冠状病毒如何在数小时内损害肺细胞

如果科学家们确切知道SARS-CoV-2病毒在我们被感染的最初几个小时内对肺细胞有什么影响呢?他们能否利用这一信息来找到能在病毒完全复制之前就破坏其复制过程的药物?发现现有的一些fda批准的药物——包括一些最初设计用于抗癌的药物——可以阻止冠状病毒的发展，这表明答案是肯定的。

波士顿大学研究人员 - 来自Bu的国家新兴传染病实验室（Neidl），位于Bu的医疗校园的再生医学（Crem）中心，以及Bu的网络系统生物中心（CNSB）的中心 - 长期，协作和跨学科的任务，将多个专业领域与病毒学，干细胞源性肺组织工程和深度分子测序相结合，开始回答这些问题。它们同时用SARS-COV-2病毒感染了成千上万的人肺细胞，然后在感染后的前几刻在所有这些细胞中正常地跟踪。好像这不够复杂，那么该团队必须在Neidl内部将整个高密封的研究设施凉到最活跃的61华氏度。

这种具有挑战性和大规模的承诺的结果？BU团队透露了最全面的地图迄今为止在发作的肺细胞内触发的所有分子活动冠状病毒感染。他们还发现，目前至少有18种fda批准的药物有可能在人感染后不久被重新用于抗击COVID-19感染。在实验中，其中5种药物将冠状病毒在人类肺细胞中的传播减少了90%以上。他们的研究结果最近发表在分子细胞。

现在，来自世界各地的学术和行业合作者与团队联系，研究人员说，将他们的发现从长凳转移到床边。（虽然Covid-19疫苗开始推出，但预计足够的人占据了一年的更好的部分，以创造群体免疫力。并且没有保证目前的疫苗配方将是有效的侵害未来SARS-COV-2菌株会随着时间的推移而出现。）更有效和定时的治疗干预措施可以帮助减少与Covid-19感染有关的死亡人数。

他说:“这项研究的不同寻常之处在于，我们观察了非常早期的感染时间点，也就是病毒感染肺细胞后的一个小时。看到病毒在感染过程中这么早就开始破坏细胞，真是令人害怕，”该研究的高级研究员之一、布鲁里大学NEIDL的病毒学家Elke Mühlberger说。她通常与一些世界上最致命的病毒如埃博拉和马尔堡病毒打交道。

“最引人注目的是有多少分子途径受到病毒的影响，”该研究的另一位高级研究员、波士顿大学CNSB主任安德鲁·埃米利(Andrew Emili)说。CNSB专门从事蛋白质组学和分子相互作用的深度测序。“病毒对肺细胞进行大规模重构——病毒对其感染的细胞的控制程度令人惊讶。”

病毒不能自我复制，因为它们缺乏制造蛋白质的分子机制——这就是为什么它们依赖感染细胞来劫持细胞的内部机制，并利用它来传播自己的遗传物质。当SARS-CoV-2接管时，它完全改变了细胞的代谢过程，Emili说，甚至在感染后的三到六个小时内破坏了细胞的核膜，这让团队感到惊讶。相反，“感染致命的埃博拉病毒的细胞在感染的早期没有任何明显的结构变化，甚至在感染的后期，核膜仍然是完整的，”Mühlberger说。

核膜围绕着细胞核，其具有大多数细胞的遗传信息和控制和调节正常细胞功能。对于由SARS-COV-2损害的细胞核，事情迅速对整个细胞的转弯。在围攻下，细胞 - 这通常在维持氧气和二氧化碳的必需气体交换时发挥作用，当我们呼吸时发生的氧气交换。当细胞死亡时，它们也会发出损伤信号，引发炎症，引发速度加速细胞死亡的生物活性，最终导致肺炎，急性呼吸窘迫和肺部衰竭。

该研究的资深作者之一、CReM科学家、波士顿医学中心(BMC)(波士顿大学教学医院)的肺科医生安德鲁·威尔逊(Andrew Wilson)说:“我不可能预测到这么多的途径，其中大部分对我来说都是新消息。”在波士顿BMC的安全网医院，威尔逊自2020年3月以来一直奋战在COVID-19大流行的第一线，试图在医院的重症监护室治疗和拯救最严重的患者。“这就是为什么我们的(实验)模式如此有价值。”

该团队利用CReM的类器官技术来培养人类肺气囊细胞，这种细胞排列在肺内部。气囊细胞通常难以在传统培养中生长和保持，也难以直接从患者身上提取用于研究目的。这就是为什么到目前为止，其他实验室的很多冠状病毒研究都依赖于使用更容易获得的细胞类型，比如猴子的肾细胞。问题是猴子的肾细胞对冠状病毒感染的反应与人类的肺细胞不同，这使它们成为研究该病毒的糟糕模型——从它们身上学到的任何东西都不容易转化为用于治疗人类患者的临床相关发现。

“我们的类器官是由CReM教员开发的干细胞——它们与我们体内的活的、会呼吸的细胞不同，但它们是最接近细胞的东西，”该研究的资深作者之一达雷尔·科顿(Darrell Kotton)说。他是CReM的主任和BMC的肺科医生，在那里他与Wilson一起在ICU治疗COVID-19患者。他们俩经常通过Zoom电话与Mühlberger、Emili和他们研究团队的其他成员合作，他们设法在重症监护室的短暂平静中加入。

在最近的另一项使用CReM工程人类肺细胞的研究中，研究团队证实，现有药物瑞德西韦(remdesivir)和卡莫司他(camostat)可以有效对抗病毒，尽管这两种药物都不是控制COVID-19引发的炎症的完美解决方案。瑞德西韦是一种广泛使用的抗病毒药物，已在临床应用于冠状病毒患者。但是基于新的研究发现病毒并严重损害细胞的数小时内,引发炎症,研究人员说有可能,抗病毒药物如remdesivir可以做一旦感染先进,人需要在ICU(重症监护病房)戴上呼吸器。“如果疾病已经发展，[使用瑞德西韦]不能挽救生命，”Emili说。

看到SARS-CoV-2如何巧妙地控制和颠覆人类细胞，从而完成复制病毒基因组的制造工作，这让研究人员想起了另一种致命的入侵者。

“我很惊讶癌细胞和sars - cov -2感染细胞之间有如此多的相似之处，”Mühlberger说。作为研究的一部分，该团队筛选了一些抗癌药物，发现其中一些药物能够阻止SARS-CoV-2的繁殖。和病毒一样，癌细胞也想复制自己的基因组，不断分裂。要做到这一点，它们需要产生大量嘧啶，这是遗传物质的基本组成部分。阻断嘧啶的产生——使用一种抗癌药物——也可以阻断SARS-CoV-2基因组的构建。但是Mühlberger警告说，抗癌药通常有很多副作用。她说:“我们真的想用这种沉重的东西来对付病毒吗?”需要进行更多的研究来权衡这种方法的利弊。

他们最新研究的调查结果采取了四个高级调查员和科学家，博士后研究员，以及从实验室的研究生近四个月，几乎全天候工作，完成研究。对团队的领导人至关重要的是，确保实验设置在模仿当SARS-COV-2病毒感染人们时，模仿实际发生的岩石固体基础。

科学就是答案——如果我们用科学去问肺细胞当他们感染了冠状病毒，出了什么问题细胞会告诉我们，”科顿说。“客观的科学数据给了我们要做什么的暗示，也给了我们一些教训。它可以揭示走出这种大流行的途径。”

他对团队从世界各地的合作者那里得到的推广感到特别兴奋。他说:“在超级计算机和机器学习方面有专长的人对使用这些工具和我们出版的数据集来确定(治疗COVID-19)最有希望的药物靶点感到兴奋。”

科顿说，在COVID-19临床医生和科学家中已经变得很明显的一个主题是理解时机是关键。他说:“一旦病人在重症监护室使用呼吸机，我们就会感到我们能为他们的身体做的事情有限。”“时机就是一切，识别干预的早期机会窗口至关重要。你可以继续猜测，并希望我们运气好——或者你(做研究)从一开始就真正了解这种感染，并把猜测从药物开发中去掉。”

---

---