SARS-CoV-2复制在COVID-19感染早期针对鼻纤毛细胞

了解病毒感染是如何发生的，可以为研究人员制定预防病毒传播的策略和开发有效的治疗剂和疫苗提供重要线索。新冠病毒的病原体SARS-CoV-2通过病毒的刺突蛋白与ACE2的细胞外受体结合域相互作用进入宿主细胞。病毒进入细胞是由各种蛋白酶完成的，它允许病毒和细胞膜融合在一起。虽然已知上呼吸道在早期感染时受到损害，但病毒在早期感染的确切细胞类型尚未确定。

在Koh Gou Young主任的带领下，韩国基础科学研究所血管研究中心的科学家们最近发现了COVID-19感染早期阶段的过程。该小组通过结合免疫荧光染色(IFS)和参与病毒进入过程的分子的单细胞rna测序(scRNA-seq)来实现这一目标。通过这一点，Koh和他的同事们确定了冠状病毒的确切目标细胞水平上通过将感染COVID-19的受试者的结果与健康对照组的结果进行比较。

研究人员首先在鼻上皮细胞的各种类型细胞表面寻找ACE2、TMPRSS2和FURIN的存在，这些分子是主要的SARS-CoV-2入境相关分子。研究发现，这些蛋白在纤毛细胞中大量存在。此外，与基面(底部)相比，这些细胞的顶面(上部)显示出更高水平的这些分子。这些蛋白的水平在完全分化的多缘细胞中最高。另一方面，未分化的上皮细胞或分泌细胞如杯状细胞中未发现病毒进入蛋白。

接下来，研究人员使用scRNA-seq进一步研究了这些鼻上皮细胞，并使用UMAP将细胞可视化为不同的簇。从4名患者的COVID-19诊断的第一天收集了样本，并与来自健康捐赠者的两个样本进行了比较。结果发现，在感染患者的标本中，多毛细胞的比例大大减少，而分泌细胞和分化细胞的比例增加。这表明，多毛细胞首先被病毒攻击并杀死，然后被后一种类型的细胞所取代。

该研究还测量了不同类型细胞内SARS-CoV-2 mRNA转录物的水平。在COVID-19感染患者的所有上皮细胞中，38%的细胞被标记为SARS-CoV-2hi细胞。在这些细胞中检测到的基因中，高达75%是病毒来源，而在其他细胞簇中，这一比例不到1%。这意味着这些细胞是大规模生产SARS-CoV-2病毒的主要工厂。虽然不可能通过RNA序列直接识别这些细胞，因为它们主要产生病毒mRNA，但研究人员使用伪时间轨迹分析来预测它们的分化路径。分化轨迹显示SARS-CoV-2hi细胞可能来源于纤毛细胞。对感染患者样本的进一步IFS分析最终确定，高达85%的SARS-CoV-2工厂实际上是多纤毛细胞。

这项研究能够确定鼻腔上皮细胞中的多缘细胞是早期COVID-19感染的第一个靶向细胞。这意味着针对这些细胞使用特定的治疗方法，如鼻腔喷雾剂，可能是早期抑制COVID-19感染的理想策略。