【Cell】 首次！斯坦福大学利用类器官精准定位新冠病毒进出鼻腔细胞的途径

2023年1月5日，斯坦福大学研究团队在著名期刊《Cell》在线发表了一篇研究论文，这项研究首次详细阐述了新冠病毒感染呼吸道上皮细胞的分子机制，研究人员发现病毒通过ACE2受体附着在上皮细胞的纤毛上，并且使用纤毛作为进入细胞的通道。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01505-7#secsectitle0085

研究过程

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研究人员使用ALI气道类器官模型，该模型具有体内气道的许多细微差别。值得注意的是，与组织培养模型相比，这种培养具有显著的动力学延迟（24-48小时），他们建立了与气道屏障功能相关的组织培养模型。

通过EM和IF显微镜，研究者跟踪了病毒进入气道所需的详细步骤。病毒首先通过ACE2受体附着在气道多纤毛上，结合和纤毛运输对于病毒穿越粘液-粘蛋白保护屏障至关重要。消耗纤毛可阻断ALI培养物中的SARS-Co-2感染，但用纯化的粘蛋白酶消耗粘蛋白会加速病毒进入。在24-48小时，病毒数量增加，上皮细胞中微绒毛的大量重排和扩增以及PAK1，PAK4和SLK激酶的活化。这些激酶的抑制剂阻断了晚期病毒传播，但不能与纤毛的初始结合。PAK激酶抑制剂减弱了病毒在小鼠中的传播。

研究结果

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即使在高滴度下，只有低百分比的SARS-CoV-2在24 hpi时感染纤毛HNE。因此，研究者怀疑该病毒无法穿透大多数细胞的PCL，并且需要一个以前未识别的网关。气道上皮中的粘液和PCL阻止病原体和颗粒进入超过40nm。消耗性MUC1部分增加流感感染，表明PCL作为抵御病毒的物理屏障的重要性。

使用多种成像技术，研究者发现SARS-CoV-2在感染早期（<6小时）高效附着在纤毛的远端。鼻上皮细胞中的纤毛消耗抑制感染，而不影响ACE2和TMPRSS2水平。因此，纤毛可以作为由ACE2介导的高密度结合晶格，形成亲和阱，允许病毒颗粒通过多价结合“着陆垫”找到靶细胞，从而导致超选择性。

有两种非排他性的进入机制是可能的，首先，SARS-CoV-2在纤毛表面与ACE2和TMPRSS2相互作用，触发膜融合成纤毛并释放病毒RNA基因组，该基因组可以通过纤毛动力蛋白从纤毛转运到细胞质。或者，纤毛附着的SARS-CoV-2可以通过释放和重新结合的循环沿着纤毛表面运输并与上皮细胞体表面的ACE2结合，引导病毒进行TMPRSS2介导的膜融合。在这种情况下，病毒ACE2复合物可以通过动力蛋白依赖性逆行鞭毛内运输沿着纤毛运输到上皮细胞顶端表面。

研究意义

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除此之外，团队还探讨了细胞间的接触是否影响病毒的转移。呼吸上皮由多层细胞组成，然而，直到48 hpi时，只有最上层的细胞被病毒感染，下层的细胞很少被感染。因此，细胞间接触可能不是病毒在鼻上皮中传播的唯一途径。虽然病毒可能通过鼻上皮的细胞间接触传播，但研究者认为传播取决于顶端表面的粘液流动。

总的来说，研究发现新冠病毒会首先感染呼吸道纤毛细胞，如果移除纤毛，则可阻止新冠病毒和其他呼吸道病毒的感染，同时，侵入的病毒会激活细胞中激酶来促进细胞骨架的形成，通过高度延伸的微绒毛结构将新生成的病毒送到黏液层，从而提高了病毒的传播能力。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01505-7#secsectitle0085

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。