为什么冬季新冠猖獗？科学家揭露首个生物学机制！

　　

　　随着各地逐渐入冬成功，身边人打喷嚏、流鼻涕的频率增加了，就好像感冒和流感与冬季存在着某种密不可分的联系一般。细想一下，好像的确在天气寒冷的时间段更容易患上感冒、流感，甚至新冠病毒在冬季也会愈发猖獗，但迄今为止仍然没有发现明确的机制，这是为什么呢？

　　近日在《过敏与临床免疫学杂志》上刊登的一项研究成果便解答了这一疑惑。研究发现将鼻腔内的温度降低5℃会显著降低鼻内细胞外囊泡的活性。换言之，冷空气的存在损害了发生在鼻子里的免疫反应，使得病毒和细菌有机可乘，人体出现上呼吸道感染概率大幅度增加。此外，在这项研究成果中，研究者提供了第一个生物学机制来解释这一现象的发生。

　　

　　doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.037

　　鼻腔是第一道防线

　　在人鼻黏膜上皮原代细胞（原代HNEpC）中开展体外实验，采用TLR3典型激动剂Poly（I：C）刺激细胞，发现poly（I：C）能够刺激鼻上皮EV分泌，分泌量随着时间延长、剂量增加而增加，且不存在细胞毒性。

　　确认刺激有效后，随之采用TLR3/dsRNA复合物抑制剂或（和）IRF3激动剂KIN1148验证了这种效应是通过激活TLR3-IRF3信号轴介导的。之后，研究者将TLR3刺激的EV与未刺激的对照EV进行比较，证实二者特征没有显著差异。最后，研究者探讨了TLR3刺激EV在原代HNEpC中的上皮间转运动力学，发现37℃时，细胞摄取迅速，且在60分钟内逐渐扩散到整个细胞质中。然而在氯丙嗪预处理、4℃低温环境下，细胞摄取显著抑制了87.5%，扩散速度显著减慢。表明低温对于细胞摄取EV存在明显抑制作用。

　　

　　doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.037

　　TLR3刺激的EV表现出有效的抗呼吸道病毒活性

　　明确TLR3刺激显着增加鼻上皮EV分泌后，接下来分析这些EV是否具有内在的抗病毒活性。研究者采用冠状病毒CoV_OC43、次要群鼻病毒RV-1B和主要群鼻病毒RV-16分别在原代HNEpC中构建上呼吸道病原体模型，发现原代HNEpC普遍出现细胞质的空泡化、变圆和脱落，并通过病毒dsRNA检测表明已成功诱导细胞病变效应和宿主细胞免疫应答，证实模型成功。

　　之后评估TLR3刺激的EV介导的体外抗病毒活性，发现TLR3刺激可能会改变EV中的因子物质并赋予EV增强的抗病毒特性。

　　

　　doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.037

　　TLR3刺激上调EV中的miR-17增强抗病毒活性

　　明确TLR3刺激的EV有抗病毒活性后，研究者进一步探索了潜在的抗病毒机制，通过层次聚类分析、火山图数据分析，最终发现6个在TLR3刺激后显著上调并与抗病毒作用相关的miRNA，其中将已被报道在上呼吸感染期间抑制病毒复制的miR-17作为待验证的作用机制目标。

　　采用qPCR证实与未受刺激对照细胞相比，TLR3刺激显着增加了EV中miR-17的表达；在未受刺激对照细胞中，miR-17过表达或沉默发现miR-17抑制了病毒RNA复制，显著降低了宿主细胞中CoV_OC43、RV-1B和RV-16病毒mRNA水平，证实了miR-17对呼吸道病毒的强大抗病毒活性。在TLR3刺激的细胞中，同样进行miR-17过表达或沉默，发现与未受刺激对照细胞相比，TLR3刺激诱导的EV中miR-17抗病毒活性更强，证实TLR3刺激上调EV中的miR-17增强抗病毒活性。

　　

　　doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.037

　　TLR3刺激的EV表面受体-病毒结合

　　有助于抗病毒活性并防止病毒进入宿主细胞

　　研究者发现TLR3刺激的EV表面受体蛋白质可以与病毒相结合，阻止病毒进入细胞，与细胞受体结合，而未受刺激的对照EV对阻断病毒感染没有显著影响。

　　研究者分析了TLR3刺激的EV中LDLR，ICAM-1和N-乙酰神经氨酸（NANA）的水平，它们分别参与受体介导的RV-1B，RV-16和CoV_OC43的内吞作用，发现TLR3刺激上调EV中的LDLR和ICAM-1水平，另外因技术限制，NANA无法检测。

　　为了探索LDLR和ICAM-1在EV中抑制病毒感染的作用，在TLR3刺激的EV中沉默LDLR或ICAM-1 mRNA表达，发现LDLR或ICAM-1沉默回削弱对应的病毒与TLR3刺激的EV之间的相互作用，从而促进病毒进入宿主细胞。

　　

　　doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.037

　　冷暴露会损害TLR3依赖性EV分泌

　　和miR-17丰度

　　从而消除抗病毒活性

　　研究者分析了降温对TLR3依赖性EV功能的影响。通过人体鼻内温度梯度试验发现当环境温度从23.3℃降低到4.4℃后，前鼻甲和中下鼻甲水平的鼻内温度分别下降了6.4℃和4.7℃。基于上述实验结果，在体外培养实验时采用降低5℃的方法，发现在37℃时，TLR3依赖性EV分泌显着增加，而32℃时，则显著损害了TLR3依赖性EV分泌。

　　接下来研究冷暴露对TLR3刺激的EV介导的抗病毒活性的影响，发现冷暴露下TLR3依赖性EV抗病毒活性降低，miR-17的丰度降低，表明冷暴露可能通过这种机制来消除抗病毒活性。

　　

　　doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.037

　　冷暴露降低TLR3依赖性EV表面受体蛋白表达，损害由表面受体-病毒相互作用介导的抗病毒活性

　　在37℃时，与未刺激对照细胞相比，TLR3刺激EV中LDLR、ICAM-1表达显著增加，而当温度降到32℃时，TLR3刺激EV中LDLR、ICAM-1显著受损，表明TLR3刺激EV中表面受体蛋白LDLR和ICAM-1表达增加受环境温度影响。进一步研究发现冷暴露会显著损害由表面受体-病毒相互作用介导的抗病毒活性，但是对于TLR3刺激的EV抗病毒活性没有显著影响。

　　

　　doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.037

　　小结

　　上呼吸道感染存在季节性变化，尤其在冬季，感染率增加，这是因为冷暴露会损害由鼻上皮EV介导的抗病毒免疫防御功能，且这可能是通过下调TLR3依赖性EV分泌和miR-17丰度，降低TLR3依赖性EV表面受体蛋白表达等来实现的。

　　想一想，新冠的到来使得我们离不开口罩，而口罩的存在可以给予鼻腔一定的温暖，间接保护了鼻内免疫防御机制，降低了呼吸道病毒的感染几率，也不失为又一个戴口罩的理由。

　　参考文献：

　　[1] Di Huang, Maie S. Taha, Angela L. Nocera, Alan D. Workman, Mansoor M. Amiji, Benjamin S. Bleier,Cold exposure impairs extracellular vesicle swarm–mediated nasal antiviral immunity,

　　Journal of Allergy and Clinical Immunology,2022. doi.org/10.1016/j.jaci.2022.09.03

　　来源 | 生物谷

　　撰稿 | M

　　编辑 | cici