Cell:利用反向遗传系统,研究人员绘制了SARS-CoV-2感染图谱
2020/06/05
这些研究结果为SARS-C0V-2的未来研究开辟了新的方向,可以指导药物的开发和减少COVID-19传播。

5月27日,北卡罗来纳大学(UNC)的Ralph Baric带领团队建立了一个SARS-CoV-2的反向遗传系统,为揭示病毒感染后疾病进展和严重程度的机制提供了新的见解。相关研究结果发表在《Cell》杂志上。


DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.05.042

病毒学中的反向遗传系统,通常是指通过克隆病毒的全长基因组cDNA至载体上并在细胞中复制出经过修饰过的子代病毒,从而达到能改造病毒遗传特性的目的。

Baric课题组是建立冠状病毒反向技术的鼻祖。最新研究中,他们构建了一个SARS-CoV-2的感染性克隆,并构建了表达纳米荧光素酶(nano-luciferase, nLuc)的重组新冠病毒,建立了高通量、准确的中和抗体检测方法。

具体来说,研究人员使用了不同的SARS-CoV-2分离株,以观察它们如何有效感染人呼吸道不同部位的培养细胞。他们发现了一个显着的连续变化模式——SARS-CoV-2在人类呼吸道从鼻腔至肺泡上皮细胞中的感染能力呈递减趋势。


研究人员还发现, ACE2(病毒用于进入细胞的细胞表面受体)在鼻腔上皮细胞中表达较高,显著高于比喉咙、气管、支气管、末端支气管、肺泡上皮的水平。这种差异至少可以部分解释为什么鼻腔上皮细胞更容易感染。

研究人员对TMPRSS2和Furin这两种蛋白质裂解酶进一步试验。这些酶存在于人细胞中,SARS-CoV-2使用它们来重塑必需的病毒蛋白并进入人细胞进行感染。结果证实,当这些酶的水平升高时,病毒感染细胞和复制的能力就会增强。


表达GFP的新冠病毒感染的人原代鼻腔上皮细胞


COVID-19病人尸检呼吸道样品中的新冠病毒与纤毛细胞、粘液分泌细胞染色

研究小组绘制了几例死于COVID-19的患者肺部感染图,发现即使SARS-CoV-2与SARS-CoV拥有约75%的序列同一性,先前描述的针对MERS-CoV和SARS-CoV的中和抗体也不会中和SARS-CoV-2。然而,五名2002年SARS患者中的两名患者的血清显示出低水平,但具有中和培养细胞中SARS-CoV-2感染性的显著能力。这些数据表明,接触过其他冠状病毒的人的血液中可能携带其他类型的抗体,这些抗体至少可以部分保护免受SARS-CoV-2感染。


SARS、COVID-19病人血清样品对SARS病毒与新冠病毒等交叉中和反应

总结来说,这项研究发现,反向遗传制备出的重组病毒与野生型病毒在细胞系中的复制水平一致,并验证了蛋白酶TMPRSS2与Furin对SARS-CoV-2的复制有增强作用。此外,SARS-CoV-2在人类呼吸道从鼻腔至肺泡上皮细胞中的感染能力呈递减趋势。交叉中和SARS-CoV的抗体的产生,在新冠病毒感染的人群中可能是低概率事件。

这些研究结果为SARS-CoV-2的未来研究开辟了新的方向,可以指导药物的开发和减少COVID-19传播。

参考资料:

Researchers map SARS-CoV-2 infection in cells of nasal cavity, bronchia, lungs

反向病毒遗传系统探究SARS-CoV-2呼吸道嗜性和抗体中和反应

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