新冠病毒的蔓延，让世界各地的很多科学家加入了这场抗疫战争之中。
随着时间的推移，越来越多的研究成果出炉，新冠病毒的面目正逐渐变得清晰起来。
然而，我们即将看清的那张脸，却越发狰狞起来。
近日，由MIT/哈佛的Jose Ordovas-Montanes和Alex Shalek领衔的研究团队，在顶级期刊《细胞》上发表了一项重磅研究成果[1]。
他们发现，新冠病毒进入细胞的所必需的受体蛋白ACE2，竟然是细胞天然抗病毒防御系统的一部分。在病毒入侵细胞之后，天然抗病毒通路被激活，这也导致周边的“旁观”细胞的ACE2表达水平升高，给新冠病毒送去了更多的入侵位点。
研究人员认为，这一发现表明，冠状病毒可能已经进化出利用宿主细胞天然防御系统的能力，能劫持一些防御相关的蛋白以供自己使用。
据了解，这也是学界首次将ACE2蛋白与干扰素触发的天然抗病毒防御机制联系在一起。
▲论文首页截图
实际上，Ordovas-Montanes和Shalek领衔的研究团队研究的初衷，也是寻找新冠病毒感染的靶细胞，以及这些靶细胞的基因表达情况。
与前天我们报道的一样[2]，Ordovas-Montanes和Shalek与他们的同事，也是采用了人类细胞图谱（HCA）联盟等数据库的数据，不过他们同时还研究了非人类灵长类动物和小鼠的情况。
总的来说，与维康桑格研究所的结论基本一致：II型肺泡上皮细胞、鼻杯状分泌细胞和回肠里的部分细胞，会同时表达新冠病毒感染所必需的ACE2和TMPRSS2。这也再次证明，鼻子确实有可能是新冠病毒感染的第一站和毒库。
▲新冠病毒感染细胞示意图（图源：broadinstitute.org）
然而，当Ordovas-Montanes等分析ACE2表达细胞与不表达细胞的其他基因表达有何差异的时候，他们意外发现了干扰素（IFN）信号通路的影子：ACE2的表达水平与干扰素通路的基因正相关，即干扰素信号通路的激活似乎促进了ACE2的表达。
这个不寻常的现象，引起了研究人员的注意。
因为当前已知的是，细胞一旦检测到病毒入侵，就会启动干扰素抗病毒信号通路，这条通路对非人类灵长类动物和人类防御病毒非常重要。因此，从理论上讲，激活干扰素通路，对细胞抗病毒是有益的。
但是，在临床中研究人员观察到的现象却与理论推测相反，在使用干扰素治疗之后，一些新冠肺炎患者要么病情迅速进展，要么恶化[3]。这些临床表现显然与我们对干扰素通路的传统认知不同。
这背后是不是藏着什么秘密呢？是不是与他们的发现有一定的关系呢？
▲冠状病毒与细胞膜的融合过程（图源：10.1038/nrmicro.2016.81）
上面的几个疑问，促使Ordovas-Montanes和他的同事开始考虑，干扰素是不是直接调节特定细胞中ACE2的表达水平呢？如果是的话，那么究竟是提高组织的保护能力，还是让新冠病毒更容易通过ACE2进入细胞？
为了搞清楚上面的问题。研究人员用逐渐递增剂量的IFNα2、IFNγ、IL-4和IL13等细胞因子，分别处理鼻上皮细胞，12小时之后做RNA测序。结果显示，只有IFNα2和IFNγ诱导了ACE2的表达，而且是剂量依赖性，IFNα2对ACE2表达的影响尤其大。
Ordovas-Montanes等还在小鼠气管基底细胞，常用的人支气管细胞系，以及两个人类供体提供的上呼吸道基底细胞中，做了进一步的验证。
▲S蛋白的RBD与ACE2结合的动图
在人类的细胞中，上面的研究结果得以复现，证实ACE2的表达水平，随着IFNα2和IFNγ浓度的升高而升高。这就意味着，ACE2的表达，确实是受干扰素调控。也就是说，ACE2其实是属于干扰素刺激基因（ISGs）大家族中的一员，是先天性防御的一部分。
不过，奇怪的是，在小鼠的细胞系中，无论使用多高浓度的干扰素，ACE2的表达水平就是纹丝不动。这就有意思了，咱们后面再说。
随后，研究人员进一步在其他数据库中调查干扰素对ACE2表达的影响。结果显示，干扰素处理之后，能在原代皮肤和支气管细胞中观察到ACE2的表达水平出现5倍以上的飙升；不过，免疫细胞ACE2的表达水平不受干扰素的调节。
▲小鼠和人的不同组织ACE2表达与干扰素等细胞因子的关系
这个观察结果，让研究人员想明白了一个问题：既然ACE2是天然防御通路ISGs的一员，为什么一直以来都没有被发现？
现在看来，这主要是因为强烈的ACE2表达上调主要发生在上皮细胞中，而之前关于ISGs的研究忽略了上皮细胞这个群体，因此ACE2就一直没有被鉴定为受干扰素调控的防御相关基因。
此外，研究人员还从生物信息学的角度分析了ACE2的转录起始位点，进一步证实了ACE2的表达受干扰素调控。这基本上就坐实了ACE2其实是上皮细胞中的一个未被发现的ISGs。
▲新冠病毒（黄色）与死亡的细胞（图源：NIAID-RML）
研究做到此处，还差最关键的一步，在真实的病毒感染人体过程中，作为天然防御系统的一员，ACE2的表达会不会升高？因为上呼吸道感染会诱发强烈的干扰素反应。
Ordovas-Montanes等首先发现甲流感染会上调患者II型肺泡上皮细胞ACE2的表达，但是不清楚是被感染的细胞还是“旁观者”细胞的ACE2表达水平升高。
为了搞清楚这个问题，研究人员又分析了一个正在进行中研究的RNA测序数据。这个研究涉及18名甲流或者乙流感染者，通过洗鼻子获取感染者鼻腔的细胞，然后给这些细胞做RNA测序分析。
Ordovas-Montanes的同事从中筛选了同时表达ACE2和TMPRSS2的细胞，然后分成感染病毒和未感染病毒两类。最终的数据让研究人员眼前一亮，没有被感染的杯状分泌细胞ACE2表达水平上升的最高。
这不仅说明被感染细胞产生的干扰素，影响了周围还没被感染的细胞，导致旁观者细胞高表达ACE2；也意味着上呼吸道感染者是新冠病毒的易感人群。
综合以上数据，研究人员认为，ACE2确实是上呼吸道细胞天然防御通路的一份子。
简单地讲，ACE2是上皮细胞天然防御系统的一部分。只是没想到被新冠病毒当成了入侵靶点。不得不说，新冠病毒这进化的是有些嚣张了~
▲干扰素信号通路与新冠病毒感染机制猜想图
另外，我们前面提到的一点儿是，小鼠的同类型细胞中不存在类似的现象，这意味着在研究新冠病毒时，选择小鼠作为模式动物需要慎重考虑，毕竟小鼠响应新冠病毒感染的机制与人类存在明显的差异。
最后，我这里总结一下Ordovas-Montanes和Shalek团队的发现。
他们再次确认了新冠病毒感染的细胞类型，并明确了ACE2是上呼吸道上皮细胞天然抗病毒系统的一部分，干扰素会刺激新冠病毒靶细胞表达更多的ACE2，这可能会增强新冠病毒的感染能力。
这个发现也让干扰素在新冠肺炎的治疗中的使用变得复杂。接下来，需要更细致深入的基础研究，以及严格控制的临床试验去探索干扰素在治疗新冠肺炎中的效果。
参考资料：
[1].https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30500-6#
[2].Sungnak, W., Huang, N., Bécavin, C. et al. SARS-CoV-2 entry factors are highly expressed in nasal epithelial cells together with innate immune genes[J]. Nature Medicine, 2020.
[3].https://www.nature.com/articles/d41573-020-00016-0
本文作者 | BioTalker