戰(zhàn)疫時(shí)刻|CD147—另一個(gè)新冠病毒入侵的關(guān)鍵靶點(diǎn)

1. 什么是CD147?

免疫球蛋白超家族（IgSF）由具有至少一個(gè)Ig結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)組成，在細(xì)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(duì)分子質(zhì)量為50kDa-60kDa，屬于免疫球蛋白超家族。根據(jù)CD147來源不同，對(duì)其命名也有所不同，在人體內(nèi)被稱為basigin、白細(xì)胞活化相關(guān)M6抗原、肝癌細(xì)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(shí)別同一細(xì)胞中的分子，尤其是同一膜中的分子（順式識(shí)別）和位于細(xì)胞外的分子（反式識(shí)別）。如Figure 1所示，在順式識(shí)別中，BSG或BSG1（CD147的兩種亞型）可與同一細(xì)胞（尤其是同一膜）中的蛋白結(jié)合，比如GLUT1和CD44；在反式識(shí)別中，GPV1和RdCVF可與BSG或BSG1結(jié)合 ^{[1] [2]}。

Figure 1. The two manners of recognizing various molecules of BSG or BSG1

2. CD147的結(jié)構(gòu)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(gè)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(gè)核苷酸為非編碼區(qū)，編碼區(qū)編碼269個(gè)氨基酸，21個(gè)氨基酸為信號(hào)肽，中間185個(gè)氨基酸構(gòu)成胞外結(jié)構(gòu)域，從206-229共24個(gè)氨基酸為跨膜區(qū)，該跨膜區(qū)域在物種之間和BSG家族成員之間高度保守 ^[3][4]。C端39個(gè)氨基酸為胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，跨膜區(qū)包括3個(gè)亮氨酸和一個(gè)苯丙氨酸，且每隔7個(gè)氨基酸出現(xiàn)一次，為典型的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。

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(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)不同導(dǎo)致的。如Figure 2所示，Basigin-1（BSG1）具有三個(gè)Ig域，是視網(wǎng)膜特異性形式。 Basigin-2（BSG2）是常見形式，具有兩個(gè)Ig域，由于其分布廣泛，因此我們通常也將BSG2簡稱為BSG。Ig結(jié)構(gòu)域分為V區(qū)，C1和C2區(qū)及I區(qū)。I區(qū)通常位于V和C區(qū)之間。 相關(guān)研究通過X射線晶體學(xué)和NMR光譜法確定BSG細(xì)胞外部分的空間結(jié)構(gòu) ^[5][6]。BSG的Ig域分配如下：D0，I區(qū)； D1，C2區(qū); D2，I區(qū)。

Figure 2. Schematic presentation of two BSG isoforms

3. CD147的功能？

CD147在體內(nèi)分布非常廣泛，同種基因產(chǎn)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(jī)體不同系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)CD147分子表達(dá)于許多正常細(xì)胞類型，包括成體和胚胎組織，而且表達(dá)量各有差異。但EMMPRIN/CD147表達(dá)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(dá)比相應(yīng)正常組織明顯要高。腫瘤細(xì)胞EMMPRIN可刺激成纖維細(xì)胞產(chǎn)生MMPs，比如MMP-1、MMP-2、MMP-3和MMP-9。而且，這些有間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的MMPs在體內(nèi)可大大加速腫瘤進(jìn)展 ^[7]。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，CD147通常被稱為neurothelin，主要表達(dá)與血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞、脈絡(luò)膜上皮細(xì)胞和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，是血腦屏障形成的標(biāo)志之一，該基因的表達(dá)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)皮細(xì)胞的成熟是一致的，與人體正常血腦屏障的功能相關(guān)。因?yàn)檠X屏障形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)與身體免疫系統(tǒng)的解剖屏障，neurothelin可能參與了細(xì)胞的識(shí)別。另外CD147分子可參與神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用 ^[8]。

此外，相關(guān)研究表明，CD147在表皮細(xì)胞基底層、毛囊外根鞘細(xì)胞、精子頭部、血液系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及泌尿系統(tǒng)中也有表達(dá)。所以，CD147不僅與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，還參與了組織重建、淋巴細(xì)胞應(yīng)答、精子發(fā)生、病毒感染和發(fā)育早期神經(jīng)系統(tǒng)功能調(diào)節(jié)。在Figure 3中我們匯總了CD147生物學(xué)功能及對(duì)應(yīng)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(duì)人體的感染過程中起到重要的作用，如HIV、HBV、HCV、KSHV等。相關(guān)研究表明，在HIV-1感染宿主細(xì)胞過程中，宿主細(xì)胞的對(duì)環(huán)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(xì)胞表達(dá)的蛋白受體相互作用，介導(dǎo)HIV-1對(duì)靶細(xì)胞的黏附，這一作用使HIV-1外膜糖蛋白（gp120/gp41）與宿主細(xì)胞上的CD4及趨化因子受體相結(jié)合，從而促進(jìn)病毒與細(xì)胞膜的融合，最終導(dǎo)致病毒對(duì)宿主細(xì)胞的入侵感染。宿主細(xì)胞的CD147分子可通過與病毒相關(guān)的CyPA相互作用促進(jìn)HIV-1病毒對(duì)宿主細(xì)胞的感染。

在嚴(yán)重急性呼吸器官綜合征（SARS）冠狀病毒入侵宿主細(xì)胞過程中，CD147分子可通過與CyPA的相互作用介導(dǎo)與其在HIV-1入侵中類似的作用機(jī)制。而CD147-拮抗肽9與HEK293細(xì)胞的結(jié)合率高，對(duì)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(tuán)隊(duì)對(duì)CD147在后者侵襲宿主細(xì)胞中的可能作用進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)表明，在宿主細(xì)胞上阻斷CD147對(duì)新冠病毒具有抑制作用，而且CD147在促進(jìn)該病毒對(duì)宿主細(xì)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(shí)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(xì)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(jié)合，廣泛參與體內(nèi)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(gè)研究比較熱的與CD147相關(guān)的疾病。

5.1 CD147與惡性腫瘤

CD147在多種惡性腫瘤中均呈現(xiàn)高水平表達(dá)，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中,CD147通過誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白(MMPs)的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤生長、浸潤及轉(zhuǎn)移的促進(jìn)作用。而腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，涉及腫瘤微環(huán)境（TM）的不同細(xì)胞和非細(xì)胞成分相互作用 ^[10]。

惡性腫瘤細(xì)胞浸潤及轉(zhuǎn)移需要跨越基底膜和組織間隙機(jī)制，而CD147的高表達(dá)可使MMPs表達(dá)及活性增加，從而降解基底膜的組要成分，破壞組織的機(jī)械屏障，促進(jìn)腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移。CD147對(duì)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(fù)合物，參與細(xì)胞與基質(zhì)的黏附，促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。此外通過CD147細(xì)胞內(nèi)C端結(jié)構(gòu)的改變，影響細(xì)胞內(nèi)骨架蛋白的聚集和解聚，參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)及偽足的形成 ^[11]。

5.2 CD147與急性腎損傷

據(jù)統(tǒng)計(jì)，急性腎損傷（AKI）占住院患者的1-2％，而進(jìn)入重癥監(jiān)護(hù)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(jī)制目前尚不清楚。此前有研究在盲腸結(jié)扎和穿刺（CLP）誘導(dǎo)的器官功能障礙中通過差異凝膠電泳（DIGE）證實(shí)，CLP和敗血癥誘發(fā)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(nèi)抗CD147抗體抑制。此外，CLP后24小時(shí)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(xì)胞因子的產(chǎn)生。這也證實(shí)了抗CD147可以預(yù)防AKI ^[12]。

多項(xiàng)研究表明，細(xì)胞外CyPA可通過CD147發(fā)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(duì)炎癥過程的病理生理相關(guān)性已經(jīng)在許多動(dòng)物模型中進(jìn)行了研究。對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者的滑膜巨噬細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，可以檢測到CyPA和CD147的表達(dá)，而且刺激CD147可誘導(dǎo)MMP-9和促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并促進(jìn)巨噬細(xì)胞的細(xì)胞遷移。所以，在膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎模型中，抗體阻斷CD147和CyPA之間的相互作用可明顯減輕關(guān)節(jié)炎癥狀 ^[13]。

然而，就缺血性腎損傷而言，CD147可能是疾病進(jìn)程中的一把雙刃劍，因?yàn)镃D147上調(diào)可增加MMP的產(chǎn)生并誘導(dǎo)缺血組織中白細(xì)胞適應(yīng)，進(jìn)而破壞組織 [14]。有研究發(fā)現(xiàn)CD147與E-選擇素相互作用，可通過增加中性粒細(xì)胞向腎小管間質(zhì)的適應(yīng)性來促進(jìn)腎缺血/再灌注損傷中的腎發(fā)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(gè)高度糖基化的跨膜粘附分子，CD147在許多生理病理過程中發(fā)揮重要作用。最新研究表明，氧化型低密度脂蛋白能夠促進(jìn)血小板中CD147表達(dá)，而CD147能夠通過MMPs降解細(xì)胞外基質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂或不穩(wěn)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(chǔ)。在人類子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，子宮內(nèi)膜異位患者體內(nèi)CD147水平高于正常水平，WB結(jié)果顯示在含CD147抗體的實(shí)驗(yàn)組中，參與細(xì)胞凋亡的Bax及Caspase3明顯上調(diào)，導(dǎo)致子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞凋亡增加和細(xì)胞活力下降。此外，在兔的液壓損傷模型中發(fā)現(xiàn)，腦組織受傷區(qū)域CD147含量明顯升高、MMP9表達(dá)增加，這表明CD147在創(chuàng)傷性腦損傷后的炎癥反應(yīng)中具有重要作用。