《新冠病毒改变感染细胞RNA首次获证》

  • 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:2022-11-11
  • 据物理学家组织网9日报道,通过分析研究病毒、人类和动物细胞RNA获得的13个数据集,巴西圣保罗联邦大学(UNIFESP)的科学家首次证明,新冠病毒会改变宿主细胞RNA的功能。相关论文发表于最新一期《细胞与感染微生物学前沿》杂志。

      在本研究中,来自UNIFESP的科研团队通过直接RNA测序,检测了源于猴子的Vero细胞和源于人的Calu-3细胞的外转录组——细胞RNA生化修饰(如甲基化)的集合。他们通过分析细胞中存在的所有RNA,定位核苷酸每个区域甲基化的数量,定性地证明了感染细胞RNA的变化。

      论文作者马塞卢·布里奥尼斯表示:“这项研究中,我们第一个重要发现是,与未感染细胞相比,感染新冠病毒增加了宿主细胞内m6a(N6甲基腺苷)的浓度——一种甲基化。”

      研究人员解释道,m6a是最常见的RNA核苷酸修饰类型,且参与了细胞内定位和蛋白质翻译等几个重要的过程。甲基化是一种生物化学修饰,会改变蛋白质、酶、激素和基因的行为。“在病毒内,甲基化有两种功能:调节蛋白质表达,并保护病毒免受干扰素的作用。干扰素是宿主产生的一种有效的抗病毒物质。”

      研究小组还发现,不同毒株核苷酸中的含氮碱基序列存在差异。布里奥尼斯说:“有些毒株可能比其他毒株甲基化程度更高。如果是这样,它们可以在宿主细胞内更好地增殖。”

      在完成了新冠病毒如何修饰宿主细胞内m6A的研究后,科学家们计划进一步分析存储的数据,以寻找病毒RNA甲基化水平与每个感染细胞释放病毒数量——即病毒暴发规模之间的相关性。

      布里奥尼斯表示:“病毒甲基化程度越高,病毒暴发的规模也就越大。这些发现为研究新冠肺炎新疗法和现有药物的重新利用奠定了基础,还有助于更深入地了解病毒株如何逃避免疫系统。”

  • 原文来源:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2022-11/11/content_544255.htm?div=-1
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  • 《PNAS:新冠病毒通过感染人类大脑星形胶质细胞,影响大脑功能》

    • 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:2023-01-04
    • 自新冠大流行开始,就有研究显示,一些新冠患者出现神经系统后遗症,例如脑雾、头痛、注意力无法集中等等。后续许多研究关注了新冠病毒对大脑的影响、新冠病毒是否以及如何感染大脑细胞。 2020年8月,中国科学院深圳先进技术研究院黄建东教授、香港大学袁国勇教授等在 Cell Research 发表论文【1】,首次证实新冠病毒能够感染体外培养的人类神经祖细胞和大脑类器官。 虽然此后有越来越多研究证实了这一发现,但目前仍缺乏对新冠病毒感染人类大脑所涉及的细胞和分子机制,及其对大脑结构和功能影响的综合理解。 近日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表了一篇题为:Morphological, cellular, and molecular basis of brain infection in COVID-19 patients 的研究论文。 这项研究描述了新冠病毒感染对大脑中枢神经系统产生的影响,并证实病毒确实能够在大脑星形胶质细胞中感染并复制,从而降低了神经元的活力。 关于新冠病毒如何进入大脑,仍然是一个悬而未决的问题。一些动物实验表明,病毒穿过了血脑屏障;还有一种可能是病毒感染了嗅觉神经并从那里侵入了中枢神经系统,并感染了星形胶质细胞。然而,这些都停留在假设阶段。 星形胶质细胞是最丰富的中枢神经系统细胞,它们的功能包括为神经元提供生化支持和营养物质,并调节神经递质和其他可能干扰神经功能物质(例如钾)的水平。此外,它们还在维持血脑屏障、保护大脑免受病原体和毒素的侵害,以及帮助维持大脑内稳态方面发挥着重要作用。 在这项新研究中,该团队首先分析了一个新冠肺炎死亡患者的脑组织样本。在所分析的26个样本中,有5个被证实存在新冠病毒 ;而且,研究人员在这些样本中也观察到坏死和炎症的迹象,如水肿以及神经元病变和炎症细胞浸润。这些变化都可能对中枢神经系统造成损伤。这一发现支持了星形胶质细胞被新冠病毒感染的假说。 然后,他们对81名被诊断为轻度新冠肺炎感染者(其中62名出现嗅觉或味觉失灵)使用高分辨率的核磁共振成像进行大脑皮层的形态学分析。该分析是在通过 qRT-PCR 检测到新冠病毒后的平均间隔57天内进行的,三分之一参与者当时仍存在神经系统或神经精神症状,包括头痛(40%)、疲劳(40%)、记忆力改变(30%)、焦虑(28%)、嗅觉丧失(28%)、抑郁(20%)、日间嗜睡(25%)、味觉丧失(16%)和性欲低下(14%)。 研究人员将他们与81名健康志愿者进行了比较。结果显示,新冠患者组表现出更高水平的焦虑和抑郁症状、疲劳和白天过度嗜睡。核磁共振扫描显示,与对照组的平均水平相比,一些新冠患者的某些大脑区域的存在皮层厚度减少的情况,而且减少的区域全部发生在左半球。 他们还观察到28%的患者的大脑与焦虑相关的区域出现萎缩,焦虑也是最常见的新冠症状之一。研究团队表示,新冠患者中出现焦虑症状的比例显然过高,而且,意料之外的是,即使轻症患者也可能出现这些症状。在评估认知功能的神经心理学的测试中,新冠患者在某些任务上的表现也低于平均水平。 然而,这些症状是暂时的还是永久性的,目前还不得而知。研究团队发现,一些患者的症状会有所改善,但大多数人的症状还在持续;更令人惊讶的是,许多患者还会再次感染新的变异毒株,随后表现出的症状比第一次感染时更严重。 该研究共同通讯作者、巴西神经科学和神经技术研究所教授 Clarissa Yasuda 表示,鉴于目前的情况,我们认为纵向随访对于理解神经精神改变随时间的演变至关重要,并将这一理解作为开发靶向疗法的基础。 该研究还对新冠肺炎死亡患者的脑组织细胞和体外培养的星形胶质细胞进行了研究,以从生化角度分析感染病毒后如何影响中枢神经系统细胞。结果显示,与未感染的人相比,感染新冠病毒的患者的大脑星形胶质细胞中各种生化途径发生了变化,特别是与能量代谢相关的途径。 接下来,他们在实验室感染培养的星形胶质细胞中重复了蛋白质组学分析,并得出了与尸检研究相似的结果,同样显示了能量代谢功能障碍。 由于星形胶质细胞代谢是支持神经元功能的关键,星形胶质细胞代谢的改变可能间接影响了神经元。代谢组学分析结果显示,星形胶质细胞中由新冠病毒感染引起的最关键的变化之一是丙酮酸和乳酸水平的降低。乳酸输出是星形胶质细胞代谢支持神经元的方式之一,神经元会将其作为能量来源。因此,这证实了葡萄糖代谢的改变。 体外分析显示,细胞培养基中的乳酸水平正常,但细胞内部的乳酸水平下降。这意味着,即使削弱了自身功能,星形胶质细胞依然在努力维持对神经元的能量供应,但导致的结果是,星形胶质细胞的线粒体功能发生了改变,从而潜在影响了谷氨酸等神经递质在大脑中的水平。 除了在感染新冠病毒的星形胶质细胞中观察到可能导致神经元功能障碍的代谢变化外,研究团队还发现感染病毒会在星形胶质细胞中引发神经毒性分泌表型,随后释放可溶性因子,降低了神经元的活力,并进一步导致神经元死亡增加。此前在新冠肺炎患者中观察到的皮层厚度变化可以用神经元死亡以及其他机制来解释。 由于星形胶质细胞易感染新冠病毒,研究团队探索了允许病毒进入的受体。他们使用蛋白质组学分析表明,星形胶质细胞不表达 ACE2 ,但它们表达 NRP1,NRP1能够显著增强新冠病毒感染能力。 总之,这项研究结果与此前的模型研究结果一致,证实了新冠病毒能够到达患者的大脑中枢神经系统,通过与 NRP1 相互作用感染星形胶质细胞,继而损害神经元功能和活力。因此,这些发现可能为治疗新冠肺炎导致的精神症状提供了一条捷径。
  • 《利用仿生肠芯片研究新冠病毒诱发肠组织感染获进展》

    • 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:2021-01-28
    • 中国科学院大连化学物理研究所 秦建华研究员团队与中国科学院昆明动物研究所郑永唐研究员团队合作,建立了一种仿生肠芯片感染模型,研究探索了新冠病毒感染导致的肠屏障损伤、肠粘液细胞分布异常等一系列病理改变,为新冠病毒致病机理、传播途径研究和快速药物评价等提供了新的思路和方法。 新型冠状病毒(SARS-CoV-2)感染已导致全球大流行,构成重大公共卫生危机,严重威胁人类健康。临床发现,新冠病毒感染病人主要以呼吸道症状为主,但仍有20%到50%的患者具有明显的胃肠道症状,包括腹痛、腹泻、便血,甚至肠道穿孔等。另有报道在COVID-19患者的粪便样本中可发现病毒RNA,提示肠道有可能是新冠病毒攻击的另一个主要靶器官。尽管已有基于细胞和动物水平的感染模型,但针对新冠病毒诱发肠道感染的研究并不多,感染机制仍不清楚。特别是现有研究模型仍然存在一定局限,尚难以反映人体肠道组织界面、多细胞组成及粘液分泌等器官特异性关键特征。 人体内肠道具有消化、吸收和分泌等功能,也是人体最大的免疫器官。肠道组织包含复杂的多细胞成分、肠绒毛结构、粘膜和微生物菌群等,其中肠上皮组织屏障对于维持宿主—微生物稳态和抵御外界病原体感染至关重要。本工作从人体肠道结构和功能特点出发,仿生建立了一种多层设计的可灌注肠芯片装置,模拟包含多种人源肠细胞、组织界面、3D细胞基质和机械流体等复杂因素的肠组织微环境。实验中,研究者通过在多层肠芯片装置上下侧腔室内进行人肠上皮细胞、黏液分泌细胞、人脐静脉血管内皮细胞和人免疫细胞的3D动态共培养,可形成具有人肠上皮—血管内皮界面特征的肠组织屏障,并呈现典型的肠绒毛结构、粘液分泌和屏障完整性等功能。 利用该芯片装置,研究者在中国科学院昆明动物所BSL-3实验室内开展新冠病毒感染研究。当肠芯片装置暴露于新冠病毒后,在人肠上皮细胞内可见大量病毒复制,同时出现绒毛破坏,粘液分泌细胞分布异常,钙粘蛋白表达水平降低等多种肠组织屏障损伤改变。此外,病毒感染还可导致血管内皮细胞损伤,细胞数量明显减少以及细胞间连接蛋白(VE-cadherin)表达降低等改变。转录组分析发现,病毒感染可诱发人肠上皮细胞和血管内皮细胞出现异常响应,包括免疫反应相关信号通路(如TNF和NF-kappa B)激活、促炎细胞因子和趋化因子相关基因(如TNF,IL-6和CXCL10)表达升高等一系列变化。 本工作中,研究者首次尝试利用微流控仿生肠芯片装置探究新冠病毒诱发的肠道感染,发现新冠病毒可导致人肠组织屏障功能障碍,内皮细胞损伤和炎症反应等一系列病理过程。这种肠芯片感染模型可在一定程度上反映基于组织水平的肠器官生理特点以及对新冠病毒的病理响应,并具有建模周期短、耗费低和易于动态观测等优势。后续工作可进一步结合人体多种肠道免疫细胞和肠道微生物等因素,在芯片上建立更加复杂的肠道免疫微环境,对于深入研究肠道病原体与宿主间相互作用以及病毒传播途径等具有重要意义。 该工作于近日发表在《科学通报》(Science Bulletin)上。