· COVID-19生物學研究進展 · 

■3月5日，南方科技大學及深圳市第三人民醫(yī)院的團隊合作在預(yù)印版平臺bioRxiv在線發(fā)表未經(jīng)同行評審的題為“Viral Architecture of SARS-CoV-2 with Post-Fusion Spike Revealed by Cryo-EM”的研究論文，報道了BSL-3實驗室中新型冠狀病毒的成功分離和純化，并通過透射電子顯微鏡（負染色和cryo-EM）揭示了新型冠狀病毒的整個病毒結(jié)構(gòu)。這是第一次通過cryo-EM對近天然新型冠狀病毒（COVID-19的病原體）成像。

研究結(jié)果顯示，病毒體顆粒為大致球形或中等多邊形，直徑范圍為80nm-160nm。對于大多數(shù)病毒體，其外圍是清晰界定的，并被脂質(zhì)雙層包裹，這在cryo-EM圖像中可以清楚地看到。在脂質(zhì)雙層的下方是新型冠狀病毒的核酸和核衣殼蛋白形成的濃縮物質(zhì)。盡管許多顆粒在純化或失活過程中失去了Spikes，但20％-30％的病毒體在包膜周圍仍然有Spikes。

Spike的寬度大約為7nm，整個Spike的長度約為23nm。冠狀病毒的S蛋白由S1和S2亞基組成，當S1亞基解離時，S2經(jīng)歷構(gòu)象變化，其自身從壓縮形式延伸到指甲狀。總而言之，cryo-EM首次揭示的這種狀態(tài)可能為新型冠狀病毒的鑒定和相關(guān)臨床研究提供重要信息[1]。

 新型冠狀病毒的冷凍電鏡結(jié)果

■3月4日，美國疾控中心等機構(gòu)的研究人員在bioRxiv上發(fā)表題為“Isolation and characterization of SARS-CoV-2 from the first US COVID-19 patient”的論文，研究人員從本土首例新冠肺炎患者鼻/口咽拭子樣本分離新冠病毒并研究其感染特性。主要發(fā)現(xiàn)新冠病毒不需要胰蛋白酶（trypsin）存在便可以在Vero-CCL81和Vero-E6等獼猴胚腎上皮細胞系高效復(fù)制，說明其可能有和高致病性禽流感病毒相似的成熟機制。接下來他們研究了新冠病毒在常見細胞系的感染譜，發(fā)現(xiàn)其感染譜和SARS病毒接近。最后疾控中心工作人員測序并存儲了新冠病毒，供相關(guān)公衛(wèi)/研究人員使用[2]。

■2020年3月3日，美國芝加哥大學等機構(gòu)在bioRxiv預(yù)印平臺上發(fā)表了題為“Crystal structure of Nsp15 endoribonuclease NendoU from SARS-CoV-2”的文章。盡管這種病毒類似于人和動物的SARS和MERS冠狀病毒，但是有關(guān)新型冠狀病毒的蛋白結(jié)構(gòu)功能仍急需攻克，以為后續(xù)開發(fā)有效的疫苗、抗體和抗病毒藥物提供基礎(chǔ)支持。研究人員前期制備了大量新型冠狀病毒相關(guān)蛋白，并解析了新型冠狀病毒毒株中Nsp15核糖核酸內(nèi)切酶（NendoU）的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，并將此結(jié)構(gòu)與之前報道的SARS和MERS冠狀病毒Nsp15模型進行了比較。研究結(jié)果顯示，新型冠狀病毒中的Nsp15呈六聚體，具有核糖核酸內(nèi)切酶的功能活性結(jié)構(gòu)，其與SARS和MERS冠狀病毒中的Nsp15同源，在活性位點的氨基酸序列和蛋白構(gòu)象上高度保守[3]。

 · COVID-19流行病學研究 · 

■medRxiv于3月3日出版了蘭州大學第一醫(yī)院等發(fā)表的預(yù)印本論文“Machine learning-based CT radiomics model for predicting hospital stay in patients with pneumonia associated with SARS-CoV-2 infection: A multicenter study”。論文旨在開發(fā)和測試基于機器學習的CT放射學模型，以預(yù)測新型冠狀病毒感染性肺炎患者的住院時間。

文章指出，該項多中心研究的參與者從2020年1月23日至2020年2月8日之間，從安康、麗水、鎮(zhèn)江、蘭州和臨夏5家指定醫(yī)院招募了52例實驗室確診的新型冠狀病毒感染患者，并將這些患者的初始CT圖像納入研究。研究排除了截至2月20日仍留在醫(yī)院或CT檢查未發(fā)現(xiàn)異常的患者，最終的分析納入了31例患者的72個病變段。在訓練和驗證數(shù)據(jù)集中提取的肺部病變特征的基礎(chǔ)上，建立了基于logistic回歸(LR)和隨機森林(RF)的介入CT放射學模型，在肺葉和患者水平的測試數(shù)據(jù)集中進一步評估了預(yù)測性能。研究結(jié)果顯示，基于6種二級特征的CT放射學模型可有效區(qū)分新型冠狀病毒感染性肺炎患者住院時間的長短。文章總結(jié)到，基于機器學習的CT放射學模型顯示了預(yù)測新型冠狀病毒感染性肺炎患者住院時間的可行性和準確性[4]。

■3月3日，深圳市第三人民醫(yī)院等機構(gòu)的研究人員在medRxiv預(yù)印版平臺發(fā)表論文“Antibody responses to SARS-CoV-2 in patients of novel coronavirus disease 2019”。文章使用免疫測定法測試了173例新型冠狀病毒確診患者在住院期間收集的系列血漿樣本（n=535）。使用免疫分析法檢測樣本中的抗新型冠狀病毒總抗體（Ab）、IgM和IgG,分析了抗體隨疾病進展和嚴重程度的動態(tài)變化。在173例患者中，Ab、IgM和IgG的血清轉(zhuǎn)化率分別為93.1％（161/173）、82.7％（143/173）和64.7％（112/173）。12例未血清轉(zhuǎn)化的患者僅采集了早期血樣，抗體、IgM、IgG依次出現(xiàn)血清轉(zhuǎn)化，中間時間分別為11、12、14天。在發(fā)病的前7天，患者中抗體的存在率<40％，自發(fā)病后第15天起，抗體、IgM和IgG的抗體分別迅速增加至100.0％、94.3％和79.8％。相比之下，RNA的陽性率從第7天之前收集的樣品中的66.7％（58/87）降低到第15天至39天的45.5％（25/55）。結(jié)合RNA和抗體檢測可顯著提高COVID-19患者的病原學診斷敏感性（p<0.001），甚至在發(fā)病后1周的早期（p=0.007）。此外，總抗體Ab滴度越高，臨床分級越差（p=0.006）。作者認為抗體檢測在新型冠狀病毒感染過程中提供了重要的臨床信息。這些發(fā)現(xiàn)為血清學檢測在COVID-19患者的診斷和治療中的常規(guī)應(yīng)用提供了有力的經(jīng)驗支持[5]。

■3月3日，湖南省農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析與決策工程技術(shù)研究中心在醫(yī)學預(yù)印本平臺medRxiv發(fā)表論文“A simple model to assess Wuhan lock-down effect and region efforts during COVID-19 epidemic in China Mainland”。文章指出，該項研究基于百度遷移數(shù)據(jù)和確診病例數(shù)據(jù)，確定了影響非武漢地區(qū)后續(xù)（例如2020年2月27日）累計確診病例的兩個關(guān)鍵因素。一個因素是在1月20日至1月26日（x1）期間去過武漢的旅行者總數(shù)，由于COVID-19的人際傳播風險在1月20日確認并宣布，因此這個因素的感染可能性較高，但傳播能力較低。另一個因素是1月19日之前來自武漢的種子病例，該因素具有較高的傳播能力，由于感染和檢測之間的平均間隔時間為10天，該因素可以在1月29日（x2）之前的確診病例中反應(yīng)出來。文章基于以上研究建立了一個簡單而有效的回歸模型，如下：y=70.0916+0.0054*x1+2.3455*x2（n=44，R2=0.9330，P<10-7）。

文章認為，即使武漢封城日期僅延遲或提前3天，預(yù)計到2月27日為止，非武漢地區(qū)的確診病例將增加35.21％或減少30.74％-48.59％。武漢封城、全國交通管制及居家活動的確對中國大陸COVID-19疫情的持續(xù)傳播產(chǎn)生了決定性影響。中國采取的策略改變了新確診病例的快速上升曲線，國際社會應(yīng)該借鑒武漢的教訓和中國的經(jīng)驗。文章還根據(jù)解釋模型初步評估了29個省和44個地級市應(yīng)對COVID-19的努力，文章認為，大數(shù)據(jù)已經(jīng)并將繼續(xù)在公共衛(wèi)生中發(fā)揮重要作用[6]。

■3月2日，國家感染性疾病臨床醫(yī)學研究中心，深圳市第三人民醫(yī)院(南方科技大學第二附屬醫(yī)院)的研究人員在預(yù)印本平臺Preprint上更新發(fā)布題為：Clinical pathology of critical patient with novel coronavirus pneumonia (COVID-19)的論文。該研究在國際上首次展示了COVID-19危重患者的臨床病理活檢，為深入了解這種疾病的發(fā)病機制和疾病進程提供了科學依據(jù)。2020年1月4日，一名66歲男性從武漢返深圳時，出現(xiàn)了高熱和咳嗽癥狀，送往深圳市第三人民醫(yī)院后被確診為COVID-19，患者后續(xù)病情惡化，出現(xiàn)嚴重呼吸衰竭并進行了手術(shù)治療。這名患者除輕度高血壓外無其他的慢性疾病。在此研究中，研究人員對該患者全肺活組織切片，并通過HE染色、免疫組織化學染色和特殊染色(包括Masson染色、PAS染色和六胺銀染色)對其病理變化進行了描述。該病例全肺表面呈古銅色，肉眼可見彌漫性充血，多為點狀出血，部分出血壞死。值得注意的是，出血壞死主要發(fā)生在肺右下葉、中葉和上葉的外邊緣，支氣管被粘液和出血滲出物覆蓋，肺切面有嚴重的充血和出血改變。組織病理學表現(xiàn)為大量的肺間質(zhì)纖維化伴部分透明變性、肺出血性梗死、小血管增生、血管壁增厚、管腔狹窄閉塞以及炎癥細胞間質(zhì)浸潤，包括淋巴細胞、漿細胞和單核細胞。經(jīng)Masson染色證實肺間質(zhì)纖維化，而免疫組化結(jié)果顯示免疫細胞CD3、CD4、CD8、CD20、CD79a、CD5、CD38、CD68陽性，且未見其他細菌、真菌感染。值得一提的是，研究團隊觀察到淋巴細胞、單核細胞和漿細胞浸潤肺間質(zhì)，這些類型的炎癥細胞都經(jīng)免疫組織學方法證實。而如前所述，肺間質(zhì)大量纖維化、管腔狹窄等病理改變發(fā)生在該病例的肺部，研究團隊認為，這些結(jié)果可以解釋為什么危重病人有急性肺功能障礙[7]。

——以上部分內(nèi)容來源于 iNature、科學網(wǎng)、澎湃新聞網(wǎng)等，由深圳灣實驗室整理匯總而成。

參考文獻

[1] Liu C, Yang Y, Gao Y, et al. Viral Architecture of SARS-CoV-2 with Post-Fusion Spike Revealed by Cryo-EM. bioRxiv 2020:2020.03.02.972927.
[2] Harcourt J, Tamin A, Lu X, et al. Isolation and characterization of SARS-CoV-2 from the first US COVID-19 patient. bioRxiv 2020:2020.03.02.972935.
[3] Kim Y, Jedrzejczak R, Maltseva NI, et al. Crystal structure of Nsp15 endoribonuclease NendoU from SARS-CoV-2. bioRxiv 2020:2020.03.02.968388.
[4] Qi X, Jiang Z, Yu Q, et al. Machine learning-based CT radiomics model for predicting hospital stay in patients with pneumonia associated with SARS-CoV-2 infection: A multicenter study. medRxiv 2020:2020.02.29.20029603.
[5] Zhao J, Yuan Q, Wang H, et al. Antibody responses to SARS-CoV-2 in patients of novel coronavirus disease 2019. medRxiv 2020:2020.03.02.20030189.
[6] zheming Y, Yuan C. A simple model to assess Wuhan lock-down effect and region efforts during COVID-19 epidemic in China Mainland. medRxiv 2020:2020.02.29.20029561.
[7] Luo, W.; Yu, H.; Gou, J.; Li, X.; Sun, Y.; Li, J.; Liu, L. Clinical Pathology of Critical Patient with Novel Coronavirus Pneumonia (COVID-19). Preprints 2020, 2020020407

供稿 | 坪山生物醫(yī)藥研發(fā)轉(zhuǎn)化中心、科研部

編輯 | 鮑 啦