研究人员揭示了纤维蛋白和新型冠状病毒刺突蛋白之间的分子相互作用，为抑制长期冠状病毒肺炎的破坏性影响的靶向治疗铺平了道路。
在最近发表在自然杂志上的一项研究，美国的一个大型研究团队提供了证据，证明纤维蛋白在驱动血栓炎症(凝血和炎症之间的有害相互作用)和冠状病毒疾病2019(新冠肺炎)的神经病理学中起着关键作用。他们还探索了靶向纤维蛋白的潜力免疫疗法作为急性新冠肺炎和长新冠肺炎的治疗方法。
背景 新冠肺炎已成为一个重大的公共卫生问题，在急性感染期间出现凝血和神经系统并发症，并持续到急性期后相当一段时间，这样导致发病率和死亡率升高。这些问题影响所有年龄组的患者，包括轻度或突破性感染的患者。尽管进行了充分的抗凝治疗，但持续与耐药的血凝块提出了尚未完全了解的潜在机制。在新冠肺炎，高凝状态、免疫反应和神经系统并发症之间的相互作用凸显了进一步研究的必要性，以揭示导致这些并发症的确切机制并开发有效的治疗方法。
关于研究 C57BL/6和K18-hACE2小鼠用于本研究，从Jackson实验室和其他来源获得，并在标准条件下饲养。根据机构指南，在Gladstone Institutes的实验室动物护理评估和认证协会(AAALAC)认可的动物生物安全3级(ABSL3)设施中，使用3至7个月大的雄性和雌性小鼠进行实验。
人柠檬酸化血浆和外周血单核细胞(PBMCs)是商业商业渠道获取，没有人直接参与。严重急性呼吸综合征冠状病毒2(新型冠状病毒)重组三聚体刺突蛋白在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞中产生、纯化并用于各种分析。
在用凝血酶和氯化钙开始凝固后，通过测量浊度来评估人血浆中的纤维蛋白聚合程度。用扫描电子显微镜(SEM)分析了硅片上形成的纤维蛋白凝块，然后用美国国立卫生研究院(NIH)的图像分析仪进行图像处理。
包有纤维蛋白原或纤维蛋白的ELISA板用于研究用特异性抗体检测的刺突蛋白的特异性结合相互作用。还有其他方法包括肽阵列、表位映射、丙氨酸扫描、结构建模和对接研究，以探索纤维蛋白原和刺突内介导其相互作用的精确区域。
体内实验包括向小鼠注射标记的刺突蛋白和纤维蛋白原，然后进行组织成像。进行纤维蛋白凝块对纤溶酶消化的抗性、巨噬细胞中活性氧(ROS)的检测和各种免疫测定。数据分析确保了统计学上的严谨，得出有力的研究结论。
研究结果 鉴于与其他呼吸道感染相比，新冠肺炎患者中异常血凝块的发生频率和严重性更高，因此假设新冠状病毒可能直接与纤维蛋白原结合，促进血凝块形成并改变血凝块的结构和功能。固相结合试验证实了纤维蛋白原/纤维蛋白和新型冠状病毒刺突蛋白之间的特异性相互作用，鉴定了两种分子上的关键结合位点。这包括尖峰S1(N501Y)突变体，它增强了病毒传播和与血管紧张素转换酶2 (ACE2)的结合。刺突对纤维蛋白的亲和力低于对ACE2的亲和力，然而发现纤维蛋白原会与刺突蛋白免疫共沉淀，并在感染病毒小鼠的肺中与刺突共定位。这表明纤维蛋白和刺突在溶液中和组织内都相互作用。
为了进一步探索结合区域，定制的纤维蛋白原肽阵列确定了纤维蛋白原Bβ和γ链中的关键结合位点，将这些位点映射到刺突蛋白上的特定区域。并计算对接提供了模型，证明了这些结合位点之间的密切联系，证实了分子水平的相互作用。
随后的测试显示，刺突蛋白改变了纤维蛋白凝块的结构，并增加了凝块的浊度，表明凝块更致密且更具抗性，正如在血栓栓塞性疾病和新冠肺炎患者中观察到的那样。此外，峰值延迟了纤溶酶对纤维蛋白的降解，进一步表明峰值有助于形成抗纤维蛋白溶解凝块。这种对降解的抵抗可能是长冠状病毒肺炎炎症和血栓相关并发症持续存在的一个关键因素。尖峰还增强了纤维蛋白诱导的炎症，如巨噬细胞释放的ROS增加所示。
诱变研究确定了刺突和纤维蛋白原γ链上特定表位之间的相互作用，这对于结合参与免疫激活的CD11b受体至关重要。用单克隆抗体5B8阻断这种特异性表位，不仅抑制了纤维蛋白-棘波相互作用，而且减少了棘波增强的ROS释放，这表明了是一种减轻凝块形成和炎症的潜在治疗机制。在体内，将纤维蛋白原和刺突蛋白共同注射到小鼠脑中增加了纤维蛋白诱导的小胶质细胞反应性，强调了在新冠病毒刺突蛋白存在下纤维蛋白的促炎作用。
结论 总之，该研究表明，纤维蛋白原在新冠肺炎的血栓炎症和神经病理学中起着核心作用，不仅仅是全身炎症的结果，而且是疾病过程的积极参与者。纤维蛋白原与新冠病毒刺突蛋白的相互作用导致异常凝块的形成、过度炎症和对脑内小胶质细胞的产生直接影响，从而导致在新冠肺炎患者中观察到的神经症状。发现5B8抗纤维蛋白抗体阻断许多这些病理效应，通过减少血栓炎症和神经变性提供双重保护。纤维蛋白对NK细胞活性的抑制进一步突出了其在调节免疫反应中的作用，潜在地削弱了病毒清除并加重了疾病的严重性。这种机制在急性和长期冠状病毒肺炎中都很重要，在这两种情况下，持续的纤维蛋白沉积可能导致炎症和认知能力下降。该研究还指出了纤维蛋白靶向治疗在不损害正常止血的情况下可减少血栓炎症和保护新冠肺炎神经损伤的潜力，为患有新冠肺炎长期影响的患者提供了一种有前途的治疗途径。
Journal reference:
Ryu, J.K., Yan, Z., Montano, M. et al. Fibrin drives thromboinflammation and neuropathology in COVID-19. Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07873-4, https://www.nature.com/articles/s41586-024-07873-4
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