Science Translational Medicine:COVID-19患者要提防心肌细胞损伤

2021-04-22 MedSci原创 MedSci原创

COVID-19患者的心功能障碍发生率报告范围为20 - 50%，与疾病严重程度无关。心脏损伤与疾病死亡率密切相关。很大一部分心脏受损的患者可能会因COVID-19而遭受长期的心脏后遗症。

COVID-19是由SARS-CoV-2引起的大流行疾病，最初被定性为主要呼吸综合征。然而，越来越多的临床证据表明COVID-19的多器官系统，包括心血管系统(心脏)，消化系统和泌尿系统(肾脏)。多项独立报告描述了急性covid -19相关肌病病例，没有心血管疾病，表明SARS-CoV-2可能直接导致心脏损害。Meta分析发现，心肌损伤的临床生物标志物肌钙蛋白- i和利钠肽升高是COVID-19住院患者死亡率的最强预测因子，超过了先前的充血性阻塞性肺疾病和心血管疾病。COVID-19住院患者多有异常超声心动图，多数康复患者磁共振成像继续表现为心功能受损，提示COVID-19的长期心脏后遗症可能不限于严重感染病例。SARS-CoV-2感染者已发现心脏损伤。Perez-Bermejo等人利用人类诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cell, hiPSC)来源的细胞和来自患者心脏组织的样本研究了感染的细胞病变特征。他们发现hipsc来源的心肌细胞很容易感染SARS-CoV-2，而成纤维细胞和内皮细胞则不会。感染改变了基因表达，并导致了肌动蛋白碎裂。尸检样本显示，确诊为心肌炎的COVID-19感染者和心脏未受累的个体的心脏存在肌原纤维中断，其特征与hipsc来源的感染细胞类似。结果支持使用hipsc来源的细胞研究SARS-CoV-2诱导的心脏损伤。虽然COVID-19导致高达25%的患者心功能障碍，但其发病机制仍不清楚。Juan A. Perez-Bermejo等检测了来源于hiPSCs的三种类型心肌细胞:CMs、心脏成纤维细胞(CFs)和内皮细胞(ECs)对SARS-CoV-2感染的相对易感性。研究成果发表在Science Translational Medicine杂志。

SARS-CoV-2对不同类型ipsc来源的心脏细胞的影响。在所有实验中，除非另有说明，细胞在0.006的MOI下暴露于SARS-CoV-2病毒48小时后裂解或固定。(B)心肌细胞暴露于SARS-CoV-2的代表性免疫染色图像。(C) SARS-CoV-2对心脏细胞类型的毒性，通过核滞留量来量化。(D)感染的hiPSC-CMs中不同SARS-CoV-2病毒抗原(dsRNA、N蛋白或spike蛋白)的免疫染色代表性图像。(E)添加SARS-CoV-2病毒后24、48或72小时感染CMs的代表性免疫染色图像。(F)感染CM中SARS-CoV-2病毒颗粒的透射电镜。左:细胞核(虚线)的蒙太奇视图，除了残留的埃尔-高尔基体(浅蓝色箭头)，病毒颗粒被包围在膜室中。左中:从最左边开始的方框放大图，显示SARS-CoV-2病毒粒子(红色箭头)及其周围的膜。右中:SARS-CoV-2病毒粒子放大图，可见直径为500- 750纳米的膜和内部直径为60- 100纳米的病毒颗粒。右:邻近面板(表示为i和ii)中感兴趣区域的高倍图像。

将人类诱导多能干细胞(iPSC)来源的心脏细胞暴露于SARS-CoV-2中，发现了感染和有效的转录组和形态学损伤特征，特别是在心肌细胞中。结构基因的转录组破坏证实了不良的形态学特征，包括明显的肌纤维断裂和核破坏模式。COVID-19患者的尸体解剖标本也反映出类似的改变，特别是肌动蛋白碎裂。观察到了感染和心脏细胞病变的特征，从而确定了人类covid -19感染的心脏组织标本的病理特征。SARS-CoV-2对iPSC-CMs的高感染性以及所观察到的感染表型生物标志物可能为开发COVID-19的治疗和心脏保护方法提供一个发现平台。心肌细胞的这些显著细胞病变特征为我们了解SARS-CoV-2诱导的心脏损伤提供了一个发现潜在治疗方法的平台，并引发了人们对COVID-19在无症状和重症病例中的长期后果的担忧。

COVID-19患者的心功能障碍发生率报告范围为20 - 50%，与疾病严重程度无关。心脏损伤与疾病死亡率密切相关。此外，由于心脏天生缺乏再生能力，很大一部分心脏受损的患者可能会因COVID-19而遭受长期的心脏后遗症。该研究类似于通过CMs在短时间内传播的低病毒载量的COVID-19轻症病例，显示出与在无任何心脏损伤临床诊断的患者样本中观察到类似的明显细胞病变。这些发现有助于深入了解COVID-19心脏病理机制，并有助于指导开发有效的抗病毒和心脏保护疗法，帮助管理和预防COVID-19患者的心脏损伤。

原文出处

Perez-Bermejo JA, Kang S, Rockwood SJ, et al. SARS-CoV-2 infection of human iPSC-derived cardiac cells reflects cytopathic features in hearts of patients with COVID-19 [published online ahead of print, 2021 Mar 15]. Sci Transl Med. 2021;eabf7872. doi:10.1126/scitranslmed.abf7872

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