截止 2021 年 5 月初，新冠病毒（SARS-CoV-2）感染导致的全球死亡人数已超过 320 万。新冠病毒进入人体导致的过度肺部免疫炎症被认为是加重新冠肺炎（COVID-19) 患者疾病的主要驱动因素，伴随急性呼吸窘迫、细胞因子风暴、淋巴细胞急剧减少等重症临床症状。
然而，关于 COVID-19 免疫致病机制的研究相当匮乏。由于单纯针对病毒感染的疫苗以及抗体策略对 COVID-19 重症患者的治疗作用有限，明确这些病毒引起的免疫致病机制，是采取正确干预策略进行疾病治疗关键所在。
血管紧张素转换酶 2 (ACE2) 被认为是 SARS-CoV-2 侵染宿主细胞的主要受体。SARS-CoV-2 刺突（S) 糖蛋白通过其受体结合域 (RBD) 与 ACE2 结合，随后，一些宿主丝氨酸蛋白酶，包括 TMPRSS2 等，在 S1 和 S2 片段之间的连接处切割 SARS-CoV-2 S 蛋白，促使宿主细胞膜和病毒融合，并将病毒基因组传递到细胞质中。
除 ACE2 外，现有研究表明 neuropilin-1，AXL 等也可能是 SARS-CoV-2 的潜在感染受体。已有研究揭示从 COVID-19 患者肺泡灌洗液分离的免疫细胞，特别是髓系细胞，可以检测到 SARS-CoV-2 病毒 RNA 的存在。但是，包括 ACE2 在内的这些受体分子在免疫细胞上表达量非常低，这提示我们可能存在其他的受体分子介导了 SARS-CoV-2 和免疫细胞的相互作用以及致病机制。
针对这一疑问，2021 年 5 月 9 日，纽约大学王俊教授、西湖大学生命科学学院谢琦研究员和圣路易斯华盛顿大学丁思远教授作为共通讯作者（王俊课题组博士后鲁峤、刘甲和谢琦课题组博士后赵帅为本文共同第一作者）近日在Immunity上发表题为 “SARS-CoV-2 exacerbates proinflammatory responses in myeloid cells through C-type lectin receptors and Tweety Family Member 2” 的研究论文，为这一疑问提供了新的解释。
首次报道了 SARS-CoV-2 病毒与髓系细胞新受体，其直接相互作用可以导致过度炎症反应的发生，并且证实了通过阻断病毒的 S 蛋白与髓系细胞受体的抗体策略可以有效降低过度炎症反应，为治疗 COVID-19 提供了新的方向。
图 | 相关论文（来源：Immunity）
该研究建立了一套高通量筛选髓系细胞膜受体的方法，通过在 293T 细胞中过表达髓系细胞膜蛋白文库，利用成像分析技术，鉴定出 6 种与 SARS-CoV-2 病毒 S 蛋白结合的膜蛋白：C 型凝集素受体（DC-SIGN、L-SIGN、LSECtin、ASGR1、CLEC10A）和一种通道蛋白，Tweety 家族成员 2 (TTYH2)。
进一步研究表明， C 型凝集素受体主要与 S 蛋白的非 RBD（即 N - 端区域（NTD）或 C - 端区域（CTD））结构域结合，而 TTYH2 则和 ACE2 很相似，主要和 S 蛋白的 RBD 结构域结合。因为 C 型凝集素受体的结合和糖基化有关，文章还通过一系列的突变试验证明了 SARS-CoV-2 病毒 S 蛋白多个糖基化位点和这些髓系细胞受体结合的重要性。
图 | 通过高通量筛选鉴定SARS-CoV-2刺突蛋白（S）髓系细胞受体。A，高通量髓系细胞受体筛选原理。B，髓系细胞受体（DC-SIGN, L-SIGN, LSECtin, ASGR1, CLEC10A, 和TTYH2）可以与S蛋白所结合（来源：Immunity）
利用 COVID-19 患者肺泡灌洗液中的单细胞转录组数据【1，4】，研究人员发现除了 ACE2 阳性的肺表皮细胞含有病毒 RNA 之外，多种髓系细胞中也存在 SARS-CoV-2 病毒 RNA。
这些免疫细胞高表达 DC-SIGN、L-SIGN、LSECtin、ASGR1、CLEC10A 和 TTYH2，但不表达 ACE2。研究人员同时在从新冠病人肺泡灌洗液分离出的髓系细胞中通过细胞流式的方法确认了这些膜蛋白的表达。
此外，肺泡灌洗液中表达免疫受体的髓系细胞表现出低水平的 I 型、Ⅱ 型和 Ⅲ 型干扰素 (IFNA2, IFNB1, IFNG, IFNL1)，但表达高水平的炎症细胞因子和趋化因子，如 IL1B，IL8，CXCL10，和 CCL2 等。
研究人员还发现，与非肺炎或细菌性肺炎患者相比，COVID-19 患者的肺泡灌洗液样本中这些免疫受体和促炎细胞因子 / 趋化因子的特异性上调，提示它们在 COVID-19 中可能的致病作用。
通过一系列真病毒和假病毒的实验，研究人员发现 SARS-CoV-2 无法通过这些髓系细胞表面受体来感染免疫细胞，但是，SARS-CoV-2 与髓系免疫细胞的相互作用可导髓系细胞产生大量的促炎性细胞因子 (IL1A、IL1B、IL8、CXCL10、CCL2， CCL3 等) 并上调炎症相关基因 (EGR1、THBD、C4A 和 SOCS3) 的表达。
同时，研究人员通过对 COVID-19 患者肺泡灌洗液单细胞 RNA 测序分析发现这些炎症因子与疾病严重程度密切相关，并且和髓系细胞受体的表达也呈现一定的正相关性。有意思的是，和很多病毒和免疫细胞作用导致的免疫反应不一样，SARS-CoV-2 和髓系免疫细胞的相互作用并不能导致 I 型，Ⅱ 型和 Ⅲ 型干扰素的产生。
虽然已发现 SARS-CoV-2 可以通过多种机制，比如产生 NSP 或者 ORF 蛋白来抑制肺表皮细胞产生干扰素来逃逸免疫系统对被感染细胞的检测【9】，该研究揭示 SARS-CoV-2 和免疫系统的直接作用不是 ACE2 受体感染这条途径，而是主要通过这些髓系细胞表面受体的相互作用来直接影响免疫系统，特别是过度炎症反应的发生。
因为这些髓系细胞受体和 SARS-CoV-2 S 蛋白结合表位和 ACE2 受体很不一样，这些研究同时也为当前单纯针对 SARS-CoV-2/ACE2 感染途径的抗体治疗策略对新冠重症的不佳治疗效果提供了合理解释。
王俊团队和加州 Ab Studio Inc 公司 (刘跃博士为创始人) 合作，由王俊团队鲁峤博士和 Ab Studio Inc 董剑波博士筛选了羊驼纳米抗体库中筛选了大量 VHH 抗体。
基于纳米抗体可以结合比较宽的抗原表位的特点，以及对髓系细胞受体以及 ACE2 受体的不同阻断模式，研究人员筛选并设计了双特异性纳米抗体。该双抗可以在生化层面上广泛阻断 S 蛋白与髓系细胞受体以及 ACE2 受体的结合。
重要的是，该抗体不仅能有效阻止 SARS-CoV-2 通过 ACE2 受体感染宿主细胞 (EC50 低至 0.09ug/ml)，也能有效阻断 SARS-CoV-2 通过髓系细胞受体引发的过度炎症反应。
综上所述，这些数据表明 SARS-CoV-2 与免疫细胞受体相互作用促进免疫过度活化反应，并且提出利用双特异性纳米抗体一箭双雕同时阻断免疫过度活化以及感染途径可作为 COVID-19 重症疾病的一种潜在的治疗策略。
图 | SARS-CoV-2促进髓系细胞过度免疫反应及抗体阻断策略模式图。在没有抗体阻断的情况下，SARS-CoV-2病毒可与髓系细胞受体相互作用，从而引发大量炎症因子的释放并产生过度炎症反应。在抗体阻断的情况下，病毒无法刺激髓系细胞产生大量细胞因子，从而减轻患者的炎症反应（来源：Immunity）
除了以上提及的单位和个人之外，该研究还得到了纽约大学（Kenneth Stapleford 研究组；Kamal Khanna 研究组；Leopoldo Segal 研究组；Iannis Aifantis 研究组；Sergei Koralov 研究组等）, 耶鲁大学（Peter Cresswell 研究组）, Ab Studio Inc, 圣路易斯华盛顿大学（Michael Diamond 研究组）, 北大（张泽民教授研究组）, 西南医学中心（王涛研究组），西湖大学（周强研究组），普渡大学（马剑竹研究组），Kactus Biosystems 等不少单位和个人的大力支持和帮助。
另外，早在 2020 年初，因 SARS-COV-2 较强的感染力、传播力和抗病毒药物的缺乏，即将在全球蔓延之时，纽约大学王俊博士和耶鲁大学周挺博士（现西湖大学研究员）一起，通过追踪 COVID-19 重症患者的病理和各类组学分析报告，对比其和 SARS 及 MERS 病毒的异同，并结合自身对病毒感染和炎症调节的研究，在新冠爆发早期就提出了新冠病毒感染模型、重症患者的 "免疫非协调（Immune Asynchrony）" 致病机理，以及潜在的免疫治疗手段。这些内容以观点 (Perspective) 的形式发表在 Journal of Experimental Medicine 杂志上（王俊博士为通讯作者，周挺博士和耶鲁大学免疫系博士生苏天骄为共同一作）。
图 | 新冠病毒感染导致的免疫非协调机制模型（来源：Immunity）
典型的病毒感染会有秩序的引起先天和适应性免疫反应，包括首先由 PAMP/DAMP 信号激活先天免疫，释放细胞因子和趋化因子，先天增强的同时也开始诱导适应性免疫反应的应答，随后适应性免疫细胞通过负反馈机制如分泌细胞因子拮抗剂来下调先天免疫反应，形成免疫动态平衡（左）。
在新冠感染过程中（右），先天免疫反应感知异常，病毒 - 宿主相互作用触发的髓系细胞过度活化，产生过量细胞因子，同时病毒通过各种机制抑制适应性免疫细胞的激活和扩增，以及不能产生负反馈调节机制，从而导致免疫病理。
在该文中，作者首先回顾了在一般的病毒感染过程中，先天免疫和获得性免疫相关的分子和细胞通过时间、空间和反馈机制上的协调，产生抗病毒免疫应答的同时合理的控制炎症反应。
而新冠病毒则通过感染上皮细胞，以及直接影响免疫细胞（作者在这里即预测了病毒通过 ACE2 以外的受体来感染免疫细胞），尤其探讨了病毒感染 ACE2 阳性的肺表皮细胞抑制被感染细胞干扰素的产生并不能合理地解释新冠免疫紊乱机制。
相反，大量扩增的病毒产生的 PAMP 和 DAMP，与免疫系统的直接作用等机制过度激活先天性免疫，而获得性免疫也因干扰素的缺乏和病毒，以及其他多种拮抗机制被抑制，造成中性粒细胞和粒细胞 / 巨噬细胞肺部大量浸润以及系统性的细胞因子风暴，最终导致机体的免疫失衡和新冠重症。
作者还从先天和获得性免疫失衡的两个方面出发，探讨了病毒特异性的免疫治疗靶点和方案（如炎症细胞因子的阻断等等）。随后，在全世界对新冠病毒的全方位和大规模研究中，本文中的理论模型和多个靶点也陆续被证实。
图 | 新冠治疗干预策略（来源：Immunity）
抗病毒反应中各阶段的失调都可以被纠正，但必须仔细平衡病毒清除与宿主毒性之间的关系。在疾病的早期阶段，重点应放在预防性疫苗和抗病毒药物的使用上，而在疾病的晚期阶段，应考虑使用各种免疫调节剂来缓先天免疫反应，减少病原性 T 细胞并提高 B 细胞的抗体生产能力。
-End-
参考：
https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(21)00212-0
https://rupress.org/jem/article/217/10/e20200674/152080/Immune-asynchrony-in-COVID-19-pathogenesis-and