撰文 | 章臺柳
據報道，世界多個地區新出現和再次出現的人畜共患疾病的發病率正在增加，新出現的傳染病爆發對人類健康構成威脅，例如2003年出現的嚴重畸形呼吸綜合徵冠狀病毒（SARS-CoV）。2019年12月，新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）跨越物種屏障感染人類，並在人與人之間有限傳播，導致全球新冠肺炎爆發。這種病毒引起的COVID-19具有流感樣症狀，引發從輕微疾病到嚴重的肺損傷和多器官衰竭，最終導致死亡。世衛組織已宣佈，COVID-19是一種全球大流行性的公共衛生緊急事件。SARS-CoV-2的流行不僅給公共衛生帶來巨大負擔，而且對社會和全球經濟產生了顯著影響。
SARS-CoV-2與SARS-CoV有諸多相似之處。系統發育分析顯示SARS-CoV-2屬於β冠狀病毒屬B系。SARS-CoV-2的受體結合域（RBD）與SARS-CoV的相似，提示可能存在共同的宿主細胞受體。ACE2被鑑定為SARS-CoV的功能性受體，過表達人源ACE2導致小鼠感染SARS-CoV的病情更嚴重【1】，將SARS-CoV的spike蛋白注入小鼠體內可降低ACE2的表達水平，加重肺損傷【2】。因此，
ACE2既是SARS-CoV進入細胞的受體，又能保護肺免受損傷。Cryo-EM結構顯示SARS-CoV-2的spike蛋白直接結合到ACE2，且兩者的結合親和力更高。細胞培養時加入可溶性ACE2-Ig或非特異性蛋白酶抑制劑——camostat mesylate能抑制攜帶SARS-CoV-2 spike蛋白的假病毒感染，且高劑量的camostat mesylate（100ug/ml）能部分抑制SARS-CoV-2生長【3】。那麼可溶性ACE2是否能夠抑制SARS-CoV-2感染？近日，來自西班牙的Nuria Montserrat、瑞典的Ali Mirazimi和澳大利亞的Josef Penning團隊在Cell上以pre-proof形式發表了文章Inhibition of SARS-CoV-2 infections in engineered human tissues using clinical-grade soluble human ACE2，報道了臨床級人源重組可溶性ACE2（hrsACE2）能夠顯著降低SARS-CoV-2的生長，並揭示出人血管類器官和腎臟類器官易受SARS-CoV-2感染，而hrsACE2能在感染早期顯著抑制感染的發生。
研究團隊首先從瑞典一名確診為COVID-19的患者鼻咽樣本中分離出SARS-CoV-2病毒，並在Vero E6細胞中培養。電子顯微鏡顯示SARS-CoV-2分離物呈現冠狀形狀，系統發育分析表明該病毒屬於clad A3病毒。考慮到ACE2是SARS-CoV-2的受體，且hrsACE2已經經歷過臨床I期和II期測試，所以臨床級hrsACE2是否能干擾SARS-CoV-2感染？向Vero-E6細胞培養液中同時加入SARS-CoV-2病毒和hrsACE2，1 h後去除hrsACE2和SARS-CoV-2，感染髮生15 h後檢測細胞內病毒滴度。結果顯示hrsACE2顯著抑制SARS-CoV-2感染，且抑制效果與病毒濃度和hrsACE2劑量有關。然而，鼠源重組可溶性ACE2（mrsACE2）不能抑制感染。Vero-E6細胞培養液加入hrsACE2或mrsACE2與SARS-CoV-2共培養15 h，發現hrsACE2能顯著減少病毒感染，而mrsACE2沒有效果，且hrsACE2和mrsACE2對細胞沒有毒性。這些結果表明hrsACE2在體外顯著減少SARS-CoV-2感染。
SARS-CoV-2感染的主要部位是肺部，進而傳播到其他組織如腎臟和腸道。疾病發展過程中產生病毒血症，該病毒大小為80-100nm，這表明SARS-CoV-2必須先感染血管，然後在感染局部組織。為了驗證這個假說，研究人員從誘導多能幹細胞構建人毛細血管類器官，並利用SARS-CoV-2進行感染。SARS-CoV-2暴露的3到6天，血管類器官中病毒RNA增加，SARS-CoV-2進行活躍性複製。上清液能夠有效感染Vero E6細胞，即感染的毛細血管類器官產生子代病毒。添加hrsACE2顯著減少人血管類器官的病毒感染，且沒有毒性副作用。
腎小管中ACE2高表達，且尿液中檢測到SARS-CoV-2病毒，那麼SARS-CoV-2能否直接感染人腎小管細胞？研究人員從人胚胎幹細胞中構建了具有腎小管樣細胞的腎類器官，且腎類器官中ACE2的表達模式與腎組織類似。SARS-CoV-2能夠在腎類器官中複製，上清液高效感染Vero E6細胞，添加hrsACE2顯著減少SARS-CoV-2的感染。
總之，文章證明臨床級可溶性人ACE2有效抑制SARS-CoV-2在Vero E6、人血管類器官和人腎臟類器官的感染，或將有助於控制SARS-CoV-2感染。但研究具有侷限性。研究聚焦於感染早期，無法預測hrsACE2對病情後期的作用；肺是COVID-19的主要靶點器官，文章缺乏對肺類器官的研究；腎素-血管緊張素系統（RAS）是一個易受外部過程調控的複雜信號網絡，而研究系統沒有考慮RAS過程。
Nature背靠背｜王新泉/張林琦、李放分別發表新冠病毒與人ACE2受體複合物結構https://www.toutiao.com/i6810205600287293964/
bioRxiv | 人源類器官證實SARS-CoV-2感染和損傷膽管組織https://www.toutiao.com/i6805374229043741195/
原文鏈接：https://www.cell.com/pb-assets/products/coronavirus/CELL_CELL-D-20-00739.pdf
參考文獻
1. Yang, X.H., Deng, W., Tong, Z., Liu, Y.X., Zhang, L.F., Zhu, H., Gao, H., Huang, L., Liu, Y.L., Ma, C.M., et al. (2007). Mice transgenic for human angiotensin-converting enzyme 2 provide a model for SARS coronavirus infection. Comp Med 57, 450-459.2. Imai, Y., Kuba, K., Rao, S., Huan, Y., Guo, F., Guan, B., Yang, P., Sarao, R., Wada, T., Leong-Poi, H., et al. (2005). Angiotensin-converting enzyme 2 protects from severe acute lung failure. Nature 436, 112- 116.3. Hoffmann, M., Kleine-Weber, H., Schroeder, S., Kruger, N., Herrler, T., Erichsen, S., Schiergens, T.S., Herrler, G., Wu, N.H., Nitsche, A., et al. (2020). SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor.Cell.
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