许华曦等合作揭示APOE调控新冠病毒进入细胞的分子机制

COVID-19是由SARS-CoV-2感染引起的高度传染性疾病，根WHO统计全球累计报告逾5.74亿名次确诊病例，已经造成超过639.5万名患者死亡。SARS-CoV-2进入机体后，通过Spike蛋白与呼吸道上皮细胞的受体ACE2和共同受体TMPRSS2结合进入细胞，然后大量复制并向下呼吸道迁移感染进入肺泡细胞，SARS-CoV-2的快速持续复制导致肺泡细胞死亡并引起炎症反应，但是宿主体内调控SARS-CoV-2进入细胞的机制尚不清楚。

APOE ε4等位基因是阿尔茨海默病（AD）和心血管疾病的主要遗传风险因素。我国正常人群中约有20%携带APOE ε4等位基因。研究表明携带两个拷贝APOE ε4的人患AD的风险比携带两个拷贝APOE ε3的人高15倍（超过90%的可能性会得AD），携带一个拷贝APOE ε4的人患AD风险提高4倍。最近的流行病学分析表明APOE ε4基因型的人群SARS-CoV-2的感染率和重症率显著增加。但是APOE及APOE ε4基因如何影响SARS-CoV-2感染的分子机制仍不清楚。

2022年8月1日，厦门大学许华曦教授、赵颖俊教授、王占祥教授和重庆医科大学黄爱龙教授等在Signal Transduction and Targeted Therapy杂志上发表了题为APOE interacts with ACE2 inhibiting SARS-CoV-2 cellular entry and inflammation in COVID-19 patients的研究论文。首次报道APOE会与SARS-CoV-2的受体ACE2结合，并阻碍SARS-CoV-2上的Spike蛋白与ACE2的结合，从而抑制SARS-CoV-2进入细胞。重要的是，与APOE3相比，APOE4对ACE2/Spike相互作用的影响更小，且携带APOE ε4的COVID-19病人炎症反应更严重。该研究为APOE ε4携带者COVID-19 感染率和疾病严重程度更高提供了可能的解释，揭示了遗传风险基因调控COVID-19的新机制。

研究人员首先检测了COVID-19 患者血清中的APOE 和细胞因子/趋化因子水平，发现APOE浓度与GRO（生长调节蛋白）-α、M-CSF（巨噬细胞集落刺激因子）、MIF（巨噬细胞迁移抑制因子）、TRAIL（肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体），IL（白细胞介素）-2，IL-8和IL-15等炎症因子的水平呈负相关，这些结果提示APOE可能会抑制 SARS-CoV-2诱导的炎症反应。

SARS-CoV-2 诱导的炎症反应与病毒的细胞载量相关。通过稳定过表达人源ACE2的细胞系和SARS-Cov-2假病毒系统，研究者发现APOE3会以剂量依赖的方式减少 293T-ACE2 细胞中 SARS-CoV-2 假病毒的数量。通过多种蛋白质相互作用的研究技术，研究者发现APOE3能与ACE2相互作用，且ACE2上与APOE相互作用的关键区域正是ACE2/Spike 结合所必需的锌指肽酶结构域。接下来，研究者通过超分辨显微技术和免疫电镜方法证明 APOE3与 ACE2 的相互作用抑制了 Spike 蛋白与细胞表面ACE2 受体的结合。

随后，研究者比较了不同APOE亚型对SARS-CoV-2感染的影响。体内和体外实验的结果表明APOE4也能通过阻碍 ACE2/Spike 的相互作用从而抑制 SARS-CoV-2 假病毒进入细胞，但与 APOE3 相比，其抑制作用较弱。生物膜干涉分析的结果显示APOE3和APOE4与ACE2具有相近的亲和力。由于APOE4的构象比APOE3更加紧凑，因此研究者推测，与APOE3/ACE2复合物相比，APOE4/ACE2复合物呈现更小的空间障碍，对Spike 与 ACE2 结合的抑制作用较弱（图1）。

图1. APOE介导SARS-CoV-2感染调控示意图

最后，研究者对142 名中国COVID-19 患者的队列进行了研究，发现其中71.83% 为 APOE ε3携带者，28.17% 为APOE ε4 携带者，携带APOE ε4的COVID-19 患者的血清炎症因子显著增加，提示APOE ε4 等位基因增加SARS-CoV-2的感染率并加重其引发的炎症反应。

本研究的重要意义在于首次阐明了AD和衰老最重要的遗传风险因子APOE调控SARS-CoV-2进入细胞的机制，同时首次从分子机理层面解析了为何占人群近20%的APOEε4人群具有较高SARS-CoV-2的感染几率，为预防和治疗COVID-19提供了新的靶点和理论依据。

厦门大学张鸿声（现单位为重庆医科大学脑科学与脑疾病研究院）、博士生邵琳、林志豪、袁辉龙以及重庆医科大学龙泉鑫研究员为本文的共同第一作者。厦门大学许华曦教授、赵颖俊教授、王占祥教授和重庆医科大学黄爱龙教授为本文共同通讯作者。

https://www.nature.com/articles/s41392-022-01118-4

制版人：十一

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