新冠肺炎肺部感染图揭示为什么SARS-CoV-2是如此得不同和致命

2021年05月03日 12:40 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,一项新研究绘制了迄今最详细的SARS-CoV-2肺部感染图,其揭示了导致致命的COVID-19的机制、可能解释长期并发症并显示COVID-19跟其他传染性疾病的不同之处。该研究由哥伦比亚大学瓦格洛斯外科医学院和赫伯特·欧文综合癌症中心的研究人员领导。

这项研究发现,在死于感染的患者中,COVID-19释放了三种有害物质:失控的炎症、直接破坏和参与气体交换的肺细胞再生受损及加速的肺瘢痕。

虽然这项研究观察的是死于新冠的患者的肺部,但它却为解释了为什么新冠重症幸存者可能会因肺部瘢痕而经历长期的呼吸并发症提供了坚实的线索。

“这是一种毁灭性的疾病,但我们对COVID-19肺部的了解,是我们在识别潜在靶点和治疗方法方面迈出的第一步,这些靶点和治疗方法可以破坏这种疾病的一些恶性循环。特别是,早期靶向导致肺纤维化的细胞可能会预防或改善严重COVID-19幸存者的长期并发症,”医学助理教授Benjamin Izar说道。他带领了40多名研究人员在几个月内完成了一系列通常需要数年时间才能完成的分析工作。

据了解,这项新研究的独特之处在于,它通过单细胞分子图谱直接检测肺组织,这可以识别出组织样本中的每个细胞并记录每个细胞的活动从而得到COVID - 19肺中的细胞图谱。

Izar指出:“一个正常的肺会有许多我们在COVID中发现的相同细胞,但比例不同,激活状态不同。为了了解COVID-19跟普通肺和其他形式的传染性肺炎有何不同,我们需要逐个观察数千个细胞。”

据悉,Izar的团队检查了19名死于COVID-19的人的肺并对他们和非COVID-19患者的肺进行了快速尸检(在死亡后数小时内),在此期间,他们的肺和其他组织被收集并立即冷冻。Izar他们在跟康奈尔大学的研究人员的合作中还将他们的发现跟患有其他呼吸道疾病的患者的肺部进行了比较。结果显示,跟正常肺部相比,新冠患者的肺部充满了巨噬细胞。

通常情况下,这些细胞会在感染期间会吞噬病原体,但与此同时也会调节炎症的强度,这有助于对抗炎症。

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Izar说道:“在COVID-19中,我们看到巨噬细胞的扩张和不受控制的激活,包括肺泡巨噬细胞和单核细胞来源的巨噬细胞。它们完全失去了平衡,从而让炎症肆无忌惮地蔓延开来。而这会导致恶性循环,更多的免疫细胞进入,导致更多的炎症,最终损害肺组织。”其中有一种炎症细胞因子--IL-1ß则由这些巨噬细胞大量产生。

“跟在各种肺炎中普遍存在的IL-6等其他细胞因子不同的是,跟其他病毒或细菌肺部感染相比,巨噬细胞产生IL-1ß在COVID-19中更为明显。这非常重要,因为这里存在抑制IL-1ß效果的药物,”Izar指出。

据悉,其中一些药物已经在COVID - 19患者的临床试验中进行了测试。

在典型的感染中,病毒破坏肺细胞,免疫系统清除病原体和碎片,然后肺部出现再生。

但在COVID中,新研究发现,SARS-CoV-2病毒不仅会破坏对气体交换至关重要的肺泡上皮细胞,随后的炎症也会损害剩余细胞对受损肺的再生能力。

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虽然肺中仍有修复细胞,但炎症会永久地将这些细胞困在中间细胞状态,从而使它们无法完成替换成熟肺上皮所需的最后分化步骤。

“其中,IL-1ß似乎是诱导和维持这种中间细胞状态的罪魁祸首,”Izar说道,“因此,在COVID-19中,IL-1ß将炎症和肺再生受损联系起来。这表明,除了减轻炎症外,靶向IL-1ß可能有助于消除肺修复所需的细胞。”

研究人员还发现了大量被称为病理成纤维细胞的特异性成纤维细胞,它们会在COVID-19肺部造成快速瘢痕。当成纤维细胞用疤痕组织填充肺时,肺内参与气体交换的细胞的空间就会更小从而受到永久受损。

考虑到病理性成纤维细胞在疾病中的重要性,Izar的团队仔细分析了这些细胞以发现潜在的药物靶点。一种名为VIPER的算法识别出了细胞中几个起重要作用的分子,它们可以被现有药物瞄准。

“这项分析预测,抑制STAT信号可以减轻病理性成纤维细胞引起的一些有害影响。我们希望,通过共享这一分析和大量数据资源,其他研究人员和制药公司可以开始测试和扩展这些想法并找到治疗方法,这不仅治疗危重患者,还能减少COVID-19重症患者的并发症,”Izar表示。

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