SARS-CoV-2 驱动 JAK12 依赖性局部补体过度激活.docx

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1、SARS-CoV-2驱动JAK1/2依赖性局部补体过度激活COVID-19过度激活补体补体系统是一系列先天免疫系统蛋白，可帮助抗体和吞噬细胞识别和消除病原体。补体系统的激活与C0VID-19的严重程度相关，但在SARS-CoV-2感染期间产生补体的细胞和抑制补体激活的潜在治疗方法尚不清楚。在这里，Yan等人。使用来自患者支气管肺泡灌洗和感染模型的转录组学来证明SARS-CoV-2感染在呼吸道上皮细胞中诱导补体相关基因和活化的补体成分C3a0 C3a的产生与IFN诱导的JAK1/2-STAT1信号传导有关。用鲁索替尼抑制JAK1/2,有或没有抗病毒药物，或细胞渗透性补体抑制剂可抑制SARS-Co

2、V-2感染的上皮细胞中C3a的产生。因此，使用JAK1/2抑制剂可能会抑制重症C0VID-19患者的病变。抽象的患有2019年冠状病毒病(COVID-19)的患者呈现出影响肺、肝、肾和肠道的广泛的急性临床表现。血管紧张素转换酶2 (ACE2)是致病病毒SARS-CoV-2的最佳表征进入受体，在上述组织中高度表达。然而，导致该疾病的途径仍然知之甚少。在这里，我们意外地发现补体系统是SARS-CoV-2感染在肺上皮细胞中最高度诱导的细胞内途径之一。用SARS-CoV-2感染呼吸道上皮细胞会产生活化的补体成分C3a,并且可以被一种细胞渗透性补体因子B抑制剂(CFBi)阻断，这表明在呼吸道上皮细胞中存

3、在一种可诱导的细胞内在C3转化酶。在患者支气管肺泡灌洗液的细胞内，骨髓、淋巴和上皮细胞中补体激活的不同特征与疾病严重程度有关。由SARS-CoV-2诱导的基因和可以使这些基因正常化的药物都表明干扰素-JAK1/2-STAT1信号系统和NF-kB是其表达的主要驱动因素。鲁索替尼是一种JAK1/2抑制剂，可使SARS-CoV-2在肺上皮细胞系中诱导的干扰素特征基因和所有补体基因转录物正常化，但不影响NF-kB调节的基因。鲁索替尼单独或与抗病毒药物瑞德西韦联合使用可抑制受感染细胞产生的C3a蛋白。总之，我们假设与JAK抑制剂和使NF-kB信号正常化的药物的联合治疗可能对严重的C0VID-19有临床应

4、用。冠状病毒病2019 (C0VID-19)是一种由名为严重急性呼吸起的病毒性肺炎，现已成为大流行病。C0VID-19患者出现不同的临床症状，从轻微的上呼吸道疾病到伴有危及生命的并发症的严重疾病，以急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的组合为特征；凝血病；血管炎；以及肾脏、肝脏和胃肠道损伤（）。幸存者和表现较轻的人可能会因持续性炎症和/或纤维化而丧失正常组织功能（2 , 3） oC0VID-19的发病机制及其不同严重程度的原因知之甚少；因此，更好地了解该疾病的机制将有助于识别高危患者，并允许开发和改进急需的治疗方法。补体系统是先天免疫的进化保守成分，是识别和清除病原体所必需的（）。关键成分是补体3

5、（C3）和C5,它们以酶原形式在血液和间质液中循环。C3通过经典（抗体信号）、凝集素（模式识别信号）和/或替代（改变自身和滴答）途径被激活，通过称为C3转化酶的酶复合物切割成具有生物活性的C3a和C3bo补体因子B （CFB）是旁路途径C3转化酶的关键成分。C3b的生成触发C5随后激活为C5a和C5b,后者在病原体或靶细胞上播种形成裂解膜攻击复合物。C3a和C5a是过敏毒素，通过与免疫细胞上表达的它们各自的受体C3a受体（C3aR）和C5aRl结合来诱导一般炎症反应。C3b结合其经典受体CD46, + T细胞（5 , 6 ）o虽然补体的传统观点是肝细胞衍生和血清有效系统，但补体系统也在细胞内表

6、达并具有生物活性(z )。患有严重C0VID-19的患者具有高循环水平的补体末端激活片段(C5a和sC5b-9) (8-10)-这与疾病严重程度相关(夕。两种补体调节因子、衰变加速因子(CD55)和补体因子H中的单核甘酸变异是SARS-CoV-2发病和死亡的危险因素( )。这与最近的一份报告一致，该报告表明血清C3过度活化是住院死亡率的独立危险因素(12 )o尽管有这些报道，但目前尚不清楚正常保护性补体系统过度激活和转化为C0VID-19有害成分的机制。在这里，我们检查了感染SARS-CoV-2的呼吸道上皮细胞的转录组，发现补体系统是响应感染最高度诱导的细胞内途径之一。通过表达诱导型替代途径转

7、化酶(CFB)将C3蛋白加工成活性片段，并通过CFB的细胞渗透性抑制剂对其进行标准化。通过Janus激酶1/2 (JAK1/2)信号转导和转录激活因子1 (STAT1)通路的干扰素(IFN)信号传导主要负责这种情况下补体基因的转录，而JAK1抑制剂鲁索替尼单独或与抗病毒药物瑞德西韦(remdesivir)联合使用，使这种转录反应和受感染细胞产生的加工后的C3片段正常化。结果为了深入了解C0VID-19的病理生理机制，我们从两名SARS-CoV-2感染患者和未感染对照的肺组织中获取大量RNA 测序（RNA-seq）数据（表 S1A）（13）。我们使用基因集富集分析（GSEA） （ 14 ）比较了

8、患者与对照的转录组，发现与对照相比，由分子特征数据库（MSigDB）策划的36条规范途径在患者中被诱导（图1A和表SIB） o 36条（14%）富集途径中的5条被注释为补体途径。传统上，补体被认为是一种主要来源于肝细胞和血清有效的系统 统）。因此,SARS-CoV-2诱导的肺细胞内在补体特征的优势是出乎意料的。(_0sA WBElpvu。PBZ=eEONNHBE(=Dssm)Ousc waEUWUB p3z=eu!J0N0019乃5025Io- - - ;一3 2 1(-lussn-)3-0vsB 1U0EIP- Ju。p z一一eEJON00乃5025NHBE SARS-CoV-2(n=16

9、2)IoRank by significance (%)Rank by significance (%)Rank by significance (%)A54 J/ 80A549-ACE2All enriched pathwaysPatientneslulled6豆W8HNlnterferon-a/p signaling (Re.)Interleukin-10 signaling (Reactome)Chemokine receptors bind chemokines (Re.)NOD-hke receptor signaling pathway (KEGG)IL23 pathway (PI

10、D)Cytosoclic DNA sensingGraft-versus-host disea(KEGG)ILIR pathway (Biocarta)TRAF6-mediated IRF7 activation (Re.)Regulation ofTLR by endogenous cascades (Re.)Complement pathway (Biocarta)Initial thggerinq of complement (Re.)Classical complement pathway (Biocarta)Complement and coagulation cascades (K

11、EGG)IoRank by significance (%)FKEGG complement andcoaqulation cascade (n = 69)NES = 2.0P 0.0001Higher in A549 Higher in Ctrl.SARS-CoV-2A5491.40280SARS-Ctrl. CoV-2MASP2FGGCD55FGAFGBSERPING1THBDC4BPA扁PROS1F13BKLKB1sdlso)H A549oV-2 NHBE-CoV-2O Patients1000-ExpressionETTBMin Max0 8 6 4 2 0sdlg)2E o100-

12、o r=0.71P = 0.0060! i i r i i万本s 2 s 2、+、+、+、+、+、+Viral load (ppm)图1SARS-CoV-2感染激活肺上皮细胞中的补体转录。(A和B)GSEA显着丰富的途径比较了感染SARS-CoV-2(n = 2)与未感染对照(A)患者肺部样本的转录组，以及对体外感染或未感染NHBE细胞的类似GSEA分析，与SARS-CoV-2 ( n、3) (B)。(C)用 ACE2 (A549-ACE2)转导或不转导(A549)的A549细胞的GSEA,比较用SARS-CoV-2感染的细胞与对照细胞( =3或4)。(A)至(C)中的途径按显着性(FDRq值

13、)排序，补体途径以红色突出显示。仅显示了 FDR 0.25的富集途径。(D和E)比较 SARS-CoV-2 在患者(A)、NHBE 细胞(B)以及 A549和A549-ACE2细胞(C)中显着诱导的所有通路(FDRq值0.25),表明14条共享的富集通路(D)及其归一化富集分数(NES)显示为热图，补体途径以红色(E)突出显示。(F和G)(E)中补体途径之一的代表性GSEA图和该途径中前沿基因的表达，C3、C1R、C/S和C尸3以红色(G)突出显示。(H) CTO (top)和C3的表送(下)对照(Ctrl.)与 SARS-CoV-2 感染细胞中的 mRNAo (I) (A)至(H)中带病毒样

14、本中C3 mRNA表达与SARS-CoV-2病毒载量之间的Spearman相关性。ppm,百万分之一的映射读数。数据来源于GSE147507o *P0.05, *P0.01,和 *P0.001,通过 ANOVAo在查因为患者肺活检样本含有混合的肺细胞群，我们接下来定义了受影响肺中补体特征的细胞来源。为此，我们检查了体外感染SARS-CoV-2的原代正常人支气管上皮(NHBE)细胞的转录组，这再次确定了几种在感染细胞中高度富集的补体途径。按显着性错误发现率(FDR) q值对富集途径进行分级分类表明，补体途径是SARS-CoV-2感染后所有途径中富集程度最高的途径之一(图IB ) ) o被SARS-CoV-2感染的细胞类型之一是II型肺细胞，它是血管紧张素转换酶2 (ACE2)的高表达细胞，ACE2是病毒最具特征的进入受体（丝）。因此，我们检查了 A549细胞的转录组，这些细胞具有II型人类肺细胞（名，互）的特性，感染了 SARS-CoV-2和首先被转导以表达高水平ACE2的A549细胞。补体途径是最富集的途径之一，其中之一是ACE2转导的A549细胞中最显着诱导的途径（图IC） （7J） o这种反应对于SARS-CoV-2更为明显，因为对感染甲型流感的NHB