2023年5月31日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所彭小忠、胡云章及魯帥堯?yàn)楣餐ㄓ嵶髡咴凇禨cience Advances》（IF=14.957）發(fā)表了題為“Aryl hydrocarbon receptor is a proviral host factor and a candidate pan-SARS-CoV-2 therapeutic target”的研究論文。在本研究中，作者發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染通過(guò)干擾IFN-I驅(qū)動(dòng)的抗病毒免疫和上調(diào)ACE2受體表達(dá)來(lái)激活A(yù)hR信號(hào)并促進(jìn)病毒復(fù)制。藥物阻斷AhR或敲除AhR可減少SARS-CoV-2及其變體的體外復(fù)制。用AhR拮抗劑靶向AhR可顯著降低SARS-CoV-2及其變體在體內(nèi)的復(fù)制，并可改善倉(cāng)鼠由SARS-CoV-2感染引起的肺部炎癥。證實(shí)了AhR是SARS-CoV-2的原宿主因子，也是針對(duì)SARS-CoV-2及其變體（包括Delta和Omicron）以及未來(lái)可能出現(xiàn)的其他變體進(jìn)行抗病毒治療的候選宿主定向廣譜靶標(biāo)。

值得注意的是，研究AhR功能的重要工具——敲除AhR的HepG2細(xì)胞株由漢恒生物通過(guò)構(gòu)建Cas9和特異性gRNA慢病毒篩選而來(lái)。

圖1. AhR促進(jìn)SARS-CoV-2復(fù)制并作為治療靶點(diǎn)的示意圖

下面我們一起看下本文的具體研究結(jié)果：

首先，作者對(duì)感染SARS-CoV-2的獼猴肺組織進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序以及感染病毒后的細(xì)胞系分析，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染可增加AhR上游基因IDO1及下游靶標(biāo)基因CYP1A1和CYP1B1的表達(dá)量。并檢測(cè)到了IFN和IFN刺激基因的顯著上調(diào)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)感染病毒可促進(jìn)Trp向Kyn（AhR內(nèi)源性配體）的代謝，促進(jìn)AhR入核，AhR信號(hào)通路基因明顯上調(diào)。利用IFNβ處理細(xì)胞可顯著增加AhR信號(hào)通路基因的表達(dá)上調(diào)，激活A(yù)hR信號(hào)傳導(dǎo)。綜合上述結(jié)果，作者認(rèn)為SARS-CoV-2感染誘導(dǎo)IFN產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)Trp代謝產(chǎn)生Kyn，促進(jìn)AhR從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，啟動(dòng)AhR轉(zhuǎn)錄靶基因的表達(dá)。確定了SARS-CoV-2感染通過(guò)IFN-IDO1-Kyn依賴(lài)途徑激活A(yù)hR。

圖2. SARS-CoV-2感染激活I(lǐng)FN-IDO-Kyn依賴(lài)通路中的AhR信號(hào)

圖3. SARS-CoV-2感染促進(jìn)AhR進(jìn)入細(xì)胞

隨后，作者利用SARS-CoV-2感染野生型HepG2和AhR敲除HepG2細(xì)胞（AhR?/?HepG2），發(fā)現(xiàn)在感染后AhR?/?HepG2中的N蛋白表達(dá)水平、熒光強(qiáng)度以及病毒滴度均顯著低于野生型HepG2。而使用AhR激動(dòng)劑增加了野生型HepG2中病毒N蛋白水平和病毒滴度，但無(wú)論是AhR激動(dòng)劑或拮抗劑對(duì)AhR?/?HepG2細(xì)胞中的SARS-CoV-2復(fù)制沒(méi)有影響。表明AhR是SARS-CoV-2的原宿主因子，對(duì)SARS-CoV-2的有效復(fù)制至關(guān)重要。

圖4. AhR是SARS-CoV-2感染的原宿主因子

在證實(shí)AhR是SARS-CoV-2復(fù)制所必需后，作者使用AhR拮抗劑CH223191評(píng)估了AhR對(duì)SARS-CoV-2及其變體的病毒復(fù)制的調(diào)控作用。作者發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞系H1299、HepG2和Huh7在感染SARS-CoV-2后用CH223191處理，病毒的N蛋白表達(dá)被CH223191以劑量依賴(lài)性方式顯著抑制。隨著CH223191濃度的增加N蛋白的熒光逐漸減弱，病毒滴度也顯著降低。在人肺癌細(xì)胞系Calu-3中也觀察到類(lèi)似的結(jié)果。為了研究AhR抑制在哪個(gè)階段干擾病毒感染過(guò)程，利用CH223191處理感染SARS-CoV-2不同階段（病毒進(jìn)入前預(yù)處理、病毒吸附期和病毒內(nèi)化期）的Huh7細(xì)胞。顯示CH223191在感染早期對(duì)SARS-CoV-2復(fù)制沒(méi)有影響，提示AhR對(duì)SARS-CoV-2復(fù)制的促進(jìn)發(fā)生在感染后期。綜上結(jié)果表明，AhR的藥理抑制限制了SARS-CoV-2及其變體在體外的復(fù)制。

圖5. 體外抑制AhR抑制SARS-CoV-2及其變體的復(fù)制

接下來(lái)，作者對(duì)AhR在SARS-CoV-2復(fù)制過(guò)程中控制抗病毒反應(yīng)作用進(jìn)行了研究。利用表達(dá)ACE2（介導(dǎo)SARS-CoV-2病毒進(jìn)入細(xì)胞的受體）并可被SARS-CoV-2感染的H1299和HepG2細(xì)胞，研究AhR對(duì)IFN和ISGs表達(dá)的潛在影響。結(jié)果顯示，抑制AhR增加了H1299中IFN-I和ISGs的表達(dá)，降低了SARS-CoV-2病毒RNA水平。在HepG2中也觀察到類(lèi)似的結(jié)果。作者認(rèn)為AhR通過(guò)限制IFN-I介導(dǎo)的宿主抗病毒反應(yīng)來(lái)促進(jìn)SARS-CoV-2的復(fù)制。而AhR拮抗劑限制AhR的激活，增強(qiáng)宿主抗病毒反應(yīng)，從而減少病毒復(fù)制。接下來(lái)，作者使用SARS-CoV-2感染可正常表達(dá)AhR但缺乏IFN表達(dá)的非洲綠猴腎細(xì)胞（Vero），并用二甲基亞砜DMSO及CH223191處理細(xì)胞。結(jié)果顯示與對(duì)照組相比CH223191處理的細(xì)胞中SARS-CoV-2復(fù)制顯著減少。而用IFN-I信號(hào)抑制藥物處理感染病毒后的細(xì)胞中，觀察到了病毒復(fù)制增加，而抑制AhR病毒復(fù)制則會(huì)減弱。這些結(jié)果證實(shí)了SARS-CoV-2引發(fā)AhR激活從而抑制IFN-I依賴(lài)性反應(yīng)，促進(jìn)SARS-CoV-2復(fù)制。先前的研究表明病毒復(fù)制受到其他不依賴(lài)于IFN-I機(jī)制的限制，而作者也發(fā)現(xiàn)抑制AhR可以減少I(mǎi)FN-I缺陷的Vero細(xì)胞中SARS-CoV-2的感染，證實(shí)了這一點(diǎn)。這些結(jié)果表明，AhR也能通過(guò)干擾非IFN-I依賴(lài)的抗病毒機(jī)制，促進(jìn)SARS-CoV-2復(fù)制。

作為轉(zhuǎn)錄因子AhR與ACE2基因的啟動(dòng)子結(jié)合，直接調(diào)控ACE2的轉(zhuǎn)錄，因此對(duì)SARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)胞至關(guān)重要。作者發(fā)現(xiàn)ACE2的表達(dá)在CH223191或I3S處理后受到影響，表明ACE2的表達(dá)受AhR信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。另外，在AhR?/?HepG2中ACE2的表達(dá)不受病毒感染量影響。相比之下，在感染SARS-CoV-2后H1299和HepG2中ACE2的表達(dá)上調(diào)，但當(dāng)AhR被CH223191抑制時(shí)，ACE2的表達(dá)降低。證實(shí)了AhR對(duì)ACE2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，ACE2表達(dá)上調(diào)促進(jìn)SARS-CoV-2感染，加重肺部病理。

總之，上述實(shí)驗(yàn)表明，AhR通過(guò)限制IFN-I依賴(lài)的抗病毒機(jī)制和上調(diào)ACE2受體的表達(dá)來(lái)促進(jìn)SARS-CoV-2感染、SARS-CoV-2復(fù)制和發(fā)病機(jī)制中的作用，并確定了AhR拮抗劑是COVID-19的候選治療方法。

圖6. AhR通過(guò)限制IFN-1反應(yīng)和上調(diào)ACE2轉(zhuǎn)錄來(lái)促進(jìn)SARS-CoV-2復(fù)制

最后，作者評(píng)估了AhR拮抗劑CH223191對(duì)感染SARS-CoV-2及其變體的敘利亞倉(cāng)鼠的治療潛力。敘利亞倉(cāng)鼠對(duì)SARS-CoV-2高度敏感，可作為SARS-CoV-2感染模型來(lái)評(píng)價(jià)藥物和疫苗的效果。首先，用SARS-CoV-2或其變體感染動(dòng)物，再腹腔注射CH223191，并對(duì)其肺組織進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，處理組的病毒載量明顯下降（>50%）（Omicron變體除外），表明CH223191對(duì)AhR的抑制限制了SARS-CoV-2及其變體在體內(nèi)的復(fù)制。同時(shí)與對(duì)照組相比，CH223191處理組ACE2的表達(dá)水平明顯降低，而ISGs的表達(dá)水平顯著升高。且CH223191治療后，感染倉(cāng)鼠肺中SARS-CoV-2或其不同變體引起的病理?yè)p傷得到改善，主要表現(xiàn)為炎癥減輕，肺泡出血減少，肺泡壁變薄，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)減少。

綜上結(jié)果表明，抑制AhR可降低ACE2的表達(dá)，促進(jìn)ISGs的表達(dá)，以及AhR拮抗劑通過(guò)限制病毒復(fù)制來(lái)部分改善肺病理?？傊?，這些體內(nèi)數(shù)據(jù)有力地支持了AhR信號(hào)在SARS-CoV-2復(fù)制和發(fā)病機(jī)制中的作用，并確定AhR拮抗劑是COVID-19的候選治療方法。

圖7. AhR拮抗劑限制SARS-CoV-2復(fù)制并改善倉(cāng)鼠肺炎炎癥

綜上，本研究探討了AhR在SARS-CoV-2感染中的作用，并評(píng)估了AhR作為宿主靶向抗病毒治療靶點(diǎn)的潛力。首次提供了AhR抑制作為SARS-CoV-2感染治療的體內(nèi)生物學(xué)驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染通過(guò)干擾IFN-I驅(qū)動(dòng)的抗病毒免疫和上調(diào)ACE2受體表達(dá)，激活A(yù)hR信號(hào)并促進(jìn)病毒復(fù)制。藥物阻斷AhR或敲除AhR可減少SARS-CoV-2及其變體的體外復(fù)制。靶向AHR的藥物可減少倉(cāng)鼠體內(nèi)病毒復(fù)制，逆轉(zhuǎn)體內(nèi)病毒感染引起的肺部炎癥病理?yè)p傷。以上研究確定了AhR是SARS-CoV-2原宿主因子和抗病毒治療的候選宿主靶點(diǎn)。作者認(rèn)為AhR是未來(lái)針對(duì)SARS-CoV-2及其變體（包括Omicron）的廣譜候選治療靶點(diǎn)。