新冠病毒的蔓延，讓世界各地的很多科學家加入了這場抗疫戰爭之中。
隨著時間的推移，越來越多的研究成果出爐，新冠病毒的面目正逐漸變得清晰起來。
然而，我們即將看清的那張臉，卻越發猙獰起來。
近日，由MIT/哈佛的Jose Ordovas-Montanes和Alex Shalek領銜的研究團隊，在頂級期刊《細胞》上發表了一項重磅研究成果[1]。
他們發現，新冠病毒進入細胞的所必需的受體蛋白ACE2，竟然是細胞天然抗病毒防禦系統的一部分。在病毒入侵細胞之後，天然抗病毒通路被激活，這也導致周邊的“旁觀”細胞的ACE2表達水平升高，給新冠病毒送去了更多的入侵位點。
研究人員認為，這一發現表明，冠狀病毒可能已經進化出利用宿主細胞天然防禦系統的能力，能劫持一些防禦相關的蛋白以供自己使用。
據瞭解，這也是學界首次將ACE2蛋白與干擾素觸發的天然抗病毒防禦機制聯繫在一起。
論文首頁截圖
實際上，Ordovas-Montanes和Shalek領銜的研究團隊研究的初衷，也是尋找新冠病毒感染的靶細胞，以及這些靶細胞的基因表達情況。
與前天我們報道的英國維康桑格研究所發表在《自然·醫學》上的研究成果一樣[2]，Ordovas-Montanes和Shalek與他們的同事，也是採用了人類細胞圖譜（HCA）聯盟等數據庫的數據，不過他們同時還研究了非人類靈長類動物和小鼠的情況。
總的來說，與維康桑格研究所的結論基本一致：II型肺泡上皮細胞、鼻杯狀分泌細胞和迴腸裡的部分細胞，會同時表達新冠病毒感染所必需的ACE2和TMPRSS2。這也再次證明，鼻子確實有可能是新冠病毒感染的第一站和毒庫。
新冠病毒感染細胞示意圖（圖源：broadinstitute.org）
然而，當Ordovas-Montanes等分析ACE2表達細胞與不表達細胞的其他基因表達有何差異的時候，他們意外發現了干擾素（IFN）信號通路的影子：ACE2的表達水平與干擾素通路的基因正相關，即干擾素信號通路的激活似乎促進了ACE2的表達。
這個不尋常的現象，引起了研究人員的注意。
因為當前已知的是，細胞一旦檢測到病毒入侵，就會啟動干擾素抗病毒信號通路，這條通路對非人類靈長類動物和人類防禦病毒非常重要。因此，從理論上講，激活幹擾素通路，對細胞抗病毒是有益的。
但是，在臨床中研究人員觀察到的現象卻與理論推測相反，在使用干擾素治療之後，一些新冠肺炎患者要麼病情迅速進展，要麼惡化[3]。這些臨床表現顯然與我們對干擾素通路的傳統認知不同。
這背後是不是藏著什麼秘密呢？是不是與他們的發現有一定的關係呢？
冠狀病毒與細胞膜的融合過程（圖源：10.1038/nrmicro.2016.81）
上面的幾個疑問，促使Ordovas-Montanes和他的同事開始考慮，干擾素是不是直接調節特定細胞中ACE2的表達水平呢？如果是的話，那麼究竟是提高組織的保護能力，還是讓新冠病毒更容易通過ACE2進入細胞？
為了搞清楚上面的問題。研究人員用逐漸遞增劑量的IFNα2、IFNγ、IL-4和IL13等細胞因子，分別處理鼻上皮細胞，12小時之後做RNA測序。結果顯示，
只有IFNα2和IFNγ誘導了ACE2的表達，而且是劑量依賴性，IFNα2對ACE2表達的影響尤其大。Ordovas-Montanes等還在小鼠氣管基底細胞，常用的人支氣管細胞系，以及兩個人類供體提供的上呼吸道基底細胞中，做了進一步的驗證。
S蛋白的RBD與ACE2結合的動圖
在人類的細胞中，上面的研究結果得以復現，證實ACE2的表達水平，隨著IFNα2和IFNγ濃度的升高而升高。這就意味著，
ACE2的表達，確實是受干擾素調控。也就是說，ACE2其實是屬於干擾素刺激基因（ISGs）大家族中的一員，是先天性防禦的一部分。不過，奇怪的是，在小鼠的細胞系中，無論使用多高濃度的干擾素，ACE2的表達水平就是紋絲不動。這就有意思了，咱們後面再說。
隨後，研究人員進一步在其他數據庫中調查干擾素對ACE2表達的影響。結果顯示，干擾素處理之後，能在原代皮膚和支氣管細胞中觀察到ACE2的表達水平出現5倍以上的飆升；不過，免疫細胞ACE2的表達水平不受干擾素的調節。
小鼠和人的不同組織ACE2表達與干擾素等細胞因子的關係
這個觀察結果，讓研究人員想明白了一個問題：既然ACE2是天然防禦通路ISGs的一員，為什麼一直以來都沒有被發現？
現在看來，這主要是因為強烈的ACE2表達上調主要發生在上皮細胞中，而之前關於ISGs的研究忽略了上皮細胞這個群體，因此ACE2就一直沒有被鑑定為受干擾素調控的防禦相關基因。
此外，研究人員還從生物信息學的角度分析了ACE2的轉錄起始位點，進一步證實了ACE2的表達受干擾素調控。這基本上就坐實了ACE2其實是上皮細胞中的一個未被發現的ISGs。
新冠病毒（黃色）與死亡的細胞（圖源：NIAID-RML）
研究做到此處，還差最關鍵的一步，在真實的病毒感染人體過程中，作為天然防禦系統的一員，ACE2的表達會不會升高？因為上呼吸道感染會誘發強烈的干擾素反應。
Ordovas-Montanes等首先發現甲流感染會上調患者II型肺泡上皮細胞ACE2的表達，但是不清楚是被感染的細胞還是“旁觀者”細胞的ACE2表達水平升高。
為了搞清楚這個問題，研究人員又分析了一個正在進行中研究的RNA測序數據。這個研究涉及18名甲流或者乙流感染者，通過洗鼻子獲取感染者鼻腔的細胞，然後給這些細胞做RNA測序分析。
Ordovas-Montanes的同事從中篩選了同時表達ACE2和TMPRSS2的細胞，然後分成感染病毒和未感染病毒兩類。最終的數據讓研究人員眼前一亮，沒有被感染的杯狀分泌細胞ACE2表達水平上升的最高。
這不僅說明被感染細胞產生的干擾素，影響了周圍還沒被感染的細胞，導致旁觀者細胞高表達ACE2；也意味著上呼吸道感染者是新冠病毒的易感人群。
綜合以上數據，研究人員認為，ACE2確實是上呼吸道細胞天然防禦通路的一份子。
簡單地講，ACE2是上皮細胞天然防禦系統的一部分。只是沒想到被新冠病毒當成了入侵靶點。不得不說，新冠病毒這進化的是有些囂張了~
干擾素信號通路與新冠病毒感染機制猜想圖
另外，我們前面提到的一點兒是，小鼠的同類型細胞中不存在類似的現象，這意味著在研究新冠病毒時，選擇小鼠作為模式動物需要慎重考慮，畢竟小鼠響應新冠病毒感染的機制與人類存在明顯的差異。
最後，我這裡總結一下Ordovas-Montanes和Shalek團隊的發現。
他們再次確認了新冠病毒感染的細胞類型，並明確了ACE2是上呼吸道上皮細胞天然抗病毒系統的一部分，干擾素會刺激新冠病毒靶細胞表達更多的ACE2，這可能會增強新冠病毒的感染能力。
這個發現也讓干擾素在新冠肺炎的治療中的使用變得複雜。接下來，需要更細緻深入的基礎研究，以及嚴格控制的臨床試驗去探索干擾素在治療新冠肺炎中的效果。
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參考資料：
[1].https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30500-6#%20
[2].Sungnak, W., Huang, N., Bécavin, C. et al. SARS-CoV-2 entry factors are highly expressed in nasal epithelial cells together with innate immune genes[J]. Nature Medicine, 2020.
[3].https://www.nature.com/articles/d41573-020-00016-0
本文作者 | BioTalker
