Science:新冠病毒如何在人体“横行”?

2020
04/23

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王煊 / 生物探索
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已知新冠病毒可以损伤肺,心脏和血管,肾脏,肠和大脑等部位,清楚其损伤机制对早期诊断,病理及生理方面针对性治疗,改善预后等均具有重要参考价值。

目前,全球确诊的新型冠状病毒(COVID-19)病例已激增至超过262万,死亡人数超过18万。临床医生和病理学家正在努力研究病毒是如何在人体中横行造成损害的。

“这种病毒几乎可以侵袭人体的任何部位,包括肺,心脏和血管,肾脏,肠和大脑,并造成毁灭性后果,它的凶猛令人咋舌。”负责收集COVID-19临床数据的耶鲁大学的心脏病专家Harlan Krumholz说。

近日,《science》杂志发表了其特约撰稿人Meredith Wadman、Jennifer Couzin-Frankel等人针对这一问题的分析文章。

doi:10.1126/science.abc3208

被感染的人可通过咳嗽等排出含病毒的飞沫,被他人吸入时,新型冠状病毒SARS-CoV-2就会进入鼻腔和咽喉。Wellcome Sanger Institute的研究人员发现,鼻腔中富含SARS-CoV-2的受体:血管紧张素转化酶2(ACE2),病毒经该受体识别进入细胞大量繁殖,接着,患者可能会发烧,咳嗽,嗓子疼,嗅觉和味觉丧失或头部和身体疼痛。

在入侵初始阶段,若患者自身免疫系统无法抵抗SARS-CoV-2,则病毒会沿气管行进,攻击肺部,肺泡细胞同样富含ACE2受体。

通常,氧气穿过肺泡进入毛细血管,然后被运输至身体其他部位。但随着病毒入侵,处于免疫系统一线的白细胞会释放炎症分子,同时召唤免疫细胞靶向杀死被病毒感染的细胞,最终产生大量包含死细胞的积液,发展为急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。患者血液中的氧气水平急剧下降,呼吸更加困难,并出现咳嗽、发热等症状。尸检也观察到新冠病毒死亡患者的肺泡中充满了积液,白细胞,粘液和受损的肺细胞碎屑。

除攻击肺部外,病毒感染触发的免疫系统中的某些细胞水平飞涨远超需要,开始攻击健康组织,可能发生血管渗漏,血压下降,血凝块形成及器官衰竭等。一些临床研究也表明,COVID-19住院患者血液中这些炎症诱导细胞因子水平明显升高。

 

SARS-CoV-2对人体的危害  图片来源:V. ALTOUNIAN/SCIENCE

病毒还会攻击心脏和血管。3月25日在《JAMA Cardiology》杂志上发表的一篇论文分析武汉416例COVID-19患者中近20%的患者出现心肌损害。4月10日发表在《Thrombosis Research》上的一篇研究表明,荷兰ICU的184名COVID-19患者中,38%存在血液异常凝结。凝结的血块可能破裂并落在肺部,导致肺栓塞,或进入大脑引起中风,使得COVID-19疾病发展更为严重。SARS-CoV-2感染也可能导致血管收缩,进而手指和脚趾出现局部缺血,发生肿胀,疼痛和组织死亡。

心脏和血管壁,就像鼻子和肺泡一样,也富含ACE2受体,病毒可能会直接攻击,或由于肺功能损害导致缺氧进而损害血管,或过度的免疫因子可能会破坏心脏。

这可能也解释了为什么先前患有糖尿病,高血压等慢性病导致血管造成损伤的患者面临更高的严重疾病风险。

拥有ACE2受体的肾脏也是病毒攻击的另一个靶标。

研究发现,武汉市及其附近的近200名住院COVID-19患者中,有59%的出现肾脏受损。尸检患者的肾脏中也检测到病毒颗粒,表明其可能存在直接的病毒攻击。不过,呼吸机、用于患者治疗的抗病毒药物瑞德西韦及免疫自身攻击也会增加肾脏损害的风险。

除此之外,病毒感染还能影响大脑及中枢神经系统,ACE2受体同样存在于神经皮质和脑干中。4月3日,发表在《InternationalJournal of Infectious Diseases》上的案例研究,报告了一名发展为脑膜炎和脑炎的COVID-19患者的脑脊液中发现了新的冠状病毒。一些COVID-19患者会暂时失去意识、中风或丧失嗅觉。但尚不清楚该病毒在什么情况下会穿透大脑并与这些受体相互作用。

一名58岁的COVID-19妇女患脑炎,导致大脑组织损伤。图片来源:N. Poyiadji etal.,

Radiology, (2020) doi.org/10.1148/radiol.2020201187

病毒也能到达肠道被ACE2识别并进行复制,感染消化道内壁,导致腹泻及结肠损伤。

目前有在患者粪便中发现了病毒RNA,发表在《The American Journal of Gastroenterology》中一篇论文中,在一名COVID-19患者的胃、十二指肠、及直肠细胞中均检测到该病毒的蛋白外壳。

肠道不是病毒在身体中行进的终点。目前尚未明确病毒是否可直接侵入眼睛,但多达三分之一的患者会发展成结膜炎。也报道有住院中心超过一半的患者出现肝脏受损。

这篇文章对COVID-19患者的早期诊断,病理及生理方面针对性治疗,改善预后等均具有重要参考价值。医生和科研人员对COVID-19对人体造成的破坏仍然还在持续观察、探索和研究中,从显微镜下的组织探测到对患者的药物测试,这可能需要长时间的艰苦研究。相信能随着科学的发展,能探索出更有效的治疗方法。

参考资料:

[1] Meredith Wadman. et al. How does coronavirus kill? Clinicians trace a ferocious rampage through the body, from brain to toes.

[2] Neo Poyiadji. et al. COVID-19–associated Acute Hemorrhagic Necrotizing Encephalopathy: CT and MRI Features.

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