严重的COVID-19如何导致肺衰竭和死亡？

世界各地有超过300万人死于严重的COVID-19病毒，如今在印度每天仍有成千上万的人不幸地丧生。尽管在一年多的时间里已经开发出了有效的疫苗，诊断测试和治疗方法，取得了令人难以置信的进步，但我们仍然不清楚肺部和身体其他部位到底发生了什么，从而导致致命的后果。

《自然》杂志上的两项最新研究提供了有关SARS-CoV-2（引起COVID-19的冠状病毒）对人体的影响的最详细的分析[1,2]。研究表明，在晚期感染人群中，SARS-CoV-2经常会在死亡前在肺部引发一系列毁灭性的宿主事件。这些事件包括失控的炎症和肺无法修复的严重的组织破坏。

两项研究均得到了美国国立卫生研究院的支持。一个来自纽约哥伦比亚大学的本杰明•伊扎尔（Benjamin Izar）领导的团队。另一个是由雷格夫（Aviv Regev）领导的小组，该小组现在在Genentech，以前在麻省理工大学和麻省剑桥的哈佛大学任职。

每个小组分析了从COVID-19患者死亡后不久采集的组织样本。伊扎尔的团队建立了快速尸检程序，以在死亡后数小时内收集并冻结样本。他和他的团队对对来自19名男性和女性肺组织的约116000个细胞进行了单细胞RNA测序。同样，雷格夫的团队开发了一个尸检生物库，其中包括来自11个器官系统的420个样本，这些样本被用于生成肺，肾，肝和心脏组织的多个单细胞图谱。

伊扎尔（Izar）的小组发现，死于COVID-19的人的肺部充满了称为巨噬细胞的免疫细胞。尽管巨噬细胞通常可以帮助抵抗传染性病毒，但在这种情况下，它们似乎会导致严重炎症的恶性循环，进一步破坏肺组织。研究人员还发现巨噬细胞会产生高水平的IL-1β，IL-1β是一种称为细胞因子的小炎症蛋白。这表明减少IL-1β作用的药物可能有望控制该病患者的肺部炎症。

当机体清除并从典型的呼吸道感染（例如流感）中恢复过来时，肺部就会修复损伤。但是在严重的COVID-19中，两项研究都表明并非都是如此。SARS-CoV-2不仅破坏了气囊中称为肺泡的细胞，这些细胞对于氧气和二氧化碳的交换必不可少，而且不受控制的炎症显然也损害了剩余细胞修复损伤的能力。实际上，肺部的再生细胞被悬浮在一种修复性的边缘状态中，无法完成替换健康的肺泡组织所需的最后步骤。

在两项研究中，肺组织中还含有异常大量的成纤维细胞。伊扎尔（Izar）的团队更进一步地显示出特定类型的病理性成纤维细胞数量增加，这可能导致严重COVID-19中迅速出现的肺部瘢痕形成（肺纤维化）。该发现指向特定的成纤维细胞蛋白，这些蛋白可以作为药物靶标来阻止有害作用。

雷格夫（Regev）的团队还描述了病毒如何影响身体的其他部位。一个令人惊讶的发现是，在死者的肝脏，肾脏或心脏组织中没有直接SARS-CoV-2感染的证据。然而，仔细观察心脏组织发现广泛的损伤，证明许多不同类型的冠状病毒都改变了它们的遗传程序。是否因为该病毒在死亡前已经从心脏清除了，尚待确定。或者，心脏损害可能不是由SARS-CoV-2直接引起的，可能是由继发性免疫和/或代谢破坏引起的。

这两项研究共同为COVID-19最严重和致命病例的病理学提供了更清晰的图像。来自这些细胞图谱的数据已经免费提供给世界各地的其他研究人员进行探索和分析。希望这些庞大的数据集，加上未来对在这场大流行中不幸丧生的人们的分析和研究，将提高我们对幸存患者长期并发症的理解。它们现在也将成为开发有希望的治疗方法的重要基础资源，目的是预防COVID-19引起的并发症和死亡。

参考文献：

[1] A molecular single-cell lung atlas of lethal COVID-19. Melms JC, Biermann J, Huang H, Wang Y, Nair A, Tagore S, Katsyv I, Rendeiro AF, Amin AD, Schapiro D, Frangieh CJ, Luoma AM, Filliol A, Fang Y, Ravichandran H, Clausi MG, Alba GA, Rogava M, Chen SW, Ho P, Montoro DT, Kornberg AE, Han AS, Bakhoum MF, Anandasabapathy N, Suárez-Fariñas M, Bakhoum SF, Bram Y, Borczuk A, Guo XV, Lefkowitch JH, Marboe C, Lagana SM, Del Portillo A, Zorn E, Markowitz GS, Schwabe RF, Schwartz RE, Elemento O, Saqi A, Hibshoosh H, Que J, Izar B. Nature. 2021 Apr 29.

[2] COVID-19 tissue atlases reveal SARS-CoV-2 pathology and cellular targets. Delorey TM, Ziegler CGK, Heimberg G, Normand R, Shalek AK, Villani AC, Rozenblatt-Rosen O, Regev A. et al. Nature. 2021 Apr 29.

文章翻译自：https://directorsblog.nih.gov/