感染SARS-CoV-2（红色）的人肺细胞（蓝色）。由Hekman等人提供。

COVID-19澳门威尼斯人注册网站研究

冠状病毒如何在短短几小时内损害肺细胞

多管并进的波士顿大学澳门威尼斯人注册网站研究小组发现18种fda批准的药物可以更早地阻止冠状病毒感染

如果科学家们确切地知道SARS-CoV-2病毒在被感染的最初几个小时内对我们的肺细胞有什么影响呢？他们能否利用这些信息找到药物，在病毒完全复制之前破坏病毒的复制过程？fda批准的几种现有药物——包括一些最初设计用于抗癌的药物——可以阻止冠状病毒的传播，这一发现表明答案是肯定的。

来自波士顿大学国家新兴传染病实验室（NEIDL）、波士顿大学医学院再生医学中心（CReM）和波士顿大学网络系统生物学中心（CNSB）的一组波士顿大学澳门威尼斯人注册网站研究人员开始了为期数月的跨学科合作探索，结合病毒学、干细胞衍生肺组织工程和深度分子测序等多个领域的专业知识，开始回答这些问题。他们同时用SARS-CoV-2病毒感染了数以万计的人类肺细胞，然后精确地追踪了感染后最初几分钟内所有这些细胞的情况。似乎这还不够复杂，澳门威尼斯人注册网站研究小组不得不将他们在NEIDL内的整个高密封澳门威尼斯人注册网站研究设施冷却到61华氏度。

这一艰巨而富有挑战性的任务的结果是什么？波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究小组揭示了迄今为止最全面的冠状病毒感染开始时肺细胞内触发的所有分子活动图谱。他们还发现，至少有18种经fda批准的现有药物，可能会在患者感染后不久被重新用于对抗COVID-19感染。在实验中，其中五种药物将冠状病毒在人体肺细胞中的传播减少了90%以上。他们的澳门威尼斯人注册网站研究结果最近发表在《分子细胞》杂志上。

澳门威尼斯人注册网站研究人员说，现在，来自世界各地的学术和行业合作伙伴正在与该团队联系，讨论下一步如何将他们的发现从实验室应用到临床。(尽管COVID-19疫苗已经开始推出，但预计需要大半年的时间才能让足够多的人接种疫苗，从而产生群体免疫力。而且不能保证目前的疫苗配方对未来可能出现的SARS-CoV-2菌株同样有效。)更有效和及时的治疗干预措施可以帮助减少与COVID-19感染相关的死亡总数。

“这项澳门威尼斯人注册网站研究的不同寻常之处在于，我们观察了感染的早期时间点，即病毒感染肺细胞后仅一小时。该澳门威尼斯人注册网站研究的高级澳门威尼斯人注册网站研究员之一、波士顿大学NEIDL的病毒学家埃尔克·米 尔伯格（Elke mhlberger）说：“看到病毒在感染过程中这么早就开始破坏细胞，真是太可怕了。”她通常处理世界上一些最致命的病毒，如埃博拉病毒和马尔堡病毒。

“最引人注目的方面是有多少分子途径受到病毒的影响，”该澳门威尼斯人注册网站研究的另一位高级澳门威尼斯人注册网站研究员安德鲁·埃米利（Andrew Emili）说，他是波士顿大学CNSB的主任，专门澳门威尼斯人注册网站研究蛋白质组学和分子相互作用的深度测序。“这种病毒对肺细胞进行大规模的重塑——它对被感染细胞的霸占程度令人惊讶。”

病毒不能自我复制，因为它们缺乏制造蛋白质的分子机制——这就是为什么它们依靠感染细胞来劫持细胞的内部机制，并利用它来传播自己的遗传物质。Emili说，当SARS-CoV-2接管时，它会完全改变细胞的代谢过程，甚至在感染后3到6小时内破坏细胞的核膜，这让澳门威尼斯人注册网站研究小组感到惊讶。相比之下，“感染致命埃博拉病毒的细胞在感染的早期时间点没有表现出任何明显的结构变化，即使在感染的晚期，核膜仍然完好无损，”m<s:1> hlberger说。

核膜包围着细胞核，细胞核保存着细胞的大部分遗传信息，并控制和调节正常的细胞功能。随着细胞核被SARS-CoV-2破坏，整个细胞的情况迅速恶化。在围攻下，这些细胞——通常在我们呼吸时维持氧气和二氧化碳的基本气体交换中起作用——会死亡。当细胞死亡时，它们也会发出刺激炎症的求救信号，引发一系列生物活动，加速细胞死亡，最终导致肺炎、急性呼吸窘迫和肺衰竭。

该澳门威尼斯人注册网站研究的资深作者之一、CReM科学家、波士顿医学中心（BMC）的肺科医生安德鲁·威尔逊（Andrew Wilson）说：“我无法预测很多这些途径，其中大多数对我来说都是新的。”波士顿医学中心是波士顿大学的教学医院。在波士顿的安全网医院BMC，威尔逊自2020年3月以来一直站在COVID-19大流行的前线，试图治疗和拯救医院重症监护病房中病情最严重的病人。“这就是为什么我们的（实验）模型如此有价值。”

该团队利用CReM的类器官专业知识培养了人类肺气囊细胞，这是一种排列在肺部内部的细胞。气囊细胞通常难以在传统培养中生长和维持，也难以直接从患者身上提取用于澳门威尼斯人注册网站研究目的。这就是为什么迄今为止，其他实验室的许多冠状病毒澳门威尼斯人注册网站研究都依赖于使用更容易获得的细胞类型，比如猴子的肾细胞。问题是，猴子的肾细胞对冠状病毒感染的反应与人类的肺细胞不同，这使它们成为澳门威尼斯人注册网站研究病毒的糟糕模型——从它们身上学到的任何东西都不容易转化为治疗人类患者的临床相关发现。

该澳门威尼斯人注册网站研究的资深作者之一达雷尔·科顿（Darrell Kotton）说：“我们的类器官是由CReM澳门威尼斯人注册网站开发的，由干细胞设计而成——它们与我们体内的活的、会呼吸的细胞不完全相同，但它们是最接近的。”他是CReM的主任，也是BMC的肺病学家，在那里他与威尔逊一起在ICU治疗COVID-19患者。他们俩经常通过Zoom电话与 hlberger、Emili和他们澳门威尼斯人注册网站研究团队的其他成员合作，他们设法在ICU短暂的平静时刻加入这些电话。

在最近的另一项澳门威尼斯人注册网站研究中，澳门威尼斯人注册网站研究小组利用CReM的工程人体肺细胞证实，现有的药物remdesivir和camostat可以有效地对抗病毒，尽管这两种药物都不是控制COVID-19引起的炎症的完美解决方案。雷姆德西韦是一种广泛使用的抗病毒药物，已在临床上用于冠状病毒患者。但根据这项新澳门威尼斯人注册网站研究的发现，这种病毒在几小时内就会对细胞造成严重损害，引发炎症，澳门威尼斯人注册网站研究人员表示，一旦感染进展到需要在重症监护病房戴上呼吸机的程度，像瑞德西韦这样的抗病毒药物可能就没什么用了。Emili说：“如果疾病已经进展，（给予remdesivir）并不能挽救生命。”

看到SARS-CoV-2如何巧妙地占领人类细胞并破坏它们进行复制病毒基因组的制造工作，它让澳门威尼斯人注册网站研究人员想起了另一种致命的入侵者。

“我很惊讶癌细胞和sars - cov -2感染细胞之间有如此多的相似之处，”米尔伯格说。作为澳门威尼斯人注册网站研究的一部分，澳门威尼斯人注册网站研究小组筛选了一些抗癌药物，发现其中一些药物能够阻止SARS-CoV-2的繁殖。像病毒一样，癌细胞想要复制自己的基因组，一次又一次地分裂。要做到这一点，它们需要产生大量的嘧啶，这是遗传物质的基本组成部分。阻断嘧啶的产生——使用一种为此目的设计的抗癌药物——也会阻止SARS-CoV-2基因组的构建。但米<e:1>尔伯格警告说，癌症药物通常有很多副作用。“我们真的想用这种重的东西来对付病毒吗？”她说。需要更多的澳门威尼斯人注册网站研究来权衡这种方法的利弊。

他们最新的澳门威尼斯人注册网站研究结果让四名高级调查人员和科学家、博士后和澳门威尼斯人注册网站研究生从他们的实验室里离开了近四个月，几乎夜以继日地工作，完成了这项澳门威尼斯人注册网站研究。对该团队的领导者来说，至关重要的是确保实验装置在模拟SARS-CoV-2病毒感染人类时实际发生的情况方面有坚实的基础。

科顿说：“科学就是答案——如果我们用科学来问肺细胞在感染冠状病毒时出了什么问题，细胞会告诉我们。”“客观的科学数据给我们提示，告诉我们该做什么，也给我们上了课。它可以揭示摆脱这场大流行的途径。”

他对团队从世界各地的合作者那里得到的推广感到特别兴奋。他说：“拥有超级计算机和机器学习专业知识的人对使用这些工具和我们出版物中的数据集来确定（治疗COVID-19）最有希望的药物靶点感到兴奋。”

科顿说，在COVID-19临床医生和科学家中，一个越来越明显的主题是认识到时机是关键。他说：“一旦病人在重症监护室里戴上呼吸机，我们就会觉得我们能为他们的身体做些什么是有限的。”“时机决定一切，确定早期干预的机会至关重要。你可以继续猜测，希望我们运气好——或者你（做澳门威尼斯人注册网站研究）从一开始就真正了解感染，并把猜测从药物开发中剔除。”

这项澳门威尼斯人注册网站研究由美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院、澳大利亚国家卫生和医学澳门威尼斯人注册网站研究委员会、肺纤维化基金会、马萨诸塞州病原体准备联合会（C3）资助。ai数字化转型澳门威尼斯人注册网站研究所，加拿大卫生澳门威尼斯人注册网站研究院和Fast Grants。