谁是新冠病毒的易感人群?单细胞测序揭晓答案

【字体: 时间:2020年04月09日 来源:

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  通过阅读新闻,您可能已经知道一些呼吸细胞特别容易受到冠状病毒侵害,因为它们尤其富含两种跨膜蛋白——TMPRSS2和ACE2。

  

通过阅读新闻,您可能已经知道一些呼吸细胞特别容易受到冠状病毒侵害,因为它们尤其富含两种跨膜蛋白——TMPRSS2和ACE2。

ACE2是一种能与冠状病毒刺突蛋白(spike protein)结合的受体蛋白,而TMPRSS2是一种能切割spike蛋白,使病毒和细胞膜融合的蛋白酶。一项单细胞测序研究发现,在某些祖细胞中,ACE2和TMPRSS2表达更为丰富,这些细胞通常发育成衬有毛发状突起(纤毛),能把粘液和细菌从肺部扫出去的呼吸道细胞。

为了将这种特别容易被冠状病毒感染的细胞与其他数量更多的其他类型细胞区分开来,德国肺研究中心的科学家检查了来自非病毒感染患者的样本,使用RNA测序一个细胞一个细胞地测量了ACE2和TMPRSS2的表达水平。

“我们总共分析了近6万个细胞,以确定它们是否激活了易被冠状病毒感染的受体和潜在的辅助因子基因,”柏林卫生研究所(BIH)的科学家Soeren Lukassen报告说。“事实上,我们只在极少数细胞中发现了ACE2和TMPRSS2的基因转录本,真的只有极少数。”

Lukassen是这篇发表在EMBO Journal杂志,题目为“SARS‐CoV‐2 receptor ACE2 and TMPRSS2 are primarily expressed in bronchial transient secretory cells”文章的主要作者之一。

“我们分部通过单核和单细胞RNA测序,研究了ACE2和TMPRSS2在肺组织(12个供体,39778个细胞)和亚段支气管分支(4个供体,17521个细胞)中的表达水平及其在细胞类型中的分布,”文章作者写道。“TMPRSS2在两种组织中都有表达,但ACE2在亚段支气管分支中主要表达于一种暂时的分泌细胞类型。有趣的是,这些暂时分化的细胞显示出RHO GTPase功能和病毒进程相关途径的异常丰富,提示了它们对SARS‐CoV‐2的易感性。”

研究人员最初打算研究为什么未吸烟的人有时也会患肺癌。开始,他们分析了来自海德堡肺生物库的12名癌症患者样本,还研究了健康患者气道中的细胞(来自目的为排除肺癌的支气管镜检查)。

新冠肺炎的传播速度如此惊人,于是研究人员重新审视了这些尚未公布的数据。海德堡大学生物信息学教授Roland Eils说:“我深信,我们从这些非冠状病毒感染者身上收集的数据将为病毒感染提供重要信息。”

参与这项研究的科学家从先前的研究中知晓,冠状病毒感染,它的spike蛋白必须与细胞表面的ACE2受体结合,此外病毒还需要一个或多个辅助因子,否则它无法穿透细胞。

“我们也想找到冠状病毒具体攻击的目标,”本研究的另一位合著者、波黑数字健康中心研究员Christian Conrad强调。

通过单细胞测序,科学家们发现了支气管中的某些祖细胞主要负责生产冠状病毒受体。“掌握了哪些细胞易受到攻击,我们现在可以开发有针对性的治疗方法,”海德堡大学医院胸腔诊所的Michael Kreuter博士 说。

这项研究的另一个有趣的发现是,细胞上ACE2受体密度随年龄增长而增加,男性普遍高于女性。“这只是一种趋势,可以解释为什么SARS-CoV-2感染男性多于女性,但我们的样本量仍然太小,无法做出结论性陈述,我们需要在更大的患者群中重复这项研究,”Eils指出。

“这些结果表明,病毒的行为具有高度选择性,它依赖于某些人类细胞进行传播和复制,我们越了解病毒与宿主之间的相互作用,就越能开发出有效的对抗策略,”Eils说。

下一步,他们将研究COVID-19患者,以确定病毒是否真的感染了这些细胞。“我们想知道,为什么感染在一些病人身上是良性的,在另一些病人身上却是恶性的,因此,我们还将密切关注受感染组织中的免疫细胞,”Eils强调。

原文检索:SARS‐CoV‐2 receptor ACE2 and TMPRSS2 are primarily expressed in bronchial transient secretory cells

(生物通:伍松)

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