世界卫生组织23日公布的最新数据显示，全球范围内，新冠确诊病例超250万例；死亡病例超17万例。
然而越来越多的流行病学研究表明，新冠病毒的实际感染人数，或许远远大于目前确诊的人数[1]。新冠病毒的传染性，可能远远超出我们的想象。
这一方面与新冠病毒自身的特征有关，例如新冠病毒S蛋白与细胞ACE2的亲和力非常强[2]，以及新冠病毒的膜融合能力也超强[2]；另一方面与新冠肺炎的临床表现有关，例如新冠肺炎患者传染性最强的时刻，可能是在出现症状前后那几天[4，5]。
今天，英国维康桑格研究所Waradon Sungnak领导的团队，在著名期刊《自然·医学》上发表重要研究成果，把新冠病毒传染能力强的原因，又往前推进了一步。
他们在分析了人类细胞图谱（HCA）联盟等数据库的健康人组织的单细胞RNA测序数据之后，首次发现新冠病毒进入细胞所需的受体蛋白ACE2和必需的蛋白酶TMPRSS2，在鼻子的杯状细胞（分泌细胞）和纤毛细胞中同时高表达[6]。
Sungnak团队认为，这暗示鼻子里面的这两种细胞可能是新冠病毒的初次感染场所，而且这两类细胞很有可能是新冠病毒实现高效人传人的病毒存储库 。
论论文首页截图
在新冠肺炎疫情爆发之初，世界各地的科学家就开始寻找新冠病毒的传播方式，以帮助研究人员开发药物和疫苗。
Sungnak团队注意到，科学家们已经证实ACE2和TMPRSS2是新冠病毒进入细胞所必需的[7]，而且已有的关于ACE2和TMPRSS2在人体细胞中分布的研究，存在一些冲突之处。
例如，有研究人员用免疫组化的手段，在鼻和支气管上皮中均检出了ACE2和TMPRSS2[8]。更多的研究认为，这两种蛋白主要在II型肺泡上皮细胞中表达[9-11]。还有研究认为，上呼吸道的细胞中压根儿就不存在ACE2[12]。
总的来说，目前的研究没有明确ACE2和TMPRSS2这两个关键蛋白在人体细胞中的表达模式。
基于人类细胞图谱（HCA）联盟等数据库的健康人单细胞测序数据，Sungnak团队想把这个问题彻底搞明白。
呼吸道的细胞组成
他们分析的组织细胞包括呼吸道、角膜、视网膜、食管、肠道、心脏、肌肉、肝、胰、脾、肾、睾丸、胎盘、前列腺、大脑、皮肤和胚胎等。
总的来说，ACE2的表达水平还是很低的，主要表达的组织有气道、角膜、食道、回肠、结肠、肝、胆囊、心脏、肾脏和睾丸，这和之前的研究也基本保持一致[10，11]。相较而言，TMPRSS2的分布要更为广泛一些。
综合来看，呼吸道、角膜、食道、回肠、结肠、胆囊和胆总管等组织中，存在一些细胞同时表达ACE2和TMPRSS2。
基于此，研究人员认为，ACE2才是新冠病毒初次感染的限制因子。
ACE2和TMPRSS2的分布和表达水平
由于近期有临床研究发现，在感染新冠病毒的患者中，鼻拭子的病毒载量显著高于咽拭子[13]。这让Sungnak和他的同事认为，鼻上皮细胞有可能是新冠病毒初次感染和传播的门户所在。因此，Sungnak的团队评估了ACE2和TMPRSS2在肺和气道上皮中的表达。
与先前的研究几乎一致，虽然ACE2的总体表达水平低，但是在气道的多种细胞中均有表达。尤其值得注意的是，鼻腔里面的杯状细胞和纤毛细胞的ACE2表达水平最高。研究人员还利用其他的研究数据，佐证了他们的这一发现。
至于TMPRSS2，也在杯状细胞和纤毛细胞存在表达。
杯状/分泌细胞（goblet/secretory cells）和纤毛细胞（ciliated cells）的两种蛋白表达情况
那ACE2和TMPRSS2的这种表达分布是否与新冠病毒的传播性有关呢？
研究人员以HCoV-22944和MERS-CoV45等其他冠状病毒的数据为依托，分析了病毒感染受体和相关蛋白的共表达，与病毒传染性之间的关系。他们的数据显示，病毒的传播能力确实取决于呼吸道中相关受体和蛋白的空间分布。
呼吸道受体分布与病毒传染性之间的关系
此外，他们还进一步分析了ACE2基因表达与其他基因之间的关系。他们发现，在ACE2表达水平高的细胞中，与先天和抗病毒免疫功能有关的基因表达水平上升。
研究人员认为，这有可能是由于这些细胞更容易被病毒感染，所以这些细胞同时会高表达免疫相关基因，以降低被病毒的感染风险。看来这些细胞也是有所准备的。
ACE2表达水平与其他基因表达之间的关系
除了关于呼吸系统的研究之外，Sungnak和他的同事还发现，在食道、回肠和结肠，甚至角膜中，也存在ACE2于TMPRSS2的共表达。这一方面解释了粪便中分离到病毒的临床现象[14]，另一方面也提示我们，确实存在粪口传播和鼻泪管传播的风险。
之前有人认为，新冠病毒不可能经受住胃液的破坏，因此粪口传播这条链可能并不存在。这个研究告诉我们，不洗手的话，有可能让新冠病毒感染食道。
在论文的最后，研究人员认为，由于新冠病毒存在包膜，所以释放病毒的时候不需要裂解细胞。而鼻腔的杯状细胞是一种分泌细胞，新冠病毒有可能利用杯状细胞持续的分泌作用，在症状出现之前就开启传播之旅。
行文至此，我突然想起3月底复旦大学基础医学院、上海市公共卫生临床中心陆路和姜世勃团队等在著名期刊《细胞研究》上发表重要研究成果[3]。
从研究成果来看，他们开发的脂肽类药物，能有效阻断新冠病毒等引起的膜融合，
最关键的是可以采用鼻腔给药的方式预防病毒感染。这真是巧了。
无论如何，期待陆教授和姜教授的研究成果早日转化到临床。不过，在药物研发成功之前，带好口罩、护住口鼻是非常重要的。
编辑神叨叨
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参考资料：
[1].Bendavid E, Mulaney B, Sood N, et al. COVID-19 Antibody Seroprevalence in Santa Clara County, California[J]. medRxiv, 2020.
[2].Wrapp D, Wang N, Corbett K S, et al. Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation[J]. Science, 2020, 367(6483): 1260-1263.
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本文作者 | BioTalker
