荧光显微镜图像显示人干细胞来源的肾足细胞对SARS-CoV-2的强劲摄取。感染细胞表达病毒核衣壳蛋白(红色)和足细胞细胞系鉴定标记，肾素(青色)。
图片来源:杜克大学Titilola Kalejaiye
北卡罗来纳州达勒姆——导致COVID-19的病毒SARS-CoV-2可以直接感染一种特殊的肾细胞。杜克大学生物医学工程师和病毒学家表示，这一发现有助于解释为什么急性肾损伤是严重COVID-19患者的主要并发症之一。
这项研究在线发表在4月20日的《Frontiers in Cell and Developmental Biology》杂志上。
当COVID-19在2020年初开始在全球传播时，医生知道该病毒主要感染呼吸道细胞。但随着病例数量开始增长，医生惊讶地发现，许多患者——尤其是那些严重COVID-19患者——也出现了肾脏损伤。
这个问题引起了萨米拉·穆萨(Samira Musah)的注意，她在2020年春天参加了一个虚拟研讨会。Musah是杜克大学生物医学工程和医学助理教授，他听取了医生们介绍的研究，这些研究描述了从未经历过任何肾脏相关问题的患者在感染COVID-19后如何发展为肾脏疾病。
Musah说:“听到医生描述健康的患者在感染SARS-CoV-2后突然出现肾损伤，需要进行透析，这令人震惊。很明显，这种病毒对肾脏产生了影响，但当时大流行还太早，没人知道发生了什么。”
在之前的工作中，Musah和她的团队展示了他们可以引导人类诱导的多能干细胞发育并成熟成功能性足细胞，这是一种特殊类型的肾脏细胞，有助于控制血液中毒素和废物的清除。Musah和该实验室的博士后Titilola Kalejaiye想看看他们是否可以使用这个模型来确定SARS-CoV-2如何以及为什么能够破坏肾细胞。
作为概念的证明，Kalejaiye最初研究的是假病毒版本的SARS-CoV-2。这些假病毒是为了模仿特定病毒的特性而开发的，但它们不能产生具有复制能力的病毒颗粒，因此可以安全地用于广泛的研究。在将假病毒引入足突细胞模型后，Kalejaiye发现病毒的刺突蛋白可以直接与足突细胞表面的众多受体结合。
“我们发现这种病毒特别擅长与足细胞表面的两个关键受体结合，而这些受体在这些肾细胞中丰富，”Kalejaiye解释说，他也是这篇论文的第一作者。“一开始，病毒的吸收能力很强，我们还发现，当病毒剂量增加时，吸收能力会进一步增加。这种病毒似乎对这些肾细胞有很强的亲和力。”
为了用真正的SARS-CoV-2病毒测试他们的足细胞模型，Musah和Kalejaiye与杜克大学医学助理教授、杜克大学人类疫苗研究所研究员玛丽亚·布拉西合作。在大流行之前，布拉西正在探索包括艾滋病毒在内的病毒如何感染和损害肾小管上皮细胞的另一个子集。
就像假病毒一样，研究小组发现活病毒对足细胞有很强的亲和力。一旦病毒感染了细胞，它就会破坏足细胞，导致足细胞的细长手指状结构(帮助过滤血液)收缩和萎缩。如果细胞损伤太严重，足细胞就会死亡。
布拉西说:“除了结构破坏之外，我们发现这种病毒可以劫持足细胞的机制，产生额外的病毒颗粒，这些病毒颗粒可以传播到其他细胞。”
现在，该团队希望扩大他们的工作，研究不同变种的SARS-CoV-2在肾细胞中的行为。随着病毒变种的出现，肾损伤的发生频率降低了。这使得研究小组质疑这些新的变异是如何变化的，以及它们感染肾细胞的能力是否变弱了。
Musah说:“我认为，我们从呆在家里，从医生那里听到最初的报告，到在网上建立合作关系，并在这么短的时间内取得这些结果，这是非常了不起的。我们在正确的时间拥有正确的人员和正确的工具。这是我相对年轻的实验室最成功的合作之一，我期待着继续这项工作。”
SARS-CoV-2 Employ BSG/CD147 and ACE2 Receptors to Directly Infect Human Induced pluripotent Stem Q2 Cell-Derived Kidney podocytes