世界衛生組織23日公佈的最新數據顯示，全球範圍內，新冠確診病例超250萬例；死亡病例超17萬例。
然而越來越多的流行病學研究表明，新冠病毒的實際感染人數，或許遠遠大於目前確診的人數[1]。新冠病毒的傳染性，可能遠遠超出我們的想象。
這一方面與新冠病毒自身的特徵有關，例如新冠病毒S蛋白與細胞ACE2的親和力非常強[2]，以及新冠病毒的膜融合能力也超強[2]；另一方面與新冠肺炎的臨床表現有關，例如新冠肺炎患者傳染性最強的時刻，可能是在出現症狀前後那幾天[4，5]。
今天，英國維康桑格研究所Waradon Sungnak領導的團隊，在著名期刊《自然·醫學》上發表重要研究成果，把新冠病毒傳染能力強的原因，又往前推進了一步。
他們在分析了人類細胞圖譜（HCA）聯盟等數據庫的健康人組織的單細胞RNA測序數據之後，首次發現新冠病毒進入細胞所需的受體蛋白ACE2和必需的蛋白酶TMPRSS2，在鼻子的杯狀細胞（分泌細胞）和纖毛細胞中同時高表達[6]。
Sungnak團隊認為，這暗示鼻子裡面的這兩種細胞可能是新冠病毒的初次感染場所，而且這兩類細胞很有可能是新冠病毒實現高效人傳人的病毒存儲庫 。
論論文首頁截圖
在新冠肺炎疫情爆發之初，世界各地的科學家就開始尋找新冠病毒的傳播方式，以幫助研究人員開發藥物和疫苗。
Sungnak團隊注意到，科學家們已經證實ACE2和TMPRSS2是新冠病毒進入細胞所必需的[7]，而且已有的關於ACE2和TMPRSS2在人體細胞中分佈的研究，存在一些衝突之處。
例如，有研究人員用免疫組化的手段，在鼻和支氣管上皮中均檢出了ACE2和TMPRSS2[8]。更多的研究認為，這兩種蛋白主要在II型肺泡上皮細胞中表達[9-11]。還有研究認為，上呼吸道的細胞中壓根兒就不存在ACE2[12]。
總的來說，目前的研究沒有明確ACE2和TMPRSS2這兩個關鍵蛋白在人體細胞中的表達模式。
基於人類細胞圖譜（HCA）聯盟等數據庫的健康人單細胞測序數據，Sungnak團隊想把這個問題徹底搞明白。
呼吸道的細胞組成
他們分析的組織細胞包括呼吸道、角膜、視網膜、食管、腸道、心臟、肌肉、肝、胰、脾、腎、睪丸、胎盤、前列腺、大腦、皮膚和胚胎等。
總的來說，ACE2的表達水平還是很低的，主要表達的組織有氣道、角膜、食道、迴腸、結腸、肝、膽囊、心臟、腎臟和睪丸，這和之前的研究也基本保持一致[10，11]。相較而言，TMPRSS2的分佈要更為廣泛一些。
綜合來看，呼吸道、角膜、食道、迴腸、結腸、膽囊和膽總管等組織中，存在一些細胞同時表達ACE2和TMPRSS2。
基於此，研究人員認為，ACE2才是新冠病毒初次感染的限制因子。
ACE2和TMPRSS2的分佈和表達水平
由於近期有臨床研究發現，在感染新冠病毒的患者中，鼻拭子的病毒載量顯著高於咽拭子[13]。這讓Sungnak和他的同事認為，鼻上皮細胞有可能是新冠病毒初次感染和傳播的門戶所在。因此，Sungnak的團隊評估了ACE2和TMPRSS2在肺和氣道上皮中的表達。
與先前的研究幾乎一致，雖然ACE2的總體表達水平低，但是在氣道的多種細胞中均有表達。尤其值得注意的是，鼻腔裡面的杯狀細胞和纖毛細胞的ACE2表達水平最高。研究人員還利用其他的研究數據，佐證了他們的這一發現。
至於TMPRSS2，也在杯狀細胞和纖毛細胞存在表達。
杯狀/分泌細胞（goblet/secretory cells）和纖毛細胞（ciliated cells）的兩種蛋白表達情況
那ACE2和TMPRSS2的這種表達分佈是否與新冠病毒的傳播性有關呢？
研究人員以HCoV-22944和MERS-CoV45等其他冠狀病毒的數據為依託，分析了病毒感染受體和相關蛋白的共表達，與病毒傳染性之間的關係。他們的數據顯示，病毒的傳播能力確實取決於呼吸道中相關受體和蛋白的空間分佈。
呼吸道受體分佈與病毒傳染性之間的關係
此外，他們還進一步分析了ACE2基因表達與其他基因之間的關係。他們發現，在ACE2表達水平高的細胞中，與先天和抗病毒免疫功能有關的基因表達水平上升。
研究人員認為，這有可能是由於這些細胞更容易被病毒感染，所以這些細胞同時會高表達免疫相關基因，以降低被病毒的感染風險。看來這些細胞也是有所準備的。
ACE2表達水平與其他基因表達之間的關係
除了關於呼吸系統的研究之外，Sungnak和他的同事還發現，在食道、迴腸和結腸，甚至角膜中，也存在ACE2於TMPRSS2的共表達。這一方面解釋了糞便中分離到病毒的臨床現象[14]，另一方面也提示我們，確實存在糞口傳播和鼻淚管傳播的風險。
之前有人認為，新冠病毒不可能經受住胃液的破壞，因此糞口傳播這條鏈可能並不存在。這個研究告訴我們，不洗手的話，有可能讓新冠病毒感染食道。
在論文的最後，研究人員認為，由於新冠病毒存在包膜，所以釋放病毒的時候不需要裂解細胞。而鼻腔的杯狀細胞是一種分泌細胞，新冠病毒有可能利用杯狀細胞持續的分泌作用，在症狀出現之前就開啟傳播之旅。
行文至此，我突然想起3月底復旦大學基礎醫學院、上海市公共衛生臨床中心陸路和姜世勃團隊等在著名期刊《細胞研究》上發表重要研究成果[3]。
從研究成果來看，他們開發的脂肽類藥物，能有效阻斷新冠病毒等引起的膜融合，
最關鍵的是可以採用鼻腔給藥的方式預防病毒感染。這真是巧了。
無論如何，期待陸教授和姜教授的研究成果早日轉化到臨床。不過，在藥物研發成功之前，帶好口罩、護住口鼻是非常重要的。
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參考資料：
[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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[4].To K K W, Tsang O T Y, Leung W S, et al. Temporal profiles of viral load in posterior oropharyngeal saliva samples and serum antibody responses during infection by SARS-CoV-2: an observational cohort study[J]. The Lancet Infectious Diseases, 2020.
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[14].Xu Y, Li X, Zhu B, et al. Characteristics of pediatric SARS-CoV-2 infection and potential evidence for persistent fecal viral shedding[J]. Nature medicine, 2020: 1-4.
本文作者 | BioTalker
