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新冠病毒是如何攻击人体的?让类器官来告诉你
发布时间:2020-10-10 13:27:58 | 浏览次数:

新型冠状病毒(2019-nCov)肆虐让全人类付出巨大的代价。超过2000万人感染,数十万人死亡。时至今日,新冠病毒到底是怎么攻击人体的?为什么有的患者能够幸免于难,而另一些患者的病情却迅速恶化?这些关键问题,仍然是未解之谜。随着类器官技术的不断发展,研究人员可以深入观察人体变化、检验药物功能;从而为了解疾病的发病机制、发展过程以及转化出新的诊断和治疗技术提供全新视角。


使用细胞系或动物细胞来研究病毒是比较常用的手段,但并不能很好地模拟SARS-CoV-2在人体内的真实感染过程。2020年6月《自然》报道,科学家们正在利用人体组织培养出的类器官模型,研究新冠病毒侵害人体的具体过程。类器官的妙处在于,它不但能够在短时间内,形成类似于人体器官的微型组织细胞结构,还能模拟体内的微生态。目前,科学家已经通过不同细胞来源的类器官,在体外重现SARS-CoV-2在人体内入侵多种组织器官的过程。
京都大学干细胞生物学家培养出了包含四种不同细胞类型的支气管类器官,包括支气管外层或上皮细胞,当他们用SARS-CoV-2感染类器官时,发现该病毒主要作用于支气管上皮干细胞-基底细胞,不容易进入保护性分泌型细胞(club cell),他们还计划利用类器官继续研究病毒是否可以从基底细胞传播到其他细胞。
冠状病毒可以从上呼吸道进入肺部并引起呼吸衰竭—这一严重的新冠肺炎并发症。康奈尔大学的研究团队发现体外培养的肺类器官在感染病毒后会死亡,病毒诱导了趋化因子和细胞因子的产生,进而引发大规模的免疫反应,也叫炎症风暴因子。但他们目前还不确定肺细胞的死亡是由于病毒诱导产生的损害还是被免疫细胞吞噬引起的。

新冠病毒可从肺部传播到其他器官,但研究人员不确定这种病毒传播的确切方式,直到5月份Cell上发表来自西班牙团队的一项研究。他们利用多能干细胞建立的类器官模型表明新冠病毒可以感染内皮细胞到达血管内壁的细胞,使病毒颗粒泄漏到血液并在体内循环。新冠患者血管受损的病理报告也支持这一观点。

早在3月份,复旦大学研究团队赵冰等刊登在protein & Cell上文章就公布了疫情爆发后的首个人源肝脏类器官的研究,发现新冠病毒可通过感染胆管上皮细胞、下调胆管组织中细胞紧密连接以及胆汁酸转运相关基因的表达,从而直接攻击肝脏,导致肝损伤。此前,许多研究人员认为在肺炎患者中看到的肝损害是由过度活跃的免疫反应或药物副作用所引起的。
新冠病毒感染的人源肝胆管类器官(红)。图片来源:赵冰

科学家利用肠类器官模拟了肠上皮的细胞组成,他们观察到新冠病毒能够在其中维持复制。目前,已经确定新冠病毒可以感染肺部以外的器官,且具有明显的致病作用,比如肾损伤和心脏损伤,可能是病毒感染和免疫反应过度共同作用的结果。但研究人员需要更复杂的类器官系统,才能更好的理解新冠病毒如何与人体免疫系统相互作用从而造成损害。
感染SARS-CoV-2 (white).的人肠类器官。图片来源: Joep Beumer/Clevers group/Hubrecht Institute

研究团队正在用类器官筛选可能的药物,通过对美国药监督局批准的约1,200种其他疾病的药物进行筛查,发现抗癌药物伊马替尼可抑制肺类器官中的SARS-CoV-2,启动了多项以伊马替尼作为新冠治疗药物的人体临床试验。此外,一些研究小组也在利用类器官测试已有药物防治新冠病毒的效果,并取得了一些成功,但未来仍有很长的路要走。
显然,关于这种新型冠状病毒以及它是如何攻击人体的,还有很多未解之谜;大量的科研工作者也开始在体外构建人体类器官模型来研究SARS-CoV-2侵染人体器官组织的途径和机理,在之后的文章中,我们还将进一步探讨这些类器官的应用,尤其是在新冠研究中的进展。

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