任丽丽:新型冠状病毒病原学研究对临床的提示(2)
新型冠状病毒形态
表面是冠状的皇冠样的结构。
在细胞里面会形成大量的囊泡样的状态。其实很多冠状病毒都会形成这样的囊泡样结构,这种囊泡的结构与病毒的致病机制密切相关。但是这方面的研究起步比较晚,现在还没有太大的进展。
病毒结构与功能
从公开发表的文章时间轴上可以看到,
首先我们要清楚新冠病毒如何感染人类,找到受体是我们做病原学研究中首要完成的工作。
从早期发表的病原发现的文章中,对基因组特征的描述上,可从基因组成结构特征上预测受体类型,预测到新冠病毒可能会利用ACE2感染人类。很快国内的几个团队背靠背解析出这个结构,明确新冠病毒的受体就是ACE2,同时也都知道了TMPRSS2所起的作用。那么,新冠病毒是否存在其他的人体受体?
新冠病毒引起的肠道反应是既往在人感染冠状病毒中一直存在的,比如感染新冠病毒后引起的腹泻等。基于肠道类器官开展新冠病毒感染的研究,发现CD147可能是新冠病毒的受体,细胞实验发现阻断CD147可抑制病毒在肠道细胞和肺、肝脏、皮肤等来源的细胞上的复制。
新冠病毒感染细胞系
病毒感染不同组织来源的培养细胞系,如果能形成有效的感染,提示其可能在人体感染过程中攻击相应的组织器官。这是做病毒病原学研究的关注点之一,体外细胞培养结果与人体组织细胞的嗜性并不是完全的一对一的关系,但至少会给我们一个提示可能的器官嗜性。
新冠病毒可以在肺腺癌Calu3细胞、肠腺癌的Caco2细胞、肝细胞癌的Huh7细胞上复制,还可以在肾脏细胞、神经系统来源的细胞上复制。这些容许新冠病毒复制的细胞,高度提示其在人体感染过程中的器官嗜性,对于理解病毒致病机制有重要提示作用。
组学技术手段的应用也进一步加速了对新冠病毒感染特征的认识,如大规模的单细胞测序、转录组测序、蛋白质组学筛选等方法,使我们能够在第一时间获得更全面数据来帮助我们去重新认识新冠病毒对人体感染的特点。这篇文章对36个组织进行转录组分析,分析哪些组织同时表达ACE2和TMPRSS2。表达丰度从高到低排序,肺部的AT2细胞、巨噬细胞等表达量较高。
此外,在全身的各个组织脏器上也都分布有这两种病毒复制相关的关键宿主因子,如心肌细胞、肾上腺和睾丸的基质细胞等。大数据线索还有哪些提示呢?病毒使用的受体也是人体生理活动下必需的宿主因子,受体高表达区域可能对病毒嗜性器官具有提示作用,但需要注意细胞类型和组织分布部位,是否自然感染状态下病毒能够直接接触到这些细胞。此外,要考虑是否有病毒血症,病毒可通过二次体内分布攻击各个器官。COVID-19病人临床表现具有心脏受损、肾脏受损等多器官功能损伤,重症病人血液中可检测到病毒核酸,提示存在病毒血症,而上述容易出现功能受损器官的组织细胞上有ACE2等受体的表达,提示病毒可能通过血液、体液等导致全身多脏器的直接损伤。
对ACE2等受体分布特征的研究也外展到宠物、野生动物、家禽等不同物种,对病毒受体表达特征的研究,发现猫的AT2细胞、成纤维细胞、杯状细胞等都有受体高表达,宠物猫在病毒传播中的作用还需要深入研究,仅仅通过受体分布特征的数据还不能提供更多的证据。除了表达水平,后续要关注不同物种ACE2受体结构上的差异。
有研究提出44种哺乳类动物的ACE2可介导新冠病毒进入靶细胞,还发现了不同种类的猴子的反应都不太一样,如新世界猴ACE2不支持病毒进入细胞。这些数据提示高表达病毒受体的物种在病毒自然传播中的潜在作用。进一步仍要深入对ACE2关键功能位点的解析,更有助于我们认识新冠病毒的跨物种感染。
三、怎么检?——检测方法
新冠病毒对人群是普遍易感的,怎么能更快找到感染的病人,也就是要采用什么检测方法?现有的检测技术包括检测病毒颗粒,检测病毒蛋白和遗传物质以及检测病毒感染之后人体的反应。随着方法学上的不断改进,我们能够更快、更灵敏和特异的检测方法。
检测病毒有哪些常用的方法?
第一,病毒的分离,是病毒检测的金标准。用动物、培养的组织细胞培养、鸡胚等接种样本进行病毒的分离。但是病毒的分离是高技术依赖性,依赖于样本质量、病毒嗜细胞性以及分离体系,因此病毒分离是领域内重点发展的一个方向。新冠病毒可采用3D培养细胞系、非洲绿猴肾细胞分离培养。