由于新病例的迅速增加,2019年冠状病毒病(COVID-19)很快引起了全球关注,病原体被鉴定为SARS-CoV-2。截至目前(8月4日),据约翰·霍普金斯大学发布的实时统计数据,全球累计新冠肺炎确诊病例超过1848万例,死亡人数达69万。这些数字每天都会更新,而且预计还会进一步增加。迄今为止,在人类中枢神经系统(CNS)中没有SARS-CoV-2感染的直接实验证据。

2020年8月4日,中国科学院深圳先进技术研究院,香港大学等多单位合作,袁国勇,黄建东及Hin Chu共同通讯在Cell Research在线发表题为“SARS-CoV-2 infects human neural progenitor cells and brain organoids”的研究论文,该研究证明了SARS-CoV-2可以直接感染诱导多能干细胞(iPSC)衍生的人神经祖细胞(hNPC),神经球和脑类器官。这些结果提供了对失眠(嗅觉丧失)和听觉失调(味觉丧失)以及COVID-19的其他神经系统表现(包括癫痫发作,脑病,脑炎,格林-巴利综合征和米勒·费雪综合征)的病理学症状的见解。

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另外,2020年7月24日,美国桑福德·伯纳姆·普雷比斯医学发现研究所Sumit K. Chanda,香港大学袁国勇及Scripps研究所Arnab K. Chatterjee共同通讯在Nature在线发表题为"Discovery of SARS-CoV-2 antiviral drugs through large-scale compound repurposing"的研究论文,该研究建立了一个已知药物库,其中包含约12,000个临床阶段或FDA批准的小分子。该研究报告鉴定了抑制病毒复制的100个分子,其中包括21种表现出剂量反应关系的已知药物。其中13种有效浓度可能与患者可达到的治疗剂量相当,包括PIKfyve激酶抑制剂apilimod,半胱氨酸蛋白酶抑制剂MDL-28170,Z LVG CHN2,VBY-825和ONO 5334。发现MDL-28170,ONO 5334和apilimod拮抗人iPSC衍生的肺细胞样细胞中的病毒复制,并且PIKfyve抑制剂在主要的人肺外植体模型中也显示出抗病毒功效。由于在这项研究中鉴定出的大多数分子已经进入临床,因此这些化合物的已知药理学和人类安全性概况将有助于加速这些药物用于COVID-19治疗的临床前和临床评估。

2020年7月1日,中国科学院深圳先进技术研究院,香港大学等多单位合作,袁国勇,黄建东及Kelvin Kai-Wang共同通讯在Cell Research在线发表题为“Mining of epitopes on spike protein of SARS-CoV-2 from COVID-19 patients”的研究论文,该研究发现为体内免疫反应提供了血清学证据,并为使用S蛋白的特定抗原表位而不是整个S蛋白提供了有用的初步信息,以设计具有更高安全性和有效性的SARS-CoV-2疫苗。该研究工作首次揭示了SARS-CoV-2 S蛋白的主要线性ID位点S370–394,S450–469和S480–499)

2020年5月13日,香港大学袁国勇团队在Nature Medicine在线发表题为“Infection of bat and human intestinal organoids by SARS-CoV-2”的研究论文,该研究发现蝙蝠来源的类器官对SARS-CoV-2感染完全敏感,并能维持强大的病毒复制能力。该研究建立了蝙蝠肠上皮的第一个可扩展类器官培养系统,并提供了SARS-CoV-2可以感染蝙蝠肠细胞的证据。SARS-CoV-2在人肠类器官中的强劲复制表明,人肠道可能是SARS-CoV-2的传播途径。

2020年5月8日,香港大学袁国勇在国际顶级医学期刊Lancet在线发表题为“Triple combination of interferon beta-1b, lopinavir–ritonavir, and ribavirin in the treatment of patients admitted to hospital with COVID-19: an open-label, randomised, phase 2 trial”的研究论文,该研究是多中心,前瞻性,开放标签,随机,2期临床试验。该研究发现对于轻度至中度COVID-19患者,早期的三重抗病毒治疗在缓解症状,缩短病毒脱落持续时间和住院时间方面优于单独使用洛匹那韦-利托那韦,以干扰素β-1b加上双重抗病毒治疗的未来临床研究值得肯定。

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由于新病例的迅速增加,2019年冠状病毒病(COVID-19)很快引起了全球关注。新型冠状病毒感染被认为是从动物传播的,病原体被鉴定为SARS-CoV-2。到2020年1月,怀疑最初受感染的患者是通过人与人之间的传播感染了该病毒。自2020年1月以来,该病毒已迅速传播到中国大部分地区和其他国家。

由于新病例的迅速增加,2019年冠状病毒病(COVID-19)很快引起了全球关注,病原体被鉴定为SARS-CoV-2。截至目前(8月4日),据约翰·霍普金斯大学发布的实时统计数据,全球累计新冠肺炎确诊病例超过1848万例,死亡人数达69万。这些数字每天都会更新,而且预计还会进一步增加。

SARS-CoV-2主要引起呼吸道疾病,其临床表现与SARS相似。然而,COVID-19患者中也经常报告神经系统症状,包括头痛,失眠,失语,神志不清,癫痫发作和脑病。在中国武汉市对214例住院的COVID-19患者进行的研究中,报告了神经系统发现在36.4%的患者中。在法国,一项研究报告了84.5%(49/58)的COVID-19患者入院时的神经系统检查结果。德国最近的一项研究表明,在36.4%(8/22)的致命COVID-19病例的脑活检中可以检测到SARS-CoV-2 RNA,突显了人脑中病毒感染的可能性。

迄今为止,在人类中枢神经系统(CNS)中没有SARS-CoV-2感染的直接实验证据。最近,研究人员证明了SARS-CoV-2可以在神经元起源的细胞中感染和复制。根据这一发现,表明SARS-CoV-2可以感染和破坏仓鼠的嗅觉感觉神经元。此外ACE2在大脑中被广泛检测到,并且高度集中在黑质,中颞回和扣带回皮层等多个位置。综合以上,人脑可能是SARS-CoV-2感染的肺外靶标。

为了探索生理相关模型中CNS的SARS-CoV-2直接参与,研究人员评估了诱导多能干细胞(iPSC)衍生的人神经祖细胞(hNPC),神经球和脑类器官中的SARS-CoV-2感染。该研究首先评估了hNPC中ACE2和关键冠状病毒进入相关蛋白酶的表达。数据表明,在hNPC中很容易检测到ACE2,TMPRSS2,组织蛋白酶L和弗林蛋白酶。接下来,该研究以SARS-CoV作为对照,对iPSC衍生的hNPC进行了感染试验。数据表明SARS-CoV-2而非SARS-CoV可以在hNPC中复制。

接下来,该研究用SARS-CoV-2感染3D神经球,并在感染后0、24、48和72 hpi从感染的神经球中收集上清液样品,以进行病毒复制情况。该研究发现SARS-CoV-2 RNA依赖的RNA聚合酶(RdRp)的拷贝数以时间依赖的方式显著增加。重要的是,很容易在感染的神经球中检测到SARS-CoV-2核衣壳(N)蛋白,但在模拟感染的神经球中未检测到阳性信号。此外,电子显微镜在双膜结构内检测到大量病毒颗粒,这可能代表了病毒颗粒形成的位置。这些发现表明神经球对SARS-CoV-2的感染是允许的,并支持病毒复制。

接下来,研究人员检查了SARS-CoV-2是否可以感染3D人脑类器官。对来自感染SARS-CoV-2的脑类器官的上清液样品的噬斑测定表明,感染性病毒滴度在24 hpi达到峰值,并在48和72 hpi连续检测到。这些发现明确表明,SARS-CoV-2可以在脑类器官释放出病毒颗粒。值得注意的是,双重免疫染色表明,SARS-CoV-2-N与神经元标记TUJ1和NPC标记NESTIN共定位,表明SARS-CoV-2可以直接感染大脑类器官中的皮质神经元和NPC。

总而言之,该研究结果表明,iPSC衍生的hNPC允许SARS-CoV-2感染,而不允许SARS-CoV感染。在感染SARS-CoV-2的神经球和脑类器官中检测到大量的病毒蛋白表达和感染性病毒颗粒,这表明SARS-CoV-2可以有效感染人脑。神经球模型代表了神经发生的早期特征,而脑类器官模型则表现出人类皮层发育的特征,概括了人脑的发育和生理安排。SARS-CoV-2可以有效感染人脑类器官的发现突显了病毒直接参与COVID-19患者的神经系统症状。这些结果提供了对失眠(嗅觉丧失)和听觉失调(味觉丧失)以及COVID-19的其他神经系统表现(包括癫痫发作,脑病,脑炎,格林-巴利综合征和米勒·费雪综合征)的病理学症状的见解。

参考消息:

https://www.nature.com/articles/s41422-020-0390-x