研究人员揭示了由SARS-CoV-2（即新冠病毒）引起的肺损伤过程中的细胞反应变化。研究团队发现，在严重的COVID-19中，免疫反应的波浪式变化最终会导致肺纤维化——即肺部瘢痕形成。
作为英国冠状病毒免疫学联盟（UK-CIC）的一部分，来自Wellcome Sanger研究所、帝国理工学院、纽卡斯尔大学和哈佛大学的研究人员使用多种细胞映射技术，构建了对COVID-19期间细胞反应和肺组织变化的全面理解。这项研究是国际人类细胞图谱计划的一部分，旨在绘制人体内每种细胞类型。
发表在《自然通讯》上的这项研究表明，一组新的分子标记可以区分肺泡损伤的逐渐阶段。该工作为进一步分析严重疾病中的炎症反应的细胞机制打开了大门。
全球已有超过700万人死于COVID-19，而SARS-CoV-2病毒仍在继续传播，最常见的死因是呼吸衰竭。COVID-19引起的肺损伤被称为弥漫性肺泡损伤（DAD）。肺泡是肺部气囊状结构，血液和肺部在此进行氧气和二氧化碳的交换。
随着DAD的恶化，其病理特征从早期到晚期都有显著区别。虽然先前的研究记录了晚期DAD中扩大的免疫反应，但对早期和晚期肺泡损伤之间的细胞和分子差异的知识仍然有限。了解这些差异对于开发预防患者发展成严重COVID-19的治疗方法至关重要。
在他们的研究中，他们结合了COVID-19患者死后肺组织样本的单细胞RNA测序数据和空间转录组学数据。这两种方法的结合使研究人员能够识别出与早期和晚期DAD相关的基因活性、分子生物标志物以及细胞间的相互作用。
在早期DAD中，研究人员发现了与保护性炎症反应相关的基因活性，例如白细胞介素基因表达增加——这些蛋白质调节免疫反应。他们还发现了金属硫蛋白相关基因的上调，这些基因被认为可以保护细胞免受高金属含量的毒性影响。令人惊讶的是，研究人员还观察到了不同类型的巨噬细胞随着DAD从早期到晚期的发展而出现的变化。
在晚期DAD中，研究人员看到了与肺纤维化相关的标记物增加——这是一种导致肺组织瘢痕化和僵硬的病理状态，使得呼吸困难。
研究团队还注意到参与纤溶过程的几个基因调控发生了变化。纤溶是一个正常的生理过程，涉及血凝块的分解。他们证明了SERPINE1基因在感染SARS-CoV-2的肺细胞中纤溶功能障碍中起关键作用。他们还指出，这个基因在早期DAD中的上调比晚期DAD更为明显，并且是通过疾病相关巨噬细胞群体的信号促进的。
研究人员希望对COVID-19期间肺损伤进展的细胞和分子机制有更深入的理解，将为未来的研究提供信息，并最终开发出在患者发展成严重疾病之前受益的治疗方法。
“我们的研究使我们能够更全面地了解我们的肺部如何应对SARS-CoV-2病毒。我们识别了一组在肺损伤早期和晚期发生变化的新细胞类型。我们还识别了免疫细胞亚群——巨噬细胞——它们在感染的非常早期就开始积累，并随着疾病的恶化而转变为不同的群体。我们的结果提供了关于这种影响全世界人民的疾病的更详细的理解。”Jimmy Tsz Hang Lee博士说。
“严重疾病的一个标志是在肺血管中形成血栓。在这里，我们识别了驱动这一过程的因素和特定细胞，表明由于分解血栓的机制缺陷，导致血栓积聚。这为解决这些阻塞并恢复肺组织中的血流提供了潜在的目标。”Sam Barnett博士说。
“单细胞数据和空间转录组数据的结合使你能够立即识别出在肺泡损伤早期和晚期富集的基因和分子生物标志物。综合方法提供了对COVID-19分子过程的详细理解，这对理解一种仍在影响数百万人的病毒来说是一个巨大的飞跃。”Martin Hemberg博士说。
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