研究发现,与普通冠状病毒相比,SARS-CoV-2能够同时感染人呼吸道上皮的两类细胞-纤毛细胞和分泌细胞,且在两类细胞内的形态发生具相似性,在两类细胞中产生显著细胞病变并诱导细胞调亡。
在论文中研究团队描述了SARS-CoV-2在呼吸道上皮类器官模型(HAE)培养中的复制动力学、细胞嗜性和形态发生。器官型HAE系统形成了假层状上皮,在形态和功能上与人类呼吸道相似,呼吸道上皮类器官模型可作为人肺起源的体外生理模型来研究SARS-CoV-2的形态形成和发病机制。
目前的流行病学调查表明,SARS-CoV-2具有高度传染性和人际传播能力。研究团队指出,与SARS-CoV或MERS-CoV相比,SARS-CoV-2在原代HAE中的复制比在标准永生化细胞中更有效。这可能是因为相比其他冠状病毒感染,有更多的细胞对SARS-CoV-2易感。
在HAE中,SARS-CoV-2比HCoV-NL63复制效率更高。这一观察结果本身表明,SARS-CoV-2更具传染性。高效的传播能力可能是由于多了一种允许SARS-CoV-2传播的细胞类型。
此外,分泌细胞释放囊泡,大量病毒颗粒通过胞吐作用分散在细胞质中,这是痰液中SARS-CoV-2高检出率和通过液滴传播的基础。另外,虽然由于解剖或活检标本有限,病理报告较少,但所有的报告都显示在解剖时观察到气管内有大量泡沫或胶质黏液。这可能是分泌细胞感染和黏液分泌平衡失调所致,提示临床治疗应考虑恢复黏液分泌平衡。
另外值得一提的是,呼吸道纤毛功能异常与多种疾病有关,如囊性纤维化、慢性阻塞性肺病和鼻窦炎。在这项研究中,通过扫描电镜SEM分析可见大面积的纤毛破坏,说明SARS-CoV-2感染同时破坏了纤毛。
研究认为,SARS-CoV-2在呼吸道上皮中复制效率更高外,还产生了严重的细胞病变,大量的呼吸道上皮纤毛皱缩、脱落、倒伏改变,破坏了上皮的粘液-纤毛屏障;病毒导致合胞体产生,伴大量细胞凋亡,破坏呼吸道上皮基底膜的完整性。
研究团队总结道,数据支持了SARS-CoV-2完全适应于人类呼吸道的观点,这与其他的一些冠状病毒不同。研究显示了SARS-CoV-2多细胞嗜性和严重的纤毛超微病理改变和功能障碍,可为临床治疗和药物筛选策略提供线索。
论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-17796-z