大規模跨院合作首建「細胞輿圖」 揭新冠重症肺衰竭機制!

2021/05/03
大規模跨院合作首建「細胞輿圖」 揭新冠重症肺衰竭機制!
近(4月29)日,美國一項刊登在《Nature》的大型跨醫院、跨中心合作研究指出,透過取得17名新冠肺炎(COVID-19)患者的大體樣本、分析各組織的細胞種類及單顆細胞RNA定序,成功建立了新冠病毒
近(4月29)日,美國一項刊登在《Nature》的大型跨醫院、跨中心合作研究指出,透過取得17名新冠肺炎(COVID-19)患者的大體樣本、分析各組織的細胞種類及單顆細胞RNA定序,成功建立了新冠病毒感染細胞的「細胞輿圖」(cell atlas)。研究團隊表示,這項研究不僅更加限縮了與重症相關的基因範圍,也發現肺部在感染過程中嘗試修復自己、卻追趕不上病毒造成破壞速度的證據,可做為未來更多研究的基礎。
 
這項研究是由哈佛大學、麻省理工學院(MIT)與布洛德研究所(Broad Institute of MIT and Harvard)、貝斯以色列女執事醫療中心(Beth Israel Deaconess Medical Center, BIDMC)、麻省總醫院(Massachusetts General Hospital) 及旗下Ragon研究所、布萊根婦女醫院(Brigham and Women's Hospital, BWH)、哥倫比亞大學醫學中心(Columbia University Irving Medical Center)等國際知名的醫院及醫學研究中心共同執行。
 
研究團隊分析了來自17個獲得患者或家屬同意捐出的新冠患者的屍檢樣本,建立共420份樣本的檢體資料庫(biobank),組織則含括了11種器官系統(organ systems)來源,包括肺、心、肝、腎等。
 
他們以單細胞RNA定序數據,研究新冠病毒如何影響細胞功能和遺傳機制,目標是建構多達數十萬顆細胞、週全的細胞輿圖,解開新冠肺炎如何導致器官衰竭、致人於死。
 
研究團隊發現,肺是感染徵兆最為密集的部位。最主要的肺損傷,出現在負責讓肺部順利呼吸和氣體交換的AT1細胞。隨著AT1細胞的死亡,與之相關的AT2細胞試圖將自己轉變成AT1細胞但轉變過程最終卻停留在中間態,這樣的情形也出現在其他肺部疾病(例如肺部纖維化)的患者中。
 
除了AT2細胞,肺部也會嘗試將較靠近上呼吸道的細胞——肺內類基底前驅細胞(intrapulmonary basal-like progenitor cells)轉變成AT1細胞,這類型的分化轉移以前只在老鼠模型中見過。研究團隊認為,這些發現顯示新冠重症的肺衰竭,是由於肺部細胞雖然嘗試再生,但仍無法超越病毒造成的損壞。
 
「你可以發現肺部已經嘗試處理這些損傷,卻依然無法修復它自己。」研究共同作者、布洛德研究所教授Aviv Regev感性地說。
 
除了肺臟研究,這項研究也說明病毒如何影響肺部以外的組織,其中一項令人驚訝的發現是,雖然心臟持續受到顯著的損害、在許多種不同類型的心臟細胞都發現基因表現受到影響,但在心臟測出的病毒RNA卻非常少。研究團隊認為,那是否意味著病毒已經被清除,或是心臟是否受到間接傷害,都需要進一步研究。
 
此外,他們也研究了27個在過去全基因體關聯研究(GWAS)中,曾被指出和新冠重症相關的基因表現,並將注意力集中在一批在關鍵細胞種類中高度表現的基因,特別是在被感染的肺。研究團隊表示,這些發現將能幫助更加限縮潛在的重症遺傳因子,更著重在與新冠重症最相關的細胞種類。
 
團隊現也正在著手完成其他屍檢樣本的分析,例如腦部、脾臟、氣管,以更完整的描繪新冠肺炎病理,作為提供給未來更多發表的研究資源。
 
參考資料:
https://www.worldpharmanews.com/research/5665-large-collaboration-creates-cell-atlas-of-covid-19-pathology
研究原文:
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03570-8

(編譯 / 吳培安)