新冠病毒SARS-CoV-2刺突蛋白通過鎮痛促進隱性感染

目前，新冠病毒SARS-CoV-2引發的COVID-19仍在全球肆虐。大多數SARS-CoV-2感染者表現出輕到重度的呼吸道癥狀，如發燒、咳嗽和呼吸急促等。然而，還有一部分無明顯臨床癥狀但核酸檢測呈陽性的隱性感染者。這些隱性感染者給疫情控制造成了很大的困難。2021年1月，美國亞利桑那州立大學Rajesh Khanna實驗室發表文章報道，SARS-CoV-2病毒表面刺突 (spike) 蛋白可以阻斷血管內皮生長因子-A (vascular endothelial growth factor-A, VEGF-A) 與其受體—神經纖毛蛋白-1 (neuropilin-1 receptor, NRP-1) 的結合發揮鎮痛作用，因此刺突蛋白介導的這種鎮痛作用可能是造成病毒隱性感染的原因之一。為了評估刺突蛋白在VEGF-A/NRP-1通路中的作用，研究人員首先進行了酶聯免疫吸附實驗，結果顯示隨著重組刺突蛋白濃度的升高，NRP-1與之的結合也升高。通過微電極陣列 (microelectrode array, MEA) 記錄背根神經節 (dorsal root ganglion, DRG)神經元的放電，他們發現VEGF-A處理可顯著增加DRG神經元的自發放電，而該效應可被刺突蛋白的S1結構域或NRP-1抑制劑EG00229所阻斷。進一步的蛋白結構分析顯示，VEGF-A和刺突蛋白在NRP-1上存在共同結合位點，因此二者可能競爭與NRP-1的結合。那么刺突蛋白是否可以通過競爭抑制VEGF-A/NRP-1信號而影響痛行為呢？研究人員分別向大鼠后足注射PBS、VEGF-A、VEGF-A+刺突蛋白或VEFG-A+EG0029，發現注射VEGF-A會降低大鼠機械縮足閾值，縮短熱痛閾，發揮致痛作用。而當刺突蛋白或EG00229與VEGF-A混合注射時，可以阻斷VEGF-A的上述效應，表明刺突蛋白可以發揮與NRP-1抑制劑類似的作用，阻斷VEGF-A/NRP-1信號通路的致痛作用。為進一步了解VEGF-A敏化傷害性感受神經元的機制，研究人員通過全細胞膜片鉗記錄發現VEGF-A可顯著增加神經元的Na+和Ca2+電流，提高膠狀質神經元自發興奮性突觸后電流 (spontaneous excitatory postsynaptic current, sEPSC) 的頻率，即增強背根向脊髓背角神經元的興奮性突觸傳遞。上述效應可以被刺突蛋白或NRP-1抑制劑共同孵育所阻斷。這些結果表明刺突蛋白可干擾VEGF-A/NRP-1信號通路對下游離子通道的效應，從而抑制VEGF-A對DRG神經元的敏化作用。最后研究人員證明，在慢性病理痛的保留神經損傷(spared nerve injury, SNI) 模型中，VEGF-A刺激可以引起其受體VGFR2 (epidermal growth factor receptor 2) Y1175位點的磷酸化，而鞘內注射刺突蛋白可以降低VEGFR2-Y1175磷酸化，且劑量依賴性地升高縮足閾值，發揮鎮痛作用。綜上所述，該研究提示新冠肺炎病人體內普遍升高的VEGF-A，可作用于NRP-1，通過細胞內的一系列級聯反應，升高Na+通道和Ca2+通道活性，引起傷害性感受神經元敏化，進而加劇疼痛。但一些SARS-CoV-2感染者由于刺突蛋白與VEGF-A競爭NRP-1，沉默VEGF-A/NRP-1通路引起的致痛作用，由此參與無癥狀隱性感染的形成。