa data visade att SARS-CoV-2 spikeprotein internaliseras av clathrin-medierad endocytos.

Förutom ACE2 som nämns ovan är många andra molekyler involverade i endocytosmekanismen för SARSCOV-2. NRP1 rapporterades också som en SARS-CoV-2-receptor och spelade en viktig roll i CendR-associerade endocytosmekanismer [27]. Tidigare data hade visat att ACE2-receptorer var det huvudsakliga sättet för SARS-CoV-2 att rikta sig mot lungan och komma in i kroppen. Icke-muskelmyosin tung kedja IIA (MYH9) identifierades som en ACE2-koreceptor, den kunde kolokalisera med SARS-CoV-2 S-protein vid membranet och förbättra SARS-CoV-2-inträde genom endocytos [28 ]. Jia fann att SNX27 medierade endocytosvägen för SARS-COV-2. SNX27 kan förmedla endocytos av S-protein, främja dess ytuttryck och förbättra transfektionseffekten av S-pseudovirus [5]. Interaktion mellan Fc-regioner av antikroppar på virusets yta med Fc-receptorer hos målceller är det andra sättet för endocytos. Medan Fc-receptorer uttrycktes stimulerades av viral partikelendocytos in i cellen [29]. Framför allt bestäms ödet för SARS-CoV-2 i cellen både av typen av receptor och den intracellulära transportvägen.

Undertryckande av medfödd immunitet

Efter virusinfektion agerar däggdjurets medfödda immunsystem snabbt för att upptäcka och blockera virusinfektion i alla stadier av den virala livscykeln. Människans medfödda immunitet spelar en nyckelroll för att upprätthålla hälsan genom att skydda den från coronavirus. Dess nivå betraktas som en alternativ lösning innan effektiva läkemedel och vacciner introduceras [30]. Shi et al. föreslog två faser under immunsvaret som induceras av SARS-CoV-2-infektion [31]. Den första immunförsvarsbaserade skyddsfasen av SARSCoV-2-infektion, nära förknippad med medfödda immunsvar, är mycket viktig. Utgå från bevisen att medfödda immunceller och pro-inflammatoriska cytokiner var huvudaktörerna i det medfödda immunsvaret, avgörande för det slutliga resultatet av covid-19-infektion. De medfödda immuncellerna kunde känna igen viruset och utlösa en lokal medfödd respons på virusclearing.

Dendritiska celler, makrofager, neutrofiler och NK-celler är den första försvarslinjen som initierar ett immunsvar och påverkar dess typ och intensitet. Frekvensen av monocyter, makrofager och neutrofiler var högre i BALF av SARS-CoV-2-infektionsgrupper. Jämfört med milda fall var andelen makrofager och neutrofiler högre, och mDC-, pDC-, T- och NK-celler var lägre hos svåra patienter [32]. Hämningen av SARS på medfödda immunceller visas huvudsakligen i följande aspekter.

NKG2A och apoptos av NK-celler

Studier har bekräftat att medfödda lymfoida celler (ILC) var lägre hos vuxna covid-19 slutenpatienter, särskilt i svåra fall, och ILC-förekomsten var omvänt proportionell mot sannolikheten och varaktigheten av sjukhusvistelse och svårighetsgraden av inflammation [33, 34] . Cao et al. visade att det totala antalet NK-celler minskade signifikant i allvarliga COVID-19-fall jämfört med icke-svåra [35]. Te CD94/NK grupp 2 medlem A (NKG2A) är en heterodimer hämmande receptor uttryckt av NK-celler [36]. Det kan binda till icke-klassiska HLA klass I-molekyler (HLA-E) och hämma NK-celltoxicitet och cytokinutsöndring genom två hämmande immunreceptortyrosinhämmande molekyler [37]. Studier har visat högt uttryck av NKG2A hos covid-19-patienter. Uppreglering av NKG2A var associerad med utmattning av NK-celler i det tidiga skedet av SARSCoV-2-infektion och var därför associerad med allvarlig sjukdomsprogression [38]. Bortolotti samodlade spikprotein transfekterade lungepitelceller med NK-celler och fann att uttryck av SARS-CoV-2 spike-1 protein (SP1) i lungepitelceller ledde till minskad degranulering av NK-celler.

Samtidigt, när SP1 uttrycks i lungepitelceller, ökar regleringen av NK-cellshämningsreceptorn NKG2A/CD94. Det föreslås att SP1 uttrycks i lungepitelceller efter SARS-CoV-2-infektion och påverkar NK-celler genom HLA-E/NKG2A-interaktion. Utarmning av NK-celler kan vara involverad i immunpatogenesen av SARS-CoV-2-infektion [39]. NKG2A har studerats mycket vid cancer. Blockering av NKG2A i cancer kan återställa NK-funktionen och därmed reglera tumörtillväxt. Däremot uppreglerar SARS-CoV-2 nivån av NKG2A i NK-celler, vilket leder till att immunsvaret mot viruspatogener misslyckas, och därmed åsidosätter värdens medfödda immunsvar [40]. Därför förväntas användningen av NKG2A-hämmare återställa kroppens medfödda immunfunktion vid covid-19 och därmed uppnå terapeutiska effekter.

ORF8 och immunundandragande

SARS-CoV-2 öppen läsram 8 (ORF8) var ett av de snabbast utvecklade beta-coronavirusproteinerna. Den hade en hypervariabel gen som kunde underlätta virusanpassningen till den mänskliga värden [41]. Strukturen, funktionen och sekvensvariationen av ORF8 kan vara avgörande för SARS-CoV-2 som en dödlig mänsklig patogen. Tomas G och hans kollegor fann att SARS-CoV-2 ORF8 hade en speciell kristallstruktur, genom en kovalent disulfidkopplad dimer och separat icke-kovalent gränssnitt från unika storskaliga sammansättningar, vilket kan göra ORF8 till ett snabbt utvecklande tillbehörsprotein som förmedlar unikt immunundertryckande och undvikande aktiviteter [42]. SARSCOV-2 ORF8 kan förmedla immunundandragande genom nedreglering av MHC-Ι [43]. Studien visade att ORF8-proteinet hade en funktion av att försämra antigenpresentationssystemet och i ORF8-uttryckande celler riktas MHC-Ι-molekyler selektivt för lysosomal nedbrytning. Detta resulterar i att cytotoxiska T-celler inte helt kan rensa SARS-COV-2-infekterade celler.

I Singapore fann forskare en SARS-COV-2-variant med 382 nukleotidfragment som saknades i ORF8-genfragmentet (∆382), och att patienter med varianten i allmänhet hade en mild sjukdom och krävde mindre syrgasbehandling än de som var infekterade med vildtypsvirus, vilket tyder på att ORF8 spelade en viktig roll i patogeniciteten av SARSCOV-2 [44]. ORF8 är ett utsöndrat protein som antikroppar kan behandla som den huvudsakliga markören för SARS-CoV-2-infektioner [45]. Att hämma den antivirala signalvägen var ett viktigt sätt att bli av med värdens medfödda immunförsvar. ORF8 screenades som det huvudsakliga virala proteinet som visade stark hämning på typ I-interferon (IFN-) och NF-KB-responsiv promotor [45]. ORF8 påverkade också genom IFN-I-signalering den intracellulära immuniteten och genom de mitogenaktiverade proteinkinaserna (MAPK) påverkade tillväxtvägar [46].

Minskat antal och nedsatt funktion hos DC

När de infekterades med SARS-CoV-2 reducerades DCs signifikant med funktionsnedsättning, och förhållandet mellan konventionella DCs (cDC) och plasmacytoid DCs (pDC) ökade bland akuta allvarliga patienter, vilket kan förklara minskningen av interferonproduktionen och den tidiga minskningen av medfödd immunitet mot SARSCoV-2-infektion [47]. Dessutom, jämfört med friska donatorer, inducerades CD80, CD86, CCR7 och HLA-DR signifikant i pDCs, cDC1 och cDC2, vilket implicerade att mognad av DCs påverkades av SARSCoV-2-infektion [47]. Zhou et al. visade att funktionaliteten hos covid-19 patienthärledda DCs skulle inducera spridningen av allogena CD4- och CD8-T-celler genom in vitro-tester. Så även om rikliga neutraliserande antikroppar mot RBD och NP upptäcktes hos SARS-CoV-2-infektionspatienter, var T-cellssvaret anmärkningsvärt försenat på grund av det minskade antalet och nedsatt funktion av DCs [47]. Jämfört med friska fall undergrävdes uttrycket av IFN-, huvudsakligen producerat av pDC, hos SARS-CoV-2-infekterade patienter [48]. En annan studie analyserade de perifera blodproverna från SARS-CoV-2-infekterade patienter och fann att cDCs var signifikant utarmade hos dem som diagnostiserades med akut andnödsyndrom (ARDS) [49].

En tidigare studie fann att antigenpresenterande celler (APC) infekterade med MERS-CoV leder till brist på DC-signaler, vilket resulterar i ineffektiviteten hos T-cellssvar på viruset och främjar NK-celler som deltar i apoptos [50]. MERS-CoV har visats infektera MoDCs, vilket snabbt inducerar höga uttrycksnivåer av IFN-, IP-10, IL-12 och RANTES. Nyligen visade studier att SARS-CoV-2-infektion nedreglerade ACE2-uttrycket i moDCs [51]. Undersökningar fann också att MoDC var tillåtande för SARS-CoV-2-infektion och proteinuttryck men stödde inte produktiv virusreplikation. De visade att SARS-CoV-2 försvagade immunsvaret i moDCs genom antagoniserad STAT1-fosforylering. Därefter beskrev Parker och kollegor repertoaren av humana leukocytantigen klass II-bundna peptider presenterade av HLA-DR olika monocythärledda dendritiska celler pulsade med SARS-CoV-2 spikprotein, i hopp om att förstå och framkalla skyddande immunsvar mot SARS-CoV-2 [52]. Baserat på dessa studier ansågs DCs ha en avgörande roll i att avslöja hur värden försvarar sig mot invasion av SARS-CoV-2. Nyligen har Han et al. föreslog att den dendritiska cellbaserade terapeutiska metoden kan vara en potentiell strategi för SARS-CoV-2-infektion [53].

Överdriven inflammation av makrofager och neutrofiler

Makrofager och neutrofiler kan fungera som proinflammatoriska immunceller, vilket bidrar till överdriven inflammation som resulterar i systemiska manifestationer och multiorgandysfunktioner, särskilt hos patienter med svår covid-19 med svåra symtom. Toor et al. identifierade också att hyperaktivering av makrofager och neutrofiler ledde till ARDS och till och med efterföljande död i COVID-19-fall och genom tempererad makrofagplasticitet hjälpte till att kontrollera och hantera SARS-CoV-2-infektion [54]. Makrofager producerar pro-inflammatoriska cytokiner efter att ha detekterat ett brett spektrum av patogenassocierade molekylära mönster (PAMP) med hjälp av mönsterigenkänningsreceptorer, såsom toll-like receptors (TLR). Shirato K hade rapporterat att SARS-CoV-2 spikprotein S1-subenheten starkt inducerar IL-6- och IL-1-produktion i murina och mänskliga makrofager genom att aktivera TLR4-signalering genom c-Jun N-terminal kinas (JNK) och nukleär translokation av nukleär faktor-KB (NF-KB) väg y[55]. P44/42 MAPK- och Akt-vägarna frisätter pro-inflammatoriska faktorer i makrofager [56]. Infektion av SARS-CoV-2 genom CD147 initierade JAK-STAT-vägen, vilket ytterligare inducerade uttryck av cyklofilin A (CyPA); CyPA band ömsesidigt till CD147 och utlöste MAPK-vägen.

Följaktligen reglerade MAPK-vägen uttrycket av cytokiner och kemokiner, vilket främjade utvecklingen av cytokinstormar [57]. Torne et al. upptäckte att aktivering av cytoplasmatiska RNA-sensorer RIG-I och MDA5 utlöser en robust medfödd immunrespons när SARS-CoV-2 invaderar. De inflammatoriska mediatorerna som produceras under epitelcellsinfektion kan stimulera primära humana makrofager för att förbättra cytokinproduktionen och driva cellulär aktivering [58]. Neutrofiler från covid-19-patienter fungerade som en drivkraft för hyperinflation med ökad cytokinutsöndring och celldegranulering [59]. Det observerades också att HLA-DR var försämrad på ytan av SARS-CoV-2-infekterade neutrofiler och PD-L1-expression ökade, vilket resulterade i en minskning av Ag-presentationskapacitet. En minskning av Ag-presentation observerades dock även hos monocyter, och förändringen i monocytfenotyp visades vid olika sjukdomsstadier hos covid-19-patienter [60, 61].

Hämmar interferonproduktion

I det medfödda immunsystemet öppnar värdceller snabbt flera signalkaskader genom att känna igen patogenrelaterade molekylära mönster (PAMP), vilket leder till transkriptionell induktion av typ I- och typ III-interferoner (IFN) [62, 63]. Bastard et al. och Zhang et al. visade att IFN-signalering var viktig i försvaret mot SARS-CoV-2. De observerade också att begränsning av IFN-signalvägen leder till allvarlig covid-19 [64, 65]. Chen et al. rapporterade att låg produktion av IFN- var associerad med allvarliga fall av covid-19 [66]. Dessutom, i den etablerade SARS-Cov-2-infektionsmössmodellen, verkade typ I, typ II och typ III IFN inte vara uppreglerade. Medan typ I IFN-signalering krävs för att rekrytera proinflammatoriska celler till lungorna och ISG-uttryck, inte för viralt clearance. Så dessa resultat indikerar att typ I-interferon inte kan hämma SARS-CoV-2-virusreplikation men kan leda till viktiga patologiska reaktioner [67]. Nyligen har det rapporterats att MDA5-signalvägar som inducerar IFN-svaret styr det medfödda immunsvaret mot SARS-CoV-2 i lungepitelceller [68].

Vidare utforska de reglerande mekanismerna för IFNpathway-signalering som ligger bakom SARS-CoV-2s-infektion, den JAK-1/2-inducerade STAT som transducerar signaler nedströms om IFN-receptorn, inklusive STAT1, var signifikant upphöjd. Intressant nog kunde Janus kinashämmaren (JAKi) Ruxolitinib neutralisera SARS-CoV2-medierad komplementaktivering, vilket indikerar att IFN-vägen är associerad med svårighetsgraden av COVID-19-patienter [70]. Sammantaget är den hämmade IFN-vägen huvudmekanismen för SARS-CoVs höga patogenicitet-2.

Tidigare har forskare observerat att cytokinstormen fanns i SARS-CoV eller MERS-CoV allvarliga fall [71]. Nyligen har Wang et al. bekräftade att cytokinstormen även dök upp hos allvarliga patienter infekterade av SARSCoV-2 [72]. Immunceller som NK-celler, makrofager, DC, neutrofiler, monocyter och vävnadsresidenta celler som epitel- och endotelceller bidrar till SARSCoV-2 cytokinstormen. Höga pro-inflammatoriska cytokiner och kemokiner, såsom IL-1, IL-2, IL-6, IL-7, IL-10, TNF-, IFN- , G-CSF, CCL2, CXCL10 upptäcktes på covid-19-patienter. Alltså leder överutsöndringen av proinflammatoriska cytokiner genom SARS-CoV-2-infektion till allvarliga utfall.

Dessa fynd indikerade att immuncellerna ger kritiska insikter i den medfödda immunigenkänningen och signaleringssvaret på SARS-CoV-2. Sammantaget ger dessa fynd kritiska insikter om medfödd immunigenkänning och den molekylära grunden för signaleringssvar på SARS-CoV-2. Därför är medfödd immunitet avgörande för tidig kontroll av infektion. Dessutom bör vi ytterligare förstå den molekylära mekanismen hos vissa virala proteiner som hämmar immunitet.

SARS-CoV-2 kodar för ett brett spektrum av virala strukturella proteiner och icke-strukturella proteiner (NSP) med olika funktionella roller i viral replikering och förpackning som påverkar IFN-signalvägen och i sin tur försämrar den IFN-medierade antivirala substansen svar [4]. De viktigaste proteinerna är NSP1, NSP8, NSP9 och NSP16, som spelar en viktig roll för att hämma värdtranskription, translation och proteintransport.

Icke-strukturella proteiner1 (NSP1)

Nsp1 kodas vid de 5'-ändarna av ORF1a och är det första koronavirala proteinet som produceras i infekterade celler. Tidigare studier har visat att Nsp1 spelar en viktig roll för att undertrycka värdtranslation på SARS-CoV-1 och inducera mRNA-klyvning och sönderfall [73], vilket leder till cellinneboende medfödda immunsvar hämmade såsom interferonsignalering avbruten [74– 77]. Jiang et al. [78] screenade alla virala proteiner av SARS-CoV-2 för protein-protein-interaktioner av ett däggdjurs tvåhybridsystem. De upptäckte att Nsp1 av SARS-CoV-2 har de mest interagerande partnerna bland alla virala proteiner och sannolikt fungerar som ett nav för de virala proteinerna. Mekanismen som SARS-CoV-2 Nsp1 hämmar översättning har förblivit dåligt förstådd tills nyligen. Schubert et al. [65] och Toms et al. [68] gav insikter i hur Nsp1 binder till 40S-subenheten av ribosomen och blockerar mRNA-ingångskanalen.

Med hjälp av kryo-elektronmikroskopi belyser de två studierna områden av interaktion mellan Nsp1 och ribosomen och visar 5'UTR för det virala transkriptet. SARS-CoV-2 Nsp1 orsakar translationshämning genom att steriskt blockera ingångsregionen för mRNA-kanalen i de fria 40S-subenheterna, 43S-förinitieringskomplexet och i tomma, icke-translaterande 80S-ribosomer [79]. Mendez et al. [80] fann att centrala regioner av nsp1 inte deltar i dockningen till 40S mRNA-ingångskanalen, trots det stabiliserar dess association med ribosomen och mRNA, vilket ökar dess begränsning av värdgenexpression och möjliggör mRNA som innehåller SARS-CoV-2 ledarsekvens för att undkomma translationellt förtryck. Den senaste litteraturen visar att översättningsutdata från reportrar som innehåller fullängds virala 5′otranslaterade regioner (UTR) är avsevärt förbättrad, vilket kan förklara hur Nsp1 hämmar global translation samtidigt som de fortfarande översätter tillräckliga mängder virala mRNA [79]. Det verkar dock som om effekten av Nsp1 är begränsad till translationell hämning med liten om någon direkt effekt på immunsvarsgentranskription och mRNA-stabilitet [81].

Icke-strukturellt protein 8 (NSP 8) och icke-strukturellt protein 9 (NSP 9)

Under infektion av mänskliga celler visade sig SARS-CoV-2 NSP 8 och NSP 9 vara väsentliga för replikering genom att binda signaligenkänningspartikeln (SRP) och störa proteinhandeln [82, 83]. SRP är ett universellt konserverat komplex som binder till 80S-ribosomen och verkar för att samtranslationellt skanna den begynnande peptiden för att identifiera hydrofoba signalpeptider som finns i integrala membranproteiner och proteiner som utsöndras från plasmamembranet [84]. NSP8 och NSP9 observerades att kunde binda till 7SL RNA i signaligenkänningspartikeln och störa proteinhandeln till cellmembranet vid infektion [85]. I överensstämmelse med detta visar studien att NSP8 och NSP9 lokaliseras brett i hela cytoplasman när de uttrycks i mänskliga celler eller vid SARS-CoV-2-infektion [83, 86]. Avbrott i SRP leder till en global minskning av puromycinnivåerna i cellmembranet och undertrycker proteinintegration i cellmembranet i SARS-CoV-2-infekterade celler.

Dessutom, genom att motverka membranhandel, kan SARS-CoV-2 förhindra att virala antigener presenteras på MHC och tillåta infekterade celler att undkomma igenkänning och eliminering av T-celler. På detta sätt kan interferens med dessa väsentliga cellulära processer ytterligare hjälpa SARSCoV-2 att undvika värdens immunsvar. Samtidigt avslöjar studien att NSP8/9-medierad viral suppression av SRP skulle verka för att undertrycka IFN-svaret vid infektion [83].

Icke-strukturella proteiner16 (NSP 16)

Nsp16, ett 2'-O-metyltransferas (2'-O-MTase), utgör en del av replikations-transkriptionskomplexet och spelar en viktig roll i mRNA-translation, virusreplikation och flykt från värdcellens medfödda svarssystem [87– 89]. Nsp16 uppnår detta genom att efterlikna sin humana homolog, CMTr1, som metylerar mRNA för att förbättra translationseffektiviteten och särskilja sig från andra för att undkomma IFIT-medierad undertryckning [90]. NSP16 binder till 5'-splitsplatsigenkänningssekvensen för U1 och förgreningspunktigenkänningsplatsen för U2. I överensstämmelse med U1/U2, Banerjee et al. observerade att NSP16 lokaliseras i kärnan vid SARS-CoV-2-infektion i mänskliga celler och stör global mRNA-splitsning i SARS-CoV-2-infekterade mänskliga celler, och hämning av mRNA-splitsning undertrycker värdens interferonsvar på virusinfektion [83]. Flera studier har visat att Nsp16 underlättar överföringen av en metylgrupp från dess S-adenosylmetionin (SAM) kofaktor till 2′-hydroxylen av ribossocker i viralt mRNA [91]. Denna metylering förbättrar translationseffektiviteten och kamouflerar mRNA så att det inte känns igen av intracellulära patogenigenkänningsreceptorer, såsom IFIT och RIG-I [90, 92]. På grund av sin viktiga roll i SARS-CoV-2-replikering är NSP16 ett av de mycket livskraftiga målen för läkemedelsupptäckt [93].

Förutom NSP 1, NSP 8, NSP 9 och NSP 16 (Fig. 1), spelar andra typer av NSP en viktig roll i kroppens immunitet och inflammation. Nyligen har Xu et al. [94] fann att NSP12 kunde främja aktiveringen av RIPK1 och leda till ett systemiskt inflammatoriskt svar, känt som cytokinstorm, vilket kan leda till döden. NSP12 323L-variant som bär en Pro323Leu-aminosyrasubstitution i NSP12 visade en ökad förmåga att aktivera RIPK1, vilket tyder på att hämning av NSP12 kan vara ett terapeutiskt alternativ för behandling av covid-19. Russo et al. avslöjade att NSP3-makrodomänen reverserar PARP9/DTX3L-beroende ADP-ribosylering inducerad av interferonsignalering för att motverka värdens medfödda immunsvar [95].

Hämmar adaptiv immunförsvar

Hos covid-19-patienter fanns det vissa tecken på en omvänd korrelation mellan överflöd av T-celler och sjukdomens svårighetsgrad. DiPiazza et al. observerade högre CD8 plus /CD4 plus T-cellkvoter i milda fall, medan den motsatta trenden hittades i svåra fall [96]. SARS-CoV-2-infektion kan motstå kroppens antivirala immunitet genom att förstöra funktionen hos cytotoxiska lymfocyter i ett tidigt skede [38]. Antalet CD8 plus T-celler rapporterades minska under COVID-19-infektion, och i allvarliga fall minskade minnes-CD4 plus T-celler och T-regulatoriska celler signifikant [97]. Antal lymfocyter, CD3 plus T-celler och CD8 plus T-celler var signifikant högre hos patienter med milda stadier och/eller endast milda symtom än hos patienter med svår sjukdom [35].

SARS-CoV-2 hämmar antigenpresentationen genom att nedreglera MHC klass I- och II-molekyler och hämmar därför de T-cellsmedierade immunsvaren [98]. Det har avslöjats att cytotoxiska CD8 plus T-celler uppvisar funktionella utmattningsmönster, såsom uttryck av NKG2A, PD-1 och TIM-3. Dessutom reducerades CD8 plus T-cellsdegranulering hos covid-19-patienter jämfört med friska donatorer, vilket resulterade i minskad produktion av IL-2, IFN- och granzym B [38]. Alla dessa indikerar att SARS-CoV-2 har en stark förmåga att undertrycka det adaptiva immunsvaret.

Förutom cellulär immunitet hämmade SARS-CoV-2 även humoral immunitet. Det rapporterades att effekten av effektor B-celler på virusinfektion var relaterad till sjukdomens svårighetsgrad. Matthew et al. observerade B-cellsantigenreceptorsekvenseringsdata och visade att SARS-CoV-2-specifik respons var bred, med deltagande av IgM-, IgA- och IgG-antikroppar. Serumantikroppssvaren mot RBD av SARS-CoV-2-spikproteinet var dock högre hos polikliniska patienter än hos intensivvårdspatienter [99]. Andra studier har visat låga nivåer av antikroppar hos personer som har dött av covid-19. Anti-S och anti-RBD IgG-nivåer toppade snabbt hos utskrivna patienter och visade bra virusclearance, medan de som dog tog längre tid att producera höga nivåer av antikroppar [100], vilket kan vara relaterat till antalet effektorminne (EM) T celler. Golovkin A bekräftade att nivåerna av T-celler i det perifera blodet hos COVID-19-patienter minskade jämfört med friska personer, medan det inte fanns någon skillnad i det absoluta antalet eller procentandelen av T-celler hos patienter med måttlig och svår sjukdom.

Men antalet EM T-celler var signifikant lägre hos svåra patienter än hos måttliga patienter [101]. För ytterligare uppdelning minskade det relativa antalet IFN-producerande T17--liknande och Tfh-liknande cellundergrupper hos patienter med måttliga och svåra infektioner. Den försämrade Tfh-liknande celldifferentieringen hos patienter med covid-19 kan leda till mognad av dysfunktionella B-celler och förändring av det humorala immunsvaret under akut covid-19. Dessa leder alla till en betydande minskning av B-celler hos covid-19-patienten, och minskningen av B-celler är relaterad till sjukdomens svårighetsgrad.

Författarnas åsikt

SARS-CoV-2 kringgår flera medfödda immunaktiveringsvägar genom distinkta mekanismer, som visas i fig. 2. Medfödd immunitet, som den första försvarslinjen för människor mot virusinfektioner, är mycket bräcklig under attacken av det nya coronaviruset , vilket tillåter viruset att spridas snabbt, orsaka sjukdom och till och med leda till döden. Trots lanseringen av vacciner och nya läkemedel utvecklas covid-19-pandemin fortfarande. Vi behöver fortfarande effektivare och mer praktiska förebyggande och behandlingsmetoder. Att blockera viruset från att bryta igenom naturlig immunitet kan vara en ny utgångspunkt. Därför granskade vi undertryckandet av medfödd immunitet av SARS-CoV-2 för att ge idéer för att utveckla nya förebyggande och terapeutiska läkemedel. Som visas i tabell 1 invaderar SARS-CoV-2 kroppen, replikerar och frisätter viruspartiklar på olika sätt. För varje sätt att invadera och förstöra kroppen är det möjligt att utveckla specifika antikroppsläkemedel eller småmolekylära hämmare. Med tiden har faktiskt fler och fler läkemedel registrerats och serverats på kliniken [102–105]. Ur detta perspektiv är det bara en tidsfråga innan människan kontrollerar den nya kronepidemin. Dessutom kanske den här tiden inte blir så lång som man tänkt sig.

Erkännanden

Vi tackar Dr. Nanshan Zhong från Guangzhou Medical University för att ha tillhandahållit värdefulla idéer till detta manuskript.

Författarnas bidrag

Alla författare lämnade betydande bidrag till skrivandet av denna recension, reviderade den kritiskt för viktigt intellektuellt innehåll, godkände versionen som skulle publiceras och gick med på att vara ansvariga för alla aspekter av denna recension. Alla författare samtyckte till innehållet i denna recension och gav uttryckligt samtycke till att skicka in. Alla författare läste och godkände det slutliga manuskriptet.

Finansiering

Studie stödd av Suzhous introduktionsprojekt för "kliniskt medicinskt expertteam" (SZYJTD201806). Guangzhou Institute of Respiratory Health Open Project (medel tillhandahållna av China Evergrande Group) (2020GIRHHMS04), Zhongnanshan Medical Foundation i Guangdong-provinsen (ZNSA-2021005, ZNSA-2020001, ZNSA-2021017), nödnyckel projekt från Guangzhou Laboratory (EKPG21-30-2), odlingsprojekt vid Guangzhou Medical Universitys första anslutna sjukhus (ZH202105).

Tillgänglighet av data och material

Inte tillämpbar.

Deklarationer

Etiskt godkännande och samtycke till att delta

Inte tillämpbar.

Samtycke till publicering

Inte tillämpbar.

Konkurrerande intressen

Författarna förklarar ingen intressekonflikt relaterad till denna recension.

Mottaget: 30 december 2021 Godkänd: 9 mars 2022

Referenser

1. Vetvicka V, Sima P, Vannucci L. Utbildad immunitet som en adaptiv gren av medfödd immunitet. Int J Mol Sci. 2021;22(19):10684.

2. Ryu WS. Virus livscykel. Mol Virol Human Pathog Virus. 2017. https:// doi.org/10.1016/B978-0-12-800838-6.00003-5.

3. Luan J, Lu Y, Jin X, Zhang L. Spikeproteinigenkänning av däggdjurs ACE2 förutsäger värdintervallet och en optimerad ACE2 för SARS-CoV-2-infektion. Biochem Biophys Res Commun. 2020;526(1):165–9.

4. Wang H, Li X, Li T, Zhang S, Wang L, Wu X, Liu J. Den genetiska sekvensen, ursprunget och diagnosen av SARS-CoV-2. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2020;39(9):1629–35.

5. Zhao L, Zhong K, Zhao J, Yong X, Tong A, Jia D. SARS-CoV-2 spikprotein utnyttjar SNX27-förmedlad endocytisk återvinningsväg. MedComm (2020). 2021;2(4):798–809.

6. Chen Y, Guo Y, Pan Y, Zhao ZJ. Strukturanalys av receptorbindningen av 2019-nCoV. Biochem Biophys Res Commun. 2020;525(1):135–40.

7. Ackermann M, Verleden SE, Kuehnel M, Haverich A, Welte T, Laenger F, Vanstapel A, Werlein C, Stark H, Tzankov A, et al. Pulmonell vaskulär endotelit, trombos och angiogenes vid Covid-19. N Engl J Med. 2020;383(2):120–8.

8. Varga Z, Flammer AJ, Steiger P, Haberecker M, Andermatt R, Zinkernagel AS, Mehra MR, Schuepbach RA, Ruschitzka F, Moch H. Endotelcellinfektion och endoteliner vid COVID-19. Lansett. 2020;395(10234):1417–8.

9. Batlle D, Wysocki J, Satchell K. Lösligt angiotensinomvandlande enzym 2: ett potentiellt tillvägagångssätt för coronavirusinfektionsterapi? Clin Sci (Lond). 2020;134(5):543–5.

10. Ramchand J, Patel SK, Kearney LG, Matalanis G, Farouque O, Srivastava PM, Burrell LM. Plasma ACE2-aktivitet förutsäger dödlighet i aortastenos och är associerad med svår myokardfibros. JACC Cardiovasc Imaging. 2020;13(3):655–64.

11. Epelman S, Tang WH, Chen SY, Van Lente F, Francis GS, Sen S. Detektion av lösligt angiotensin-konverterande enzym 2 vid hjärtsvikt: insikter i den endogena motreglerande vägen för renin-angiotensin-aldosteronsystemet. J Am Coll Cardiol. 2008;52(9):750–4.

12. Swärd P, Edsfeldt A, Reepalu A, Jehpsson L, Rosengren BE, Karlsson MK. Ålders- och könsskillnader i lösligt ACE2 kan ge insikter om covid-19. Crit Care. 2020;24(1):221.

13. Samavati L, Uhal BD. ACE2 är mycket mer än bara en receptor för SARSCOV-2. Front Cell Infect Microbiol. 2020;10:317.

14. Gembardt F, Sterner-Kock A, Imboden H, Spalteholz M, Reibitz F, Schultheiss HP, Siems WE, Walther T. Organspecifik fördelning av ACE2-mRNA och korrelerande peptidasaktivitet hos gnagare. Peptider. 2005;26(7):1270–7.

15. Xu H, Zhong L, Deng J, Peng J, Dan H, Zeng X, Li T, Chen Q. Högt uttryck av ACE2-receptorn för 2019-nCoV på epitelcellerna i munslemhinnan. Int J Oral Sci. 2020;12(1):8.

16. Bunyavanich S, Do A, Vicencio A. Nasal genuttryck av angiotensinomvandlande enzym 2 hos barn och vuxna. JAMA. 2020;323(23):2427–9.

17. Zhuang MW, Cheng Y, Zhang J, Jiang XM, Wang L, Deng J, Wang PH. Att öka värdcellulär receptor-angiotensin-omvandlande enzym 2 uttryck av coronavirus kan underlätta 2019-nCoV (eller SARS-CoV-2)-infektion. J Med Virol. 2020;92(11):2693–701.

18. Ziegler CGK, Allon SJ, Nyquist SK, Mbano IM, Miao VN, Tzouanas CN, Cao Y, Yousif AS, Bals J, Hauser BM, et al. SARS-CoV-2-receptorn ACE2 är en interferonstimulerad gen i humana luftvägsepitelceller och detekteras i specifika cellundergrupper över vävnader. Cell. 2020;181(5):1016–35.

19. Hussein HA, Walker LR, Abdel-Raouf UM, Desouky SA, Montasser AK, Akula SM. Bortom RGD: virusinteraktioner med integriner. Arch Virol. 2015;160(11):2669–81.

20. Hynes RO. Integriner: dubbelriktade, allosteriska signaleringsmaskiner. Cell. 2002;110(6):673–87.

21. Sigrist CJ, Bridge A, Le Mercier P. En potentiell roll för integriner i värdcellsinträde av SARS-CoV-2. Antiviral Res. 2020;177:104759.

22. Dakal TC. SARS-CoV-2-bindning till värdceller förmedlas möjligen via RGD-integrininteraktion på ett kalciumberoende sätt och föreslår pulmonell EDTA-kelatbehandling som en ny behandling för covid-19. Immunobiologi. 2021;226(1):152021.

23. Yan S, Sun H, Bu X, Wan G. Ny strategi för COVID-19: en evolutionär roll för RGD-motiv i SARS-CoV-2 och potentiella hämmare för virusinfektion. Front Pharmacol. 2020;11:912.

24. Iacobellis G. COVID-19 och diabetes: kan DPP4-hämning spela en roll? Diabetes Res Clin Pract. 2020;162:108125.

25. Vankadari N, Wilce JA. Emerging WuHan (COVID-19) coronavirus: glykansköld och strukturförutsägelse av spike glykoprotein och dess interaktion med humant CD26. Emerg Microbes Infect. 2020;9(1):601–4.

26. Bayati A, Kumar R, Francis V, McPherson PS. SARS-CoV-2 infekterar celler efter virusintrång via clathrin-medierad endocytos. J Biol Chem. 2021;296:100306.

27. Cantuti-Castelvetri L, Ojha R, Pedro LD, Djannatian M, Franz J, Kuivanen S, van der Meer F, Kallio K, Kaya T, Anastasina M, et al. Neuropilin-1 underlättar SARS-CoV-2-cellinträde och smittsamhet. Vetenskap. 2020;370(6518):856–60.

28. Chen J, Fan J, Chen Z, Zhang M, Peng H, Liu J, Ding L, Liu M, Zhao C, Zhao P, et al. IIA av tung kedja av icke-muskel myosin underlättar SARSCoV-2-infektion i mänskliga lungceller. Proc Natl Acad Sci USA. 2021;118(50):e2111011118.

29. Knyazev E, Nersisyan S, Tonevitsky A. Endocytos och transcytos av SARS-CoV-2 över tarmepitel och andra vävnadsbarriärer. Front Immunol. 2021;12:636966.

30. Chowdhury MA, Hossain N, Kashem MA, Shahid MA, Alam A. Immune response in COVID-19: a review. J Infektera folkhälsan. 2020;13(11):1619–29.

31. Shi Y, Wang Y, Shao C, Huang J, Gan J, Huang X, Bucci E, Piacentini M, Ippolito G, Melino G. COVID-19-infektion: perspektiven på immunsvar. Celldöd skiljer sig åt. 2020;27(5):1451–4.

32. Liao M, Liu Y, Yuan J, Wen Y, Xu G, Zhao J, Cheng L, Li J, Wang X, Wang F, et al. Encellslandskapet av bronkoalveolära immunceller hos patienter med covid-19. Nat Med. 2020;26(6):842–4.

33. Silverstein NJ, Wang Y, Manickas-Hill Z, Carbone C, Dauphin A, Boribong BP, Loiselle M, Davis J, Leonard MM, Kuri-Cervantes L, et al. Medfödda lymfoida celler och sjukdomstolerans vid SARS-CoV-2-infektion. medRxiv. 2021. https://doi.org/10.1101/2021.01.14.21249839.

34. García M, Kokkinou E, Carrasco García A, Parrot T, Palma Medina LM, Maleki KT, Christ W, Varnaitė R, Filipovic I, Ljunggren HG, et al. Medfödd lymfoid cellsammansättning är associerad med COVID-19 sjukdomens svårighetsgrad. Clin Transl Immunology. 2020;9(12):e1224.

35. Cao X. COVID-19: immunopatologi och dess konsekvenser för terapi. Nat Rev Immunol. 2020;20(5):269–70.

36. Houchins JP, Lanier LL, Niemi EC, Phillips JH, Ryan JC. Cytolytisk aktivitet av naturliga mördarceller hämmas av NKG2-A och aktiveras av NKG2-C. J Immunol. 1997;158(8):3603–9.

37. Nguyen S, Beziat V, Dhedin N, Kuentz M, Vernant JP, Debre P, Vieillard V. HLA-E-uppreglering på IFN-gamma-aktiverade AML-blaster försämrar CD94/NKG2A-beroende NK-cytolys efter haplo-felmatchad hematopoetisk SCT. Benmärgstransplantation. 2009;43(9):693–9.

For more information:1950477648nn@gmail.com