重大发现|首个不依赖于ACE2的新冠病毒新受体——AXL

日期：2021-02-03 14:22:16

热搜持续！

Worldometer新冠疫情最新统计数据显示，#全球累计新冠确诊病例超1亿#，累计死亡病例逾214万例。确诊病例最多的五个国家为美国、印度、巴西、俄罗斯、英国，死亡病例最多的五个国家为美国、巴西、印度、墨西哥、英国。

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最近热搜频繁，目前国内多地出现了聚集性疫情，自2020年新型冠状病毒疫情蔓延全球，已构成了对人类社会的强大挑战。而理解新冠病毒与人体系统的相互作用，包括新冠病毒感染、入侵、复制及免疫逃逸的机制，是开发疫苗、诊断治疗的理论依据。

受体是病毒感染人体的决定性条件，对于预防、诊断和治疗病毒感染及其相关疾病都具有重要而深远的意义。自从石正丽团队揭示血管紧张素转化酶-2 (ACE2)是新冠病毒入侵细胞的受体以来，新冠病毒的其他受体也在陆续被发现。

要说近期最火热的新冠研究发现，那无疑是西湖大学/复旦大学研究团队在Cell Research联合发表的研究性论文"AXL is a Candidate Receptor for SARS-CoV-2 that Promotes Infection of Pulmonary and Bronchial Epithelial Cells"：

该研究发现，AXL蛋白是新冠病毒感染人类呼吸系统的潜在受体。这也是目前发现的首个不依赖于ACE2的新冠病毒新受体。

猜测：新冠病毒在人类呼吸系统中还有其他重要受体

早在疫情之始，研究人员就已证明了SARS-CoV-2进入宿主细胞的主要受体是血管紧张素转化酶II（ACE2），但已有多项研究表明，ACE2在人的肺部和气管中的整体表达量并不高，实际上，ACE2只在肾脏和消化系统中表达水平较高，在其他组织中只有不到1%表达，如心脏（0.3%）、肝脏（0.1%）、大脑（0%）、肺（0.1%）和气管（0.2%），因此研究人员推测必然存在一些辅助受体或相关的宿主因子辅助SARS-CoV-2进入宿主细胞。

首先使用假病毒感染人肾源细胞系、肺源性细胞系、支气管源性细胞系、胃源细胞系、肝源性细胞系、乳腺细胞系和神经源性细胞系，筛选出易受感染的细胞系：肺源性细胞系H1299、支气管源性细胞系BEAS-2B。

使用TAP-MS分析等方法筛选与SARS-CoV-2 S（S蛋白简写为S）靶蛋白互作的蛋白，筛选出了22个高可信度的候选受体/共受体。通过分子动力学模拟及分子力学/泊松-玻尔兹曼表面积计算，对这些候选受体与新冠病毒刺突蛋白形成的复合物进行了一系列模拟计算，并最终筛选出结合强度排名前三的候选受体：AXL、EGFR和LDLR。

用于潜在SARS-CoV-2受体的集成蛋白质组学计算流程示意图

证实：新冠病毒可利用宿主的AXL蛋白入侵呼吸系统

通过使用FLAG标签的SARS-CoV-2 S和MYC标签的AXL、EGFR和LDLR验证相互作用，发现AXL、ACE和SARS-CoV-2 S主要共定位于细胞膜，而LDLR和EGFR则不是，因此可以排除LDLR和EGFR。在HEK293T、H1299和BEAS-2B以及人原代肺细胞中检测这些蛋白的蛋白和mRNA，结果显示，在所有细胞系中ACE2表达较低；H1299和BEAS-2B细胞以及人原代肺细胞中AXL表达较高，同时AXL在大多数检测的人体组织中表达。这些结果表明AXL可能独立于ACE2促进SARS-CoV-2感染的功能。

研究团队随后发现，AXL的敲除可以显著减少假病毒对于H1299细胞的感染。为了排除AXL帮助ACE2介导病毒感染的可能性，研究团队构建了ACE2或/和AXL敲除的H1299细胞系，并发现敲除ACE2对于病毒感染H1299细胞并无影响，而敲除AXL显著降低了假病毒的感染。在细胞培养基中加入合成的可溶性的AXL重组蛋白可以有效抑制病毒感染H1299细胞。同时，研究团队发现ACE2和AXL之间并不存在相互交叉的抑制感染功能，提示AXL可能是不依赖于ACE2的新冠病毒新受体。

病毒感染实验证实AXL是新冠病毒在肺细胞上的重要受体

在明确了AXL可以以受体形式结合新冠病毒刺突蛋白介导假病毒进入后，研究团队在生物安全防护三级实验室中进行了新冠病毒的真病毒感染实验。实验结果表明AXL可以不依赖于ACE2独立介导新冠真病毒的感染。将293T细胞中的ACE2及AXL蛋白双敲除后，单独过表达AXL就可以促进病毒感染，而AXL重组蛋白或是新冠病毒刺突蛋白NTD重组蛋白的加入可以抑制AXL介导的病毒感染，证实了AXL介导的的新冠病毒感染不依赖于ACE2。

研究团队进一步在肺上皮细胞系H1299和正常肺上皮细胞形成的肺上皮类器官中敲除了AXL，发现新冠病毒感染被显著抑制。加入可溶的AXL重组蛋白或是新冠病毒刺突蛋白NTD重组蛋白，也可以大大抑制病毒感染。

最后，研究团队证实在新冠病人中，AXL的表达与病毒载量和病程发展高度相关。

综上所述，这些发现表明AXL是SARS-CoV-2入侵人体的新型候选受体，它可能在促进人类呼吸系统的病毒感染中发挥重要作用，进一步发现和阐明其具体机制，将有助于开发新冠治疗方案。

进程：SARS-CoV-2宿主受体研究大发现

2020年2月3日，Nature杂志发表了石正丽团队针对新冠病毒的鉴定工作，论文标题为“Pneumonia outbreak is associated with a novel coronavirus of likely bat origin”。论文首次揭示ACE2是新冠病毒入侵细胞的受体，开启了新冠病毒受体大发现的旅程。

2020年3月14日，陈志南等团队合作发现CD147是新冠病毒入侵细胞的新受体，文章发表在Signal Transduction and Targeted Therapy，题目为 “SARS-CoV-2 invades host cells via a novel route: CD147-spike protein”。该研究发现新冠病毒通过S蛋白与宿主细胞上的受体CD147结合，从而介导病毒入侵。

2020年5月13日，香港大学李嘉诚医学院微生物学系教授袁国勇团队在Nature Medicine杂志上发表题为"ACE2 and TMPRSS2 are expressded on the human ocular surface,suggesting susceptibility to SARS-CoV-2 infection"文章，证实SARS-CoV-2 可以感染人和蝙蝠的肠类器官，进一步表明 SARS-CoV-2 可能通过宿主肠道传播。研究人员还发现，在诱导分化的人肠类器官中，SARS-CoV-2 入侵宿主细胞所需的ACE2和TMPRSS2的转录和表达水平均明显提高。

2020年8月4日，香港大学医学院与中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所等单位联合完成的最新研究成果"SARS-CoV-2 infects human neural progenitor cells and brain organoids" 在 Cell Research（IF=20.507）上以Letter to Editor 形式在线发表。这项工作首次发现了新型冠状病毒感染人神经祖细胞（hNPCs）和类脑器官（brain organoids）的证据。本研究首次发现了3D脑类器官中TUJ1（神经元标记物）和NESTIN（神经祖细胞标记物）阳性细胞区域可以被SARS-CoV-2感染，这表明新型冠状病毒可以感染人脑中的皮质神经元和神经祖细胞。

2020年10月21日，来自顶级期刊 Science上的两份不同文章的同一研究，发现了一个让新冠病毒能够在人类细胞中具有高度传染性并且迅速传播的“秘密开关”。题目分别为“Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity”和“Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection”，分别从新冠病毒刺突蛋白（S蛋白）的氨基酸序列和新冠患者中常见嗅觉障碍得到启发，发现neuropilin-1（NRP1）促进了新冠病毒细胞的进入和感染。

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AXL蛋白是新型冠状病毒感染人类呼吸系统的潜在受体，且AXL可能成为不依赖于ACE2的新冠病毒新受体，为新冠肺炎的治疗提供了新的靶点。

AXL是一种受体酪氨酸激酶，定位在细胞膜上，广泛参与调节细胞的生存、增殖、迁移与分化。AXL最早发现于慢性粒细胞白血病的病人中，也有研究认为可能参与癌症的发生。在各类血液瘤以及多种实体瘤中经常存在过度表达的现象，它与肿瘤细胞的存活和生长以及肿瘤的转移相关。而在靶向以及化疗药物治疗中，AXL的过表达是导致肿瘤产生耐药性的一种重要的作用机制。

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