转铁蛋白受体1是新型世界出血热沙粒病毒的细胞受体

主要作者与机构

该研究由Sheli R. Radoshitzky、Jonathan Abraham（并列第一作者）以及通讯作者Hyeryun Choe等人完成。研究机构包括哈佛医学院微生物学与分子遗传学系、新英格兰灵长类研究中心、儿童医院肺病学部、美国疾病控制与预防中心特殊病原体分部、柏林自由大学生物学化学药学系、儿童医院血液学/肿瘤学学部以及蒙大拿大学生物技术中心。该论文发表于2007年3月1日的《Nature》期刊（第446卷，第92–96页）。

学术背景

沙粒病毒（arenavirus）是一类有包膜、单链、双节段RNA病毒，分为旧世界沙粒病毒（如拉沙病毒）和新世界沙粒病毒（如马丘波病毒、瓜纳里托病毒、胡宁病毒和萨比亚病毒）。其中至少有五种沙粒病毒可在人类中引起急性病毒性出血热，病死率高达30%。拉沙病毒（LASV）利用α-肌营养不良聚糖（α-dystroglycan）作为细胞受体感染细胞，但马丘波病毒（MACV）、瓜纳里托病毒（GTOV）、胡宁病毒（JUNV）和萨比亚病毒（SABV）并不使用该受体，其细胞受体在此前尚未明确。由于这些病毒具有极高的致死率和被用作生物武器的潜在风险，它们被美国国家过敏与传染病研究所列为A类优先病原体。因此，鉴定这些新世界出血热沙粒病毒的细胞受体对于理解其致病机制和开发抗病毒治疗手段具有重要意义。本研究旨在确定这些病毒进入宿主细胞所依赖的特异性受体，并进一步探讨该受体在病毒感染过程中的调控机制。

研究流程与实验方法

本研究采用了多种实验方法，包括表达载体构建、假病毒（pseudovirus）感染实验、流式细胞术（flow cytometry）、免疫沉淀（immunoprecipitation）、质谱分析（mass spectrometry）、重组蛋白结合实验以及活病毒抑制实验等。

首先，研究者构建了马丘波病毒包膜糖蛋白（glycoprotein, GP）亚基GP1的一系列截短变异体，并将其C端与人IgG1的Fc片段融合，形成GP1-Ig融合蛋白。通过流式细胞术检测这些融合蛋白与非洲绿猴肾Vero细胞的结合能力，发现只有全长GP1（残基59–258）和一个截短变异体GP1Δ（残基79–258）能够有效结合Vero细胞，而其他更短或内部缺失的变异体均不能结合。这一结果表明残基79–102和205–258对于受体结合至关重要。GP1Δ-Ig与Vero细胞的结合呈饱和性，且结合效率高于全长GP1。

接下来，研究者利用GP1Δ-Ig对Vero细胞进行免疫沉淀实验，以寻找与GP1结合的细胞表面蛋白。在还原条件下，免疫沉淀物在SDS-PAGE上显示出一条约95 kDa的条带；在非还原条件下则显示约200 kDa的条带。通过质谱分析，该蛋白被鉴定为转铁蛋白受体1（transferrin receptor 1, TfR1，又称CD71）。为了验证这一发现，研究者利用稳定表达人TfR1的中国仓鼠卵巢细胞系（CHO-hTfR1）进行结合实验，结果显示MACV GP1-Ig能高效结合CHO-hTfR1细胞，但不结合亲本CHO细胞，从而证实了MACV GP1与人TfR1之间存在高亲和力结合。

随后，研究者利用基于鼠白血病病毒（murine leukemia virus）的假病毒系统检测了TfR1在病毒感染中的功能。假病毒携带MACV GP或LASV GP，并表达绿色荧光蛋白（GFP）作为报告基因。实验发现，CHO-hTfR1细胞可被MACV假病毒有效感染，而亲本CHO细胞几乎不被感染；相比之下，LASV假病毒对CHO-hTfR1和亲本CHO细胞的感染效率相当。这提示TfR1特异性地介导MACV的细胞进入，而不参与LASV的进入。进一步，研究者使用抗人TfR1单克隆抗体处理人HeLa细胞和293T细胞，发现该抗体能显著抑制MACV假病毒感染，但对抗HLA抗体无效；同时，抗TfR1抗体对LASV假病毒感染没有影响。这些数据表明TfR1是MACV感染所必需的受体。

为了确定TfR1是否为其他新世界沙粒病毒共同使用的受体，研究者检测了JUNV假病毒以及活病毒在表达人TfR1细胞中的感染情况。结果显示，JUNV假病毒感染CHO-hTfR1细胞的效率显著高于亲本CHO细胞，而LASV假病毒无此差异。抗人TfR1抗体也能有效抑制JUNV假病毒感染293T细胞。更重要的是，在生物安全四级（BSL-4）实验室中，研究者用活病毒进行了抑制实验，发现抗人TfR1抗体能显著抑制MACV、GTOV、JUNV和SABV四种活病毒在293T细胞中的复制，而抗HLA抗体无此效果。这一结果证明TfR1是这四种新世界出血热沙粒病毒共同且必需的细胞受体。

此外，研究还探讨了转铁蛋白受体2（TfR2）是否也参与这些病毒的进入。TfR2与TfR1有54%的氨基酸序列同源性，并能结合转铁蛋白（transferrin）。然而，在CHO细胞和BHK细胞中过表达人TfR2并不能增强MACV、JUNV、GTOV、LASV或LCMV假病毒的感染效率，提示TfR2不是这些病毒的受体。

最后，研究者探讨了铁代谢对病毒感染的调节作用。由于铁缺乏可上调TfR1的细胞表面表达，而铁过量则可下调TfR1，研究者检测了铁螯合剂去铁胺（deferoxamine）和铁补充剂柠檬酸铁铵（ferric ammonium citrate, FAC）对病毒感染的影响。结果显示，去铁胺预处理293T细胞和人内皮细胞SLK可增强JUNV假病毒的感染，对MACV也有一定增强作用，但对LASV无影响。相反，柠檬酸铁铵处理则能抑制MACV和JUNV假病毒的感染，而对LASV和LCMV无影响。此外，可溶性TfR1（soluble TfR1）能抑制JUNV和MACV假病毒感染293T细胞，但对LASV假病毒无抑制作用。全转铁蛋白（holo-transferrin）和去辅基转铁蛋白（apo-transferrin）均未影响MACV假病毒的感染。

主要研究结果

本研究通过一系列实验清晰地证明了TfR1是新世界出血热沙粒病毒的细胞受体。首先，GP1结合实验和免疫沉淀-质谱分析鉴定出TfR1为MACV GP1的特异性结合蛋白。其次，在非允许性CHO细胞中表达人TfR1可使其对MACV和JUNV假病毒敏感，而对LASV和LCMV假病毒无影响。第三，抗人TfR1抗体能特异性地抑制MACV、JUNV、GTOV和SABV假病毒及活病毒的感染，但不抑制LASV。第四，TfR2不具备受体功能。第五，铁代谢的调节——包括铁螯合、铁补充以及可溶性TfR1——均能特异性地影响这些新世界沙粒病毒的感染效率，而不影响LASV。这些结果在逻辑上形成了完整的证据链：从最初的生化鉴定，到功能验证，再到活病毒确认和生理调节因素的探索，共同支持TfR1作为受体这一结论。

结论与意义

本研究首次证明转铁蛋白受体1是马丘波病毒、瓜纳里托病毒、胡宁病毒和萨比亚病毒这四种引起人类出血热的新世界沙粒病毒的共同细胞受体。这一发现具有重要的科学价值：它揭示了这些高致病性病毒的细胞进入机制，解释了它们与旧世界沙粒病毒在受体使用上的根本差异，并为理解其致病性提供了新的分子基础。TfR1在活化的巨噬细胞、淋巴细胞和内皮细胞上高表达，这些细胞正是沙粒病毒感染和出血热病理过程中的主要靶细胞，因此TfR1的表达模式可能部分解释了新世界出血热的高致死率。

在应用价值方面，本研究为开发抗新世界出血热沙粒病毒的药物和预防措施提供了新思路。抗人TfR1抗体已被开发用于抗肿瘤治疗研究，而本研究中使用的抗体不干扰转铁蛋白结合，提示这类抗体可能在抑制病毒复制的同时不干扰铁代谢。此外，铁补充剂柠檬酸铁铵在临床上用于治疗贫血，本研究显示其能有效抑制MACV和JUNV感染，提示铁调节可能作为一种辅助治疗策略。可溶性TfR1在贫血个体中浓度升高，可能对新世界沙粒病毒感染具有天然的限制作用，但铁缺乏状态下TfR1上调也可能增加感染易感性，这一复杂的相互作用需要进一步研究。

研究亮点

本研究的亮点包括：首次鉴定并功能验证了TfR1作为四种新世界出血热沙粒病毒的共同受体；通过假病毒系统和活病毒实验双重确认了受体的必要性；将铁代谢状态与病毒感染效率联系起来，揭示了宿主营养状态对病毒易感性的潜在影响；并提出了基于抗TfR1抗体和铁调节的潜在治疗策略。这些发现不仅填补了沙粒病毒受体研究领域的重要空白，也为新发传染病的防控提供了新的分子靶点和干预思路。