宿主细胞表面蛋白抑制furin依赖性病毒糖蛋白加工的分子机制及其对SARS-CoV-2和H5N1禽流感病毒感染的调控作用

本研究通过细胞表面邻近连接技术(CSPL)鉴定出Prom1、Axl和Ly75等宿主细胞表面蛋白能特异性抑制furin蛋白酶对SARS-CoV-2刺突蛋白(Spike)和H5N1血凝素(HA)的切割加工。瑞士日内瓦大学团队发现这些限制因子通过形成复合物干扰furin活性，显著影响病毒假颗粒(VLP)的细胞入侵效率，为开发广谱抗病毒策略提供了新靶点。

　　

在病毒与宿主的永恒博弈中，病毒糖蛋白的蛋白酶加工一直是决定感染成败的关键环节。SARS-CoV-2的刺突蛋白(Spike)和H5N1禽流感病毒的血凝素(HA)都需要宿主furin蛋白酶在其多碱基切割位点(MCS)进行切割激活，这一过程直接影响病毒的感染性和传播力。然而，宿主细胞是否进化出天然防御机制来对抗这种"借刀杀人"的病毒策略，仍是未解之谜。

瑞士日内瓦大学医学院微生物与分子医学系的Nathalia Williams和Mirco Schmolke团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次系统揭示了宿主细胞表面蛋白通过调控furin活性来限制病毒入侵的分子机制。研究人员采用细胞表面邻近连接技术(CSPL)这一创新方法，在天然易感SARS-CoV-2的Calu3肺上皮细胞中，捕获了36个与病毒刺突蛋白邻近相互作用的宿主表面蛋白。通过CRISPR/Cas9基因敲除筛选，发现Prom1(CD133)、Axl和Ly75等蛋白的缺失会显著增强SARS-CoV-2假病毒颗粒(VLP)的入侵效率，提示这些蛋白可能是潜在的宿主限制因子(HRF)。

研究主要运用了四种关键技术：1) 基于HRP标记的CSPL技术鉴定病毒-宿主互作网络；2) CRISPR/Cas9系统构建13个靶基因的敲除细胞系；3) 假病毒颗粒(VLP)感染实验评估病毒入侵效率；4) 双分子荧光互补(BiFC)系统可视化膜融合过程。这些方法的组合应用为揭示宿主-病毒相互作用提供了多维度证据。

在"Identification of host cell surface proteins inhibiting furin dependent proteolytic processing of viral glycoproteins"部分，研究发现Prom1、Axl和Ly75的过表达能显著抑制SARS-CoV-2 Spike蛋白被furin切割产生S2片段的过程。免疫共沉淀实验证实Axl和Prom1可直接与furin形成复合物，而Ly75则可能通过间接方式发挥作用。有趣的是，当研究扩展到H5N1流感病毒的HA蛋白时，只有Prom1表现出类似的抑制效应，揭示不同病毒对宿主防御机制的敏感性存在显著差异。

"Bimolecular fluorescence complementation assay"部分的细胞融合实验精确定位了这些限制因子的作用时空特征。通过分裂YFP系统观察到，只有当Prom1或Axl表达于病毒靶细胞(而非病毒产生细胞)时，才能有效抑制SARS-CoV-2诱导的合胞体形成，说明这些蛋白主要在细胞表面发挥抗病毒功能。这一发现与furin蛋白酶可在细胞表面分泌活性的特性高度吻合。

关于"Interferon and SARS-CoV-2 infection regulate target protein expression"的发现则揭示了宿主防御的调控网络。γ干扰素能特异性上调Axl表达，而SARS-CoV-2感染本身不影响这些限制因子的水平，提示干扰素通路可能在抗病毒天然免疫中通过调控furin活性来增强防御能力。

在讨论部分，作者强调了这项研究的转化医学价值。虽然单个限制因子对SARS-CoV-2复制的抑制效果较为温和，但Prom1和Axl作为furin活性的新型调控因子，为开发广谱抗病毒药物提供了潜在靶点。特别值得注意的是，Prom1能同时抑制SARS-CoV-2和H5N1两种不同病毒的糖蛋白加工，这种跨病毒属的抑制作用在抗病毒策略设计中尤为珍贵。研究也指出，不同细胞类型(如偏向表面融合的Calu3与偏向内体入侵的A549)对限制因子的敏感性差异，可能解释了此前关于Axl既可能促进又可能抑制病毒感染的不同报道。

这项研究不仅揭示了宿主对抗包膜病毒入侵的新机制，更重要的是提出了"靶向宿主蛋白酶调控网络"的新型抗病毒策略。通过增强Prom1等内源性限制因子的表达或功能，未来可能开发出能同时应对多种病毒威胁的广谱治疗方法，为应对新发传染病提供新的干预思路。