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新冠病毒肆虐全球，开发有效的抗病毒手段仍是当务之急。新冠病毒的感染离不开病毒和宿主两个部分。新冠病毒通过刺突蛋白（Spike protein）结合宿主细胞表面的受体（主要为ACE2）感染宿主细胞。因此，可以从病毒和宿主细胞两个角度出发来开发阻止病毒感染的方法。目前全球的新冠防治策略，包括疫苗、中和抗体以及小分子药物大都是从靶向病毒的角度出发，而针对宿主细胞的抗病毒手段仍有待探索。
2022年1月13日，南方科技大学田瑞琳实验室与美国加州大学旧金山分校（UCSF）Martin Kampmann实验室在Nature Cell Biology发表了题为“BRD2 inhibition blocks SARS-CoV-2 infection by reducing transcription of the host cell receptor ACE2”的文章，通过大规模CRISPR筛选鉴定出BRD2作为宿主细胞中潜在的抗新冠靶点。
新冠病毒感染宿主细胞主要依赖刺突蛋白的RBD结构域。使用体外纯化的RBD蛋白，研究人员从多种细胞系中鉴定出人肺腺癌细胞系Calu-3具有特异的RBD结合曲线，且结合依赖于Calu-3细胞中ACE2的表达，因此选择Calu-3进行后续研究。
为了系统性鉴定出宿主细胞中调控病毒感染的关键因子，研究人员在Calu-3细胞中以RBD的结合为表型进行了大规模CRISPRi筛选，筛选使用的sgRNA文库包含了所有已知的药物靶点基因（下图）。
通过筛选，研究人员意外发现敲低BRD2基因可以有效抑制RBD结合。BRD2属于BET蛋白家族, 可以结合乙酰化修饰的组蛋白，调控基因转录。抑制BRD2的小分子药物如JQ1和ABBV-744已经在治疗癌症等其他疾病的临床试验中。
为了进一步验证抑制BRD2的抗病毒效果，研究人员在人原代支气管上皮细胞、人诱导多能干细胞分化的心肌细胞、人鼻粘膜上皮模型以及仓鼠体内模型中进行SARS-CoV-2活病毒感染，发现使用遗传学手段或者小分子抑制BRD2都可以非常显著地抑制病毒的感染增殖，且没有细胞毒性，说明BRD2是有效的抑制新冠病毒靶点。
抑制BRD2是如何阻止病毒感染增殖的？研究人员针对这一问题进行了下游的机制分析。研究人员发现，抑制BRD2可以几乎完全抑制宿主ACE2受体的mRNA转录。通过CUT-&-RUN，RNA-seq等后续实验，研究人员发现BRD2可以调控干扰素通路（interferon pathway）重要因子如STAT1, IRF9等的表达，而后者又可以控制ACE2的表达，因此抑制BRD2阻碍了interferon通路，从而抑制了ACE2的表达。
这项研究提示宿主细胞BRD2可以作为潜在的抑制新冠病毒感染的靶点，同时揭示了BRD2调控ACE2受体表达的机制。另外，这项研究也展示出基于CRISPR的遗传筛选技术在鉴定致病微生物治疗靶点的强大作用。
本文共同通讯作者田瑞琳为南方科技大学医学院助理教授，博士生导师。田瑞琳实验室与深圳市第三人民医院合作，继续利用CRISPR遗传筛选平台，鉴定治疗细菌、病毒等感染性疾病的新靶点，欢迎有兴趣的博士后和其他研究人员加入。实验室网站：tianlab.top. 联系邮箱：tianrl@sustech.edu.cn.
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41556-021-00821-8
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