撰文 | Felicity
如同其他節肢動物傳播的病毒，alpha病毒可以感染脊椎動物和作為媒介的昆蟲。病毒入侵在進化上差異很大的宿主細胞時，伴隨著對不同細胞上受體的識別，或者病毒能和在進化中高度保守的受體結合。雖然很多alpha病毒的受體被研究過，但這些受體大部分都不是脊椎動物宿主和無脊椎動物宿主兼有的。
近日，哈佛醫學院Jonathan Abraham團隊在Nature發表了文章VLDLR and ApoER2 are receptors for multiple alphaviruses，發現了極低密度脂蛋白受體（very low-density lipoprotein receptor , VLDLR）是一種典型的alpha病毒（Semiliki Forest virus, SFV）的受體。作者展現了SFV、和另外兩種病毒（東部馬腦炎病毒，簡稱EEEV；Sindbis病毒，簡稱SINV）的E2/E1糖蛋白與VLDLR和ApoER2（載脂蛋白E受體2）的配體結合域（ligand binding domains，簡稱LBDs）相互作用。過表達VLDLR LBD-Fc促進了病毒樣顆粒（virus-like particles, VLPs）對於細胞的的黏附和入侵，使用拮抗劑可阻礙SFV E2/E1介導的對人體和小鼠神經細胞的入侵。作者也證明了脊椎動物和非脊椎動物的受體是有進化上的距離的。另外，作者認為，一些alpha病毒能夠入侵多種宿主，是因為他們能夠與在進化上高度保守的脂蛋白受體相互作用。
首先看看alpha病毒的性質，它是一種有包被的RNA病毒，可以導致多種疾病，包括髮熱紅疹、關節痛和致命的腦炎。病毒的基因組編碼四種無結構的蛋白、結構性的蛋白衣殼和E3-E2-6K/TF-E1。病毒的衣殼蛋白由一個對稱的24面體組成，E2和E1糖蛋白組成了異二聚體，然後拼裝成80個三聚體，介導了受體結合、以及病毒和細胞膜的融合。在忠實模擬E2/E1體系的情況下，作者把一個alpha病毒複製子系統轉換進入一個基於DNA的報導病毒，在這個報道病毒中，一個質粒編碼異源的E3-E2-6K/TF-E1蛋白，第二個質粒編碼羅氏河病毒（Ross River virus, RRV）非結構性蛋白、衣殼和一個用於報導的基因。
作者也構建了一個在人體基因中、和膜相關蛋白有關的、引導RNA文庫。作者用這個文庫、以及感染了Semliki Forest virus (SFV) 的報導病毒顆粒的HEK293T-Cas細胞，來進行CRISPR/Cas9篩選。VLDLR是篩選時發現的首要物件。VLDLR屬於低密度脂蛋白受體 (LDLR) 家族，主要介導脂蛋白和其他配體的內吞作用。
作者發現，引導RNA在HSP90B1和STT3A處也有富集。HSP90B1編碼內質網陪伴分子，而這個分子可以和前蛋白轉化酶枯草溶菌素9 (Proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9) 結合，透過激發LDLR家族的降解，阻止PCSK9的作用。
STT3A 編碼有催化作用的N-寡糖基轉移酶 (OST) 複合物，也在黃病毒的細胞感染中起作用。如同alpha病毒一樣，黃病毒是另一組節肢動物傳播的，攜帶正鏈 RNA 基因組的病毒。STT3A 透過與病毒非結構蛋白結合，在黃病毒 RNA 複製中發揮作用。因此，在我們的篩選中干擾STT3A的基因表達，可能會影響報道病毒系統的羅氏河病毒部分，從而影響下游Semiliki Forest病毒中E2/E1介導的進入細胞的過程。
之後，作者重點探索了VLDLR作為Semliki Forest病毒細胞受體的功能。敲除了VLDLR的HEK293T細胞能夠抵抗感染，即GFP（綠色熒光蛋白）表達的Semliki Forest病毒報道病毒顆粒(SFV RVP)的感染，而這種抗性可以被VLDLR的過表達逆轉。一個VLDLR的抗體（非對照組抗體），也能夠抵抗Semliki Forest病毒報道病毒顆粒 (SFV RVP) 的感染HEK293T細胞。
在一個使用非洲綠猴腎臟細胞（Vero細胞）的實驗裡，一個VLDLR抗體成功阻止了SFV RVP的感染，但是沒有阻止對照組kungunya病毒 (CHIKV病毒) 病毒顆粒的感染。而kunguya是一種結合Mxra8受體入侵細胞的alpha病毒。
VLDLR抗體也在其他細胞系中阻止了SFV RVP的入侵，如腦部、肺部、肝臟、淋巴、骨質、腎臟組織。作者也構建了一個嵌合體alpha病毒，能夠表達SNIV (Sindbis病毒)非結構蛋白，和異源的結構蛋白（質粒和E3-E2-6K/TF-E1），同時把綠色熒光蛋白作為報導訊號。抗VLDLR抗體（並非對照組抗體）可以阻止之前構建的嵌合體病毒入侵Vero細胞。受體相關的蛋白（RAP）也是一個陪伴分子，可以和內質網上的一些LDLR相關的受體結合，阻止配體的作用。RAP阻止SFV RVP入侵HEK293T細胞，而其他的對照組蛋白不能阻止。
之後，作者想看看，如果一個細胞對感染有很強的抗性，是否能透過外源性VLDLR的表達來實現，作者應用了K562細胞。轉導了VLDLR後，改變後的K562細胞對SFV高度敏感，但是對CHIKV病毒的入侵不敏感。
下一步，作者想看看其他alpha病毒是否在入侵細胞時候會與人體的VLDLR結合。作者試驗了SNIV、東部馬腦炎病毒、西部馬腦炎病毒和CHIKV的病毒顆粒。發現抗VLDLR抗體僅阻止了SFV RVP入侵Vero細胞，對於其他病毒的入侵阻止無效。作者懷疑這個現象可能是因為，入侵實驗中出現了功能喪失的表型。VLDLR和ApoER2是高度保守的，它們的結構表明它們進化自同一個祖源。之後作者也構建了7個ApoER2異構體，做了一系列的實驗。
之後，作者想確認alpha病毒的E2/E1蛋白和VLDLR的結合域是相互作用的，於是作者使用了HEK293T細胞轉染了編碼不同alpha病毒E3-32-6K/TF-E1蛋白的質粒，進行了細胞表面染色實驗。
作者接下來用共聚焦顯微鏡看是否VLDLR和ApoER2的表達允許病毒顆粒的結合和內化。之後，作者用野生型的可以複製的三種病毒（SFV，東部馬腦炎病毒、西部馬腦炎病毒）去看病毒入侵K562細胞的每一步步驟。
作者的工作回答了一個長期困擾科學家的問題，即一些alpha病毒是如何入侵一系列器官的。作者也建議進一步研究各種細胞表面受體，可以為將來阻止alpha病毒作為病原體入侵發揮作用。
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41586-021-04326-0
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