你在生物研究中的好伙伴
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随着新冠病毒在全球的传播，科学家们一直在努力探索新冠病毒的入侵机制。据报道，有许多SARS-CoV-2-Host相互作用靶点，如ACE2，TMPRSS2而且CD147．“新型冠状病毒2019 (2019- ncov)利用冠状病毒受体1 ACE2和细胞蛋白酶TMPRSS2进入靶细胞”的研究首次报道了SARS-CoV-2与TMPRSS2之间的关系。[1]．随后，关于TMPRSS2的研究越来越多。那么什么是TMPRSS2呢?SARS-CoV-2是如何通过TMPRSS2侵入人体的?
跨膜蛋白酶丝氨酸2，也被称为TMPRSS2，是跨膜蛋白酶丝氨酸(tmprss)的一员，tmprss是位于细胞膜上的具有保守丝氨酸蛋白酶结构域的蛋白质家族。tmprss的基本结构是相似的。c端蛋白酶结构域位于细胞外，n端位于细胞内，也有一个跨膜结构域。区别在于骨干区域。
如图1所示，TMPRSS2基因位于人类21号染色体上:41,464,551- 41,531,116。TMPRSS2基因的一个显著特征是几个雄激素受体元件(AREs)位于转录起始位点和第一个内含子的上游[2] [3]．
图1所示。TMPRSS2基因组定位的示意图
*此图表来自于发表在Biochimie上的出版物[２]
TMPRSS2蛋白由TMPRSS2基因编码，由固定在质膜上的492个氨基酸组成。如图2所示，它是通过Arg255和Ile256之间的自催化裂解转化成它的形态的。裂解后，成熟蛋白酶大多是膜结合的，但有相当一部分可以释放到细胞外环境。蛋白酶催化结构域包含一个催化三联体，由氨基酸残基His296、Asp345和Ser441组成，对应凝乳蛋白酶原的His57、Asp102和Ser195[4]．
图2。TMPRSS2蛋白的位置和结构
*此图表来自于发表在Biochimie上的出版物[２]
TMPRSS2的表达具有明显的组织特异性。人TMPRSS2是一种雄激素调节的II型跨膜结合丝氨酸蛋白酶，主要在前列腺中表达，在肺、结肠、肝脏、肾脏和胰腺中表达水平相对较低。小鼠胚胎和成体组织原位杂交分析发现，小鼠TMPRSS2在胃肠道、泌尿生殖道和呼吸道上皮细胞中也有表达，说明TMPRSS2在小鼠和人体内的表达分布非常相似。组织特异性表达也提示TMPRSS2异常引起的疾病可能更倾向于男性而非女性。
TMPRSS2与前列腺癌密切相关。在2005年，大多数前列腺癌(高达70%)被发现有TMPRSS2和雌激素调节基因(ERG)，都在21号染色体上。不久之后，其他成员的红原细胞转化特异性(ETS)变异基因(ETV)家族被发现有基因融合，尽管频率要低得多，包括ETV1(染色体7)，ETV4(染色体17)，ETV5(染色体3)和含ETS结构域蛋白基因(ELK41号染色体)。
以TMPRSS2和ERG融合为例，基因融合又称基因重排，往往会引起某些基因的异常激活。如图3所示，基因重排包括同一染色体上两个基因之间遗传物质的实际损失;注意到21号染色体上TMPRSS2和ERG之间的插入基因缺失。第二种形式的融合是由于易位，当一个基因移动到同一染色体或不同染色体上的另一个位置。这两种机制都适用于前列腺癌的基因重排。鉴于前列腺癌的高患病率，这种融合基因可能是人类癌症中最常见的融合基因。此外，TMPRSS2-ERG可作为前列腺癌的诊断标志物。
图2。TMPRESS2-ERG融合的机制(21号染色体)
*此图表来自于BJU Int出版的出版物。［5］
此外，它除了在前列腺癌中起作用外，还与病毒有关。我们将在下一节中演示这个函数。
2019年，岩田直子-吉川等人的研究表明，TMPRSS2激活了严重急性呼吸综合征相关冠状病毒(SARS-CoV)和中东呼吸综合征相关冠状病毒(MERS-CoV)等高致病性人类冠状病毒的刺突蛋白。在体外，TMPRSS2的激活诱导细胞表面的病毒-细胞膜融合。在这项研究中，他们使用SARS-CoV和MERS-CoV感染的动物模型检验了TMPRSS2的作用。结果表明，气道中缺乏TMPRSS2可降低SARS-CoV和MERS-CoV感染后肺部病理的严重程度[6]．
实际上，早在2011年，德国汉诺威医学院的Ilona Glowacka等人就评估了SARS-CoV的S(刺突糖蛋白)是否被TMPRSS2蛋白水解处理。在本研究中，western blot分析结果显示，SARS S在TMPRSS2共表达(顺式裂解)和SARS S表达细胞与TMPRSS2阳性细胞接触(反式裂解)后被裂解成多个片段。顺式裂解导致SARS S片段释放到细胞上清中，抑制抗体介导的中和作用。反切割激活效应细胞上的SARS S与靶细胞融合。这表明TMPRSS2可能通过中和抗体减少病毒识别和激活SARS S促进细胞和病毒-细胞融合，从而促进病毒传播和发病[7]．
SARS-CoV-2是一种冠状病毒，与SARS-CoV具有相同的中心生物学特性和相似的结构。关于冠状病毒进入细胞的方式涉及TMPRSS2，早在2013年就有两项研究报告了两种方式。一种是细胞表面由TMPRSS2介导，另一种是细胞核内组织蛋白酶L介导。斯蒂芬妮层面等．发现TMPRSS2和组织蛋白酶B、L可以激活人新型冠状病毒EMC (hCoV-EMC)并与靶细胞融合。因此，TMPRSS2和组织蛋白酶已成为控制hCoV-EMC的潜在靶点[8] [9]．2014年，Adeline Heurich等人再次证明了TMPRSS2和HAT在冠状病毒中的作用。他们发现这两种酶可以裂解并激活SARS-CoV的刺突蛋白进行膜融合。此外，这些酶还能裂解SARS-CoV受体ACE2[10]．
2020年，随着COVID-19在全球爆发，Markus Hoffmann等人进一步证明冠状病毒使用其刺突蛋白选择并进入靶细胞，对SARS-CoV-2刺突(S)驱动进入的研究可能有助于评估大流行的潜力，并揭示治疗靶点。在他们的研究中，他们证明了SARS-CoV-2- s使用SARS-CoV受体ACE2进入，使用细胞蛋白酶TMPRSS2启动SARS-CoV-2- s。TMPRSS2抑制剂阻断进入，可能构成一种治疗选择。这些结果揭示了SARS-CoV-2和SARS-CoV感染之间的重要共性，这可能解释为相似的传播能力和疾病发病机制[1] [11]．
在本节中，我们列出了TMPRSS2和SARS-CoV-2研究的几个最新进展:
越来越多的证据表明，TMPRSS2是治疗SARS-CoV-2 (COVID - 19)的一个强大靶点。我们收集了针对SARS-CoV-2治疗的TMPRSS2药物的最新临床数据如下:
| 标题 | 类型的药物 | 迹象 | 阶段 | 赞助商 | 最后更新日期 |
|---|---|---|---|---|---|
| 低剂量羟氯喹和溴己辛:医护人员预防COVID-19的新方案(ELEVATE试验) | 有机杂环药物 | 羟氯喹;抗疟药;酶抑制剂;治疗风湿病的代理 | 早期阶段1 | 国家康复研究所 | 2021年4月5日 |
| 比卡鲁他胺阻断COVID-19感染男性TMPRSS2的随机试验 | 有机杂环药物 | 新型冠状病毒肺炎 | 第三阶段 | 佛罗里达大学 | 2021年1月27日 |
| 恢复:2期随机、双盲试验，用TMPRSS2抑制剂甲磺酸卡莫司他治疗COVID-19住院患者 | 有机杂环药物 | 严重急性呼吸系统综合症 | 第二阶段 | 艾伦•布莱斯 | 2021年1月11日, |
| 在SARS-CoV-2感染患者中介导SARS-CoV-2入境的受体和激活蛋白酶的表达及HSD3B1基因多态性与预后的相关性 | / | Covid19 | N/A | 里卡多·佩雷拉城区 | 2020年8月18日 |
| 评估跨膜蛋白酶丝氨酸2 (TMPRSS2)抑制剂NAfamostat疗效的随机临床试验(RACONA研究) | 有机杂环药物 | COVID19 | 阶段2 /阶段3 | 帕多瓦大学医院 | 2020年4月20日 |
| 13顺式维甲酸与卡托普利气溶胶联合治疗通过间接抑制跨膜蛋白酶丝氨酸2 (TMPRSS2)治疗Covid-19的疗效观察 | 有机杂环药物 | Covid19 | 第二阶段 | Kafrelsheikh大学 | 2020年10月26日 |
参考文献
马库斯·霍夫曼，汉娜·克莱恩-韦伯，等．新型冠状病毒(2019- ncov)利用sars冠状病毒受体ACE2和细胞蛋白酶TMPRSS2进入靶细胞[J]。bioRxiv。2020.
[2]沈李文，毛惠娟，等．TMPRSS2在流感病毒和冠状病毒感染中的作用[J]。Biochimie》2017。
[3] y公园。跨膜蛋白酶-丝氨酸2 (TMPRSS2)研究进展[J]。阿特拉斯。麝猫。Cytogenet。肿瘤防治杂志。中华血液学杂志，2010,14:1163−1165。
[4]林B.，弗格森C.，等．膜结合丝氨酸蛋白酶TMPRSS2的表达[J]。中华癌症杂志1999,59:4180−4184。
德洛尔·侯赛因和大卫·g·博斯特威克。TMPRSS2: ERG基因融合在前列腺癌中的意义[J]。2013年北大Int。。
[6]岩田吉川直子，冈村正，等．TMPRSS2对大鼠冠状病毒感染后呼吸道病毒传播和免疫病理的影响[J]。中华病毒学杂志，2019,93(6):e01815-18。
伊洛娜·格洛瓦卡，斯蒂芬妮·伯特伦，等．TMPRSS2激活冠状病毒刺突蛋白膜融合的研究进展[J]。中华病毒学杂志，2011,85(9):4122-34。
吉雷尔，伯特伦，等．新发冠状病毒EMC的刺突蛋白利用一种新型冠状病毒受体进入，可被TMPRSS2激活，并具有中和抗体的靶向性[J]。中国媒介生物学及控制杂志，2013,29(4):371 - 371。
Bertram S, Dijkman R，等．TMPRSS2可激活人冠状病毒229E的组织蛋白酶独立宿主细胞进入，并在呼吸道上皮靶细胞中表达[J]。中国媒介生物学及控制杂志，2013,29(4):369 - 369。
Hofmann-Winkler H，等．TMPRSS2和ADAM17对ACE2有不同的切割作用，仅通过TMPRSS2蛋白水解增强严重急性呼吸综合征冠状病毒刺突蛋白的进入[J]。中国媒介生物学及控制杂志，2014,38(2):369 - 369。
马库斯·霍夫曼，汉娜·克莱恩-韦伯，等．SARS-CoV-2的细胞进入依赖于ACE2和TMPRSS2，临床证明蛋白酶抑制剂阻断SARS-CoV-2细胞进入[J]。细胞。2020,181(2):271 - 280。
[12]孙玉杰，Velez G, Parsons DE，等．Avoralstat抗SARS-CoV-2基因表达的研究进展[J]。J clinin投资，2021,147973。
Wettstein L, Weil T, Conzelmann C，等．抗胰蛋白酶α -1对SARS-CoV-2感染的抑制作用[J]。Nat Commun。2021;12(1):1726。
[14]李海峰，刘成昌，徐文涛，等．新冠肺炎患者肺组织中ACE2和TMPRSS2表达水平的变化[J]。纤维毒理学，2021,18(1):11。
[15] Avanzini MA, Mura M, Percivalle E，等．人间充质间质细胞不表达ACE2和TMPRSS2，不允许SARS-CoV-2感染[J]。中国生物医学工程学报，2017,29(4):366 - 366。
[16]佐佐木M，植村K，佐藤A，等．新型冠状病毒(SARS-CoV-2)在tmprss2缺陷细胞中增殖过程中产生S1/S2位点突变的突变体[J]。中国生物医学工程学报，2017,21 (1):e1009233。
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