斯坦福大学医学院的研究将肺部的意外细胞标记为严重 COVID 的疑似来源

最容易受到SARS-CoV-2（导致COVID-19的病毒）感染的肺细胞类型并不是以前认为最脆弱的病毒。更重要的是，病毒通过意想不到的途径进入这个易感细胞。医疗后果可能很严重。

斯坦福大学医学院的研究人员认为，一种称为间质巨噬细胞的免疫细胞参与了从单纯令人烦恼的 COVID-19 病例到潜在致命病例的关键转变。间质巨噬细胞位于肺部深处，通常通过充血的病毒、细菌、真菌和灰尘颗粒等方式保护这个珍贵的器官，这些病毒、细菌、真菌和灰尘颗粒会进入我们的呼吸道。但正是这些细胞，研究人员在4月10日在线发表在《实验医学杂志》上的一项研究表明，在所有已知类型的组成肺组织的细胞中，最容易受到SARS-CoV-2的感染。

科学家们了解到，SARS-CoV-2感染的间质巨噬细胞会变成病毒生产者，并喷出炎症和疤痕组织诱导的化学信号，可能为肺炎铺平道路，并损害肺部，使病毒与那些强效分泌物质一起从肺部爆发，对全身造成严重破坏。

这些令人惊讶的发现指出了防止SARS-CoV-2感染成为危及生命的疾病的新方法。事实上，它们可以解释为什么用于对抗严重 COVID 的单克隆抗体效果不佳，如果有的话——当它们确实起作用时，只有当它们在感染过程的早期给药时，当病毒感染通向肺部的上呼吸道细胞时，但尚未嵌入肺组织中。

病毒出人意料

“我们已经推翻了一些关于病毒如何在人类肺部实际复制的错误假设，”传染病、微生物学和免疫学教授、乔治·E·和露西·贝克尔医学教授、基础和转化研究副院长凯瑟琳·布利什博士说。

Blish是该研究的共同资深作者，还有Mark Krasnow，医学博士，博士，Paul and Mildred Berg生物化学教授和Vera Moulton Wall肺血管疾病中心执行主任。

“我们认为，关键的一步是当病毒感染间质巨噬细胞时，引发大规模的炎症反应，可以淹没肺部并将感染和炎症传播到其他器官，”克拉斯诺说。他说，阻止这一步骤可能被证明是一项重大的治疗进展。但有一个情节转折：病毒以一种不寻常的方式进入这些细胞 – 药物开发人员尚未学会如何有效阻断的途径 – 需要重新关注这种替代机制，他补充说。

在 2020 年初发表在《自然》杂志上的一篇论文中，Krasnow 和他的同事，包括当时的研究生 Kyle Travaglini 博士——他也是这项新研究的共同主要作者之一，以及医学博士生 Timothy Wu——描述了他们研究出的一种用于分离新鲜人类肺部的技术;细胞彼此分离;并逐一表征它们，根据每个细胞内的哪些基因是活跃的，以及活跃程度如何。使用这种技术，Krassnow实验室和合作者能够辨别出50多种不同的细胞类型，组装出健康肺细胞图谱。

“当 COVID-19 大流行来袭时，我们刚刚编制了这本地图集，”克拉斯诺说。不久之后，他得知 Blish 和传染病讲师、该研究的另一位主要合著者 Arjun Rustagi 医学博士正在建造一个超安全的设施，在那里他们可以安全地培养 SARS-CoV-2 并用它感染细胞。

随后进行了合作。Krassnow和Blish及其同事从七名手术患者和五名已故肺捐献者身上切除了新鲜的健康肺组织，他们的肺部没有病毒，但由于某种原因未用于移植。在用SARS-CoV-2感染肺组织并等待感染扩散一到三天后，他们分离并分型细胞以生成受感染的肺细胞图谱，类似于Krasnow的团队用健康肺细胞创建的图谱。他们看到了Krasnow团队在健康肺组织中发现的大多数细胞类型。

现在，科学家们可以比较相同细胞类型的原始细胞和SARS-CoV-2感染的肺细胞，看看它们有何不同：他们想知道病毒感染了哪些细胞，SARS-CoV-2在受感染细胞中复制的难易程度，以及与健康细胞的活动水平相比，受感染的细胞增加了或减少了哪些基因。他们能够对他们在健康和受感染的肺部中发现的数十种不同细胞类型中的每一种都做到这一点。

“这是一个简单的实验，我们提出的问题很明显，”克拉斯诺说。“这是我们没有准备好的答案。”

据推测，肺部最容易受到 SARS-CoV-2 感染的细胞是那些被称为肺泡 2 型细胞的细胞。这是因为这些细胞的表面，以及心脏、肠道和其他器官中许多其他细胞类型的表面，都含有许多称为ACE2的分子拷贝。SARS-CoV-2 已被证明能够抓住 ACE2 并操纵它，使病毒能够进入细胞。

科学家发现，2型肺泡细胞在某种程度上容易受到SARS-CoV-2的影响。但迄今为止最常被感染的细胞类型竟然是两种称为巨噬细胞的细胞类型。

病毒工厂

“巨噬细胞”一词来自两个希腊语，大致意思是“大食者”。这个名字不是不劳而获的。我们吸入的空气不仅携带氧气，不幸的是，还携带空气中的微小污垢颗粒、真菌孢子、细菌和病毒。巨噬细胞通过吞噬这些异物等方式来维持它的生命。

通向肺部的气道以无数的肺泡为顶点，这些肺泡是微小的单细胞厚的气囊，由丰富的毛细血管相邻。这个界面称为间质，是我们呼吸的空气中的氧气进入血液，然后通过循环系统分配到身体其他部位的地方。

两种 SARS-CoV-2 易感肺相关巨噬细胞位于两个不同的地方。所谓的肺泡巨噬细胞在肺泡内的空气空间中徘徊。一旦被感染，这些细胞就会闷烧，以随意的速度产生和滴出一些病毒后代，但或多或少地保持僵硬的上唇并维持其正常功能。这种行为可能使它们能够通过孵育和产生稳定的新病毒颗粒来喂养SARS-CoV-2的进展，这些病毒颗粒通过隐身逃逸并穿透包围肺泡的细胞层。

间质巨噬细胞是另一种容易被SARS-CoV-2深度感染的细胞类型，它们在肺泡的另一侧巡逻，氧气的橡胶与红细胞的路径相遇。如果入侵的病毒颗粒或其他微生物设法逃避肺泡巨噬细胞的警惕，感染并穿透包围肺泡的细胞层，不仅危及肺部，而且危及身体的其他部位，间质巨噬细胞就准备好跳入并保护附近。

至少，通常是这样。但是，当间质巨噬细胞遇到SARS-CoV-2时，情况就不同了。病毒不会被杂食性免疫细胞吃掉，而是感染它。

受感染的间质巨噬细胞不仅会闷烧;它着火了。当病毒从字面上夺取控制权并接管，劫持细胞的蛋白质和核酸制造机器时，一切都崩溃了。在产生大量自身副本的过程中，SARS-CoV-2 破坏了将细胞核与细胞其余部分分开的边界，就像铲子粉碎并散落生鸡蛋的蛋黄一样。病毒后代离开用过的巨噬细胞并继续感染其他细胞。

但这还不是全部。与肺泡巨噬细胞相比，受感染的间质巨噬细胞泵出的物质向身体其他部位的其他免疫细胞发出信号，前往肺部。克拉斯诺认为，在患者中，这将引发此类细胞的炎症涌入。当肺部充满细胞和随之而来的液体时，氧气交换变得不可能。维持肺泡完整性的屏障逐渐受损。受感染的液体从受损的肺泡泄漏，将病毒后代推向血液，将感染和炎症传播到远处器官。

然而，SARS-CoV-2感染的间质巨噬细胞释放的其他物质会刺激结缔组织中纤维物质的产生，导致肺部瘢痕形成。在活着的患者中，用瘢痕组织替换透氧细胞会进一步使肺部无法进行氧交换。

“我们不能说坐在培养皿里的肺细胞会感染新冠病毒，”布利什说。“但我们怀疑这可能是在实际患者中，感染从可控转变为严重的地步。

另一个切入点

使这一意想不到的发现更加复杂的是，SARS-CoV-2使用不同的途径感染间质巨噬细胞，而不是感染其他类型的途径。

与病毒通过附着在其表面的 ACE2 进入肺泡 2 型细胞和肺泡巨噬细胞不同，SARS-CoV-2 使用这些细胞显示的不同受体分解成间质巨噬细胞。在这项研究中，阻断 SARS-CoV-2 与 ACE2 的结合保护了前者细胞，但未能削弱后者细胞对 SARS-CoV-2 感染的易感性。

“SARS-CoV-2没有使用ACE2进入间质巨噬细胞，”Krassnow说。“它通过另一种称为CD209的受体进入。

这似乎可以解释为什么专门为阻断 SARS-CoV-2/ACE2 相互作用而开发的单克隆抗体未能减轻或预防严重的 COVID-19 病例。

是时候找到一套可以阻碍SARS-CoV-2/CD209结合的全新药物了。现在，克拉斯诺说。

该研究由美国国立卫生研究院（K08AI163369、T32AI007502和T32DK007217资助）、比尔和梅琳达·盖茨基金会、陈·扎克伯格生物中心、巴勒斯·惠康基金会、斯坦福化学-H、斯坦福创新医学加速器和霍华德·休斯医学研究所资助。