Science:從大腦到腳趾,新冠病毒如何在人體“橫行”?

目前,全球確診的新型冠狀病毒(COVID-19)病例已激增至超過262萬,死亡人數超過18萬。臨床醫生和病理學家正在努力研究病毒是如何在人體中橫行造成損害的。

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“這種病毒幾乎可以侵襲人體的任何部位,包括肺,心臟和血管,腎臟,腸和大腦,並造成毀滅性後果,它的兇猛令人咋舌。”負責收集COVID-19臨床數據的耶魯大學的心臟病專家Harlan Krumholz說。

近日,《science》雜誌發表了其特約撰稿人Meredith Wadman、Jennifer Couzin-Frankel等人針對這一問題的分析文章。

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doi:10.1126/science.abc3208

被感染的人可通過咳嗽等排出含病毒的飛沫,被他人吸入時,新型冠狀病毒SARS-CoV-2就會進入鼻腔和咽喉。Wellcome Sanger Institute的研究人員發現,鼻腔中富含SARS-CoV-2的受體:血管緊張素轉化酶2(ACE2),病毒經該受體識別進入細胞大量繁殖,接著,患者可能會發燒,咳嗽,嗓子疼,嗅覺和味覺喪失或頭部和身體疼痛。

在入侵初始階段,若患者自身免疫系統無法抵抗SARS-CoV-2,則病毒會沿氣管行進,攻擊肺部,肺泡細胞同樣富含ACE2受體。通常,氧氣穿過肺泡進入毛細血管,然後被運輸至身體其他部位。但隨著病毒入侵,處於免疫系統一線的白細胞會釋放炎症分子,同時召喚免疫細胞靶向殺死被病毒感染的細胞,最終產生大量包含死細胞的積液,發展為急性呼吸窘迫綜合徵(ARDS)。患者血液中的氧氣水平急劇下降,呼吸更加困難,並出現咳嗽、發熱等症狀。屍檢也觀察到新冠病毒死亡患者的肺泡中充滿了積液,白細胞,粘液和受損的肺細胞碎屑。

除攻擊肺部外,病毒感染觸發的免疫系統中的某些細胞水平飛漲遠超需要,開始攻擊健康組織,可能發生血管滲漏,血壓下降,血凝塊形成及器官衰竭等。

一些臨床研究也表明,COVID-19住院患者血液中這些炎症誘導細胞因子水平明顯升高。

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SARS-CoV-2對人體的危害 圖片來源:V. ALTOUNIAN/SCIENCE

病毒還會攻擊心臟和血管。3月25日在《JAMA Cardiology》雜誌上發表的一篇論文分析武漢416例COVID-19患者中近20%的患者出現心肌損害。4月10日發表在《Thrombosis Research》上的一篇研究表明,荷蘭ICU的184名COVID-19患者中,38%存在血液異常凝結。凝結的血塊可能破裂並落在肺部,導致肺栓塞,或進入大腦引起中風,使得COVID-19疾病發展更為嚴重。SARS-CoV-2感染也可能導致血管收縮,進而手指和腳趾出現局部缺血,發生腫脹,疼痛和組織死亡。

心臟和血管壁,就像鼻子和肺泡一樣,也富含ACE2受體,病毒可能會直接攻擊,或由於肺功能損害導致缺氧進而損害血管,或過度的免疫因子可能會破壞心臟。這可能也解釋了為什麼先前患有糖尿病,高血壓等慢性病導致血管造成損傷的患者面臨更高的嚴重疾病風險。

擁有ACE2受體的腎臟也是病毒攻擊的另一個靶標。研究發現,武漢市及其附近的近200名住院COVID-19患者中,有59%的出現腎臟受損。屍檢患者的腎臟中也檢測到病毒顆粒,表明其可能存在直接的病毒攻擊。不過,呼吸機、用於患者治療的抗病毒藥物瑞德西韋及免疫自身攻擊也會增加腎臟損害的風險。

除此之外,病毒感染還能影響大腦及中樞神經系統,ACE2受體同樣存在於神經皮質和腦幹中。4月3日,發表在《InternationalJournal of Infectious Diseases》上的案例研究,報告了一名發展為腦膜炎和腦炎的COVID-19患者的腦脊液中發現了新的冠狀病毒。一些COVID-19患者會暫時失去意識、中風或喪失嗅覺。但尚不清楚該病毒在什麼情況下會穿透大腦並與這些受體相互作用。

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一名58歲的COVID-19婦女患腦炎,導致大腦組織損傷。圖片來源:N. Poyiadji etal., Radiology, (2020)
doi.org/10.1148/radiol.2020201187

病毒也能到達腸道被ACE2識別並進行復制,感染消化道內壁,導致腹瀉及結腸損傷。目前有在患者糞便中發現了病毒RNA,發表在《The American Journal of Gastroenterology》中一篇論文中,在一名COVID-19患者的胃、十二指腸、及直腸細胞中均檢測到該病毒的蛋白外殼。

腸道不是病毒在身體中行進的終點。目前尚未明確病毒是否可直接侵入眼睛,但

多達三分之一的患者會發展成結膜炎。也報道有住院中心超過一半的患者出現肝臟受損。

這篇文章對COVID-19患者的早期診斷,病理及生理方面針對性治療,改善預後等均具有重要參考價值。醫生和科研人員對COVID-19對人體造成的破壞仍然還在持續觀察、探索和研究中,從顯微鏡下的組織探測到對患者的藥物測試,這可能需要長時間的艱苦研究。相信能隨著科學的發展,能探索出更有效的治療方法。

End

參考資料:

[1] Meredith Wadman. et al. How does coronavirus kill? Clinicians trace a ferocious rampage through the body, from brain to toes.

[2] Neo Poyiadji. et al. COVID-19–associated Acute Hemorrhagic Necrotizing Encephalopathy: CT and MRI Features.

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