SARS-CoV-2入侵相关基因的表达可能不是儿童COVID-19症状较轻的关键原因
发布时间：2021-06-17 16:08:48
研 究 背 景
越来越多的数据表明，与成年人相比，儿童感染SARS-CoV-2的情况相对较少，且危害性也较小，但是这种现象背后的潜在机制仍不清楚。
关于儿童感染期间症状较轻的原因，人们提出了两个主要假设： (1)与病毒入侵有关的基因的表达相比于成人较低；(2)免疫相关的因素。一些证据表明，儿童的免疫系统仍处于发育阶段，并不断受到病原体的挑战，这可能导致训练有素的免疫系统具有增强的先天免疫功能。因此，这些因素可能有助于解释感染SARS-CoV-2的儿童症状较轻的原因。然而，病毒入侵相关基因的表达水平是否可能导致儿童观察到的较轻微的症状尚未得到证实。
因此，在本研究中，我们通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)和免疫组织化学(IHC)分析了病毒进入基因(即ACE2、TMPRSS2和Furin)在儿童和成人肺组织中的表达水平。
01. 病毒入侵相关基因介绍
SARS-CoV-2的刺突蛋白(S蛋白)可与人体细胞表面的血管紧张素转化酶2(ACE2)受体蛋白结合，这个受体相当于病毒进入人体细胞的“门锁”。
人体细胞中跨膜丝氨酸蛋白酶(TMPRSS2)，是一种可切割ACE2和刺突蛋白的细胞表面蛋白酶，在病毒入侵过程中发挥了“助攻”作用。
S蛋白上含有能特异性识别并激活人体内的弗林蛋白酶(furin)的位点，S蛋白能被弗林蛋白酶切割成S1和S2两个亚基，进而改变胞吞方式，变成与宿主细胞膜融合进入细胞，增强了病毒入侵细胞的能力。
02. 儿童和成人肺的单细胞测序结果分析
将10例儿童的肺样本测序结果和公共数据集(GSE122960)中8个成人肺的数据联合分析，所有细胞聚类并注释为15种细胞类型(图一B)，我们能够鉴定出已知存在于肺中的主要细胞类型。
通过对3个基因表达分析发现(图一D)，AT2细胞是表达ACE2的主要细胞类型，这和之前的研究结果一致，除了AT2细胞以外，成人的club cells和儿童的AT1细胞，也有明显的ACE2表达。同样，无论是成人还是儿童中，AT2、AT1和club cells也是TMPRSS2基因表达相对较高的主要细胞类型。但是，Furin的表达与ACE2和TMPRSS2略有不同，成人以血管内皮细胞和单核细胞表达为主，儿童以AT1和AT2细胞表达为主。
进一步研究发现：虽然成人肺中表达TMPRSS2和Furin AT2细胞的数量明显高于儿童(P=0.0041和0.00062，图一C)，但就AT2阳性细胞的百分比而言，在儿童和成人之间的ACE2的表达细胞没有明显变化(P=0.45，图一C)，另外，ACE2、TMRPSS2和Furin的平均表达水平在儿童和成人之间没有显著差异(p=0.47,图一C)。
因此，考虑到表达ACE2的细胞数量相当，成人肺中表达TMPRSS2和Furin AT2细胞的数量的升高可能不会导致病毒更多地进入。
03. 基于免疫组化在蛋白水平进一步证实ACE2、TMPRSS2和Furin的表达
作者对两个独立队列的儿童和成人肺活检标本进行了免疫组化检查，与scRNA-seq的结果一致，儿童和成人ACE2的总体表达水平在两个队列中都是相似的，只有很小一部分肺细胞表达ACE2。
然而，与成人相比，TMPRSS2和Furin在儿童中的表达水平都较高，但是并没有达到统计学意义，猜测是因为可用的样本量较少导致的(图二A和二B)。
ScRNAseq和IHC结果之间存在部分差异的潜在原因可能与转录下游发生的复杂过程有关，特别是转录后、翻译和降解调节。同时，IHC的半定量特征及其在识别细胞类型方面的局限性也可能是造成观察到的差异的原因之一。
研 究 结 论
本研究首次通过scRNA-seq描述了儿童肺部的特征。scRNA-seq和IHC分析均显示与SARS-CoV-2进入细胞相关的关键基因(ACE2，TMPRSS2和FURIN)具有相当的表达水平。
这表明与病毒进入相关的基因的表达水平可能不是解释儿童观察到的较轻微症状的关键原因。相反，其他因素，如儿童免疫力的独特特征，可能起到更重要的作用，不过这有待进一步研究。
参 考 文 献
Tao, Y., Yang, R., Wen, C., Fan, J., Ma, J., He, Q., Zhao, Z., Song, X., Chen, H., Shi, G., Yin, M., Fang, N., Zhang, H., Chen, H. and Mo, X. (2021), Preliminary analyses of scRNA sequencing and immunohistochemistry of children's lung tissues indicate the expression of SARS-CoV-2 entry-related genes may not be the key reason for the milder syndromes of COVID-19 in children. Clin. Transl. Med., 11: e300.
