自新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019,covid-19)疫情暴發以來,人類始終無法拿出確鑿的證據證實為何新冠病毒——嚴重急性呼吸綜合徵冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,sars-cov-2)傳播如此之快之廣。2020年4月23日世界著名醫學期刊《自然·醫學》上發表了一篇中文譯名為《sars-cov-2侵入因子與先天免疫相關基因在鼻黏膜上皮細胞中共同高表達》的研究論文,作者試圖回答這個問題。該論文由英國維康桑格研究所waradon sungnak團隊聯合荷蘭格羅寧根大學醫學中心、藍色海洋大學和法國國家科學院的科學家們共同完成。研究結論為人類鼻部杯狀細胞和纖毛細胞可能是sars-cov-2新冠病毒的最初感染部位,並且大膽預測了正是由於兩種細胞距離外界位置較近,從而造成了病毒的高傳播性,進而解釋了為何sars-cov-2傳播如此之快的疑問。
前階段研究已證實新冠病毒是通過與哺乳動物細胞表面的血管緊張素轉化酶2(angiotensin converting enzyme2,ace2)受體結合進入細胞內的,同時與另一種細胞表面的侵入蛋白tmprss2也有直接關係。因此waradon sungnak團隊的研究重心就在探究究竟何種細胞表面可以同時表達ace2受體和tmprss2,因為這也許是解釋為何新冠病毒傳播如此之快之廣的一個切入點。
waradon sungnak團隊通過對20餘例未感染sars-cov-2人群不同器官組織的單細胞核糖核酸(ribonucleic acid,rna)測序的多個人類細胞圖譜(human cell atlas,hca)分析,篩選出多個可以同時表達ace2和tmprss2兩種新冠病毒入侵人體的關鍵蛋白的臟器細胞。
與新冠病毒感染相關的侵入受體蛋白ace2和病毒侵入相關蛋白酶tmprss2何處表達最高。
waradon sungnak團隊研究發現,與其他所有呼吸系統的細胞相比較,ace2在鼻上皮細胞包括杯狀細胞和纖毛細胞中表達最高,其中tmprss2在杯狀細胞和纖毛細胞中表達也很高。
ace2和tmprss2的這種表達分布是否與新冠病毒的傳播性相關。
研究人員以其他冠狀病毒的數據為依託,分析並得出病毒的傳播能力確實取決於呼吸道中相關受體和蛋白的空間分布。
ace2與先天免疫相關基因共同高表達有什麼意義。
研究發現,ace2高表達的細胞中,先天免疫功能有關的基因表達水平升高。研究人員認為,這有可能是由於這些細胞更易被病毒感染,所以這些細胞同時會高表達免疫相關基因,以降低被病毒的感染風險。
通過對hca圖譜的分析,團隊還發現,除了呼吸系統外在人體體內很多臟器細胞都可以激活新冠病毒侵入人體的ace2和tmprss2兩種關鍵蛋白,比如眼角膜細胞、腸黏膜上皮細胞,食管黏膜上皮細胞等以上結論意味著什麼。
既然鼻黏膜上的兩類細胞(杯狀細胞和纖毛細胞)是呼吸道黏膜細胞中ace2表達最高,tmprss2高表達的細胞,因而可以推測這兩類細胞可能是新冠病毒侵入人體的初始感染部位,是感染的門戶,實現高效人傳人的病毒存儲庫;同樣這樣的發現也可以解釋先前報道的鼻拭子採集的病毒載量高於咽拭子的現象。
眼角膜細胞、食管和腸黏膜上皮細胞以及鼻腔黏膜上皮細胞等高表達新冠病毒侵入人體的ace2和tmprss2兩種關鍵蛋白,從側面印證了新冠病毒是可以通過眼淚或眼分泌物、糞便、帶有鼻腔分泌物的空氣以及飛沫等傳播的。且鼻腔的杯狀細胞是一種分泌細胞,新冠病毒有可能利用杯狀細胞持續的分泌作用,在症狀出現之前就開啟傳播之旅,並且為其廣泛傳播提供「便利條件」
[1] waradon sungnak,ni huang,christophe bécavin.et al.sars-cov-2 entry factors are highly expressed in nasal epithelial cells together with innate immune genes[j].nature medicine,2020。
前階段研究已證實新冠病毒是通過與哺乳動物細胞表面的血管緊張素轉化酶2(angiotensin converting enzyme2,ace2)受體結合進入細胞內的,同時與另一種細胞表面的侵入蛋白tmprss2也有直接關係。因此waradon sungnak團隊的研究重心就在探究究竟何種細胞表面可以同時表達ace2受體和tmprss2,因為這也許是解釋為何新冠病毒傳播如此之快之廣的一個切入點。
waradon sungnak團隊通過對20餘例未感染sars-cov-2人群不同器官組織的單細胞核糖核酸(ribonucleic acid,rna)測序的多個人類細胞圖譜(human cell atlas,hca)分析,篩選出多個可以同時表達ace2和tmprss2兩種新冠病毒入侵人體的關鍵蛋白的臟器細胞。
與新冠病毒感染相關的侵入受體蛋白ace2和病毒侵入相關蛋白酶tmprss2何處表達最高。
waradon sungnak團隊研究發現,與其他所有呼吸系統的細胞相比較,ace2在鼻上皮細胞包括杯狀細胞和纖毛細胞中表達最高,其中tmprss2在杯狀細胞和纖毛細胞中表達也很高。
ace2和tmprss2的這種表達分布是否與新冠病毒的傳播性相關。
研究人員以其他冠狀病毒的數據為依託,分析並得出病毒的傳播能力確實取決於呼吸道中相關受體和蛋白的空間分布。
ace2與先天免疫相關基因共同高表達有什麼意義。
研究發現,ace2高表達的細胞中,先天免疫功能有關的基因表達水平升高。研究人員認為,這有可能是由於這些細胞更易被病毒感染,所以這些細胞同時會高表達免疫相關基因,以降低被病毒的感染風險。
通過對hca圖譜的分析,團隊還發現,除了呼吸系統外在人體體內很多臟器細胞都可以激活新冠病毒侵入人體的ace2和tmprss2兩種關鍵蛋白,比如眼角膜細胞、腸黏膜上皮細胞,食管黏膜上皮細胞等以上結論意味著什麼。
既然鼻黏膜上的兩類細胞(杯狀細胞和纖毛細胞)是呼吸道黏膜細胞中ace2表達最高,tmprss2高表達的細胞,因而可以推測這兩類細胞可能是新冠病毒侵入人體的初始感染部位,是感染的門戶,實現高效人傳人的病毒存儲庫;同樣這樣的發現也可以解釋先前報道的鼻拭子採集的病毒載量高於咽拭子的現象。
眼角膜細胞、食管和腸黏膜上皮細胞以及鼻腔黏膜上皮細胞等高表達新冠病毒侵入人體的ace2和tmprss2兩種關鍵蛋白,從側面印證了新冠病毒是可以通過眼淚或眼分泌物、糞便、帶有鼻腔分泌物的空氣以及飛沫等傳播的。且鼻腔的杯狀細胞是一種分泌細胞,新冠病毒有可能利用杯狀細胞持續的分泌作用,在症狀出現之前就開啟傳播之旅,並且為其廣泛傳播提供「便利條件」
[1] waradon sungnak,ni huang,christophe bécavin.et al.sars-cov-2 entry factors are highly expressed in nasal epithelial cells together with innate immune genes[j].nature medicine,2020。