上海同濟成功定位新型冠狀病毒靶基因--ACE2

2021-01-11 生物谷

圖說:ACE2及各類型細胞特徵標記基因在亞裔個體中表達情況 來源 採訪對象供圖

新民晚報訊(記者 易蓉)抗擊疫情,基礎研究也在推進,這個春節,上海同濟大學醫學院左為研究團隊沒有休息。在獲悉中科院巴斯德所郝沛等學者及武漢病毒研究所石正麗團隊的研究,接連將新型冠狀病毒的受體基因指向血管緊張素轉化酶2(ACE2)之後,團隊連日利用高通量單細胞測序分析技術,研究了共計四萬三千多個肺臟細胞,進一步發現80%ACE2受體主要在II型肺泡聚集。研究成果已在預印本網站科塔學術(bioRxiv)上發布(趙宇和趙子賢為論文共同第一作者),研究數據公開、程序代碼開放,這支平均年齡只有28歲的年輕研究者團隊希望通過數據共享和科研交流團結各方力量,爭分奪秒為抗擊疫情貢獻力量。

「ACE2受體就是病毒進入人體『大門』。搞清楚這個『門』開在哪裡、開了多大,對於防止感染具有重要意義。」研究團隊整合分析了公開資料庫中近兩年來積累的肺臟單細胞測序數據,發現ACE2在0.64%的肺細胞中表達,且80%以上都集中表達於II型肺泡細胞;表達ACE2的II型肺泡佔其總數量的1.4%。在其他細胞類型如I型肺泡、支氣管上皮細胞、成纖維細胞、內皮細胞和巨噬細胞中零星可見。而且通過對基因功能的分析,研究者還發現,這1.4%的ACE2+ II型肺泡細胞還表達至少20多個與與病毒組裝複製相關的功能基因。

「利用近年興起的高通量單細胞測序技術,我們可以把肺部的整體到細節都看清楚,就像用手機GPS和地圖做尋寶遊戲,這是多年前SARS研究時無法實現的。」左為說。

這些數據令研究團隊相信,新型冠狀病毒攻擊的主要目標能夠鎖定II型肺泡。左為認為這與目前公開的一些臨床觀察相關聯,例如此次冠狀病毒肺炎少有「卡他」症狀,或許正是因為病毒沒有攻擊上呼吸道(上呼吸道的分泌細胞和纖毛細胞只表達很少的受體ACE2)。

左為團隊還比較了8例不同個體中ACE2的表達和分布情況。結果顯示ACE2表達與個體的年齡和吸菸情況無明顯相關性。但2例男性表達水平均高於其他6例女性,總體在三倍以上,在肺內的分布也更廣泛。這與目前流行病學觀察到的新型冠狀病毒男性患者為女性數量的三倍大致吻合。此外,唯一一例亞裔(男性)標本的ACE2表達水平遠高於其他所有人(包括非洲裔和白種人),在平均值的五倍以上。

左為也強調,這項研究仍有很多不足,仍需更多數據和實驗進行驗證,但這場「疾病之門」的細緻探尋或將為預防、治療及其他基礎研究提供思路。「如果我們能人工合成ACE2蛋白,然後將它通過血管注入肺泡,理論上是可以『以假亂真』幹擾病毒,或者開發抑制ACE2的特異小分子幹擾其功能,都能保護肺細胞上不被病毒侵擾。」

圖說:上海同濟大學醫學院左為研究團隊負責人左為

記者: 結果顯示ACE2在0.64%的肺細胞中表達……0.64%看上去是個很小的數字,但ACE2表達的這些「易感」細胞又呈現出對疾病的「幫助」似乎非常巨大。如何幫助我們理解,人體存在這樣的「病毒幫手」?

左為:這一點也是我最為迷惑的地方。只能說我們目前所知的還非常少,不太理解這類細胞是否具有特殊的生理功能。我推測,如果這一現象不是巧合的話,那可能意味著這些細胞本來是人類用於處理類似病毒物質的,例如體內產生的游離DNA或者RNA等。結果病毒「狡猾」地利用了這些細胞。SARS病毒和NL63冠狀病毒毫無疑問應該也是利用這些細胞感染人體的。流感病毒則不同,它們有自己的受體和自己特定的靶細胞。

記者: 距離能夠明確病毒靶細胞的結論還有多遠,還需要什麼樣的工作?

左為:目前這個研究不足的地方還很多,我在論文裡面也都提到了:首先我們只研究了8例樣本,樣本數肯定是比較少的。然而單細胞測序目前很貴,每一例要3~4萬,所以如果自己做大樣本,成本和時間要求都太高了。其次我們主要看了RNA的表達情況,但RNA和真實蛋白表達不一定完全一致。另外,目前雖然各種證據均指向ACE2是新型冠狀病毒的受體,但還有待動物實驗的進一步證實,特別是通過ACE2敲除實驗來證實其對於病毒感染是必需的。

記者: 團隊春節不停工推進這項研究的初衷是什麼?此前工作有何具體相關的內容為此次研究提供基礎?

左為:看到鍾南山院士講話之後,我們馬上意識到這可能是一場非常重大的公共衛生事件。後來看到武漢也封城了,身邊好多醫生朋友也上了疫區前線,我們覺得自己也應該做點什麼,為國家出力。

我在清華念博士的時候跟著導師陳曄光院士研究SARS病毒和細胞信號轉導的關係。在國外做H1N1流感病毒和肺再生修復相關的研究,回國以後則是專注於肺幹細胞與再生修復研究。加上我們平時的研究和臨床結合也非常緊密,所以對這一領域比較熟悉,也比較敏感。

很快中科院巴斯德所新型冠狀病毒和SARS病毒的比對結果出來了,預測出受體是ACE2。我就馬上跟學生說看一下單細胞測序數據裡ACE2在哪裡表達。因為高通量單細胞測序是最近兩三年才興起的一些新技術,可以一下子把整個肺裡由整體到細節的情況都看得比較清楚。

記者: 有科學家提出了現階段中國科學家積極攻關的意義,也指出共同抗擊病毒,需要更多的數據共享和更高效的科研交流,對此您怎麼看?

左為:我一直認為這次疫情不應該是中國自己在戰鬥,必須要和全世界科學家一起密切合作。全人類在這個問題上是命運共同體,病毒是不分國界的。

我們這次的工作就完全是基於國外科學家無私共享的單細胞測序數據而完成的。所以成果出來之後我們也沒有按慣例投稿,而是直接掛到bioRxiv平臺上公開所有數據,包括我們的程序代碼也是可以提供給任何需要的人的。這樣做的目的,是為了讓需要的人第一時間可以看到論文,讓大家可以齊心協力,抓緊每一分鐘阻止病毒的繼續蔓延。當然,正式投稿和同行評審(peer-review)也必不可缺,我們這個論文後續肯定還會有相應的改進更新。

最後,我想再多提一句。我們國內的科研方向和選題導向應該還是要藉助這個時機引起全社會的高度重視。國家每年投入巨額資金來支持科研,不能只換來一篇又一篇發表在國外期刊上的論文。我們需要的,是真正實用的能提升一個國家綜合實力,提升人民生活水平的科學發現和技術發明。同濟老校長裴鋼院士就反覆多次指導我們,要求我們生物醫學領域的研究要更多圍繞臨床問題,更多圍繞藥品研發來開展。 這次疫情給了我們一個認真反思的機會。

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