作者:贺梨萍 来源:澎湃新闻 发布时间:2020/8/6 10:11:46
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港大等团队首次证明新冠直接感染人中枢系统,应监测长期后果

 

新冠疫情以来,有部分病例报告了包括头痛、嗅觉丧失、老年痴呆、意识混乱、癫痫和脑病变在内的神经系统症状。此前一项对武汉214名住院COVID-19患者的研究中,36.4%的患者有神经学表现,在严重感染患者中比例更高,占到45.5%。同样,法国的一项研究报告了84.5%(49/58)的住院COVID-19患者出现神经系统症状。值得重视的是,德国最近的一项研究则表明,在36.4%(8/22)的死亡COVID-19病例中,可以在脑活检中检测到SARS-CoV-2 RNA,这强调了人脑中存在病毒感染的可能性。

香港大学李嘉诚医学院教授袁国勇等人也在关注这一问题。8月4日,自然出版集团旗下、科院主管的权威期刊《细胞研究》(Cell Research)在线发表了来自香港大学、科院深圳先进技术研究院、暨南大学等团队的一篇文章,题为“SARS-CoV-2 infects human neural progenitor cells and brain organoids”,除袁国勇之外,该研究通讯作者还包括香港大学李嘉诚医学院的Hin Chu和科院深圳先进技术研究院的黄建东。

研究团队提到,到目前为止,还没有直接的实验证据表明SARS-CoV-2感染了人的中枢神经系统(CNS)。他们此前的研究已经表明,SARS-CoV-2可以感染神经元来源的细胞,并进行复制。与这一发现一致的是,他们发现SARS-CoV-2可以感染和损伤仓鼠的嗅觉感觉神经元。

可以清楚的是,作为SARS-CoV-2的进入受体,血管紧张素转换酶2 (ACE2)广泛存在于大脑中,并高度集中于黑质、颞中回和后扣带回皮层等多个部位。作者们认为,总之,这些发现表明,人类大脑可能是除肺部以外SARS-CoV-2感染的靶区。

为了探讨在生理相关模型中SARS-CoV-2是否直接参与中枢神经系统,研究团队评估了诱导多能干细胞(iPSCs)来源的人神经祖细胞(hNPCs)、神经球和脑类器官的SARS-CoV-2感染。

他们首先评估了ACE2和关键冠状病毒进入相关蛋白酶在hNPCs中的表达。数据表明,在hNPCs中很容易检测到ACE2、TMPRSS2、组织蛋白酶L和弗林蛋白酶。接下来,他们对hNPCs进行SARS-CoV-2感染试验(感染复数MOI为10),SARS-CoV感染作为对照。在感染后0、24和48 小时收集上清液,用于病毒复制评估。有趣的是,数据表明,SARS-CoV-2可以在hNPCs中复制(图1a;补充信息,图S2),但SARS-CoV不能。

此外,他们量化了感染SARS-CoV-2的hNPCs的细胞活力。重要的是,SARS-CoV-2感染显著降低了模拟感染的hNPCs在感染72小时和120小时时的活力,分别至4.7% (P < 0.0001)和2.5% (P < 0.0001)。另外,与感染的hNPCs中SARS-CoV-2诱导大量细胞毒性相比,SARS-CoV-2感染并没有显著上调干扰素和促炎反应。

接下来,研究团队用SARS-CoV-2对3D神经球进行感染试验,并在感染后0、24、48和72小时收集上清液,用于病毒复制评估。他们发现,SARS-CoV-2 RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)拷贝数以随着感染时间增加显著增加。此外,斑块测定显示,感染的神经球中释放出了大量的感染性病毒颗粒。同时,对感染SARS-CoV-2的神经球进行冷冻和免疫染色以分析病毒抗原。研究团队发现,SARS-CoV-2核衣壳(N)蛋白很容易在感染的神经球中检测到,但在模拟感染的神经球中未检测到阳性信号。此外,电子显微镜在双膜结构的空泡中检测到大量的病毒颗粒,这可能是病毒颗粒形成的位置。这些结果表明,神经球允许SARS-CoV-2感染,并支持生产性病毒复制。为了研究SARS-CoV-2是否能感染脑类器官,研究团队对人源iPSC来源的35天龄脑类器官进行SARS-CoV-2感染试验。他们发现在72小时的感染样本中检测到大量的SARS-CoV-2抗原,这表明SARS-CoV-2直接感染了脑类器官。

免疫荧光染色和共聚焦显微镜显示,在脑类器官周围区域和更深区域看到SARS-CoV-2-N信号。此外,在高度感染SARS-CoV-2的区域很容易看到细胞融合。在模拟感染的脑类器官中未检测到SARS-CoV-2-N信号。

接下来,研究团队分析了来自感染脑类器官的上清样本,评估SARS-CoV-2病毒颗粒的释放。结果显示,SARS-CoV-2 RdRp基因拷贝数呈随着感染时间增加而增加,提示子代病毒颗粒从感染的脑类器官中释放出来。具体来说,在感染72小时时检测到大约3.2×106个SARS-CoV-2 RdRp基因拷贝数,比感染0时高9倍(P < 0.0001)。研究团队随后对感染SARS-CoV-2的脑类器官的上清样本进行菌斑分析,发现感染性病毒的滴度在感染24时达到峰值,在48时和72小时的时候能持续检测到。研究团队指出,这些结果清楚地表明,SARS-CoV-2可以有效地感染脑器官、释放病毒颗粒。值得注意的是,双免疫染色显示,SARS-CoV-2-N与神经元标记物TUJ1和神经祖细胞标记物NESTIN共定位,表明SARS-CoV-2可直接感染脑类器官中的皮层神经元和神经祖细胞。

研究团队总结道,总之,这项研究的结果表明,iPSC来源的hNPCs可被SARS-CoV-2感染,而不能被SARS-CoV感染。在感染SARS-CoV-2的神经球和脑类器官中检测到大量的病毒蛋白表达和感染性病毒颗粒,提示SARS-CoV-2可有效感染人脑。重要的是,研究显示SARS-CoV-2可以直接靶向皮层神经元和NPCs。研究团队指出,SARS-CoV-2可有效感染人脑类器官,这一发现突出表明,病毒可能直接参与COVID-19患者的神经系统症状。

他们认为,这些结果对嗅觉丧失和味觉丧失的病理性症状以及COVID-19的其他神经学表现(包括癫痫、脑病变、脑炎、格林-巴利综合征和米勒-费希尔综合征)提供了见解。

研究团队强调,应密切监测中枢神经系统中SARS-CoV-2感染的慢性或长期后果。

 
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