《Nature子刊发现一种特殊的信号通路,可用于治疗COVID-19引发的肺部疾病》

  • 来源专题:中国科学院病毒学领域知识资源中心
  • 编译者: malili
  • 发布时间:2020-10-19
  • 费城儿童医院(CHOP)和宾州大学医学院的研究人员发现了一种特殊的细胞途径,可以靶向天然存在的药物来刺激肺组织再生,这是从多种肺部疾病治疗所必需的。这

    这一发现公布在Nature Cell Biology杂志上,可以为患有肺部疾病的患者提供更好的治疗方法,其中包括由于COVID-19引起的急性呼吸窘迫综合征(ARDS)。

    “使用尖端技术,包括全基因组和单细胞分析,我们已经确定了参与肺组织再生的特定细胞途径,并找到了增强这种过程的药物,”资深作者G. Scott Worthen博士说。

    肺炎,流行性感冒和ARDS(已知COVID-19并发症之一)等疾病会损坏肺泡囊壁(称为肺泡上皮),从而阻止氧气从肺部进入血液,导致发生ARDS的COVID-19患者病危,而且迄今为止,尚未开发出专门用于治疗COVID-19患者ARDS的药物。了解哪些遗传靶标和途径参与上皮组织的再生,对于开发针对ARDS和类似疾病的有效疗法至关重要。

    先前的研究表明,II型肺上皮细胞(AT2)是通过自我更新和转分化为I型肺上皮细胞(AT1)的,后者是参与肺修复的重要细胞,可促进肺囊与附近毛细血管之间的气体交换。

    然而,在此研究之前,尚不清楚疾病相关损伤后AT2细胞中的基因发生了哪些变化,以及再生AT2细胞如何影响与附近间充质细胞的相互作用,这在组织修复中也很重要。

    在这篇文章中,研究人员利用全基因组分析,评估了肺损伤后AT2的变化,这些变化会打开细胞内的染色体,并使特定的基因可用于细胞的机制。然后,研究人员对AT2细胞和间充质细胞进行了单细胞分析,更好地了解两种细胞在损伤过程中如何相互作用,以及涉及哪些细胞信号通路。

    最终,这两种方法分析汇合在一条途径上:一种称为STAT3的转录因子增加了脑源性神经营养因子(BDNF)的表达,从而增加了肺组织的再生。

    在进一步分析该途径时,研究人员鉴定了一种天然存在的化合物,即7,8-Dihydroflavone(7,8-DHF),该化合物靶向该途径中的受体,在多种小鼠肺损伤模型中刺激并加速了肺组织修复。

    该研究的一作Andrew J. Paris博士表示:“我们相信这些发现有助于开发出一种新的疗法,可以帮助患者从COVID-19和类似疾病中康复。根据这项研究的结果,我们认为7,8-DHF是进入肺部疾病临床试验的绝佳候选药物。”

    (生物通)

    原文标题:

    STAT3-BDNF-TrkB signaling promotes alveolar epithelial regeneration after lung injury

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    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-09-26
    • 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
    • 发布时间:2020-12-04
    • 病例研究和尸检结果证实,在某些情况下,COVID-19会造成严重的肺部损伤,以至于患者需要进行肺部移植才能存活。 在一项新的研究中,来自美国西北大学的研究人员分析了来自接受肺部移植的COVID-19患者和死于该病的患者的遗弃组织。他们发现,COVID-19会破坏肺部的“基本框架”,这意味着这种器官根本无法恢复。这意味着患者的治疗选择变得非常有限。相关研究结果于2020年11月30日在线发表在Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Lung transplantation for patients with severe COVID-19”。 论文通讯作者、西北大学费恩柏格医学院肺移植项目外科主任、胸外科主任Ankit Bharat博士说,“我们提供了明确的证据,表明COVID-19会对一些患者的肺部造成永久性损伤,对这些患者来说,肺部移植是他们生存的唯一希望。” Bharat及其研究团队还在COVID-19患者的发生不可逆损伤的肺部组织中发现了独特的称为KRT17上皮细胞的细胞。这些细胞也在终末期肺纤维化患者中被发现。肺纤维化是一种致命的进行性肺部疾病。 这是此类研究的首次发现。迄今为止,已有8名COVID-19患者在西北大学费恩柏格医学院接受了双肺移植手术。西北大学费恩柏格医学院是世界上接受双肺移植最多的医疗机构。 美国勒诺克斯山医院(Lenox Hill Hospital)肺科专家Len Horovitz博士在读完这篇论文后说道,令人震惊的是,COVID-19会严重损害肺部,以至于肺移植---一种“为极少数患者保留的”治疗方法---成为必要。Horovitz补充道,肺移植有其自身的危险性。 他说,“移植的并发症包括病毒感染(甚至可能再次患上COVID-19)、细菌感染和潜在的移植肺部排斥。” 在西北大学的一篇新闻稿中,Bharat详细阐述了COVID-19是如何破坏肺部的。Bharat解释道,“肺部愈合所需的祖细胞可以沿着肺部基质的基本框架移动,重新填充肺部的伤口。但是,当这种基本框架被破坏时,这些祖细胞就没有地方可去,肺部就会出现大洞,成为感染的温床,我们在这些患者接受艰难的肺部移植手术中也观察到了这一点。” 他说,“你可以这样想:在地震发生后,如果一栋建筑的基本结构得以幸存,它仍然可以翻新。然而,如果它被夷为平地,唯一的选择就是更换。” 根据论文资深作者、西北大学肺部与重症医学教授兼主任Scott Budinger博士的说法,遭受COVID-19攻击的肺部“也与患上特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis)的患者的肺部表现出惊人的相似性”。 Budinger在这份新闻稿中说道,在这种疾病中,肺部组织会变得“又厚又硬,使身体难以吸入氧气”。 他补充道,“与肺纤维化一样,我们发现COVID-19导致称为单核细胞的循环免疫细胞的招募,这些单核细胞很可能被招募到肺部以杀死导致这种疾病的新型冠状病毒SARS-CoV-2。在纤维化的肺部中,这些细胞也会促进纤维化瘢痕组织的形成。这些细胞可以很容易和安全地进行采样,也可能有助于识别那些未能从COVID-19中康复的患者。” 这篇论文中也有一些好消息:这些研究人员还发现,对危重患者进行肺部移植是安全的,即使是那些因感染性原因导致肺衰竭的患者,比如COVID-19患者。他们表示,这是移植领域的新信息。而且还有另一线生机:尽管在肺部移植患者中使用了免疫抑制药物,但导致COVID-19的新型冠状病毒似乎并没有复发。 这些研究人员还发现,对于肺部受损严重以至于不进行肺部移植就无法生存的COVID-19患者来说,将他们置于ECMO(体外膜肺氧合)---一种能完成心脏和肺部工作的生命支持机器---中是安全的。他们说,ECMO可以长时间使用,并且仍然为肺部移植手术的成功敞开大门。 最近在西北大学费恩柏格医学院进行的肺部移植手术涉及一名在ECMO上度过130天的患者。这是世界上已知的患者在接受肺部移植前接受ECMO治疗的最长时间。 这些研究人员说,这项研究中最好的消息是:在接受肺部移植后,患者的康复速度很快。