《Cell Stem Cell:吸烟如何加剧新冠病毒对肺部的感染》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-11-19
  • 最近一项研究中,加州大学洛杉矶分校的研究人员使用由人类干细胞产生的呼吸道组织模型确定了吸烟如何加剧SARS-CoV-2对呼吸道组织的感染。

    这项研究由加州大学洛杉矶分校Eli and Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心的科学家牵头,并发表在《cell stem cell》杂志上,它将帮助研究人员更好地了解吸烟者的COVID-19风险,并可以为开发新的治疗策略提供信息帮助减少吸烟者患上严重疾病的机会。

    吸烟是包括肺癌和慢性阻塞性肺疾病在内的肺部疾病的最常见原因之一,大多数对COVID-19患者的人口统计学研究表明,目前的吸烟者罹患严重感染和死亡的风险增加。但是原因尚不完全清楚。

    为了帮助了解吸烟如何在细胞和分子水平上影响SARS-CoV-2感染,Brigitte Gomperts博士与分子和医学药理学副教授Vaithilingaraja Arumugaswami以及生物化学教授Kathrin Plath合作,以重现当当前吸烟者的呼吸道感染SARS-CoV-2时发生的情况。

    该团队利用了一种称为气液界面培养的平台,该平台是从人的气道干细胞中生长出来的,并紧密复制了气道在人类中的行为和功能。呼吸道将空气从鼻子和嘴巴吸入到肺部,是人体抵抗病毒,细菌和烟雾等空气传播病原体的第一道防线。

    研究中使用的气液界面培养物是从五名年轻,健康,非吸烟组织供者的肺中提取的呼吸道干细胞生长而来的。为了复制吸烟的影响,研究人员在四天内每天将这些气道文化暴露于香烟烟雾中三分钟。

    Gomperts表示:“这种类型的模型已被用于研究肺部疾病已有十多年了,并且已被证明可模仿吸烟者的呼吸道变化。”

    接下来,研究者们用活的SARS-CoV-2病毒感染暴露于烟雾的组织以及未暴露的相同组织,并将两组进行比较。在暴露在烟雾中的细胞中,研究人员看到的感染比例多了两到三倍。

    通过进一步挖掘,研究人员发现吸烟至少部分是通过阻止干扰素信号活性导致更严重的SARS-CoV-2感染。干扰素通过触发受感染的细胞产生蛋白质来攻击病毒,从免疫系统中获得额外支持并提醒未受感染的细胞准备抵抗病毒,从而在机体的早期免疫反应中发挥关键作用。

  • 原文来源:https://medicalxpress.com/news/2020-11-reveals-worsens-covid-infection-airways.html;https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1934590920305488?via%3Dihub;https://news.bioon.com/article/6781004.html
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    • 为了应对由新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的COVID-19大流行,需要有能够复制人类疾病发展、识别潜在靶点和进行药物测试的模型。具体来说,鉴于多种呼吸道上皮细胞被认为是病毒侵入的靶点,因此,获得主要的人类肺部体外模型系统是优先考虑的。 如今,在一项新的研究中,来自美国波士顿大学的研究人员研究了由人诱导性多能干细胞(iPSC)产生的被SARS-CoV-2感染的称为2型肺泡细胞(alveolar type 2 cell)的肺细胞,发现这种病毒最初抑制了这些肺细胞利用干扰素召唤免疫系统来对抗病毒入侵者的能力,并激活了一种称为NFkB的炎症通路。相关研究结果于2020年9月18日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“SARS-CoV-2 Infection of Pluripotent Stem Cell-derived Human Lung Alveolar Type 2 Cells Elicits a Rapid Epithelial-Intrinsic Inflammatory Response”。 论文共同通讯作者、波士顿大学再生医学中心主任Darrell Kotton博士解释道,“这些被感染的肺细胞会产生炎性蛋白。在感染者的体内,这些蛋白推动了肺部炎症水平的上升。” 根据这些研究人员的说法,这些被感染的肺细胞发出的炎症信号会吸引免疫细胞大军进入充满被感染细胞、死亡细胞和垂死细胞的肺组织。Kotton补充道,“我们的数据证实,SARS-CoV-2阻止细胞在感染开始后的早期激活免疫系统的一个抗病毒分支。这些细胞通常会发出的信号,即它们在疾病威胁下分泌的一种名为干扰素的微小蛋白,反而被延迟了几天,这让SARS-CoV-2有足够的时间来传播和杀死细胞,从而引发死亡细胞碎片堆积和其他炎症。” 这些数据是基于这些研究人员在论文共同通讯作者Elke Mühlberger博士的实验室进行的实验。Kotton和波士顿大学再生医学中心的其他成员利用人ipsC细胞培育出复杂的人类肺组织模型---称为“肺部类器官(lung organoids)”的肺细胞三维结构。他们利用这种肺部类器官来研究一系列慢性和急性肺部疾病。 在论文共同第一作者Jessie Huang博士、Kristy Abo学士、Rhiannon Werder博士和Adam Hume博士的领导下,这些研究人员对以前用于研究吸烟影响的实验模型加以改进,用来研究肺部组织中的冠状病毒SARS-CoV-2。然后将活的冠状病毒液滴添加到2型肺泡细胞的顶部,这种病毒从空气中感染这些肺细胞,就像当含这种病毒的空气被吸入体内时,这种病毒感染肺部内的细胞一样。论文共同通讯作者、波士顿大学再生医学中心医学副教授Andrew Wilson博士说,“这种由人类ipsC产生的2型肺泡细胞对空气的适应性,即所谓的'气-液界面(air-liquid interface)'细胞培养,是一个关键的进步,使得我们能够模拟SARS-CoV-2如何进入受影响最严重的患者肺部深处的细胞,这就使得这个有临床意义的系统可以了解这种疾病如何伤害患者肺部。” Wilson和Kotton,也是在波士顿医学中心照顾COVID-19肺炎患者的肺科和重症监护医生,同时也带领他们的实验室生产出人类肺细胞,然后将这些细胞运输到波士顿大学国家新兴传染病研究实验室(NEIDL)。在那里,Hume穿着BSL-4套装开展细胞感染实验。 Mühlberger补充道,“这些细胞是一个研究SARS-CoV-2感染的极佳平台。它们很可能反映了COVID-19患者的肺细胞中发生的事情。如果你观察到SARS-CoV-2对这些细胞造成的伤害,你肯定不想得病。”
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    • 编译者:hujm
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    • 在一项新的研究中,来自德国亚琛工业大学和荷兰拉德堡德健康科学研究所的研究人员发现冠状病毒SARS-CoV-2感染肾脏并导致组织疤痕形成。在受感染的肾脏中,疤痕组织的产生可能表明对肾脏预后存在长期影响。相关研究结果于2021年12月25日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“SARS-CoV-2 infects the human kidney and drives fibrosis in kidney organoids”。 众所周知,这种冠状病毒会导致人体的严重损害,而且肾脏也会受到感染。但直到现在,感染后在肾脏中究竟会发生什么仍然是难以捉摸的。在这项新的研究中,这些作者研究了被送入重症监护室(ICU)的COVID-19患者的肾脏组织。他们发现,与非COVID-19肺部感染的ICU患者和对照组相比,COVID-19患者的肾脏出现了疤痕。 接下来,这些作者质疑肾脏损伤的确切原因是什么。这可能是这种冠状病毒的直接影响,与系统性炎症无关?为了研究这个问题,他们在实验室里培养了微型肾脏,即肾脏类器官。肾脏类器官是由干细胞发展而来,含有除免疫细胞外的许多不同的肾细胞。在肾脏类器官感染了SARS-CoV-2后,他们探究了这种冠状病毒对肾细胞的直接影响,而不考虑免疫细胞或其他系统性影响造成的潜在次级效应。他们发现,与COVID-19患者的组织一致,肾脏类器官出现了疤痕,并伴随着有助于疤痕形成的信号出现。 这些研究结果表明近期另一项以美国为基地的大型队列研究报告的超过90000名COVID-19幸存者的肾脏功能下降(JASN, 2021, doi:10.1681/ASN.2021060734)可能是由于SARS-CoV2病毒对肾脏的直接影响导致疤痕形成。 拉德堡德健康科学研究所研究员Jitske Jansen说,“在我们的研究中,我们彻底调查了这种冠状病毒对肾脏的破坏作用。被感染的肾脏类器官显示SARS-CoV-2直接导致肾细胞损伤,与免疫系统无关。通过这项研究,我们找到了显示这种冠状病毒对人体有害影响的线索。” 亚琛工业大学研究员Katharina Reimer指出,“肾脏纤维化或疤痕形成是一种严重的长期后果,几乎在任何肾脏损伤后都可能发生,与肾脏功能相关。我们的研究显示了COVID-19患者的肾脏疤痕形成,这就解释了为何这种冠状病毒可能导致肾脏功能下降,正如其他研究中所证明的那样。长期随访研究将为SARS-CoV-2引起的肾脏相关病变提供进一步的见解。” 参考资料: Jitske Jansen et al. SARS-CoV-2 infects the human kidney and drives fibrosis in kidney organoids. Cell Stem Cell, 2021, doi:10.1016/j.stem.2021.12.010.