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目前，呼吸道病毒感染仍是全球主要的健康威胁，季节性甲型流感病毒（IAV），是人类呼吸道感染的主要原因，影响5-15%的人口，每年全球约引起500,000人的死亡。IAV通常会导致轻度至中度症状的上呼吸道感染，偶尔会引发致命肺炎，自2013年以来，H7N9病毒引起了感染的反复爆发，其临床表现通常为急进性肺炎，病死率高于30%。2021年11月26日，香港大学李嘉诚医学院微生物学系Kwok Yung Yuen团队在EMBO Molecular Medicine上发表了题为“SPINK6 inhibits human airway serine proteases and restricts influenza virus activation”的研究论文。在本研究中，团队证明SPINK6作为一种新型人类呼吸道丝氨酸蛋白酶宿主抑制剂，可特异性抑制流感病毒的HAT和KLK5激活，并限制病毒成熟和复制，为将其用于预防和治疗流感感染提供理论基础。

流感病毒感染是由表面糖蛋白血凝素（HA）与细胞受体结合引发的，之后病毒膜和细胞内体膜的融合。大多数的人和流感病毒的前体蛋白HA0包含一个单碱基切割位点，该位点可被人类呼吸道和胃肠道中大量表达的胰蛋白酶样丝氨酸蛋白酶识别；某些高致病性流感病毒中包含一个多碱基切割位点，该位点可被无处不在的细胞内蛋白酶切割，其中，丝氨酸蛋白酶是呼吸蛋白酶中的主要类别，并且，II型跨膜丝氨酸蛋白酶HAT和TMPRSS2是负责人气道中HA裂解的主要蛋白酶。KLK相关肽酶家族作为一个新的丝氨酸蛋白酶家族，包含15种分泌型丝氨酸蛋白酶，其中，KLK5和KLK12是从人体呼吸道分泌的，可切割HA的H1、H2和H3亚型。最初在人和小鼠皮肤中发现的SPINK6可作用于KLK家族的大多数蛋白酶，其不仅参与皮肤屏障功能和鼻咽癌转移，还可激活人类呼吸道中的流感病毒。

介于上述理论基础，团队通过丝氨酸蛋白酶活性测定、HA裂解检测实验、细胞系和人体类器官中的病毒复制实验、免疫荧光染色以及流式细胞术分析与噬菌斑检测等体内外实验，证明SPINK6作为一种分泌蛋白可特异性抑制TPCK胰蛋白酶的蛋白水解活性以及胰蛋白酶介导的HA裂解和病毒复制；接下来，为鉴定SPINK6的下游靶蛋白，团队在BHK21细胞中过表达了常见的HA激活丝氨酸蛋白酶，结果发现，SPINK6通过抑制HAT和KLK5的蛋白水解活性，限制了HAT/KLK5介导的HA裂解，并通过限制病毒成熟而减弱IAV复制，提高IAV感染小鼠的存活率。免疫荧光染色结果证实，SPINK6在人肺组织的气道上皮细胞中表达，外源性和内源性SPINK6均可影响人类气道类器官中的病毒成熟和病毒复制。

图 本文图形摘要示意图。SPINK6通过调控HAT和KLK5介导流感病毒HA的蛋白水解参与IAV的胞外成熟。

期刊及DOI号

EMBO Mol Med. 2021 Nov 26. 

doi: 10.15252/emmm.202114485.

题目

SPINK6 inhibits human airway serine proteases and restricts influenza virus activation

摘要

SPINK6 was identified in human skin as a cellular inhibitor of serine proteases of the KLK family. Airway serine proteases are required to cleave hemagglutinin (HA) of influenza A viruses (IAVs) to initiate an infection in the human airway. We hypothesized that SPINK6 may inhibit common airway serine proteases and restrict IAV activation. We demonstrate that SPINK6 specifically suppresses the proteolytic activity of HAT and KLK5, HAT- and KLK5-mediated HA cleavage, and restricts virus maturation and replication. SPINK6 constrains the activation of progeny virions and impairs viral growth; and vice versa, blocking endogenous SPINK6 enhances HA cleavage and viral growth in physiological-relevant human airway organoids where SPINK6 is intrinsically expressed. In IAV-infected mice, SPINK6 significantly suppresses viral growth and improves mouse survival. Notably, individuals carrying the higher SPINK6 expression allele were protected from human H7N9 infection. Collectively, SPINK6 is a novel host inhibitor of serine proteases in the human airway and restricts IAV activation.