新冠疫情以來，有部分病例報告了包括頭痛、嗅覺喪失、老年癡呆、意識混亂、癲癇和腦病變在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。此前一項對武漢214名住院COVID-19患者的研究中，36.4%的患者有神經(jīng)學(xué)表現(xiàn)，在嚴重感染患者中比例更高，占到45.5%。同樣，法國的一項研究報告了84.5%(49/58)的住院COVID-19患者出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。值得重視的是，德國最近的一項研究則表明，在36.4%(8/22)的死亡COVID-19病例中，可以在腦活檢中檢測到SARS-CoV-2 RNA，這強調(diào)了人腦中存在病毒感染的可能性。

香港大學(xué)李嘉誠醫(yī)學(xué)院教授袁國勇等人也在關(guān)注這一問題。8月4日，自然出版集團旗下、中科院主管的權(quán)威期刊《細胞研究》（Cell Resecrch）在線發(fā)表了來自香港大學(xué)、中科院深圳先進技術(shù)研究院、暨南大學(xué)等團隊的一篇文章，題為“SARS-CoV-2 infects human neural progenitor cells and brain organoids”，除袁國勇之外，該研究通訊作者還包括香港大學(xué)李嘉誠醫(yī)學(xué)院的Hin Chu和中科院深圳先進技術(shù)研究院的黃建東。

研究團隊提到，到目前為止，還沒有直接的實驗證據(jù)表明SARS-CoV-2感染了人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）。他們此前的研究已經(jīng)表明，SARS-CoV-2可以感染神經(jīng)元來源的細胞，并進行復(fù)制。與這一發(fā)現(xiàn)一致的是，他們發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2可以感染和損傷倉鼠的嗅覺感覺神經(jīng)元。

可以清楚的是，作為SARS-CoV-2的進入受體，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 (ACE2)廣泛存在于大腦中，并高度集中于黑質(zhì)、顳中回和后扣帶回皮層等多個部位。作者們認為，總之，這些發(fā)現(xiàn)表明，人類大腦可能是除肺部以外SARS-CoV-2感染的靶區(qū)。

為了探討在生理相關(guān)模型中SARS-CoV-2是否直接參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)，研究團隊評估了誘導(dǎo)多能干細胞(iPSCs)來源的人神經(jīng)祖細胞(hNPCs)、神經(jīng)球和腦類器官的SARS-CoV-2感染。

他們首先評估了ACE2和關(guān)鍵冠狀病毒進入相關(guān)蛋白酶在hNPCs中的表達。數(shù)據(jù)表明，在hNPCs中很容易檢測到ACE2、TMPRSS2、組織蛋白酶L和弗林蛋白酶。

接下來，他們對hNPCs進行SARS-CoV-2感染試驗（感染復(fù)數(shù)MOI為10），SARS-CoV感染作為對照。在感染后0、24和48 小時收集上清液，用于病毒復(fù)制評估。有趣的是，數(shù)據(jù)表明，SARS-CoV-2可以在hNPCs中復(fù)制(圖1a;補充信息，圖S2)，但SARS-CoV不能。

此外，他們量化了感染SARS-CoV-2的hNPCs的細胞活力。重要的是，SARS-CoV-2感染顯著降低了模擬感染的hNPCs在感染72小時和120小時時的活力，分別至4.7% (P < 0.0001)和2.5% (P < 0.0001)。另外，與感染的hNPCs中SARS-CoV-2誘導(dǎo)大量細胞毒性相比，SARS-CoV-2感染并沒有顯著上調(diào)干擾素和促炎反應(yīng)。

接下來，研究團隊用SARS-CoV-2對3D神經(jīng)球進行感染試驗，并在感染后0、24、48和72小時收集上清液，用于病毒復(fù)制評估。他們發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2 RNA依賴的RNA聚合酶(RdRp)拷貝數(shù)以隨著感染時間增加顯著增加。此外，斑塊測定顯示，感染的神經(jīng)球中釋放出了大量的感染性病毒顆粒。

同時，對感染SARS-CoV-2的神經(jīng)球進行冷凍和免疫染色以分析病毒抗原。研究團隊發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2核衣殼(N)蛋白很容易在感染的神經(jīng)球中檢測到，但在模擬感染的神經(jīng)球中未檢測到陽性信號。此外，電子顯微鏡在雙膜結(jié)構(gòu)的空泡中檢測到大量的病毒顆粒，這可能是病毒顆粒形成的位置。這些結(jié)果表明，神經(jīng)球允許SARS-CoV-2感染，并支持生產(chǎn)性病毒復(fù)制。

為了研究SARS-CoV-2是否能感染腦類器官，研究團隊對人源iPSC來源的35天齡腦類器官進行SARS-CoV-2感染試驗。他們發(fā)現(xiàn)在72小時的感染樣本中檢測到大量的SARS-CoV-2抗原，這表明SARS-CoV-2直接感染了腦類器官。

免疫熒光染色和共聚焦顯微鏡顯示，在腦類器官周圍區(qū)域和更深區(qū)域看到SARS-CoV-2-N信號。此外，在高度感染SARS-CoV-2的區(qū)域很容易看到細胞融合。在模擬感染的腦類器官中未檢測到SARS-CoV-2-N信號。

接下來，研究團隊分析了來自感染腦類器官的上清樣本，評估SARS-CoV-2病毒顆粒的釋放。結(jié)果顯示，SARS-CoV-2 RdRp基因拷貝數(shù)呈隨著感染時間增加而增加，提示子代病毒顆粒從感染的腦類器官中釋放出來。具體來說，在感染72小時時檢測到大約3.2×106個SARS-CoV-2 RdRp基因拷貝數(shù)，比感染0時高9倍(P < 0.0001)。研究團隊隨后對感染SARS-CoV-2的腦類器官的上清樣本進行菌斑分析，發(fā)現(xiàn)感染性病毒的滴度在感染24時達到峰值，在48時和72小時的時候能持續(xù)檢測到。

研究團隊指出，這些結(jié)果清楚地表明，SARS-CoV-2可以有效地感染腦器官、釋放病毒顆粒。值得注意的是，雙免疫染色顯示，SARS-CoV-2-N與神經(jīng)元標(biāo)記物TUJ1和神經(jīng)祖細胞標(biāo)記物NESTIN共定位，表明SARS-CoV-2可直接感染腦類器官中的皮層神經(jīng)元和神經(jīng)祖細胞。

研究團隊總結(jié)道，總之，這項研究的結(jié)果表明，iPSC來源的hNPCs可被SARS-CoV-2感染，而不能被SARS-CoV感染。在感染SARS-CoV-2的神經(jīng)球和腦類器官中檢測到大量的病毒蛋白表達和感染性病毒顆粒，提示SARS-CoV-2可有效感染人腦。重要的是，研究顯示SARS-CoV-2可以直接靶向皮層神經(jīng)元和NPCs。研究團隊指出，SARS-CoV-2可有效感染人腦類器官，這一發(fā)現(xiàn)突出表明，病毒可能直接參與COVID-19患者的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。

他們認為，這些結(jié)果對嗅覺喪失和味覺喪失的病理性癥狀以及COVID-19的其他神經(jīng)學(xué)表現(xiàn)(包括癲癇、腦病變、腦炎、格林-巴利綜合征和米勒-費希爾綜合征)提供了見解。

研究團隊強調(diào)，應(yīng)密切監(jiān)測中樞神經(jīng)系統(tǒng)中SARS-CoV-2感染的慢性或長期后果。