【科技前沿】劉光慧/張維綺/宋默識合作揭示老年人呼吸和心血管...

2020-12-05 澎湃新聞

【科技前沿】劉光慧/張維綺/宋默識合作揭示老年人呼吸和心血管系統易感新冠的分子基礎

2020-09-11 16:59 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

責編 ∣吉 佳

2019年，新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）席捲全球，導致新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）及系列嚴重併發症，給人們的生命健康造成嚴重威脅。目前，該病毒已累計感染2000餘萬人，其中死亡人數高達80多萬。據美國疾病預防控制中心統計，住院死亡病例中超過70%為年齡65歲以上的老年人。與年輕群體相比，老年群體對新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）更加易感，且更易發展為重症、甚至死亡。然而，這種老年個體對新型冠狀病毒易感的機制尚不清楚，因而極大地限制了臨床預防和治療的實施。

心肺系統如肺臟、心臟和血管等是新冠病毒感染的主要靶標。因此，新型冠狀病毒肺炎患者多表現為呼吸急促、缺氧、心臟和血管功能受損等心肺系統相關的一系列症狀，且在老年群體中尤為嚴重。目前，圍繞人類心肺系統穩態維持和衰老的細胞分子機制研究還存在諸多挑戰。一方面，常用的嚙齒類動物模型無法被新型冠狀病毒感染，且其衰老規律與人類存在較大差異，難以成為研究人類增齡相關的新冠病毒易感性升高機制的可靠研究模型；另一方面，基於倫理等多方面因素的限制，研究者們難以獲得不同年齡段健康個體的臨床樣品用以相關研究。最新研究表明，人類親緣關係最近的非人靈長類可以被新型冠狀病毒感染，且老年動物表現出與老年人群類似的高易感性。因此，以非人靈長類為模型研究心肺衰老的細胞分子機制及其對新型冠狀病毒易感性的影響，具有重要的科學意義。

2020年9月10日，中國科學院動物研究所劉光慧研究組、中國科學院北京基因組研究所張維綺研究組和中國科學院動物研究所宋默識研究組合作，於《Cell Research》雜誌在線發表題為「Single-Cell Transcriptomic Atlas of Primate Cardiopulmonary Aging」的研究論文。該研究以食蟹猴（Macaca fascicularis）為研究對象，基於高通量單細胞核轉錄組測序技術，首次繪製了年輕和年老非人靈長類心肺組織的單細胞核轉錄組圖譜，同時結合來源於對應個體的主動脈單細胞轉錄組數據，對呼吸系統和心血管系統衰老的細胞分子變化規律進行了詳細解析。

基於單細胞圖譜的數據分析，研究人員發現，細胞特異性的炎症反應增加和病毒防禦功能受損是非人靈長類心肺衰老的重要特徵。其中，肥大細胞、漿細胞和CD8+ T細胞等炎症相關細胞類型在年老個體的肺組織中積累。此外，衰老的心肺系統（尤其是肺組織）中的駐留免疫細胞發生過度活化，並且免疫細胞與基質細胞的炎性互作增強。更為重要的是，隨著年齡的增加，新型冠狀病毒受體ACE2陽性細胞數目或ACE2表達量在肺泡上皮細胞、心肌細胞和血管內皮細胞中均有增加，為增齡伴隨的新冠病毒易感性升高提供了科學依據。

進一步的研究發現，近期被報導的新冠病毒相關機體細胞因子風暴的重要成分之一白介素7（IL7）是介導衰老過程中新冠病毒受體ACE2表達上調的驅動力之一。研究人員發現，IL7在老年個體的心、肺和血管組織中均表達上調；表達升高的IL7可以通過NF-κB依賴的方式刺激人動脈內皮細胞中ACE2的表達升高。此外，研究人員發現一種常見的衰老乾預藥物維生素C能夠抑制IL7誘導的ACE2表達上調。這些研究成果為闡明老年群體中新冠肺炎高發病率和高重症率的原因提供了重要線索，為針對老年群體新冠病毒感染的精準防治提供全新思路和策略。

該項研究由中科院動物所、中科院北京基因組所、中科院生物物理所、中科院幹細胞與再生醫學創新研究院、首都醫科大學宣武醫院、北京醫院、北京大學第三醫院、昆明醫科大學等機構合作完成。中科院動物所劉光慧研究員、中科院北京基因組所張維綺研究員，中科院動物所宋默識研究員為共同通訊作者。中科院動物所助理研究員馬帥、中科院生物物理所助理研究員孫淑慧、中科院北京基因組研究所碩士研究生李嘉明、中科院北京基因組所助理研究員範豔玲、中科院動物所曲靜研究員，以及北京醫院孫亮教授為並列第一作者。該研究受到中科院動物所周琪院士、鄭愛華研究員、多曙光高級工程師、首都醫科大學宣武醫院陳彪教授的支持幫助。

圖. 非人靈長類心肺系統衰老的單細胞核轉錄組研究揭示增齡過程中器官穩態失衡、病毒防禦減弱、慢性炎症增加以及SARS-CoV-2易感性升高的分子機制

文章連結：https://www.nature.com/articles/s41422-020-00412-6

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