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新冠疫情期间，孕妇感染 SARS-CoV-2 对胎儿视网膜发育的影响尚不明确。为解决这一问题，研究人员以人胚胎干细胞来源的视网膜类器官（hEROs）为模型，研究 S 蛋白对视网膜发育的影响。结果发现，S 蛋白暴露在视网膜发育早期影响细胞核成分和脂质代谢，晚期影响细胞膜成分和细胞外基质（ECM）。该研究为理解 SARS-CoV-2 感染对视网膜发育的影响提供了新视角。
新冠疫情给全球公共卫生带来了巨大挑战，新冠病毒（SARS-CoV-2）的影响范围广泛，涉及多个系统。孕妇作为特殊群体，感染 SARS-CoV-2 后，病毒可能侵袭胎盘和胚胎，威胁胎儿健康。视网膜作为中枢神经系统（CNS）的一部分，对维持视觉功能至关重要。有研究发现 SARS-CoV-2 mRNA 可在人类视网膜中被检测到，且新冠患者出现了视网膜并发症 ，但 SARS-CoV-2 感染对胎儿视网膜不同发育阶段的影响却知之甚少。同时，由于伦理限制，SARS-CoV-2 刺突（S）蛋白在人类视网膜组织发育中的作用机制也未得到充分探索。在这样的背景下，为深入了解 SARS-CoV-2 对视网膜发育的影响，陆军军医大学西南医院 / 西南眼科医院等机构的研究人员开展了相关研究，该研究成果发表在《Cell & Bioscience》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，利用人胚胎干细胞（hESCs）培养并诱导生成视网膜类器官（hEROs），为研究提供了体外模型。然后，运用免疫荧光染色技术，检测相关蛋白的表达与定位。通过 RNA 测序和实时荧光定量聚合酶链反应（RT-PCR），分析基因表达变化，探究 S 蛋白对 hEROs 的影响 。
研究结果如下：
- hEROs 模型的构建与鉴定：研究人员对 Kuwahara 的诱导方案进行改进，成功诱导 hESCs 形成神经视网膜（NR）和视网膜色素上皮（RPE），构建出成熟的 hEROs 模型。通过免疫染色分析视网膜特异性标记物发现，hEROs 随着时间不断向成熟视网膜发展，基于此，选取第 90 天和第 280 天的 hEROs 进行后续 S 蛋白暴露研究。
- ACE2 和 TMPRSS2 在 hEROs 中的表达：研究发现，与 hESCs 相比，hEROs 从第 60 天到 280 天，ACE2 mRNA 水平上调，TMPRSS2 mRNA 水平显著下调，且二者在 hEROs 胚胎视网膜发育过程中均有表达，这为 SARS-CoV-2 感染 hEROs 提供了可能途径。
- S 蛋白暴露对视网膜细胞的影响：经实验确定 2μg/mL 的 S 蛋白为合适暴露浓度。研究发现，S 蛋白暴露后，ACE2 和 TMPRSS2 的 mRNA 水平无显著变化，视网膜细胞的数量和形态也未受明显影响，但通过共染色发现，视网膜中的光感受器、神经节细胞和无长突细胞可能对 S 蛋白暴露敏感 。
- S 蛋白暴露对 hEROs 转录组的影响：RNA 测序分析表明，hEROs 能模拟视网膜发育以及光感受器和视觉感知系统的成熟过程。S 蛋白短期暴露对视网膜细胞类型无显著影响，但在发育早期主要影响细胞核组成和脂质代谢相关基因表达，晚期主要影响与细胞膜组成和细胞外基质（ECM）相关的基因表达 。同时，S 蛋白暴露在早期和晚期均诱导了炎症反应。
- S 蛋白暴露对基因表达的影响：基因本体（GO）分析显示，S 蛋白暴露在视网膜发育早期主要影响与细胞核、核酸转录、细胞周期和代谢过程相关的通路；晚期主要影响与细胞膜成分、细胞黏附、ECM 和细胞迁移相关的通路。京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析表明，S 蛋白暴露在早期激活了代谢和炎症相关通路，晚期影响了炎症和 ECM 相关通路 。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 SARS-CoV-2 的 S 蛋白暴露在视网膜发育早期和晚期具有不同影响。早期主要影响细胞核和脂质代谢相关基因表达，晚期主要影响 ECM 和细胞膜成分相关基因表达，并在两个阶段均引发炎症反应 。这为理解 SARS-CoV-2 感染导致的视网膜病变机制提供了新的视角，有助于进一步研究 COVID-19 相关视网膜疾病的发生发展过程。不过，该研究也存在一定局限性，如体外类器官模型无法完全模拟体内环境，缺乏免疫系统和血管系统，不同实验室间类器官培养存在异质性等。未来需要更符合生理相关性的模型，深入探究 SARS-CoV-2 对视网膜和中枢神经系统病理的影响，进一步研究脂质代谢和 ECM 相关信号通路，为相关疾病的防治提供更坚实的理论基础。
