由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）感染引起的新冠肺炎仍在世界范围内持续爆发，截至5月4日，全球累计新冠肺炎确诊病例超过350万例，死亡人数超24.5万。已有的研究结果表明，新冠病毒表面的刺突蛋白能够与被感染细胞的血管紧张素转换酶2（ACE2）结合入侵人体，而可溶性的ACE2能够抑制SARS-CoV-2的感染。
该病毒可在人体上呼吸道样本中检测到，其将鼻咽作为复制位点，主要经呼吸道飞沫传播，而ACE2主要在人体肺部的II型肺泡上皮细胞和纤毛细胞中表达，这与该病毒导致的呼吸道症状及严重的肺损伤症状一致。
然而，研究人员发现，人体中ACE2表达量最高的地方是在小肠上皮细胞的刷状缘，COVID-19的临床表现中，除主要的呼吸道症状外，部分患者具有明显的胃肠道症状，此外，即使鼻咽检测中病毒核酸转阴，直肠拭子中也能检测出病毒RNA，这似乎暗示着SARS-CoV-2也可以感染肠道细胞，经粪便-口腔途径进行传播。
近日，来自荷兰的研究人员对这一猜测进行了确认，发现除呼吸道细胞外，SARS-CoV-2也能够感染人类小肠类器官（hSIOs）并进行复制，而hSIOs可以作为冠状病毒感染研究的新实验模型。相关研究成果于2020年5月1日发表在顶尖学术期刊《science》上。
DOI: 10.1126/science.abc1669
研究人员利用成体干细胞（ASCs）培育出人呼吸道和小肠的类器官，其通常具有器官特异性的所有增殖和分化细胞类型，可重现所代表器官的功能。将病毒添加到呼吸道类器官中，可观察到SARS-CoV-2能够感染类器官中的纤毛细胞，而不靶向杯状细胞。将四种不同培养条件下生长的小肠类器官hSIO暴露于SARS-CoV-2中，收集感染后多个时间点的样品。经qRT-PCR和活病毒滴定观察，可检测到SARS-CoV-2的感染性病毒颗粒滴度均显著提高。这表明新冠病毒可以感染呼吸道和肠道类器官。
SARS-CoV和SARS-CoV-2感染人呼吸道类器官
SARS-CoV和SARS-CoV-2感染人小肠类器官
为了进一步确定感染的肠道靶细胞类型，研究人员对3种条件培养的hSIO进行共聚焦分析，可视化观察生长的类器官中的病毒感染率。结果显示，
三种情况下生长的类器官中被感染的细胞数量在60小时内逐渐增加，而感染的细胞始终表现为增殖性肠上皮细胞祖细胞表型或ApoA1 +肠上皮细胞表型，这说明SARS-CoV-2易感染肠上皮细胞谱系细胞。研究者还对高度感染细胞进行电子显微镜（TEM）检测，观察SARS-CoV-2感染后60小时内的42个hSIO成像，即病毒在肠上皮细胞中的生命周期。发现，80-120 nm的病毒颗粒出现在类器官内腔，基底细胞的基底外侧和顶侧，也观察到病毒在双膜囊泡中的复制。
SARS-CoV-2感染的肠道类器官的透射电子显微镜分析
随后，研究人员利用转录组测序检测了SARS-CoV-2感染hSIO诱导的基因表达变化，经基因注释显示，该病毒的感染引起了由I型和III型干扰素应答引起的细胞因子和干扰素刺激基因（ISG）的广泛表达，包括ACE2的表达上调，这些结果进一步通过ELISA和qRT-PCR进行了验证。除此之外，研究人员观察到，SARS-CoV-2在肠上皮细胞前体和肠上皮细胞中的感染率相近，但肠上皮细胞中的ACE2的表达与细胞前体中相比增加了约1000倍，这也表明，低水平的ACE2可能足以进入病毒。
SARS-CoV-2感染的肠道类器官的转录组学分析
总而言之，研究人员确定了新冠病毒能够感染肠道上皮细胞，而且证明了hSIOs可以作为冠状病毒感染研究的新实验模型。
SARS-CoV-2是仅次于SARS-CoV和MERS-CoV的第三种高致病性冠状病毒，其作为冠状病毒在不到20年的时间内向人类传播，未来可能还会发生新型的人畜共患冠状病毒。因此，关于冠状病毒的发病机理和传播的信息的研究，及能精确模拟宿主组织的体外细胞模型的开发，对人们未来攻克冠状病毒具有重要作用。
End
[1] SARS-CoV-2 productively infects human gut enterocytes.
[2] Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: Implications for virus origins and receptor binding.
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