CRISPR-Cas9筛选揭示Elongin BC-VHL复合体调控TMPRSS2表达及其在SARS-CoV-2感染中的关键作用

本期推荐：剑桥大学团队通过全基因组CRISPR-Cas9筛选，首次发现Elongin BC-VHL-HIF通路调控呼吸道病毒关键受体TMPRSS2的表达。该研究证实PHD抑制剂可通过下调TMPRSS2抑制SARS-CoV-2及其Omicron变异株感染，为开发新型抗冠状病毒药物提供了全新靶点，发表于《Scientific Reports》。

　　

病毒入侵人体细胞需要"钥匙"和"门锁"的精密配合。对于SARS-CoV-2而言，ACE2是它的"钥匙孔"，而TMPRSS2（跨膜丝氨酸蛋白酶2）则是帮助病毒破门而入的"开锁工具"。这个神奇的蛋白酶能切割病毒刺突蛋白，让病毒外膜与细胞膜直接融合。虽然科学家们早就知道TMPRSS2对多种呼吸道病毒入侵至关重要，但对其调控机制，特别是在与COVID-19病理相关的细胞类型中的调控知之甚少。更令人担忧的是，随着Omicron等变异株的出现，关于TMPRSS2在这些新变异株感染中的作用还存在争议。这些知识空白严重限制了针对TMPRSS2的抗病毒药物开发。

剑桥大学治疗免疫学与传染病研究所的Ildar Gabaev团队在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究。他们通过创新的CRISPR-Cas9遗传筛选技术，首次揭示了TMPRSS2表达受Elongin BC-VHL复合体和HIF（缺氧诱导因子）转录因子的精密调控。研究发现，激活HIF通路可显著下调TMPRSS2表达，并有效抑制SARS-CoV-2及其Omicron变异株的感染。这一发现不仅解开了TMPRSS2调控之谜，更为开发新型抗冠状病毒药物提供了全新策略。

研究团队采用了多项前沿技术：1）全基因组和表观遗传调节因子靶向CRISPR-Cas9筛选技术鉴定TMPRSS2调控因子；2）使用人结肠上皮细胞Caco-2和肺上皮细胞Calu-3模型，验证靶基因功能；3）通过流式细胞术和免疫印迹分析蛋白表达；4）建立SARS-CoV-2 Venus报告病毒系统评估病毒感染效率；5）采用原代人肠道类器官验证临床相关性。

在"选择内源性表达TMPRSS2的人细胞系进行CRISPR筛选"部分，研究团队系统比较了6种人源细胞系的TMPRSS2表达水平，最终选择TMPRSS2表达最高且遗传操作便利的结肠上皮Caco-2细胞作为筛选模型。通过特异性抗体验证和基因敲除实验，证实了该模型的可靠性。

"TMPRSS2缺失减少SARS-CoV-2进入Caco-2和Calu-3细胞"部分显示，在ACE2过表达的Caco-2细胞中，敲除TMPRSS2显著抑制了野生型SARS-CoV-2和Omicron BA.2变异株的感染。蛋白酶抑制剂camostat mesilate的实验进一步验证了这一发现，证明即使是Omicron亚型XBB.1.1和XBB.2.3也依赖TMPRSS2进入结肠上皮细胞。

"全基因组和靶向CRISPR筛选揭示Elongin BC-VHL复合体调控表面TMPRSS2表达"部分报道了关键发现：全基因组筛选中，Elongin B（TCEB2）是仅次于TMPRSS2本身的最高得分基因，VHL基因的sgRNAs也显著富集。靶向表观遗传调节因子和转录调节因子的筛选同样验证了Elongin B的核心作用。

"TMPRSS2在Caco-2细胞中受HIF通路调控"部分证实，PHD抑制剂roxadustat和daprodustat处理可显著下调TMPRSS2 mRNA和蛋白表达。在原代人肠道类器官中也观察到类似现象，表明这一调控机制具有临床相关性。

"互补性CRISPR-Cas9筛选证实HIF亚基作为表面TMPRSS2表达调节因子的作用"部分通过反向筛选策略，发现HIF1β（ARNT）和HIF2α（EPAS1）缺失可完全或部分阻断roxadustat诱导的TMPRSS2下调，确证了HIF通路的核心地位。

"CRISPR Cas9介导的Elongin B缺失或PHD抑制剂处理降低Calu-3细胞的SARS-CoV-2感染"部分将发现扩展到肺上皮细胞。Elongin B敲除或FG-4592处理不仅下调TMPRSS2，还降低ACE2表达，双重抑制显著减少了SARS-CoV-2及其Omicron变异株的感染。

这项研究首次系统阐明了TMPRSS2的调控网络：Elongin B通过稳定VHL维持HIF蛋白的降解，在常氧条件下维持TMPRSS2表达；而缺氧或PHD抑制剂通过稳定HIFα蛋白，触发TMPRSS2表达下调。这一发现具有多重意义：1）解释了不同组织TMPRSS2表达差异的分子基础；2）证实Omicron变异株在结肠上皮细胞中仍依赖TMPRSS2；3）揭示了PHD抑制剂作为抗冠状病毒药物的潜力；4）为理解HIF介导的基因抑制提供了新案例。

特别值得注意的是，研究发现HIF激活可同时下调ACE2和TMPRSS2，这种"双靶点"抑制作用可能比单一靶向策略更有效。虽然HIF调节剂在抗COVID-19中的应用还需更多研究，但这项工作无疑为开发新型抗病毒药物开辟了崭新途径。在冠状病毒持续变异的背景下，靶向保守的宿主因子而非易变的病毒蛋白，可能成为应对未来疫情的重要策略。