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科研快讯 | 新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的研究进展(四十九)

科研快讯 | 新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的研究进展(四十九)

■4月22日,哈佛医学院Carly G. K. Ziegler等人在Cell在线发表题为“SARS-CoV-2 receptor ACE2 is an interferon-stimulated gene in human airway epithelial cells and is detected in specific cell subsets across tissues”的研究论文,该研究利用人类、非人类的灵长类动物和小鼠单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据集遍及健康和疾病的数据集,以发现组织驻留细胞亚群中SARS-CoV-2的假定靶标。

该研究确定ACE2和TMPRSS2共表达细胞在II型肺细胞,回肠吸收性肠上皮细胞中和鼻杯状分泌细胞。令人惊讶的是,该研究发现在气道上皮细胞中ACE2是干扰素刺激的基因(ISG)。该研究数据表明SARS-CoV-2可以利用物种特异性干扰素驱动的ACE2上调来增强感染。

干扰素有三种不同类型:I型干扰素、II型干扰素和III型干扰素。每种似乎都集中在几乎不可区分的反应上,这些反应是通过STAT1同二聚体或STAT1 / 2异二聚体与ISG结合而介导的。然而,越来越多的证据表明,每种类型的IFN可能在宿主防御或免疫病理学中均具有非冗余作用,尤其是在上皮屏障上。

研究表明,I型IFN反应的时机是体内反应的关键组成部分。在没有针对混合效应的对照试验的情况下,已尝试使用批准的IFNs对SARS-CoV,MERS-CoV和SARS-CoV-2进行临床治疗,结果发现症状迅速改善或恶化,阐明组织和细胞类型的特定ISG及其活性对于了解IFN在人类SARS-CoV-2感染过程中在宿主防御中的作用至关重要[1]。

■4月21日,浙江大学梁廷波团队在国际顶级医学期刊BMJ在线发表题为“Viral load dynamics and disease severity in patients infected with SARS-CoV-2 in Zhejiang province, China, January-March 2020: retrospective cohort study”的研究论文,该研究系统地评估了从入院后感染SARS-CoV-2的96例患者(22例轻症和74例重症;时间为2020年1月19日至2020年3月20日)中收集的3000多个样本中的病毒载量,并分析了病毒载量的时间变化以及不同样本类型和疾病严重程度中病毒载量之间的相关性。该研究发现,在55名患者(59%)的粪便中和39名患者(41%)的血清中检测到RNA。一名患者的尿液样本中SARS-CoV-2呈阳性。粪便中病毒的持续时间(22天,四分位数范围为17-31天)显著长于呼吸系统(18天,13-29天)和血清样本(16天,11-21天)。严重疾病患者(21天,14-30天)的呼吸道样本中病毒的持续时间明显长于轻度疾病患者(14天,10-21天)。在轻度组中,从疾病发作的第二周开始,呼吸道样品中的病毒载量达到峰值,而在重度组中,病毒载量在第三周中继续升高。超过60岁的患者和男性患者的病毒持续时间更长。

总之,粪便样本中SARS-CoV-2的持续时间明显比呼吸道和血清样本中的更长,这凸显了在预防和控制该流行病中需要加强粪便样本的管理,并且该病毒在重症患者中在呼吸组织中以更长的时间和更大的负荷持续存在,达到峰值的时间更晚[2]。

■4月19日,中国工程院院士李兰娟团队在医学预印本平台medRxiv在线发表了一篇研究论文“Patient-derived mutations impact pathogenicity of SARS-CoV-2”。该论文指出,新冠病毒已经出现了能够切实影响致病性的突变,它的变异和多样性或被大大低估;不同变异毒株在细胞病变效应和病毒载量方面差异可达270倍。

该研究团队从浙江大学附属第一医院收治的患者中分离出11株新冠病毒毒株。这些患者年龄从4个月到71岁不等,其中10名患者有过武汉接触史。在对分离出的11株毒株在Novaseq 6000平台上进行超深度测序,并且同GISAID数据库的1111个基因组序列进行比较后发现,这11位患者分离出的病毒共有33个突变,其中19个是首次发现的新突变。

研究人员还将上述分离出的毒株感染了Vero-E6细胞,定量评估了它们在感染后1、2、4、8、24和48小时的病毒载量,以及在感染后48和72小时的病毒细胞病变效应。其中Vero-E6细胞(非洲绿猴肾细胞),是一种异倍体细胞,和著名的Hela细胞系、犬肾细胞(MDCK细胞)一样是常用的细胞系。这种细胞系具有与人体细胞非常相似的ACE2受体。

结果发现,在感染Vero-E6细胞时,观察到的突变会对病毒载量和细胞病理效应产生直接影响,差异最高达270倍。而病毒载毒量越高,细胞的病变效应和死亡率也随之上升。这一发现表明,研究中观察到的病毒突变,可以显著影响新冠病毒的致病性,而这种突变在全球各地采集的病毒毒株中都可能存在[3]。

■4月17日,国际学术期刊Science Advances以封面论文的形式发表了病毒学国家重点实验室刘实研究组的最新成果,论文题为“O-GlcNAc Transferase Promotes Influenza A Virus-Induced Cytokine Storm by Targeting Interferon Regulatory Factor-5”。该工作鉴定流感病毒感染过程中炎症与糖代谢交互调控的一对分子靶标,并解析其调控机制。

糖代谢是细胞内能量代谢的最主要方式,而病毒感染诱发炎症反应必然需要能量供给。糖代谢信号网络是否会与炎症信号网络交互调控?其机制是什么?这些问题成为病毒学领域一个尚未阐明的重要科学问题。O-GlcNAc转移酶(O-GlcNAc transferase,OGT)是一种哺乳动物必需的酶,其将N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)以β-构型的O-糖苷键连接到蛋白质的丝氨酸和苏氨酸羟基上。这种蛋白质的翻译后修饰对细胞内的许多信号通路具有调节作用,并与多种重大疾病的发生和发展密切相关。在本研究中,通过动物和细胞模型发现OGT在流感病毒诱导的细胞因子风暴中起重要作用。随后的机制研究表明,在流感病毒感染过程中,OGT通过与IRF5相互作用将GlcNAc连接到IRF5上。糖基化的IRF5随后招募TRFA6并诱导IRF5泛素化。该研究揭示了重新编程细胞代谢活动在免疫系统激活和过度炎症中起关键作用,也为筛选抗病毒药物提供了新的线索[4]。

■中国医学科学院医学生物学研究所、国家昆明高等级生物安全灵长类动物实验中心彭小忠、刘红旗和鲁帅尧带领的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)动物模型建立攻关团队和广东省疾病预防控制中心柯昌文团队合作,经过2个月的努力,成功建立了SARS-CoV-2的非人灵长类动物感染模型。4月17日,该研究成果在bioRxiv预印本发表,题为“Comparison of SARS-CoV-2 infections among 3 species of non-human primate Model”。

由新冠病毒(SARS-CoV-2)引起的新冠肺炎(COVID-19)疫情正在全球范围迅速蔓延,与病毒的战斗还在继续,新冠肺炎疫情的源头和宿主、传播途径、致病机理和危害性等有待进一步理清,相应药物和疫苗的评价尤为重要,动物模型尤其是非人灵长类动物模型被认为是解决以上问题最好的方法之一。该研究团队在攻关项目的支持下,选用了非人灵长类动物2个家族(旧世界猴和新世界猴)中的3个常用品种(恒河猴、食蟹猴和狨猴)进行SARS-CoV-2的感染,并且考虑了年龄和性别对感染的影响,比较了3个品种非人灵长类动物在感染SARS-CoV-2后的临床症状、病毒在体内的复制和分布,以及宿主对病毒感染的反应(如图所示)。从3个品种动物对病毒的易感性来看,恒河猴对SARS-CoV-2感染最为敏感,且从多个方面模拟了人临床感染的情况,如:排毒和病毒的组织分布、肺部影像异常变化、细胞因子变化、抗体水平和病理等。其次是食蟹猴、狨猴对SARS-CoV-2感染的敏感性是3个品种中最低的。

本模型比较了SARS-CoV-2对3种非人灵长类动物的感染,是迄今为止使用非人灵长类实验动物品种最多、评价指标最为齐全的新冠模型之一。项目得到了科技部、云南省科技厅和研究所的大力支持,已通过了科技部的验收。目前,根据科技部统一安排,该团队运用已建立的动物模型正在进行多个疫苗评价和药物筛选工作[5]。

■4月16日,美国加州大学的邱华彦等人报道了一种基于CRISPR–Cas12的测试方法,可以从COVID-19患者呼吸道拭子提取的RNA中鉴定出SARS-CoV-2。这个测试名为“SARS-CoV-2的DNA内切酶靶向CRISPR反式报告系统”(DETECTR)。测试需要先取得样本RNA,然后将其逆转录到DNA中,再通过一种名为等温扩增的技术进行扩增。之后,SARS-CoV-2包膜(envelope,E)和核衣壳(nucleocapsid,N)的基因序列就可以被CRISPR–Cas12检测到,CRISPR–Cas12会切割确认病毒存在的报告分子。作者利用36名COVID-19患者和42名其他呼吸道疾病患者的临床样本测试了该系统。与美国疾病预防与控制中心使用的RT-PCR检测相比,该测试的阳性预测符合率为95%,阴性预测符合率为100%。

RT-PCR的检测一般要等几个小时,还需要使用特殊设备、进行冷热循环;与之相比,DETECTR只有两个固定的操作温度,大约45分钟后,就能像家用验孕测试一样,在可视化读出条上读取结果[6]。

 

参考文献:

[1]Ziegler C, Allon S, Nyquist S, et al. SARS-CoV-2 receptor ACE2 is an interferon-stimulated gene in human airway epithelial cells and is detected in specific cell subsets across tissues. Cell 2020.

[2]Shufa Zheng et al. Viral load dynamics and disease severity in patients infected with SARS-CoV-2 in Zhejiang province, China, January-March 2020:retrospective cohort study. BMJ. 21 April,2020.

[3]Yao H, Lu X, Chen Q, et al. Patient-derived mutations impact pathogenicity of SARS-CoV-2. medRxiv 2020:2020.04.14.20060160.

[4]Wang Q, Fang P, He R, et al. O-GlcNAc transferase promotes influenza A virus–induced cytokine storm by targeting interferon regulatory factor–5. Science Advances 2020; 6:eaaz7086.

[5]Rockx B, Kuiken T, Herfst S, et al. Comparative Pathogenesis Of COVID-19, MERS And SARS In A Non-Human Primate Model. bioRxiv 2020:2020.03.17.995639.

[6]Broughton JP, Deng X, Yu G, et al. CRISPR–Cas12-based detection of SARS-CoV-2. Nature Biotechnology 2020.

 

综合整理 | 坪山生物医药研发转化中心

来源 | iNature, Nature自然科研, 病毒学界, BIOART

编辑 | 鲍啦

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