Cell：临床级可溶性人ACE2对SARS-CoV-2感染的抑制作用

来源：BioArt

撰文 | 章台柳

据报道，世界多个地区新出现和再次出现的人畜共患疾病的发病率正在增加，新出现的传染病爆发对人类健康构成威胁，例如2003年出现的严重畸形呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）。2019年12月，新型冠状病毒（SARS-CoV-2）跨越物种屏障感染人类，并在人与人之间有限传播，导致全球新冠肺炎爆发。这种病毒引起的COVID-19具有流感样症状，引发从轻微疾病到严重的肺损伤和多器官衰竭，最终导致死亡。世卫组织已宣布，COVID-19是一种全球大流行性的公共卫生紧急事件。SARS-CoV-2的流行不仅给公共卫生带来巨大负担，而且对社会和全球经济产生了显著影响。

SARS-CoV-2与SARS-CoV有诸多相似之处。系统发育分析显示SARS-CoV-2属于β冠状病毒属B系。SARS-CoV-2的受体结合域（RBD）与SARS-CoV的相似，提示可能存在共同的宿主细胞受体。ACE2被鉴定为SARS-CoV的功能性受体，过表达人源ACE2导致小鼠感染SARS-CoV的病情更严重【1】，将SARS-CoV的spike蛋白注入小鼠体内可降低ACE2的表达水平，加重肺损伤【2】。因此，ACE2既是SARS-CoV进入细胞的受体，又能保护肺免受损伤。Cryo-EM结构显示SARS-CoV-2的spike蛋白直接结合到ACE2，且两者的结合亲和力更高。细胞培养时加入可溶性ACE2-Ig或非特异性蛋白酶抑制剂——camostat mesylate能抑制携带SARS-CoV-2 spike蛋白的假病毒感染，且高剂量的camostat mesylate（100ug/ml）能部分抑制SARS-CoV-2生长【3】。那么可溶性ACE2是否能够抑制SARS-CoV-2感染？

 近日，来自西班牙的Nuria Montserrat、瑞典的Ali Mirazimi和澳大利亚的Josef Penning团队在Cell上以pre-proof形式发表了文章Inhibition of SARS-CoV-2 infections in engineered human tissues using clinical-grade soluble human ACE2，报道了临床级人源重组可溶性ACE2（hrsACE2）能够显著降低SARS-CoV-2的生长，并揭示出人血管类器官和肾脏类器官易受SARS-CoV-2感染，而hrsACE2能在感染早期显著抑制感染的发生。

研究团队首先从瑞典一名确诊为COVID-19的患者鼻咽样本中分离出SARS-CoV-2病毒，并在Vero E6细胞中培养。电子显微镜显示SARS-CoV-2分离物呈现冠状形状，系统发育分析表明该病毒属于clad A3病毒。考虑到ACE2是SARS-CoV-2的受体，且hrsACE2已经经历过临床I期和II期测试，所以临床级hrsACE2是否能干扰SARS-CoV-2感染？向Vero-E6细胞培养液中同时加入SARS-CoV-2病毒和hrsACE2，1 h后去除hrsACE2和SARS-CoV-2，感染发生15 h后检测细胞内病毒滴度。结果显示hrsACE2显著抑制SARS-CoV-2感染，且抑制效果与病毒浓度和hrsACE2剂量有关。然而，鼠源重组可溶性ACE2（mrsACE2）不能抑制感染。Vero-E6细胞培养液加入hrsACE2或mrsACE2与SARS-CoV-2共培养15 h，发现hrsACE2能显著减少病毒感染，而mrsACE2没有效果，且hrsACE2和mrsACE2对细胞没有毒性。这些结果表明hrsACE2在体外显著减少SARS-CoV-2感染。

SARS-CoV-2感染的主要部位是肺部，进而传播到其他组织如肾脏和肠道。疾病发展过程中产生病毒血症，该病毒大小为80-100nm，这表明SARS-CoV-2必须先感染血管，然后在感染局部组织。为了验证这个假说，研究人员从诱导多能干细胞构建人毛细血管类器官，并利用SARS-CoV-2进行感染。SARS-CoV-2暴露的3到6天，血管类器官中病毒RNA增加，SARS-CoV-2进行活跃性复制。上清液能够有效感染Vero E6细胞，即感染的毛细血管类器官产生子代病毒。添加hrsACE2显著减少人血管类器官的病毒感染，且没有毒性副作用。

肾小管中ACE2高表达，且尿液中检测到SARS-CoV-2病毒，那么SARS-CoV-2能否直接感染人肾小管细胞？研究人员从人胚胎干细胞中构建了具有肾小管样细胞的肾类器官，且肾类器官中ACE2的表达模式与肾组织类似。SARS-CoV-2能够在肾类器官中复制，上清液高效感染Vero E6细胞，添加hrsACE2显著减少SARS-CoV-2的感染。

总之，文章证明临床级可溶性人ACE2有效抑制SARS-CoV-2在Vero E6、人血管类器官和人肾脏类器官的感染，或将有助于控制SARS-CoV-2感染。但研究具有局限性。研究聚焦于感染早期，无法预测hrsACE2对病情后期的作用；肺是COVID-19的主要靶点器官，文章缺乏对肺类器官的研究；肾素-血管紧张素系统（RAS）是一个易受外部过程调控的复杂信号网络，而研究系统没有考虑RAS过程。