bioRxiv | 单细胞测序分析技术进一步揭示新型冠状病毒受体的组织和人群特征分布情况

新型冠状病毒感染人体需要与人体组织表达的受体相结合才能实现。此次疫情爆发伊始，中科院巴斯德所郝沛等学者就率先通过计算模拟推测出新型冠状病毒可能和SARS有同样的受体ACE2，虽然其与ACE2的结合力可能弱于SARS。接下来，武汉病毒研究所石正丽团队又用实验进一步证实ACE2确实对于新型冠状病毒感染细胞是必需的。由此可见，深入了解ACE2的分布和表达对于该病毒的防控有着十分重要的意义。

虽然病毒入侵人体可能有多种不同方式，但通过呼吸道入侵肺部并引发重症肺炎仍是其致病最主要模式。人体肺脏是一个复杂的组织器官，包括二十三级的支气管分支和上亿的肺泡结构。肺泡内又有I型II型两类肺泡上皮细胞及伴行的血管内皮细胞，还有包括巨噬细胞在内的各种免疫细胞等。这任何一类细胞理论上均可能成为冠状病毒感染的靶细胞。以往的免疫组织学研究已经对ACE2受体在人体肺组织内的表达情况进行了分析，结论显示ACE2在人体I型肺泡、II型肺泡、支气管上皮和血管内皮等多种细胞均有表达。然而，众所周知免疫组织化学方法时常存在非特异性染色的问题，且在定量方面可信度不高。为此，有必要综合利用更为先进的技术来开展定量研究靶细胞。

2020年1月26日，上海同济大学医学院左为研究团队（赵宇和赵子贤为论文共同第一作者）在预印本网站bioRxiv上发布了题为“Single-cell RNA expression profiling of ACE2, the putative receptor of Wuhan 2019-nCov” 的最新研究论文。该论文基于公开的数据库，利用单细胞RNA测序分析技术，对新型冠状病毒2019-nCOV的受体基因血管紧张素转化酶2（Angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）在人体肺脏内每一个细胞的表达情况进行了分析，研究了共计四万三千多个细胞。分析结论表明：ACE2受体的表达主要集中在肺内一小群II型肺泡上皮细胞(AT2)上，这群对病毒易感的AT2细胞占所有AT2细胞数量的1%左右。这些AT2细胞不仅表达病毒受体，还高表达其它二十多个与病毒复制和传播密切相关的基因，说明其很可能正是冠状病毒感染的靶细胞。此外，基于个体人群的分析指向男性可能比女性表达更高水平的ACE2，而亚裔有可能比其它人种表达更高水平的ACE2—— 但这一推测尚有待更大规模人群数据来验证。

在本研究中，他们整合分析了NCBI数据库中近两年来积累的肺脏单细胞测序数据，对选用的高质量数据采用最新的生物信息学方法开展了深入挖掘和分析。结果显示ACE2在0.64%的肺细胞中表达，且80%以上都集中表达于II型肺泡细胞。表达ACE2的II型肺泡占其总数量的1.4%。在其他细胞类型如I型肺泡、支气管上皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞和巨噬细胞中可见零星ACE2表达（下图所示为ACE2及各类型细胞特征标记基因在亚裔个体中表达情况）。

通过对基因功能(Gene Ontology)的分析，研究者发现这1.4%的ACE2+ II型肺泡细胞表达多个与病毒组装复制相关的功能基因，具体包括SLC1A5, CXADR, CAV2, NUP98,CTBP2,GSN,HSPA1B,STOM,RAB1B,HACD3,ITGB6,IST1,NUCKS1,TRIM27,APOE,SMARCB1,UBP1,CHMP1A,NUP160,HSPA8,DAG1,STAU1,ICAM1,CHMP5,DEK, VPS37B, EGFR, CCNK, PPIA, IFITM3, PPIB, TMPRSS2, UBC, LAMP1，CHMP3等。研究者认为，这些基因可能被病毒“劫持”之后以各种模式帮助病毒感染人体。例如CAV2表达Caveolin蛋白，可帮助细胞膜内陷而使得细胞表面的病毒更容易被吞噬到细胞内部。如果能设法基于现有的药物干预这些基因功能，或许可以起到阻断病毒感染的作用。

接下来，左为团队又基于现有的八例正常人的单细胞测序数据比较了不同个体中ACE2的表达和分布情况。结果显示ACE2表达与个体的年龄和吸烟情况无相关性。而两例男性个体的ACE2表达水平均高于其它六例女性，总体在三倍以上，在肺内的分布也更广泛。这与目前流行病学观察到的新型冠状病毒男性患者为女性数量的三倍大致吻合。另一个发现是唯一一例亚裔（男性）标本的ACE2表达水平远高于其它所有人（包括非洲裔和白种人），在平均值的五倍以上。鉴于SARS及本次疫情均以亚洲为中心爆发，这是否提示亚裔是冠状病毒的易感人群，尚有待进一步的验证。

原文链接：

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.01.26.919985v1