研究人员确定了可能被Covid-19病毒攻击的细胞

麻省理工学院的研究人员;麻省理工学院哈佛大学的拉贡学院;还有麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所;来自世界各地的同事已经确定了特定类型的细胞,这些细胞似乎是引起Covid-19大流行的冠状病毒的攻击目标。

利用在不同类型细胞中发现的RNA的现有数据,研究人员能够寻找表达帮助SARS-CoV-19病毒进入人类细胞的两种蛋白质的细胞。他们在肺、鼻道和肠道中发现了一些细胞亚群,它们比其他细胞更多地表达这两种蛋白质的RNA。

研究人员希望他们的发现将有助于指导科学家开发新的药物治疗或测试现有的药物,可能用于治疗Covid-19。

“我们的目标是获得信息的社区和可能尽快共享数据,这样我们可以帮助加速持续努力在科学和医学社区,”说,亚历克斯·k·Shalek化学副教授Pfizer-Laubach职业发展的一个核心成员的麻省理工学院的医学工程和科学研究所(ime)的市外的成员科赫综合癌症研究所,助理拉根研究所的成员,也是布罗德研究所的成员。

Shalek和Jose ordovasi – montanes是这项研究的资深作者,该研究发表在今天的《细胞》杂志上。Jose ordovasi – montanes曾是麻省理工学院的博士后,现在在波士顿儿童医院经营着自己的实验室。论文的主要作者是麻省理工学院的研究生卡莉·齐格勒、塞缪尔·阿隆和萨拉·奈奎斯特;以及南非德班非洲卫生研究所的研究员伊恩·姆巴诺。

挖掘数据

在SARS-CoV-2爆发后不久,科学家们发现这种病毒“突增”蛋白与人类细胞上一种名为血管紧张素转换酶2 (ACE2)的受体结合。另一种人类蛋白,一种叫做TMPRSS2的酶,帮助激活冠状病毒突刺蛋白,允许细胞进入。结合和激活允许病毒进入宿主细胞。

“当我们意识到这些蛋白质的作用已经被生物化学证实时,我们就开始寻找这些基因在我们现有数据集中的位置,”Ordovas-Montanes说。“我们确实处于有利的位置,可以开始研究这种病毒可能针对的是哪些细胞。”

Shalek的实验室,以及世界各地的许多其他实验室,已经对数以万计的人类、非人灵长类动物和小鼠细胞进行了大规模的研究,在这些研究中,他们使用单细胞RNA测序技术来确定在给定的细胞类型中哪些基因被激活。自去年以来,奈奎斯特一直在与布罗德研究所(Broad Institute)的合作伙伴建立一个数据库,以便在一个地方存储大量这些数据集,让研究人员能够研究特定细胞在各种传染病中的潜在作用。

这些数据大多来自“人类细胞图谱项目”(Human Cell Atlas project)的实验室,该项目的目标是对人体每种细胞类型的独特基因活动模式进行分类。麻省理工学院的研究小组在这项研究中使用的数据集包括数百种来自肺部、鼻腔和肠道的细胞类型。研究人员之所以选择这些器官进行Covid-19研究,是因为先前的证据表明,病毒可以感染每一个器官。然后,他们将研究结果与未受影响器官的细胞类型进行了比较。

“因为我们有这个令人难以置信的信息库,我们能够开始研究什么可能是感染的目标细胞,”Shalek说。“尽管这些数据集不是专门为研究Covid而设计的,但它有望让我们在确定可能与Covid相关的东西方面有一个飞跃。”

在鼻腔通道中,研究人员发现,产生粘液的杯状分泌细胞表达了SARS-CoV-2用来感染细胞的两种蛋白质的rna。在肺部,他们发现这些蛋白质的rna主要存在于II型肺细胞中。这些细胞排列在肺的肺泡(气囊)中,负责保持它们的开放。

在肠道中,他们发现一种被称为吸收性肠上皮细胞的细胞,负责吸收一些营养物质,比任何其他肠道细胞类型更能表达这两种蛋白质的rna。

“这可能不是故事的全部,但它确实描绘了一幅比以前更精确的画面,”奥杜瓦斯-蒙塔内斯说。“现在我们可以相当肯定地说,这些受体是在这些组织的特定细胞上表达的。”

对抗感染

在他们的数据中,研究人员还发现了一个令人惊讶的现象——ACE2基因的表达似乎与被干扰素激活的基因的激活有关。干扰素是人体对病毒感染做出反应时产生的一种蛋白质。为了进一步探索这个问题,研究人员进行了新的实验,他们用干扰素处理气道上的细胞,他们发现这种治疗确实打开了ACE2基因。

干扰素通过干扰病毒复制和帮助激活免疫细胞来帮助抵抗感染。它还启动了一组独特的基因,帮助细胞抵抗感染。先前的研究表明,ACE2在帮助肺细胞耐受损伤方面发挥作用,但这是首次将ACE2与干扰素反应联系起来。

这一发现表明,冠状病毒可能已经进化到利用宿主细胞的自然防御,劫持一些蛋白质以供自身使用。

“这并不是唯一的例子,”奥杜瓦斯-蒙塔内斯说。“还有其他一些冠状病毒和其他病毒的目标是干扰素刺激的基因作为进入细胞的途径。在某种程度上,这是宿主最可靠的反应。”

由于干扰素对病毒感染有如此多的有益作用,它有时被用于治疗乙肝和丙肝等感染。麻省理工学院研究小组的发现表明,干扰素在抗击covid19中的潜在作用可能是复杂的。一方面,它可以刺激抵抗感染的基因或帮助细胞在损伤中存活,但另一方面,它可能提供额外的目标,帮助病毒感染更多的细胞。

“很难对干扰素对这种病毒的作用做出广泛的结论。我们开始了解这一点的唯一途径是通过仔细对照的临床试验,”Shalek说。“我们试图做的是把信息公布出来,因为人们做出了很多快速的临床反应。我们试图让他们意识到可能相关的事情。”

现在,Shalek希望与合作者合作,建立包含在这项研究中发现的细胞的组织模型。这些模型可用于测试现有的抗病毒药物,并预测它们可能如何影响SARS-CoV-2感染。

麻省理工学院的团队和他们的合作者已经将他们在这项研究中使用的所有数据提供给其他想要使用这些数据的实验室。Shalek说,这项研究中使用的大部分数据是与世界各地的研究人员合作产生的,他们非常愿意分享这些数据。

他说:“科学界已经有了令人难以置信的大量信息,许多不同的团体都有兴趣以任何可能的方式为与Covid的战斗做出贡献。”“看到来自世界各地的大量实验室聚在一起,尝试合作解决这个问题,真是令人难以置信。”

研究由塞尔学者计划,贝克曼年轻调查员计划,癌症研究Pew-Stewart学者计划,斯隆在化学、美国国立卫生研究院,Aeras基金会,比尔和梅林达•盖茨基金会,理查德和苏珊史密斯家族基金会,国家综合医学科学研究所,马塞诸斯州大学的临床与转化科学中心项目试点项目,以及负责卫生事务的助理国防部长办公室。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2020/researchers-cells-targeted-covid-19-0422

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