大家都知道這場(chǎng)持續(xù)了三年之久的疫情是由新型冠狀病毒引起的，可能還有些人了解新冠病毒是一個(gè)單鏈RNA病毒，它是使用自己的刺突蛋白，與細(xì)胞上的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶酶2（簡(jiǎn)稱ACE2）受體結(jié)合來完成識(shí)別的，接著病毒就會(huì)進(jìn)入宿主細(xì)胞并開始復(fù)制，*終引發(fā)**。但病毒究竟是如何進(jìn)入呼吸系統(tǒng)的，病毒進(jìn)入呼吸道上皮細(xì)胞以及如何在細(xì)胞間傳播的分子機(jī)制尚不清楚。2023年1月5日，來自斯坦福大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在有名期刊Cell雜志在線發(fā)表了一篇名為《SARS-CoV-2 replication in airway epithelia requires motile cilia and microvillar reprogramming》的研究文章，這項(xiàng)研究**詳細(xì)闡述了新冠病毒感染呼吸道上皮細(xì)胞的分子機(jī)制，研究人員發(fā)現(xiàn)病毒通過ACE2受體附著在上皮細(xì)胞的纖毛上，并且使用纖毛作為進(jìn)入細(xì)胞的通道。鼻子是上呼吸道粘膜**的重要組成部分，它參與宿主保護(hù)的**穩(wěn)態(tài)。鼻粘膜防御主要有兩種類型，從生理角度上來說，由緊密結(jié)合的纖毛細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和基底上皮細(xì)胞、雙層黏液層和基底膜構(gòu)成的屏障是*主要的防御手段，但我們還不清楚哪些類型的細(xì)胞*先被感染。作者首先利用原代細(xì)胞培養(yǎng)分化的手段生成了纖毛細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和基底細(xì)胞的鼻上皮類器官，這種類器官包括了正常人上氣道上皮的形態(tài)和功能，接著用新冠病毒去感染培養(yǎng)的類器官，結(jié)果發(fā)現(xiàn)新冠病毒核衣殼蛋白和刺突蛋白只有在感染后的6、24 和 48 小時(shí)的時(shí)候在纖毛細(xì)胞中可見，這表明纖毛細(xì)胞更加容易被早期感染，因此，纖毛細(xì)胞是SARS-CoV-2在鼻上皮中的主要進(jìn)入部位。
由于ACE2 和 TMPRSS2 是 SARS-CoV-2 感染的核心，并定位于呼吸道纖毛細(xì)胞上，通過染色定位實(shí)驗(yàn)作者發(fā)現(xiàn)這兩種關(guān)鍵的受體蛋白在培養(yǎng)的類器官上也有同樣的定位，因此作者假設(shè)SARS-CoV-2和其他呼吸道病毒通過ACE2附著在纖毛上以穿透PCL，并使病毒能夠通過粘液蛋白層運(yùn)輸。我們剛剛提過黏液層是維持**穩(wěn)態(tài)的一種重要的**屏障，因此研究人員用一種黏蛋白特異性的酶處理類器官，這種酶可以分解黏蛋白形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這加速了病毒的感染速度。
為了測(cè)試SARS-CoV-2是否在早期特異性的結(jié)合纖毛細(xì)胞，作者利用掃描和透射電子顯微鏡觀察感染了病毒的類器官，結(jié)果證實(shí)多個(gè)病毒粒子附著在纖毛上，這表明纖毛被 SARS-CoV-2利用以穿過鼻上皮屏障。通過重組刺突蛋白與熒光偶聯(lián)，并用延時(shí)顯微鏡觀察說明SARS-CoV-2與纖毛ACE2受體結(jié)合以促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入。
基于以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者假設(shè)減少纖毛的數(shù)量會(huì)阻礙病毒感染的進(jìn)程，通過敲低對(duì)纖毛細(xì)胞形成至關(guān)重要的CEP83蛋白（不影響上皮或杯狀細(xì)胞的分化），作者發(fā)現(xiàn)CEP83下調(diào)的確抑制了24和48hpi的類器官SARS-CoV-2感染水平。
進(jìn)一步的，為了更好地了解鼻上皮中的病毒感染，作者探究了病毒從少數(shù)*初感染的細(xì)胞中排出的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)病毒感染促進(jìn)了細(xì)胞絲狀偽足突起，誘導(dǎo)含病毒的絲狀偽足可能對(duì)SARS-CoV-2的釋放和后代病毒粒子在細(xì)胞間傳播很重要。因此，作者使用透射電鏡和IF染色系統(tǒng)地展示了原代氣道上皮細(xì)胞中的微絨毛樣結(jié)構(gòu)。在纖毛狀類器官的頂端表面上觀察到兩類突起：長(zhǎng)而寬的活動(dòng)纖毛和粗短的圓頂狀微絨毛（圖3A），接下來，通過共聚焦和**組化實(shí)驗(yàn)作者證明了SARS-CoV-2與微絨毛相互作用，使其能在受感染動(dòng)物的呼吸道內(nèi)傳播。
而進(jìn)一步的研究表明SARS-CoV-2使微絨毛發(fā)生延伸，通過調(diào)節(jié)微絨毛的結(jié)構(gòu)和功能，通過促進(jìn)高度延伸和分支的微絨毛的形成來促進(jìn)病毒的排出。
原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙(PCD患者)，這是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，雖然呼吸道纖毛的數(shù)量和長(zhǎng)度是正常的，但是失去了纖毛擺動(dòng)和病原體**的功能。通過使用患者的類器官培養(yǎng)物，作者發(fā)現(xiàn)在患者和健康供體中 24 hpi 時(shí) SARS-CoV-2 感染細(xì)胞的百分比相似，這表明突變不會(huì)影響初始感染率，然而，在 48 hpi 時(shí)，PCD 患者的SARS-CoV-2感染細(xì)胞少于健康供體，這表明其在感染后期很重要。
除此之外，作者還探討了細(xì)胞間的接觸是否影響病毒的轉(zhuǎn)移。我們知道呼吸上皮由多層細(xì)胞組成，然而，直到48 hpi時(shí)，只有*上層的細(xì)胞被病毒感染，下層的細(xì)胞很少被感染。因此，細(xì)胞間接觸可能不是病毒在鼻上皮中傳播的**途徑。雖然病毒可能通過鼻上皮的細(xì)胞間接觸傳播，但作者認(rèn)為傳播取決于頂端表面的粘液流動(dòng)。
鑒于在細(xì)胞中調(diào)節(jié)激酶能夠控制細(xì)胞骨架的生成，作者探究了是哪些激酶被調(diào)控后促進(jìn)了微絨毛的高度延伸，通過磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)的手段，作者*終確定了五種激酶，包括細(xì)胞骨架重組p21活化激酶1和4（PAK1和PAK4），絲氨酸/蘇氨酸激酶（AKT1/2），絲裂原活化蛋白激酶（p38）、絲裂原活化蛋白激酶（ERK1）和含有蛋白激酶1的ROCK1。作者確定這些激酶是否在感染細(xì)胞中磷酸化，所有五種**均在類器官中被激活。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，研究人員采用鼻噴霧劑將SLK和PAK4激酶抑制劑應(yīng)用于K18-hACE2轉(zhuǎn)基因小鼠，結(jié)果PAK4激酶抑制劑可以部分抑制感染的水平，這為開發(fā)鼻腔噴霧劑來預(yù)防病毒感染提供了借鑒的范例。總的來說，作者發(fā)現(xiàn)新冠病毒會(huì)首先感染呼吸道纖毛細(xì)胞，如果移除纖毛，則可阻止新冠病毒和其他呼吸道病毒的感染，同時(shí)，侵入的病毒會(huì)激活細(xì)胞中激酶來促進(jìn)細(xì)胞骨架的形成，通過高度延伸的微絨毛結(jié)構(gòu)將新生成的病毒送到黏液層，從而提高了病毒的傳播能力。
事實(shí)上，并不是只有新冠病毒會(huì)通過這種方式進(jìn)行傳播，其他呼吸道病毒也可能通過同樣的方式突破**屏障，就新冠病毒本身而言，大體來說，抗新冠病毒的**可以歸納為兩大類，一是阻止病毒和宿主細(xì)胞結(jié)合，二是阻止新病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的產(chǎn)生，但是本項(xiàng)研究提出了一個(gè)新的預(yù)防性策略，那就是使用鼻噴劑或者其他預(yù)防性的短期**來延遲病毒的進(jìn)入、退出或傳播，而這將有助于**系統(tǒng)及時(shí)趕上和到達(dá)，以阻止**的感染發(fā)生。
