2019年起新型冠状病毒SARS-CoV-2的大范围爆发后，全球科研人员均迫切地寻找该病毒的发病机制、与人体的作用方式和潜在的治疗方法。细胞外囊泡（EV）是由各种细胞分泌的物质和功能载体，也有证据表面丙肝病毒可以劫持细胞释放EV的通路，通过EV装载复制的病毒释放到细胞外。那么，EV是否在SARS-CoV-2病毒感染和免疫反应中行使重要作用？
近日， 呼吸疾病国家重点实验室、广州医科大学附属第一医院联合深圳市第二人民医院团队、深圳泌码科技研发团队、瑞典Vesicode 研发团队进行了基于邻近编码技术的单EV水平上的蛋白组解析，通过人体100-plex蛋白与SARS-CoV-2病毒N蛋白的联合检测，解析出与病毒共定位EV亚群、人体EV亚群的蛋白图谱特征以及与感染相关的变化规律。相关成果发表在Frontiers in Immunology，研究论文题为“Proteomic profiling of single extracellular vesicles reveals colocalization of SARS-CoV-2 with a CD81/integrin-rich EV subpopulation in sputum from COVID-19 severe patients”（DOI：10.3389/fimmu.2023.1052141）。
图1 图片摘要
研究人员从COVID-19重症患者痰液样本中分离出EVs，通过电子显微镜观察到囊泡状小体与SARS-CoV-2 病毒颗粒的共存现象（图1）；该EVs样本亦会导致健康细胞以病毒感染方式死亡，表明人体细胞分泌的EV参与到了病毒和宿主的相互作用。
图1.透射电镜观察到的新冠病毒与囊泡的共定位
邻近编码技术（PBA）通过亲和捕获5微升痰液样本中的EVs，检测后发现EV数量在SARS-CoV-2感染后趋于稳定，而携带的蛋白质数量显著上升，患者痰液组平均每个EV携带3.6个蛋白质，高于健康组的1.9蛋白质/EV（图2）。
图2. 上：邻近编码技术原理；下左：在健康人与新冠患者痰液中细胞外囊泡PBA检测中的囊泡数量；
下中：蛋白携带数；下右：平均每个囊泡的蛋白数
COVID-19患者痰液样本EVs中IL6和TGF-β的表达与SARS-CoV-2 N蛋白表达有强相关性；且感染SARS-CoV-2后，多种蛋白的表达也显著增加，包括T细胞活化标志物CD26，人白细胞抗原HLA-A和粘附分子MAdCAM-1等等；以上现象表明，EVs在COVID-19的免疫反应中发挥作用（图3）。
图3. IL6与TGF-β的表达在新冠重症患者的痰液囊泡中显著上升，且与SARS-CoV-2 N蛋白表达量有强相关性
通过PBA检测单EV水平的蛋白表达，研究人员采用亚群聚类后的t-SNE图展示了新冠患者组和健康组EV亚群蛋白组学差异，其中有18个clusters表现出显著差异；而差异化最为显著的cluster2的EVs亚群中检测出大量的SARS-CoV-2 N蛋白，表明这些EVs可能与SARS-CoV-2病毒直接作用，或者是由病毒复制的细胞分泌的，且CD81、EPCAM、SNAI2以及多种细胞粘附分子在这类EVs中高表达（图4），另外含有EGFR和IgA的囊泡在新冠患者痰液中占比显著下降。
图4. 邻近编码技术检测单EV蛋白表达后，单EV聚类分析形成40个EV亚群，其中有18个亚群在新冠组和健康组中有差异。例如，亚群2为新冠组特征亚群，新冠病毒的N蛋白与EPCAM，CD8及一系列细胞粘附因子共定位；亚群33为健康组特征亚群，以EGFR和黏膜IgA为特征。
为了研究病毒蛋白和EVs的共定位关系，文章中进一步分析了SARS-CoV-2 N蛋白与单个EV其他蛋白质的组合情况。在调控EVs的标志物中，我们发现CD9、CD63、CD81和Alix与SARS-CoV-2 N蛋白存在共表达，其中受CD81调控的EVs更有可能与SARS-CoV-2 N蛋白结合。此外，研究发现cluster2、4、6、7、12和34是SARS-CoV-2感染后高表达的EV亚群，而CD81在这些EV中高表达；尤其cluster4的蛋白质矩阵显示CD81的表达异常高。这些结果表明，受CD81调控的EVs亚群是最有可能在SARS-CoV-2感染后引起肺部微环境变化的亚群（图5）。
图5
综上所述，EVs参与COVID-19与人体的相互作用，病毒感染也会刺激EVs的分泌和成分变化；此外，EVs参与SARS-CoV-2的免疫反应，CD81调节的EV亚群最有可能与SARS-CoV-2感染后肺部微环境的变化相关，因此可以考虑开发表达CD81的vesicle-like纳米材料抗体药物;从理论上来讲，在体内这些囊泡会更倾向于与SARS-CoV-2融合，以达到干预的效果。综上所述，这项工作提供的数据可能有助于进一步研究COVID-19，并增加我们对疾病发病机制的理解。
参考文献：
Proteomic profiling of single extracellular vesicles reveals colocalization of SARS-CoV-2 with a CD81/integrin-rich EV subpopulation in sputum from COVID-19 severe patients. Front. Immunol. 14:1052141. doi: 10.3389/fimmu.2023.1052141
外泌体资讯网 Front Immunol|呼吸疾病国重等合作团队：单囊泡水平上解析新冠重症患者痰液中与SARS-CoV-2病毒共定位的囊泡亚群
