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SARS-CoV-2劫持神经元之间的纳米管以感染神经元

  

SARS-CoV-2如何进入脑细胞?

最近发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一项研究表明,这种病毒利用在受感染细胞和神经元之间形成的纳米管来接触神经元。这些瞬时的动态结构是远处细胞的膜融合的结果。它们使细胞内物质的交换不需要膜受体,而膜受体是进入和退出细胞质的正常途径。巴斯德研究所的Chiara Zurzolo领导的膜运输和发病机制小组已经发现,纳米管通过促进导致阿尔茨海默病和帕金森病等退行性疾病的蛋白质运输,在这些疾病中发挥作用。

在没有受体的情况下感染神经元

虽然人类细胞受体ACE2是SARS-CoV-2进入肺细胞(病毒的主要目标)和嗅觉上皮细胞的门户,但它不通过神经元表达。但在一些患者的大脑中发现了病毒遗传物质,这解释了急性或长COVID的神经症状。嗅觉粘膜曾被认为是进入中枢神经系统的途径,但这并不能解释病毒是如何进入神经元细胞本身的。

根据这项新研究,SARS-CoV-2还被认为能够诱导感染细胞和神经元之间以及神经元之间形成纳米管,这将解释大脑是如何从上皮细胞感染的。研究小组发现了位于纳米管内部和表面的多个病毒颗粒。由于病毒在纳米管内的传播比通过受体从一个细胞转移到下一个细胞更快、更直接,因此这种传播方式有助于提高SARS-CoV-2的感染能力并传播到神经元细胞。

但病毒也会在纳米管的外表面移动,在那里它可以更快地被引导到表达兼容受体的细胞。巴斯德研究所Chiara Zurzolo建议:“纳米管可以被视为顶部有道路的隧道,它使非受纳细胞像神经元一样感染,但也促进了感染在受纳细胞之间的传播。”

最先进的成像方法

本研究结合了使用最先进的显微镜工具进行的体外培养研究,表明健康的神经元细胞如果接触受感染的细胞,就会受到感染。巴斯德研究所纳米成像核心设施中的Titan Krios显微镜提供了前所未有的生物样本和纳米分子分辨率,更接近真实的生物条件。该研究的第一作者、巴斯德研究所膜交通和发病机制部门的Anna Pepe解释说:“有了这种仪器,已经开发了新的成像方法来评估SARS-CoV-2的结构和纳米管的结构。”

研究团队与巴斯德研究所的超微结构生物成像核心设施合作,使用精确的研究方法来检测纳米管中的结构,这些结构后来被确定为“病毒工厂”。神经元之间的纳米管代表了一个有利于SARS-CoV-2发展的环境,因为它是免疫系统看不到的。Chiara Zurzolo认为,“这可能代表了一种有利于病毒的免疫逃避和病毒持续的机制。”

这项研究是一个跨学科基础研究的例子,涉及细胞生物学家、病毒学家和最先进的成像技术,可以导致新的发现。这为进一步研究细胞间通讯在SARS-CoV-2传播中的作用铺平了道路。它还鼓励探索替代治疗方法,以阻止SARS-CoV-2的传播,以及目前主要专注于阻断通过ACE2受体进入的项目。


Anna Pepe, Stefano Pietropaoli, Matthijn Vos, Giovanna Barba-Spaeth, Chiara Zurzolo. Tunneling nanotubes provide a route for SARS-CoV-2 spreading. Science Advances, 2022; 8 (29)


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