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Nat Med | 港大团队发现新冠病毒可感染蝙蝠和人肠类器官,为COVID-19患者发生肠道感染提供直接证据

来源:Nature Medicine

COVID-19的常见症状包括发烧、咳嗽、呼吸急促等。部分患者会出现胃肠道症状,例如恶心、呕吐和腹泻。已有研究显示,在患者的呼吸和粪便标本中可检测到病毒RNA,表明SARS-CoV-2除呼吸道感染外还可能引起肠感染。

近日,香港大学研究团队成功构建了中华菊头蝠的肠类器官,发现SARS-CoV-2能够感染蝙蝠的肠道,并能保持强大的病毒复制能力,提供了SARS-CoV-2可感染蝙蝠肠细胞的证据。此外,研究团队在人类粪便样本中分离出了SARS-CoV-2。SARS-CoV-2在人肠类器官中的强劲复制表明,除了呼吸道系统,人类肠道也可能是SARS-CoV-2的传播途径。5月13日,相关研究成果发表在Nature Medicine上,文章题为“Infection of bat and human intestinal organoids by SARS-CoV-2”。

蝙蝠是各种病毒(尤其是RNA病毒)的天然储存库。已有全基因组序列分析表明,SARS-CoV-2与蝙蝠冠状病毒BatCoV RaTG13的同源性为96%,与另外两个蝙蝠中发现的严重呼吸综合征相关冠状病毒(SARSr-CoV)Bat-SL-CoVZC45和Bat-SL-CoVZXC21的同源性为88%,表明SARS-CoV-2可能起源于蝙蝠。

迄今为止,大多数鉴定出的蝙蝠SARSr-CoV尚未成功分离和培养。虽然有人提出中华菊头蝠可能是SARSr-CoV的天然宿主。但在这些蝙蝠中并没有SARSr-CoV感染的直接证据。香港大学研究团队期望利用蝙蝠类器官进行SARS-CoV-2来源探索,并分析了SARS-CoV-2在蝙蝠和人肠类器官中感染的可能性。

图1.建立蝙蝠肠类器官,来源:Nature Medicine

该研究团队建立了第一个模拟蝙蝠肠上皮细胞组成的蝙蝠肠类器官(图1)。使用透射电子显微镜,研究人员在分化的蝙蝠肠样中鉴定出四种具有主要肠道细胞类型特征的细胞,包括肠上皮细胞(E),杯状细胞(G),Paneth(P)细胞和肠内分泌(EE)细胞(图1)。随后,研究人员评估了蝙蝠肠类器官是否对SARS-CoV-2敏感,以及是否可用于病毒分离。结果显示,蝙蝠的肠道对SARS-CoV-2感染完全敏感,并且随着时间的推移,传染性病毒粒子的数量显著增加。(图2)

图2.蝙蝠肠类器官中SARS-CoV-2可活跃复制。来源:Nature Medicine

此外,研究团队还尝试使用临床样本同时感染蝙蝠和人肠类器官,临床样本来自COVID-19患者的鼻咽抽吸物或痰液。研究发现,蝙蝠和人肠类器官均会产生进行性细胞病变。值得注意的是,随着时间的推移,在蝙蝠和人肠的培养基中观察到病毒载量大大增加(图3),表明蝙蝠和人肠类器官均易受SARS-CoV-2感染。分析中,研究团队通过RT-PCR检查了人和蝙蝠的类器官,排除了这些类器官本身携带任何冠状病毒的可能性。

图3.蝙蝠和人肠类器官中可高效分离病毒。来源:Nature Medicine

SARS-Cov-2进入细胞是依赖于病毒的刺突蛋白与细胞受体的结合以及宿主细胞中的蛋白酶,如ACE2、TMPRSS2和组织蛋白酶L(CTSL)。鉴于人肠类器官可被SARS-CoV-2感染,研究团队分析了这些与SARS-Cov-2感染相关因子的表达。结果显示,肠类器官表现出显著升高的ACE2 mRNA表达,TMPRSS2的表达也显著上调,而CTSL的表达则略有下调。免疫荧光染色还显示,该研究使用的人肠类器官中富含ACE2和TMPRSS2蛋白,这与它们在人肠上皮细胞中的高表达相一致。

目前,该研究团队已在一名68岁女性COVID-19患者的粪便样本中分离出具传染性的SARS-CoV-2病毒颗粒。但SARS-CoV-2导致肠道感染的途径尚不清楚。此外,由于缺乏有关中华菊头蝠的某些特定基因序列信息,研究团队尚无法评估蝙蝠肠类器官中SARS-CoV-2感染相关因子的mRNA表达。研究人员推测蝙蝠肠类器官可能拥有与人类相似的ACE2和TMPRSS2蛋白,进而被抗体识别。

该最新研究建立了蝙蝠肠上皮的第一批类器官,为研究蝙蝠肠道微生物感染提供了一个可靠的体外模型。结果显示,中华菊头蝠肠细胞中的SARS-CoV-2复制能力很强,提示蝙蝠肠道细胞可能支持SARS-CoV-2或其祖细胞的自然感染。虽然该模型仍需进一步优化,但也为分离和培养其他蝙蝠病毒开辟了一条新的途径,有助于研究许多具有高度人畜共患病潜力的蝙蝠病毒。更重要的是,该研究为COVID-19患者发生肠道感染提供了SARS-CoV-2复制的直接证据。

参考资料:
Zhou, J., Li, C., Liu, X. et al. Infectionof bat and human intestinal organoids by SARS-CoV-2. Nat Med (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41591-020-0912-6
https://www.nature.com/articles/s41591-020-0912-6#Ack1

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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