王林发｜发现蝙蝠体内拥有可用于人类抵抗病毒感染的关键蛋白

作为唯一能够自主飞行的哺乳动物，蝙蝠进化出了特殊的免疫系统，它们是多种病毒（如亨德拉病毒、埃博拉病毒、尼帕病毒以及新型冠状病毒等）的宿主，能够携带病毒且不会因此而致病，此外，根据体型推算，蝙蝠还是一种非常长寿的哺乳动物。

综合这些表现，蝙蝠所具有的一些特质使其具有“抗感染”和“抗衰老”的体质，而深入探索蝙蝠对抗病毒感染的内在机制对于人类健康具有重要意义。

近期，杜克-新加坡国立大学医学院研究团队在Cell上发表了题为“Bat ASC2 suppresses inflammasomes and ameliorates inflammatory diseases”的论文，发现了蝙蝠体内的一种名为“ASC2”的关键蛋白能够通过抑制炎症小体的活性来抑制免疫细胞炎症反应，并进一步通过小鼠模型验证了该蝙蝠蛋白在抵抗病毒引起的炎症反应中发挥关键作用。

（来源：Cell）

近日，生辉采访到该论文通讯作者、杜克-新加坡国立大学医学院王林发教授，围绕这项研究发现进行了详细解读。

王林发本科毕业于上海华东师范大学生物系，随后他赴美国加利福尼亚大学戴维斯分校攻读生物化学博士学位，并在毕业后留校从事博士后研究工作。他曾任教于澳大利亚莫那什大学生化系，还曾任职于澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）动物健康研究所。

从 2012 年起，王林发开始担任杜克-新加坡国立大学医学院新发传染病研究所所长、教授。目前，他还是美国微生物科学院院士、澳大利亚技术科学与工程院院士，并在前不久当选澳大利亚科学院院士。

数十年来，王林发专注于新发人畜共患传染病，以及病毒与宿主相互作用等领域的研究工作。截至目前，他已在Cell、Nature、Science、NEJM、The Lancet等期刊上发表论文 500余篇。他曾在世界首次发现蝙蝠是 SARS 病毒传播的中间宿主，并从分子遗传学上证实了 SARS 病毒的传播途径。他和团队的研究开拓了宿主种群遗传进化、分子免疫学、分子病毒学、表位和抗体基因工程等学科交叉研究新领域。

▲图｜杜克-新加坡国立大学医学院王林发教授（来源：受访者）

揭示蝙蝠 ASC2 蛋白抑制炎症小体活化并抑制炎症反应

“起初，我们的假设是，蝙蝠拥有不同的免疫调节机制能够处理与飞行和携带大量病毒相关的耐受。”王林发教授告诉生辉，“根据我们的初步数据，我们进一步关注蝙蝠炎症小体激活过程的独特调节机制，并最终发现 ASC2 是一种新的抑制炎症的调节因子。”他介绍说。

先前的研究发现，蝙蝠体内的“炎症小体”（导致感染和衰老的核心因素之一）信号通路出现异常，包括 AIM2 缺失、NLRP3 表达水平降低、caspase-1 活性降低等。这意味着蝙蝠体内具有能够改变炎症小体的分子，他们最终将目标聚焦在了蝙蝠体内的 ASC2 蛋白。

炎症小体是一种由多种蛋白组成的复合体，它能够调节胱冬肽酶 -1（caspase-1）的活化进而在天然免疫防御的过程中促进细胞因子前体 pro-IL-1β 等的成熟和分泌，同时还能调节 caspase-1 依赖的形式编程性细胞凋亡（细胞焦亡）。目前已发现的炎症小体主要包括 NLRP1、NLRP3、NLRC4、IPAF 以及 AIM2 等，它们一般都含有细胞凋亡相关斑点样蛋白（ASC）、caspase 蛋白酶等。

ASC 是近些年发现的一种新蛋白，很多动物的上皮细胞、白细胞、毛囊及外周血淋巴细胞等均能够表达 ASC 蛋白，并且在炎症部位中性粒细胞中 ASC 表达会增多，ASC 蛋白参与诱导 caspase-1 的活化从而调节细胞的凋亡。

在这项研究中，王林发和团队对蝙蝠体内的ASC2基因表达水平进行了检测，发现 10 余种蝙蝠体内都能够高水平表达ASC2基因，然而，人体内ASC2基因的表达水平较低，小鼠体内不带有ASC2基因。

基于 HEK293 细胞系，他们发现蝙蝠ASC2基因的过表达既能抑制蝙蝠自身 NLRP3 的作用，同时也能抑制人源 NLRP3 的作用和 ASC 蛋白斑点的形成。然而，人源ASC2基因的过表达无法抑制对于 NLRP3 的作用，以及 ASC 蛋白斑点的形成。这表明，蝙蝠 ASC2 能够有效抑制人源 NLRP3 等炎症小体。

▲图｜蝙蝠 ASC2 抑制人类炎症小体的效力高于人类 ASC2（来源：Cell）

随后，他们借助免疫荧光技术观察到蝙蝠 ASC2 和 ASC 形成共定位，而人源 ASC2 则未与 ASC 形成共定位。

接下来，王林发和团队构建了基因工程小鼠以进一步分析蝙蝠 ASC2 的作用，他们将蝙蝠ASC2基因在小鼠体内进行表达。“基于这种基因工程小鼠模型，我们发现蝙蝠ASC2基因的表达能够抑制 NLRP3 炎症小体活化、ASC 斑点形成以及 IL-1β 细胞因子的分泌。”王林发表示。

他们通过体内实验进一步发现蝙蝠 ASC2 蛋白能够抑制甲型流感病毒、寨卡病毒、新型冠状病毒引起的炎症小体活化等。

最后，他们探索了蝙蝠 ASC2 蛋白发挥功能的关键结构域和氨基酸位点，并发现蝙蝠ASC2基因中的 4 个区域是其发挥功能不可或缺的。通过对蝙蝠和人源的ASC2基因序列进行比对，他们最终找到了蝙蝠 ASC2 蛋白发挥功能的4 个氨基酸位点，并且发现这些氨基酸位点在大部分不同种类的蝙蝠中是高度保守的。

他们把人源ASC2基因序列中的该4 个氨基酸位点对应的氨基酸突变成为蝙蝠ASC2基因序列中的氨基酸，使人源 ASC2 蛋白拥有了与蝙蝠 ASC2 蛋白同样的功能。这表明，这4 个氨基酸是蝙蝠 ASC2 蛋白发挥功能的核心所在。

▲图｜蝙蝠 ASC2 抑制炎症小体活化并抑制炎症反应机制示意（来源：Cell）

总的来说，这项研究发现了蝙蝠 ASC2 蛋白抑制炎症小体活化并抑制病毒导致的炎症反应，揭示了这种蛋白发挥作用的分子机制，与人类同源蛋白相比，蝙蝠的 ASC2 蛋白拥有 4 个不同的氨基酸，并且这些氨基酸是使蝙蝠拥有强大抗炎症能力的关键，为今后抗炎症药物的开发提供新思路。

“由于炎症是‘大多数人类疾病的根源’，我们研究的发现有望会为解决从感染到慢性病的大量人类疾病的治疗开辟新的途径。”王林发总结道。

围绕这项新发现，谈及下一步研究计划，王林发表示，“我们接下来将研究这项发现在治疗人类疾病方面的潜力。具体而言，我们已经确定 ASC 分子作为抗炎治疗的靶点，此外我们还开发出了一种经过处理的人类 ASC2 蛋白分子 ——HuPa4 蛋白。下一步，我们计划开发出一种能够将 HuPa4 蛋白递送到人类细胞的方法，或者开发出 HuPa4 的小分子模拟物。展望未来，我们相信有一天能够开发出一种将其应用于临床的方法，造福人类。”他总结道。

此前已联合创立公司进行技术转化

如今，全球范围已经爆发了数起新出现的重大病毒性疾病，包括亨德拉病毒、尼帕病毒、马尔堡病毒、埃博拉病毒病，以及新型冠状病毒等。值得注意的是，这些疫情的出现都与疑似蝙蝠传播病毒的“人畜共患传播”有关。

蝙蝠是目前已知唯一能够自主飞行的哺乳动物，但它却表现出了常规哺乳动物所不具备的几个额外特征，比如相对于体型而言寿命较长、肿瘤发生率低，以及携带新出现的病毒而不被感染的能力。

王林发长期从事病毒和分子生物学的研究工作。早在 2005 年，他和团队在Science上发表了题为“Bats Are Natural Reservoirs of SARS-Like Coronaviruses”的研究论文，揭示蝙蝠是 SARS 相关冠状病毒的宿主。

（来源：Science）

2021 年初，王林发和团队在Nature发表了题为“Lessons from the host defences of bats, a unique viral reservoir”的研究论文，介绍了蝙蝠宿主防御系统和免疫耐受的机制，以及它们对人类健康和疾病的影响。

“数千万年的适应性进化塑造了蝙蝠的宿主防御系统以平衡防御和耐受，从而产生了作为病毒理想宿主的独特能力。对于蝙蝠防御系统和免疫耐受的机制研究，将有助于我们更好地了解病毒进化，更好地预测、预防和控制新型病毒外溢。”王林发表示。

（来源：Nature）

产业化层面，据介绍，王林发和团队已经与金斯瑞公司开发出一种新型的新冠病毒中和抗体检测方法，并将其进行了商业化，商品名为“cPass™”。

据了解，cPass™通过模拟病毒与宿主细胞之间的相互作用，可以快速检测样本中的总中和抗体，并有助于区分样品中是否含有可能特异性阻断相互作用从而阻断病毒进入宿主细胞的中和抗体。

▲图｜cPass 中和抗体检测试剂作用机制（来源：公司官网）

除此之外，王林发还与合作伙伴联合创立了一家名为“CoV Biotechnology”的生物技术公司，他是该公司的科学创始人兼首席科学官。

据了解，CoV Biotechnology 公司成立于 2022 年，总部位于新加坡，专注于开发广谱的疫苗和中和抗体以应对冠状病毒的进化和变异。

▲图｜CoV Biotechnology 公司的产品管线（来源：公司官网）

CoV Biotechnology 公司的业务布局主要围绕单克隆抗体及疫苗，目前大都处于临床前研究阶段。现阶段该公司正在开发可有效对抗 SARS-2β 冠状病毒变体的加强疫苗和治疗方法，以防止相关冠状病毒在未来进化出变体和从动物传播到人类的交叉感染。

据了解，该公司开发的抗体对 SARS-1、SARS-2 和人畜共患进化枝中的乙型冠状病毒具有广泛的中和活性，这些抗体可用于治疗患有新冠病毒感染的人群，或者用于预防免疫功能低下的人群感染乙型冠状病毒等。

自新冠病毒疫情爆发以来，王林发教授作为国际冠状病毒专家一直在包括世界卫生组织（WHO）和流行病防范创新联盟（CEPI）等在内的多个国际机构的委员会和顾问委员会任职，他的团队的一系列研究发现为 CoV Biotechnology 公司开发新型广谱疫苗和治疗性单克隆抗体打下了科学基础。

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