“细胞”科学家鉴定新型抗新冠防御因子，加深人类对于细胞自主防御的理解，为应对新病毒提供治疗选择

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来源：DeepTech深科技

2020 年初，当新冠病毒在国内肆虐的时候，美国耶鲁大学医学院副研究员徐迪进看着每天上升的病例数，心里非常担心。虽然没有身在国内，但是 2003 年“非典”时期的特殊体验立即从记忆深处被唤醒。

时隔多年，熏醋、烧艾叶、板蓝根脱销的情景还是让他历历在目。此外，新冠疫情期间周围大量不实谣言的出现，也让他开始思考自己能否做点什么。

但是，他所在的实验室并没有从事病毒研究的经验，也没有相关实验条件，所以这个想法暂时搁置。等到 2020 年 3 月，疫情开始传播到美国，耶鲁校园也进入紧急状态，徐迪进所在实验室被迫关闭，何时恢复遥遥无期。

就在此时，他和合作者 Weiqian Jiang 决定顶着疫情的不确定性推进研究。当时，学界主要在研究病毒致病过程、疫苗和抗体。

对于机体免疫系统特别是细胞自主免疫机制如何应对病毒感染，人们依旧不是特别了解。

因此，他们打算主要研究干扰素调控的细胞自主免疫，在非免疫细胞比如呼吸道上皮细胞中的抗病毒机制，以期鉴定出细胞中的重要防御因子，并解析其限制新冠病毒的分子机制。

确定研究目标之后，课题组随即开始设计实验，从头搭建系统和收集材料，并接受高等级生物安全的培训。

研究中，该团队采取了两个策略：

一是通过文献调研以及数据库挖掘，找出可能的防御因子，并通过基因敲除研究它们在抑制病毒感染中的作用；

二是利用 CRISPR-Cas9 全基因组敲除的功能筛选，在多个细胞系中逐一敲除接近三万个基因，并利用流式细胞术筛选能够感染更多病毒的细胞。接着，通过高通量测序来鉴定到底哪些基因的缺失会导致病毒感染的增加。

但是，通过大规模地操作活的新冠病毒来进行实验并非易事，这需要在三级生物安全实验室穿着特殊防护装置，按照严格的生物安全操作流程进行。

特别是在当时还没有新冠疫苗，操作含有高浓度病毒的样品，每一步都需要格外小心。

因此，他们的操作速度比平常慢了很多，十几个小时的实验做下来往往是汗流浃背、筋疲力尽。

另一个难点在于课题组几乎是从零开始搭建系统，这需要花费大量时间协调实验材料、实验场地、以及学习技术开发知识。经过这些努力，他们成功鉴定出新的抗新冠防御因子，并对其分子机制完成解析。

成功鉴定新的抗新冠防御因子

针对新冠疫苗的研究，是抗击新冠的主要防线。然而，该团队发现呼吸道上皮和其他组织内的屏障细胞拥有一种蛋白质，它可以在入侵病毒传播之前立即阻止病毒入侵。

研究中，课题组在二型干扰素激活的人类上皮细胞中，进行了全基因组 CRISPR/Cas9 的筛选，借此发现磷脂翻转酶 1（Phospholipid scramblase 1, PLSCR1）能够显著抑制新冠病毒与宿主细胞的融合，从而保护多种非免疫细胞类型免受感染。

而要想深入理解本次成果，就得从细胞自主免疫说起。人体细胞内储存着丰富的营养物质。因此，自然界中的许多病原微生物、细菌、真菌、以及寄生虫都选择在细胞内增殖。特别是那些与外界环境密切接触的屏障组织，比如呼吸道上皮、肠道上皮。

免疫系统，是人体内的一套复杂的生物学防御机制，旨在保护机体免受外来病原体的入侵、以及异常细胞的侵袭。一些“专业”的免疫细胞比如 B 淋巴细胞、T 淋巴细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞，能够扮演“警察”的角色，巡视并清除病原体，从而保护其他细胞和组织免受感染。

此外，人们发现在其他非免疫细胞之中也存在内生机制，从而帮助这些细胞自主抵御病原体的入侵，这正是细胞自主免疫能力的体现。

越来越多的证据表明，细胞自主免疫机制对于机体的整体防御同样不可或缺。细胞自主免疫系统的先天缺陷，会导致严重的感染。

干扰素（Interferon, IFN）反应，是细胞自主免疫机制的重要调节因子。细胞感受到病原体入侵之后，会分泌一系列小分子蛋白质。这种小分子蛋白质就叫干扰素，就像中国古代的烽火一样，干扰素可以预警周边的细胞，使它们变得不易受感染。

而及时有效的干扰素反应，在机体应对新冠病毒感染时同样非常重要。干扰素信号通路的先天性缺陷或血液中抗干扰素抗体的存在，将导致更为严重的新冠病毒感染。

干扰素起作用的机制在于，通过诱导细胞内数百种干扰素诱导基因（Interferon-stimulating genes,ISG）的表达，来对细胞进行“武装”，从而更好地对抗病原体的感染。

这就像给一个徒手的人装备了十八般兵器，总有那么一款可以制敌。然而，迄今为止人们对于这些非经典的免疫武器仍了解甚少。

在本次研究之中，课题组通过 CRISPR-Cas9 基因编辑工具，对人体全基因组两万多个基因进行筛选，结果发现 PLSCR1 能在呼吸道细胞中，显著地抑制新冠病毒的入侵。

并且，这种蛋白对于新冠突变毒株比如德尔塔、奥密克戎等同样有效。他们还发现这种蛋白的抗病毒作用，能被推广到其他致死性冠状病毒之中，比如导致“非典”的 SARS-CoV（致死率约为 10%）、以及导致“中东呼吸热”的 MERS-CoV（致死率约为 35%）。

这无疑更加凸显了本次研究的意义，因为自 21 世纪以来冠状病毒已经在局部或全球范围内造成了三次流行，它们分别是 2003 年的“非典”疫情、2012 年的“中东呼吸热”疫情、以及最近的新冠全球大流行。

冠状病毒的人畜共患属性，使其在动物天然宿主中拥有庞大的病毒库，并且极有可能再次溢出从而造成全球大流行。

此前研究还显示，PLSCR1 还具有对抗流感病毒、乙肝病毒以及艾滋病毒等其他病毒的活性。由此可见，一个拥有广谱抗病毒活性的防御蛋白，在防治病毒感染中具有巨大潜力。

在接下来的机制研究中，该团队通过一系列病毒学、细胞生物学、超分辨显微镜、以及高通量测序技术发现：PLSCR1 在病毒入侵呼吸道细胞的短时间内，可以快速定位到病毒囊泡表面，从而阻止病毒进入细胞进行复制，使其没有机会在呼吸道中复制传播。

在其他课题组的平行研究中，人们发现天然携带的 PLSCR1 突变体（rs343320; His262Tyr）的人群，罹患重症新冠的概率大幅增加。

而该团队发现，仅仅替换一个氨基酸，就有可能导致 PLSCR1 结构的不稳定，并且大幅降低其抗病毒活性，这进一步证实了 PLSCR1 在机体防御新冠病毒中的重要作用。

从无需坐以待毙，到仅是冰山一角

过去几十年的技术进步，让人们拥有更多手段去理解病原体和宿主之间的相互作用。反过来，我们也可以学习它们的策略，比如推动分子生物学发展的噬菌体、限制性内切酶、以及近年来大火的 CRISPR-Cas9 基因编辑等一系列革命性技术都是人类 对大自然进行“仿生” 的结果。

得益于过去二十多年功能基因组学以及其他生医知识的发展，测序技术、疫苗和药物开发技术的进步，让人们不再需要像二十年前一样通过熏醋、喝板蓝根、以及佩戴十层纱布口罩来应对“未知的对手”，更不用像一百年前的“西班牙大流感”一样坐以待毙。

然而，目前人类所知道的仅是“冰山一角”，更多的未知等待我们去探索。在人类出现之前的上亿年演化之中，病原体和宿主的“军备竞赛”以及协同演化已经上演过无数次。就像《第四级病毒》一书中所说的，对于病毒世界也许人类才是入侵者。

目前，对于细胞自主免疫免疫机制、以及干扰素下游的一系列效应因子在该机制中的贡献，徐迪进等人了解得还非常有限。

因此，本次研究只是一个开始，接下来他们将继续致力于探究机体防御病原体入侵的分子细胞生物学机制，以期加深人类对于该过程的认知、以及提供新的治疗策略。

Xu, D., Jiang, W., Wu, L. et al. PLSCR1 is a cell-autonomous defence factor against SARS-CoV-2 infection. Nature 619, 819–827 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06322-y

运营/排版：何晨龙

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