戰疫時刻|CD147—另一個新冠病毒入侵的關鍵靶點
日期：2020-03-30 17:23:53
截至2020年3月30日，新冠病毒已肆虐了近200個國家和地區，全球累計確診超過70萬人，死亡人數超過3萬人。此前，國內外研究發現，SARS-CoV-2和SARS-Cov可通過相同的受體ACE2入侵人體，而且是SARS-CoV-2入侵人體的主要途徑。而最近，隨著新冠肺炎各項研究的逐步深入與展開，3月14日，第四軍醫大學陳志南研究團隊報道了第二條新冠病毒入侵途徑——即SARS-CoV-2通過CD147新途徑侵入宿主細胞。該研究發表在預印版平臺BioRxiv上，論文題目為“SARS-CoV-2 invades host cells via a novel route: CD147-spike protein”。那CD147到底是什么？又是怎樣成為新型冠狀病毒入侵人體的靶點的呢？
1. 什么是CD147?
免疫球蛋白超家族（IgSF）由具有至少一個Ig結構域的蛋白質組成，在細胞間通訊中起重要作用。CD147，也稱為Basigin或EMMPRIN，是一種高度糖基化的單次跨膜蛋白，相對分子質量為50kDa-60kDa，屬于免疫球蛋白超家族。根據CD147來源不同，對其命名也有所不同，在人體內被稱為basigin、白細胞活化相關M6抗原、肝癌細胞抗原Hab18G；在小鼠中被稱為basigin或gp42；在大鼠中被稱為OX47；在雞中被稱為HT7或neurothelin。
CD147可識別同一細胞中的分子，尤其是同一膜中的分子（順式識別）和位于細胞外的分子（反式識別）。如Figure 1所示，在順式識別中，BSG或BSG1（CD147的兩種亞型）可與同一細胞（尤其是同一膜）中的蛋白結合，比如GLUT1和CD44；在反式識別中，GPV1和RdCVF可與BSG或BSG1結合 [1] [2]。
Figure 1. The two manners of recognizing various molecules of BSG or BSG1
2. CD147的結構與亞型
CD147分子屬于單次跨膜糖蛋白，基因定位于19p13.3處，由10個跨度約為12kb的外顯子組成。從克隆的cDNA序列得知CD147分子的mRNA長度大約1.7kb，N端起始之前有約115個核苷酸為非編碼區，編碼區編碼269個氨基酸，21個氨基酸為信號肽，中間185個氨基酸構成胞外結構域，從206-229共24個氨基酸為跨膜區，該跨膜區域在物種之間和BSG家族成員之間高度保守 [3][4]。C端39個氨基酸為胞內結構域，跨膜區包括3個亮氨酸和一個苯丙氨酸，且每隔7個氨基酸出現一次，為典型的亮氨酸拉鏈結構。
CD147分子在人類有兩種亞型（Basigin-1和Basigin-2），這是由剪接不同和轉錄起始位點不同導致的。如Figure 2所示，Basigin-1（BSG1）具有三個Ig域，是視網膜特異性形式。 Basigin-2（BSG2）是常見形式，具有兩個Ig域，由于其分布廣泛，因此我們通常也將BSG2簡稱為BSG。Ig結構域分為V區，C1和C2區及I區。I區通常位于V和C區之間。 相關研究通過X射線晶體學和NMR光譜法確定BSG細胞外部分的空間結構 [5][6]。BSG的Ig域分配如下：D0，I區； D1，C2區; D2，I區。
Figure 2. Schematic presentation of two BSG isoforms
3. CD147的功能？
CD147在體內分布非常廣泛，同種基因產生的不同類型的CD147是由于不同形式的糖基化所致，而異源基因的CD147則是由于編碼其DNA中N端序列不同所致。存在于機體不同系統中的CD147能夠參與各種不同的生理過程中并具有多種不同的生理功能。
研究發現CD147分子表達于許多正常細胞類型，包括成體和胚胎組織，而且表達量各有差異。但EMMPRIN/CD147表達于各種腫瘤組織，尤其是惡性腫瘤，如乳腺癌、肺癌、腎癌、淋巴瘤等，而且表達比相應正常組織明顯要高。腫瘤細胞EMMPRIN可刺激成纖維細胞產生MMPs，比如MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9。而且，這些有間質細胞產生的MMPs在體內可大大加速腫瘤進展 [7]。
在中樞神經系統中，CD147通常被稱為neurothelin，主要表達與血腦屏障內皮細胞、脈絡膜上皮細胞和視網膜色素上皮細胞，是血腦屏障形成的標志之一，該基因的表達與中樞神經系統內皮細胞的成熟是一致的，與人體正常血腦屏障的功能相關。因為血腦屏障形成中樞神經系統與身體免疫系統的解剖屏障，neurothelin可能參與了細胞的識別。另外CD147分子可參與神經元與神經膠質細胞的相互作用 [8]。
此外，相關研究表明，CD147在表皮細胞基底層、毛囊外根鞘細胞、精子頭部、血液系統、消化系統及泌尿系統中也有表達。所以，CD147不僅與腫瘤的發生發展密切相關，還參與了組織重建、淋巴細胞應答、精子發生、病毒感染和發育早期神經系統功能調節。在Figure 3中我們匯總了CD147生物學功能及對應的相互作用分子。
Figure 3. The collection of CD147 biological function
4. 病毒是如何通過CD147侵入人體？
CD147在多種病毒對人體的感染過程中起到重要的作用，如HIV、HBV、HCV、KSHV等。相關研究表明，在HIV-1感染宿主細胞過程中，宿主細胞的對環親和素A（CyPA）通過與HIV-1 Gag蛋白的相互作用摻入新生病毒，并隨著病毒的成熟到Gag蛋白釋放，重新分布于病毒的表面，并通過與宿主細胞表達的蛋白受體相互作用，介導HIV-1對靶細胞的黏附，這一作用使HIV-1外膜糖蛋白（gp120/gp41）與宿主細胞上的CD4及趨化因子受體相結合，從而促進病毒與細胞膜的融合，最終導致病毒對宿主細胞的入侵感染。宿主細胞的CD147分子可通過與病毒相關的CyPA相互作用促進HIV-1病毒對宿主細胞的感染。
在嚴重急性呼吸器官綜合征（SARS）冠狀病毒入侵宿主細胞過程中，CD147分子可通過與CyPA的相互作用介導與其在HIV-1入侵中類似的作用機制。而CD147-拮抗肽9與HEK293細胞的結合率高，對SARS-CoV具有抑制作用。由于SARS冠狀病毒和新冠病毒具有相似的特征，陳志南研究團隊對CD147在后者侵襲宿主細胞中的可能作用進行了研究。實驗表明，在宿主細胞上阻斷CD147對新冠病毒具有抑制作用，而且CD147在促進該病毒對宿主細胞的侵襲中起重要作用。另外，表面等離子體共振分析則證實了CD147和S蛋白（SP）的相互作用 [9]。
5. CD147與疾病
CD147是廣泛存在于細胞膜表面的一種跨膜糖蛋白，隸屬于免疫球蛋白超家族，可通過與多種因子結合，廣泛參與體內正常的生理代謝和疾病的病理生理過程。在這部分我們集中闡述了幾個研究比較熱的與CD147相關的疾病。
5.1 CD147與惡性腫瘤
CD147在多種惡性腫瘤中均呈現高水平表達，在腫瘤的發生發展中,CD147通過誘導基質金屬蛋白(MMPs)的產生，實現對腫瘤生長、浸潤及轉移的促進作用。而腫瘤的發生發展是一個動態過程，涉及腫瘤微環境（TM）的不同細胞和非細胞成分相互作用 [10]。
惡性腫瘤細胞浸潤及轉移需要跨越基底膜和組織間隙機制，而CD147的高表達可使MMPs表達及活性增加，從而降解基底膜的組要成分，破壞組織的機械屏障，促進腫瘤的浸潤和轉移。CD147對于MMPs的作用可通過激活MMPs或MMPs激活劑來完成。CD147通過與α3β1、α6β1形成復合物，參與細胞與基質的黏附，促進惡性腫瘤細胞的擴散轉移。此外通過CD147細胞內C端結構的改變，影響細胞內骨架蛋白的聚集和解聚，參與細胞的運動及偽足的形成 [11]。
5.2 CD147與急性腎損傷
據統計，急性腎損傷（AKI）占住院患者的1-2％，而進入重癥監護病房的患病率超過40％，ICU 中AKI和多器官功能衰竭患者的死亡率超過50％。而AKI的機制目前尚不清楚。此前有研究在盲腸結扎和穿刺（CLP）誘導的器官功能障礙中通過差異凝膠電泳（DIGE）證實，CLP和敗血癥誘發的腎功能不全后，CyPA含量增加，但注射CD147抗體后CyPA含量降低， 表明CyPA的受體被腹膜內抗CD147抗體抑制。此外，CLP后24小時血清TNF-α、IL-6和IL-10濃度顯著降低，這表明注射CD147抗體顯著降低了促炎和抗炎性細胞因子的產生。這也證實了抗CD147可以預防AKI [12]。
多項研究表明，細胞外CyPA可通過CD147發揮促炎作用，而抗CD147抗體則具有抗促炎作用（Figure 4）。CyPA-CD147相互作用對炎癥過程的病理生理相關性已經在許多動物模型中進行了研究。對類風濕關節炎患者的滑膜巨噬細胞的研究發現，可以檢測到CyPA和CD147的表達，而且刺激CD147可誘導MMP-9和促炎性細胞因子的產生，并促進巨噬細胞的細胞遷移。所以，在膠原誘導的關節炎模型中，抗體阻斷CD147和CyPA之間的相互作用可明顯減輕關節炎癥狀 [13]。
然而，就缺血性腎損傷而言，CD147可能是疾病進程中的一把雙刃劍，因為CD147上調可增加MMP的產生并誘導缺血組織中白細胞適應，進而破壞組織 [14]。有研究發現CD147與E-選擇素相互作用，可通過增加中性粒細胞向腎小管間質的適應性來促進腎缺血/再灌注損傷中的腎發炎。
Figure 4. A proposed mechanism implicated in CyPA/CD147-mediated cell response in AKI
5.3 CD147與其他疾病
如前所述，作為一個高度糖基化的跨膜粘附分子，CD147在許多生理病理過程中發揮重要作用。最新研究表明，氧化型低密度脂蛋白能夠促進血小板中CD147表達，而CD147能夠通過MMPs降解細胞外基質，進而導致動脈粥樣硬化斑塊破裂或不穩定。這為CD147分子在心血管疾病中的角色扮演奠定了理論基礎。在人類子宮內膜上皮細胞的相關研究中發現，子宮內膜異位患者體內CD147水平高于正常水平，WB結果顯示在含CD147抗體的實驗組中，參與細胞凋亡的Bax及Caspase3明顯上調，導致子宮內膜上皮細胞凋亡增加和細胞活力下降。此外，在兔的液壓損傷模型中發現，腦組織受傷區域CD147含量明顯升高、MMP9表達增加，這表明CD147在創傷性腦損傷后的炎癥反應中具有重要作用。
CD147蛋白
Recombinant Human Basigin(BSG),partial (Active) (Code: CSB-MP002831HU1)
(Tris-Glycine gel) Discontinuous SDS-PAGE (reduced) with 5% enrichment gel and 15% separation gel.
Immobilized CD147 at 2 μg/ml can bind Anti-CD147 recombinant Antibody, the EC50 is 21.95-33.12 ng/ml.
References
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