除了呼吸道,新冠病毒确能感染肠道细胞!

2020
05/07

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探索菌 /  生物探索
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由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染引起的新冠肺炎仍在世界范围内持续爆发,截至5月4日,全球累计新冠肺炎确诊病例超过350万例,死亡人数超24.5万。

由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染引起的新冠肺炎仍在世界范围内持续爆发,截至5月4日,全球累计新冠肺炎确诊病例超过350万例,死亡人数超24.5万。已有的研究结果表明,新冠病毒表面的刺突蛋白能构与被感染细胞的血管紧张素转换酶2(ACE2)结合入侵人体,而可溶性的ACE2能够抑制SARS-CoV-2的感染。

该病毒可在人体上呼吸道样本中检测到,其将鼻咽作为复制位点,主要经呼吸道飞沫传播,而ACE2主要在人体肺部的II型肺泡上皮细胞和纤毛细胞中表达,这与该病毒导致的呼吸道症状及严重的肺损伤症状一致。

然而,研究人员发现,人体中ACE2表达量最高的地方是在小肠上皮细胞的刷状缘,COVID-19的临床表现中,除主要的呼吸道症状外,部分患者具有明显的胃肠道症状,此外,即使鼻咽检测中病毒核酸转阴,直肠拭子中也能检测出病毒RNA,这似乎暗示着SARS-CoV-2也可以感染肠道细胞,经粪便-口腔途径进行传播。

近日,来自荷兰的研究人员对这一猜测进行了确认,发现除呼吸道细胞外,SARS-CoV-2也能够感染人类小肠类器官(hSIOs)并进行复制,而hSIOs可以作为冠状病毒感染研究的新实验模型。相关研究成果于2020年5月1日发表在顶尖学术期刊《science》上。

DOI: 10.1126/science.abc1669

研究人员利用成体干细胞(ASCs)培育出人呼吸道和小肠的类器官,其通常具有器官特异性的所有增殖和分化细胞类型,可重现所代表器官的功能。将病毒添加到呼吸道类器官中,可观察到SARS-CoV-2能够感染类器官中的纤毛细胞,而不靶向杯状细胞。将四种不同培养条件下生长的小肠类器官hSIO暴露于SARS-CoV-2中,收集感染后多个时间点的样品。经qRT-PCR和活病毒滴定观察,可检测到SARS-CoV-2的感染性病毒颗粒滴度均显著提高。这表明新冠病毒可以感染呼吸道和肠道类器官。

SARS-CoV和SARS-CoV-2感染人呼吸道类器官

SARS-CoV和SARS-CoV-2感染人小肠类器官

为了进一步确定感染的肠道靶细胞类型,研究人员对3种条件培养的hSIO进行共聚焦分析,可视化观察生长的类器官中的病毒感染率。结果显示,三种情况下生长的类器官中被感染的细胞数量在60小时内逐渐增加,而感染的细胞始终表现为增殖性肠上皮细胞祖细胞表型或ApoA1 +肠上皮细胞表型,这说明SARS-CoV-2易感染肠上皮细胞谱系细胞。

研究者还对高度感染细胞进行电子显微镜(TEM)检测,观察SARS-CoV-2感染后60小时内的42个hSIO成像,即病毒在肠上皮细胞中的生命周期。发现,80-120 nm的病毒颗粒出现在类器官内腔,基底细胞的基底外侧和顶侧,也观察到病毒在双膜囊泡中的复制。

SARS-CoV-2感染的肠道类器官的透射电子显微镜分析

随后,研究人员利用转录组测序检测了SARS-CoV-2感染hSIO诱导的基因表达变化,经基因注释显示,该病毒的感染引起了由I型和III型干扰素应答引起的细胞因子和干扰素刺激基因(ISG)的广泛表达,包括ACE2的表达上调,这些结果进一步通过ELISA和qRT-PCR进行了验证。除此之外,研究人员观察到,SARS-CoV-2在肠上皮细胞前体和肠上皮细胞中的感染率相近,但肠上皮细胞中的ACE2的表达与细胞前体中相比增加了约1000倍,这也表明,低水平的ACE2可能足以进入病毒。

SARS-CoV-2感染的肠道类器官的转录组学分析

总而言之,研究人员确定了新冠病毒能够感染肠道上皮细胞,而且证明了hSIOs可以作为冠状病毒感染研究的新实验模型。

SARS-CoV-2是仅次于SARS-CoV和MERS-CoV的第三种高致病性冠状病毒,其作为冠状病毒在不到20年的时间内向人类传播,未来可能还会发生新型的人畜共患冠状病毒。因此,关于冠状病毒的发病机理和传播的信息的研究,及能精确模拟宿主组织的体外细胞模型的开发,对人们未来攻克冠状病毒具有重要作用。

参考资料:

[1] SARS-CoV-2 productively infects human gut enterocytes.

[2] Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: Implications for virus origins and receptor binding.


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