張擁軍,凌 華,陳愛平

作為第7種能夠感染人類的冠狀病毒,SARSCo V-2引起的2019年冠狀病毒病(COVID-19)全球大流行已經(jīng)持續(xù)了1年多時(shí)間。這場(chǎng)前所未有的疫情傳播速度快,波及范圍廣,給全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)帶來巨大的影響,迄今已經(jīng)有確認(rèn)超過1.1億人感染,超過252萬人喪生[1]。盡管采取了各種非藥物干預(yù)的公共衛(wèi)生措施,并且已經(jīng)有多個(gè)疫苗緊急獲得批準(zhǔn),在數(shù)十個(gè)國(guó)家先后開展大規(guī)模預(yù)防接種,目前新增感染人數(shù)仍然高居不下,全球疫情防控形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

在過去的一年多里,隨著疫情規(guī)模的不斷擴(kuò)大,經(jīng)過全球各相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家共同努力,不同學(xué)科對(duì)于這個(gè)全新疾病的認(rèn)識(shí)不斷在積累更新。雖然SARS-Co V-2與嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-Co V)、中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERSCo V)同屬于冠狀病毒科(Coronaviridae)β冠狀病毒屬(Betacoronavirus),其基因組結(jié)構(gòu)存在較大的差異,與SARS-Co V、MERS-Co V基因組的相似度分別約為80%、50%[2]。這3種病毒都能夠引起嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)疾病,其動(dòng)物宿主、流行病學(xué)、臨床表現(xiàn)等方面已經(jīng)證實(shí)存在差異[3]。本文從病原學(xué)角度,通過總結(jié)SARS-Co V-2的細(xì)胞受體在人體不同組織的分布和被感染患者不同器官的臨床癥狀,根據(jù)國(guó)內(nèi)外COVID-19尸檢報(bào)告分析病毒的人體細(xì)胞嗜性,并根據(jù)各種體液樣品的檢測(cè)結(jié)果描述病毒在不同體液中持續(xù)排放特征。以促進(jìn)深入理解SARSCo V-2致病機(jī)制,推動(dòng)感染防控措施,加強(qiáng)感染者管理和治療,促進(jìn)科學(xué)防控COVID-19全球大流行疫情。

1 SARS-CoV-2病毒受體在人體組織中的分布

不同的病毒感染各種宿主細(xì)胞都需要特定的病毒受體,這類受體在不同細(xì)胞表面的表達(dá)和分布決定了病毒的組織嗜性。在確認(rèn)了SARS-Co V-2是導(dǎo)致COVID-19的病原之后,研究人員隨即證實(shí)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)和跨膜絲氨酸蛋白酶2(Transmembrane Serine Protease 2,TMPRSS2)參與了SARS-Co V-2感染過程[4-6]。其中,ACE2作為病毒進(jìn)入細(xì)胞的表面受體,TMPRSS2則裂解和激活病毒刺突蛋白S。因此,明確ACE2受體和TMPRSS2在人體組織中的分布、表達(dá)和活性有助于理解SARS-Co V-2潛在感染人體的途徑和致病機(jī)制。

經(jīng)過不同團(tuán)隊(duì)證明,ACE2受體在以下組織表達(dá),包括呼吸道上皮(氣管和支氣管上皮細(xì)胞、2型肺泡細(xì)胞)、心血管系統(tǒng)(冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、心外膜脂肪細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞)、胃腸道(食管角質(zhì)細(xì)胞、胃腸道上皮細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞、十二指腸、小腸、直腸)、泌尿生殖系統(tǒng)(近端腎小管、膀胱尿道上皮細(xì)胞、睪丸、精囊)以及肝臟、膽囊和神經(jīng)系統(tǒng)。但脾、甲狀腺、淋巴結(jié)、骨髓和部分免疫系統(tǒng)細(xì)胞無ACE2受體[4-6]。

根據(jù)人類蛋白圖譜(Human Protein Atlas,HPA)數(shù)據(jù)庫(kù)中RNA和蛋白表達(dá)數(shù)據(jù),TMPRSS2主要在肺、唾液腺、甲狀腺、胃腸道、胰腺、腎、肝細(xì)胞中表達(dá)。在多種男性組織如輸精管、儲(chǔ)精囊、前列腺中,TMPRSS2也有較低水平表達(dá),但在睪丸細(xì)胞及所有女性組織(乳房、卵巢、輸卵管、子宮、胎盤)中無TMPRSS2表達(dá),TMPRSS2的組織分布可能與SARS-Co V-2在男性的高感染率和嚴(yán)重程度中發(fā)揮作用[4-6]。

值得注意的是,目前有研究表明,ACE2在人體多種組織存在不同水平的表達(dá),而且在口腔、胃腸道和男性生殖系統(tǒng)表達(dá)最高,但該受體表達(dá)水平并不與病毒檢測(cè)結(jié)果相對(duì)應(yīng),表明SARS-Co V-2的致病機(jī)制還涉及到病毒與宿主的復(fù)雜相互作用[4-6]。

2 COVID-19患者不同器官/系統(tǒng)的臨床表現(xiàn)

COVID-19的主要傳播途徑是呼吸道飛沫和密切接觸傳播,接觸病毒污染的物品也可造成感染,傳染源主要是SARS-Co V-2感染的患者和無癥狀感染者[7]。越來越多證據(jù)顯示SARS-Co V-2并不局限于呼吸道,還能夠擴(kuò)散到其它多種器官,這些器官組織中也存在ACE2受體不同程度的表達(dá)。因此,大多數(shù)COVID-19患者除了呼吸道癥狀,還存在神經(jīng)系統(tǒng)、心血管、胃腸道、腎的功能失調(diào)。SARSCo V-2感染可能引起呼吸系統(tǒng)的癥狀包括發(fā)燒、干咳、喉嚨痛、多痰、身體不適、呼吸困難,嚴(yán)重的發(fā)展為呼吸衰竭[7-10]。病毒感染導(dǎo)致胃腸道可能出現(xiàn)厭食、腹瀉、惡心、嘔吐和腹痛等癥狀。常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀是眩暈和頭痛,常見的周圍神經(jīng)系統(tǒng)癥狀是味覺和嗅覺減退或喪失。隊(duì)列研究觀察到部分患者出現(xiàn)急性腎損傷、心肌受損和心臟衰竭,而部分患者出現(xiàn)丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)、乳酸脫氫酶(LDH)升高,表明病毒感染還可能殃及肝組織。同時(shí),有報(bào)道顯示,近20%COVID-19患者出現(xiàn)皮膚異常,包括蕁麻疹、空泡、紫癜及丘疹樣鱗狀病變[7-10]。

3 SARS-CoV-2病毒成分在人體不同組織中的分布

為了探索SARS-Co V-2的傳染性和導(dǎo)致包括呼吸道在內(nèi)的多器官衰竭機(jī)制的生物學(xué)基礎(chǔ),利用尸檢組織觀察COVID-19相關(guān)的病理學(xué)和形態(tài)學(xué)變化、確認(rèn)病毒成分在不同組織中出現(xiàn),能夠獲得病毒感染引起組織、器官損傷的直接證據(jù)[4,11-15]。目前常用于證明人體組織存在病毒成分的方法包括病毒核酸檢測(cè)、電鏡、免疫組織化學(xué)。通過原位雜交或核酸擴(kuò)增可以檢測(cè)病毒RNA在患者組織中的存在;透射電鏡技術(shù)由于能夠直觀觀察到病毒顆粒,適合調(diào)查COVID-19患者組織中病毒分布;利用針對(duì)病毒蛋白(S蛋白、N蛋白等)的特異性抗體進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析檢測(cè)患者組織中相應(yīng)的病毒抗原,同樣能夠準(zhǔn)確定位病毒成分在組織中的分布[4,12]。值得注意的是,直接通過透射電鏡觀察,僅僅根據(jù)形態(tài)學(xué)特征容易錯(cuò)誤地將一些亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)判定為病毒顆粒。先前有文獻(xiàn)報(bào)道利用透射電鏡在各種尸檢樣品中觀察到SARS-Co V-2病毒顆粒,部分結(jié)果隨后卻受到質(zhì)疑。因此,在透射電鏡的基礎(chǔ)上,需要結(jié)合其它技術(shù)如PCR、免疫組化、原位雜交、免疫電鏡技術(shù)等,才能確認(rèn)透射電鏡觀察到的結(jié)果[12,15]。

Dorward等[13]對(duì)英國(guó)11例死亡患者尸檢,采集了37份不同解剖部位的樣品(來自上呼吸道、下呼吸道、心、胃腸道、腎、肌肉等器官),通過多重PCR、測(cè)序和原位免疫組化檢測(cè)病毒S蛋白的方式確定病毒在不同組織分布。所有器官和組織采樣點(diǎn)都檢測(cè)到SARS-Co V-2 RNA,呼吸道最常見,其它部位如胃腸道、心、肌肉也有檢出,從肝、腎及其它器官較少檢出,患者之間不同組織部位的病毒分布也存在差異。病毒S蛋白主要出現(xiàn)在呼吸道、胃腸道、肝、腎的上皮細(xì)胞,部分肺巨噬細(xì)胞(CD68＋細(xì)胞)、內(nèi)皮細(xì)胞(CD105＋細(xì)胞)也檢測(cè)到S蛋白,與病毒進(jìn)入細(xì)胞受體ACE2表達(dá)的分布一致,在PCR檢測(cè)SARS-Co V-2陰性組織中較少檢出,未感染SARSCo V-2的患者尸檢組織沒有檢出S蛋白。

Schurink等[14]對(duì)荷蘭一家醫(yī)院21名COVID-19死亡患者進(jìn)行了前瞻性尸檢隊(duì)列研究,免疫組化發(fā)現(xiàn)多個(gè)器官存在SARS-Co V-2感染細(xì)胞。肺里病毒抗原最豐富,包括1型和2型肺泡細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、支氣管上皮、肺泡巨噬細(xì)胞等,其它器官包括上呼吸道、心、腎、胃腸道也檢測(cè)到病毒抗原。根據(jù)Trypsteen等對(duì)多項(xiàng)類似研究的總結(jié),證明多種器官存在SARS-Co V-2病毒成分(病毒RNA、病毒蛋白),包括咽、氣管、肺、血液、心、血管、腸、腦、男性生殖器、腎,其中上呼吸道、肺、口腔、胃腸道和泌尿系統(tǒng)表達(dá)最高[4]。以上結(jié)果說明,SARS-Co V-2具有廣泛的組織嗜性,能夠在多種器官中檢出。

4 病毒在不同體液中分布及持續(xù)排放

既然多種宿主組織細(xì)胞存在受體ACE2表達(dá),也在COVID-19患者不同組織器官中檢測(cè)到SARS-Co V-2病毒成分,完整的有感染性的病毒顆粒和成分也可以進(jìn)入不同體液中,病毒還可能通過多種體液排出,并增加了病毒傳播給新宿主的機(jī)會(huì),進(jìn)而成為潛在的傳染源。因此,明確SARS-Co V-2在不同體液中病毒載量的動(dòng)力學(xué)以及病毒排放持續(xù)時(shí)間,有助于全面認(rèn)識(shí)病毒傳播和致病機(jī)制、妥善管理密切接觸者和患者、科學(xué)部署各種非藥物干預(yù)措施[16-22]。人體的體液包括血液、腦脊液、尿液、唾液、痰、眼淚、精液、乳汁、羊水和陰道分泌物等,病毒還可能通過糞便排放。COVID-19全球大流行疫情暴發(fā)以來,除了將常見的上呼吸道樣品(咽拭子、鼻拭子、喉拭子、鼻咽抽吸物等)和下呼吸道樣品(肺泡灌洗液、下呼吸道抽吸物等)作為病毒核酸檢測(cè)的主要樣品來源之外,國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)也嘗試過檢測(cè)不同體液樣品,探索病毒在不同體液的分布、病毒載量以及持續(xù)排放時(shí)間,采用的方法包括核酸檢測(cè)、病毒分離培養(yǎng)以及病毒抗原檢測(cè)[16-21]。核酸檢測(cè)陽(yáng)性率最高的是肺泡灌洗液,其次為痰、鼻拭子、咽拭子、糞便、全血、尿[7]。

Wang等[18]在疫情早期就報(bào)道了我國(guó)205名患者1 070份樣品(咽拭子、鼻拭子、血液、痰、糞便、尿液等)的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)肺泡灌洗液陽(yáng)性率最高,其次為痰、鼻拭子、纖維支氣管鏡活檢、咽拭子、糞便,血液樣品檢出率僅1%,72份尿液未檢測(cè)到病毒RNA。在各種樣品中,鼻拭子平均病毒載量較高(1.4×106copies/m L),其余樣品的平均病毒載量較低(＜2.6×104copies/m L)。同時(shí)報(bào)道從患者糞便樣品中分離到活病毒,表明病毒可能通過糞便途徑傳播,為疫情早期開展感染者篩查、患者管理提供了重要信息。

W?lfel等[19]對(duì)9例德國(guó)COVID-19患者不同樣品(口咽拭子、鼻咽拭子、痰、糞便、尿液、血液)進(jìn)行了連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)咽部的病毒排放在出現(xiàn)癥狀第1周最高,第4 d口咽拭子病毒載量最高達(dá)到7.11×108copies/m L,隨后拭子樣品病毒載量下降迅速。出現(xiàn)癥狀后持續(xù)觀察到病毒排放,最長(zhǎng)28 d仍然可能從拭子樣品檢測(cè)到病毒RNA。痰液的平均病毒載量為7.00×106copies/m L,下降速度稍慢。僅能從口咽或肺相關(guān)樣品中分離到有感染性病毒,糞便樣品盡管檢測(cè)到病毒RNA濃度較高,但未能分離到病毒。多數(shù)患者糞便中出現(xiàn)病毒RNA的持續(xù)時(shí)間與痰液一致,而27份尿液和31份血液均未檢測(cè)到病毒RNA。

Chen等[20]對(duì)深圳第三人民醫(yī)院145例COVID-19患者資料的分析顯示,入院時(shí)平均病毒載量為1.16×104copies/m L,其中,支氣管肺泡灌洗液最高,平均為5.7×104copies/m L,呼吸道樣品平均為4.9×103copies/m L,鼻咽拭子平均為1.32×104copies/m L,痰液樣品平均為2.9×102copies/m L,血液平均為4.2×103copies/m L。平均病毒排放時(shí)間為17.3 d,其中普通住院患者平均為12.1 d,進(jìn)入危重病房的患者平均為24.4 d。核酸陽(yáng)性、實(shí)時(shí)熒光PCR檢測(cè)Ct值較低的患者其病毒排放時(shí)間更長(zhǎng)。以上結(jié)果,通過大量病例相關(guān)數(shù)據(jù),總結(jié)了COVID-19患者病毒分布及變化規(guī)律。

Li等[21]采用數(shù)字PCR對(duì)37例患者185份樣品(鼻咽拭子、肛拭子、唾液、血液、尿液)進(jìn)行檢測(cè),樣品來自病程7～69 d。檢測(cè)陽(yáng)性率分別為鼻咽拭子(54.05%)、肛拭子(24.32%)、唾液(16.22%)、血液(10.81%)、尿液(5.41%)。有的患者鼻咽拭子陰性,但其它樣品陽(yáng)性。平均病毒載量(copies/test)分別為鼻咽拭子(16 224±67 507)、肛拭子(20±26)、唾液(5 677±13 647)、血液(16±9)、尿液(5.1±0),再次證明鼻咽拭子和唾液具有較高病毒載量,同時(shí)也準(zhǔn)確地描述了不同體液中病毒載量。

根據(jù)Cevik等[22]對(duì)79項(xiàng)COVID-19研究的總結(jié),SARS-Co V-2 RNA在上呼吸道平均排放時(shí)間為17.0 d,下呼吸道為14.6 d,糞便為17.2 d,血液16.6 d。報(bào)道的最長(zhǎng)病毒排放時(shí)間為上呼吸道83 d,下呼吸道59 d,糞便126 d,血液60 d。另外,雖然偶爾有報(bào)道在個(gè)別案例中從腦脊液、乳汁、眼淚等樣品中檢出病毒RNA,這類體液樣品的總體檢出率極低[4]。

5 小結(jié)與展望

通過一年多來對(duì)COVID-19患者的持續(xù)觀察,已經(jīng)證明SARS-Co V-2能夠感染人體多種器官,并且能夠從多種體液中檢測(cè)到病毒相關(guān)成分。雖然目前已經(jīng)在病毒引起的呼吸系統(tǒng)病變?nèi)〉靡恍┕沧R(shí),病毒在人體其它組織引起的病變及其機(jī)制尚未完全明確。因此,繼續(xù)監(jiān)測(cè)分析病毒在不同組織的分布以及病毒從不同體液的排放時(shí)間,有利于全面認(rèn)識(shí)病毒的致病機(jī)制,監(jiān)測(cè)疾病變化和進(jìn)程,研判疾病預(yù)后結(jié)果。隨著疫情形勢(shì)的發(fā)展,可以預(yù)見,在疫情完全終止之前的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),對(duì)于病毒相關(guān)成分的監(jiān)測(cè)仍然是必需的。在分析和利用這些檢測(cè)結(jié)果時(shí),需要注意以下方面:1)謹(jǐn)慎解讀SARS-Co V-2病毒相關(guān)成分(病毒顆粒、病毒抗原、病毒RNA)在組織中檢出結(jié)果。一方面,透射電鏡觀察病毒顆粒一定要具備病理學(xué)、病毒學(xué)、形態(tài)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),并熟悉病毒形態(tài)、形態(tài)發(fā)生和正常亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域,才能得出可靠的無爭(zhēng)議的結(jié)論;另一方面,在特定組織細(xì)胞中檢測(cè)到病毒抗原和病毒RNA不一定代表完整的有感染性的病毒,可能是過量表達(dá)的病毒抗原或病毒亞基因組,因此相關(guān)病理學(xué)改變不一定是病毒感染的直接病理?yè)p傷,出現(xiàn)陽(yáng)性結(jié)果可能是因?yàn)檫@些病毒成分隨著體液循環(huán)被轉(zhuǎn)運(yùn)到相應(yīng)器官。2)提高檢測(cè)靈敏度,使檢測(cè)結(jié)論更加可靠。目前普遍采用實(shí)時(shí)熒光RT-PCR檢測(cè)病毒RNA,文獻(xiàn)中不同團(tuán)隊(duì)報(bào)道的結(jié)果(如腦脊液、眼淚、乳汁等)存在沖突。主要原因在于一些實(shí)時(shí)熒光RT-PCR檢測(cè)體系敏感性不足,影響低病毒載量樣品的檢出率,這類樣品需要靈敏度更高的數(shù)字PCR平臺(tái)。因此急需在數(shù)字PCR平臺(tái)上,全面準(zhǔn)確描述SARS-Co V-2在不同組織和體液中分布,深入認(rèn)識(shí)致病機(jī)制,促進(jìn)提高COVID-19診斷治療水平。3)合理選擇檢測(cè)樣品種類。如前所述,病毒在不同體液樣品中出現(xiàn)和持續(xù)排放的時(shí)間有差異,在臨床實(shí)踐過程中,應(yīng)當(dāng)根據(jù)已知的SARS-Co V-2在不同體液動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,調(diào)整檢測(cè)策略特別是樣品類型,在不同病程時(shí)間點(diǎn)采集合適的樣品進(jìn)行分析,使臨床診斷更加精準(zhǔn),從而更加科學(xué)地開展感染者管理(出院、隔離和解除隔離)。4)正確認(rèn)識(shí)病毒相關(guān)成分檢測(cè)結(jié)果與患者傳染性的關(guān)系。目前評(píng)判樣品是否具有傳染性的金標(biāo)準(zhǔn)是從患者樣品中分離培養(yǎng)得到完整的有感染性病毒顆粒。在感染部位、血液以及其它部位檢測(cè)到病毒RNA或蛋白,未來大規(guī)模人群的COVID-19疫苗接種還可能檢測(cè)到疫苗相關(guān)的病毒成分,所有通過核酸檢測(cè)到病毒RNA片段或免疫組化檢測(cè)到特定病毒抗原的結(jié)果,都不足以顯示樣品具有感染性。

綜上所述,在全球大流行COVID-19疫情背景下,繼續(xù)調(diào)查總結(jié)SARS-Co V-2在人體不同組織的分布和病毒在各種體液中持續(xù)排放時(shí)間,有利于深入理解SARS-Co V-2致病機(jī)制,選擇合理的臨床診斷檢材,評(píng)估各種醫(yī)療活動(dòng)的感染風(fēng)險(xiǎn),推動(dòng)落實(shí)各種感染防控措施,促進(jìn)感染者管理和治療以及科學(xué)防控COVID-19全球大流行疫情。

利益沖突:無

引用本文格式:張擁軍,凌華,陳愛平.SARSCo V-2的宿主組織分布和體液中排放研究進(jìn)展[J].中國(guó)人獸共患病學(xué)報(bào),2021,37(12):1118-1122.DOI:10.3969/j.issn.1002-2694.2021.00.153