摘要
吸烟者和慢性阻塞性肺病患者的气道ACE-2表达增加,ACE-2是COVID-19病毒的进入受体。这可能解释了这些亚群中COVID-19严重风险增加的原因,并强调了戒烟的重要性。https://bit.ly/3bC29es
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世界卫生组织(WHO)已宣布2019冠状病毒病(COVID-19)大流行[1]。COVID-19由严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)引起。COVID-19表现出从轻微到严重(肺炎)的症状,可导致某些人死亡[2- - - - - -4]。截至2020年4月18日,全球已有2 280 945例COVID-19病例和156 354例死亡[5]。SARS-COV-2使用血管紧张素转换酶II(ACE-2)作为细胞进入受体[6]。尽管该病毒可以感染任何年龄的人,但迄今为止,大多数严重病例都发生在年龄为55岁且有严重共病的人群中,如慢性阻塞性肺病[7]。在这里,我们确定了COPD患者下呼吸道支气管上皮细胞中ACE-2的表达是否增加。
患者在圣保罗医院(温哥华,加拿大,加拿大)进行临床目的进行支气管镜检查。该议定书由英国哥伦比亚大学/普罗维登斯医疗保健道德委员会批准(UBC / PHC REB H15-02166)。所有患者都需要≥19岁并根据国际指南接受肺活量测定量[8]。COPD的患者被定义为具有由董事会认证的呼吸师医生制造的COPD临床诊断的患者,并且在1 s中的强制呼气量(FEV1)/用力肺活量(FVC) <70%或肉眼检查ct成像有明显肺气肿证据。细胞学检查在肺亚段气道(第6 - 8代)进行,这些气道不受患者的基本支气管镜检查临床指征的影响。
使用Rneasy Mini Kit(Qiagen,Hilden,德国)从细胞学胶凝中提取总RNA。转录组测序在Novaseq 6000(Illumina,San Diego,CA,USA)上,在5500万读数的测序深度上进行。原始测序读取是用FASTQC控制的质量[9]并与Gencode(版本31)GRCH37基因组参考用STAR(剪接转录物对齐到参考)对齐[10]。对齐后,使用RSEM(期望最大化的RNA-seq)对数据进行量化,以获得读计数。Limma轰(11]用于将计数规格化为每百万次读取log2计数(CPM),用于下游分析。
两个队列被用于验证,其细节在以前的出版物中提供[12]。首先,我们使用了16个数据集,这些数据来自单个中心收集的第10 - 12代支气管的支气管刷;转录组测量使用U133 Plus 2.0 (ThermoFisher, Waltham, MA, USA)微阵列(表示康奈尔队列)[13]。其次,我们使用第6 - 8代气道支气管刷的数据集GSE37147,其基因表达谱来自genchip Human gene 1.0 ST微阵列(ThermoFisher) [14]。该数据集被标记为不列颠哥伦比亚癌症机构(BCCA)队列。
我们还确定了切除肺组织标本中ACE-2的蛋白质表达。这些样品从10个具有COPD的当前吸烟者获得(平均值±sdFEV1/FVC 61±7%),9个非吸烟者对照(FEV1/ FVC 85±2%)和八个健康的吸烟者(FEV1/ FVC 78±6%)。作为James Hogg肺登记(UBC/PHC REB协议H00-50110)的一部分,人类肺组织样本是在知情同意的情况下从接受胸外科手术的患者中获得的。福尔马林固定石蜡包埋的人肺组织用抗ACE-2 (Ab15348;Abcam, Cambridge, UK)在徕卡Bond自动染色机上使用Bond聚合物精制红色检测试剂盒(都是徕卡生物系统公司,Concord, on, Canada),如前所述[15]。使用Aperio成像系统(Leica Biosystem)对气道上皮特异性ACE-2蛋白强度进行量化,并与基膜长度归一化。
对于主要研究人群,ACE-2的log2 CPM是主要的研究结果。采用稳健线性模型来确定:1)在调整年龄和性别后,ACE-2在COPD患者和吸烟者中是否有差异表达;2) ACE-2表达是否与肺功能显著相关。所有分析均在R(版本3.5.0;https://cran.r-project.org)。在免疫组化数据集中,使用了Kruskal-Wallis与Dunn的多重比较测试。连续数据用平均值±表示sd,除非另有说明。
圣保罗医院队列的平均年龄为64.8±12.0岁;55%是女性,24%是目前吸烟者。与对照受试者(n = 21)相比,具有COPD(n = 21)的那些具有较低的FEV1%预测(72.0±15.6与85.9±17.9% pred;p = 0.011), FEV1/ FVC(64.1±7.9与76.3±5.9%;2.621×10−6)。大多数(79%)患者接受支气管镜检查检查肺结节,其次是慢性咳嗽(7%)和淋巴结病(7%)。COPD患者上皮细胞中ACE-2表达明显增加与非COPD受试者(COPD 2.52±0.66与non-COPD 1.70±0.51;p = 7.62×10−4;图1一个)。ACE-2基因表达与FEV呈显著负相关1% pred (r =−0.24;p = 0.035;图1 b)。有趣的是,在这些参与者的气道中,吸烟状态也与ACE-2基因表达水平显著相关,当前吸烟者的基因表达明显高于不吸烟者(2.77±0.91)与从不吸烟1.78±0.39;p = 0.024)。前吸烟者在从未和目前的吸烟者中有基因表达水平(前吸烟者2.00±1.23;图1 c)。调整吸烟状态后,ACE-2表达与COPD之间的相关性仍然显著(调整平均值±senon-COPD 0.90±0.65与COPD 1.75±0.82;p = 0.016)。
接下来,我们验证了上述研究结果:1)康奈尔队(n = 211);2)BCCA COSHORT(n = 238)。康奈尔队队列的平均年龄为43.6±10.5岁;33.2%的队列是女性。32.2%的人从不吸烟,67.8%是在支气管镜检查时的目前吸烟者。BCCA队列的平均年龄为64.5±5.9岁;43.3%的队列是女性。所有人都有≥30包的吸烟者。其中,41.6%的是当前的吸烟者在支气管镜检查时,剩下的是前吸烟者。
在康奈尔和BCCA队列中,当前吸烟者增加了气道中的ACE-2基因表达水平与从未吸烟者(在康奈尔队队,目前吸烟者4.34±0.45与从未吸烟者4.15±0.36;p = 1.92×10−3)和前吸烟者(在BCCA队列中,当前吸烟者为6.05±0.53与前吸烟者5.57±0.37;p < 2×10-16)。在BCCA队列中,使用支气管扩张剂前FEV1与ACE-2基因表达水平显著相关(r=−0.10;p = 0.037)。
非吸烟者、健康吸烟者和COPD吸烟者上皮特异性ACE-2蛋白表达的代表性图像如图所示图1 d。与非吸烟者相比,COPD患者小气道上皮组织中ACE-2的表达明显增加,但在健康吸烟者中不明显(图1 d)。ACE-2蛋白染色主要局限于气道上皮和粘膜下腔室的细胞。
2019冠状病毒病在全球范围内爆发。尽管大多数感染和诊断为COVID-19的患者症状轻微,但约20%的患者表现出严重或危重症,包括肺炎、呼吸衰竭、脓毒性休克和多器官衰竭的症状和体征。估计病死率为1-2% [2,3.]。重要的是,几乎所有的死亡都发生在有重大基础慢性病的人群中,包括慢性阻塞性肺病和心血管疾病[4]。这其中的原因在很大程度上是未知的。
一种可能是ACE-2的差异表达,ACE-2是SARS-CoV-2进入宿主粘膜并引起活动性感染的主要受体。在本研究中,我们研究了COPD患者和非COPD患者气道中ACE-2的基因表达水平,发现COPD和当前吸烟者的ACE-2表达显著增加。重要的是,ACE-2的基因表达水平与个体的FEV呈负相关1,表明有剂量依赖性反应。这些发现是在三个不同的队列中观察到的,表明他们的普遍性和稳健性。
ACE-2是一种I型跨膜金属球蛋白酶,其与ACE同源际。与Ace相比,将血管紧张素I转化为活性血管生成血管生成血管生血管素II,ACE-2将血管紧张素II缩小到其代谢物,包括血管紧张素 - (1-9)和血管紧张素 - (1-7),这是有效的血管扩张剂,因此,可以是肾素 - 血管紧张素系统的负调节剂[16]。ACE-2在各种不同的组织中表达,包括上呼吸道,心肌和胃肠粘膜[17]。虽然它在人类健康和疾病中的作用尚未完全阐明,但它似乎在血压和心脏功能中有重要的调节作用。ACE-2在气道中的生理作用很大程度上尚不清楚。然而,在小鼠中,ACE-2已被证明可以保护动物免受与误吸和脓毒症相关的严重肺损伤[18]。
据我们所知,我们的研究首次证明了当前(而非以前)吸烟者和COPD患者气道内ACE-2表达增加。这些结果也与之前在小动物身上的观察结果一致,在这些小动物身上,烟雾暴露会上调气道内ACE-2的表达和活性[19,20.]。虽然Ace-2的上调可用于保护宿主免受急性肺损伤,但是,这可能使个体易于冠状病毒感染的风险增加,其使用该受体进入上皮细胞入口。这部分可以分为解释有毒吸烟者和与COPD的病毒相关的病毒相关的恶性病毒呼吸道感染的风险增加。
这项研究也有局限性。首先,该研究是横断面研究,因此,我们不能确定干预措施,如吸入糖皮质激素或支气管扩张剂(用于COPD患者)是否可以调节气道中的ACE-2基因表达。第二,由于受体表达是支配个体感染风险的许多宿主因素之一,吸烟和慢性阻塞性肺病造成的确切归因风险(冠状病毒感染)是不确定的。第三,虽然气道上皮是COVID-19的主要进入源,但病毒可以通过其他端口获得宿主进入,包括胃肠道黏膜,本研究未对此进行评估。第四,我们没有接触到上呼吸道组织,而上呼吸道组织也可能感染SARS-CoV-2。
总之,有源香烟吸烟和COPD在下部气道中上调ACE-2表达,部分可以解释这些群体中严重Covid-19的风险增加。这些调查结果突出了吸烟对这些人的戒烟的重要性,并增加了这些风险亚组的监测,以预防和快速诊断这种潜在的致命疾病。
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脚注
数据可用性:原始数据可从作者要求。这些数据也发布在GEO(基因表达综合)上。
利益冲突:梁振英没有透露任何信息。
利益冲突:C.X.杨没有什么可以披露的。
利益冲突:A.TAM没有什么可以披露的。
利益冲突:T. Shaipanich没有什么可透露的。
利益冲突:T.L.哈克特没有什么可透露的。
利益冲突:G.K. Singhera没有什么可透露的。
利益冲突:多西博士没有什么可透露的。
利益冲突:D.D.SIN报告梅克的赠款,咨询委员会咨询委员会的个人费用从Sanofi-Aventis和Regeneron工作,咨询委员会咨询委员会工作和讲座的咨询和个人费用,从Astrazeneca,咨询委员会工作和讲座的个人费用从诺华,在提交的工作之外。
支持声明:这项工作得到了加拿大卫生研究院,不列颠哥伦比亚省龙结构,以及HLI的De Lazzari家庭椅。J.M. LEUNG由Michael Smith基金会(MSFHR)/普罗维登斯医疗保健卫生专业调查员(HPI)奖和由加拿大卫生研究院(CIHR)/ AstraZeneca早期职业调查员奖。T-L。哈克特由MSFHR学者和CIHR早期职业调查员奖提供支持。D. Dorscheid由MSFHR / PHC HPI奖得到支持。D.D.SIN是COPD和De Lazzari Family Chired的一级加拿大加拿大研究主席(CRC)。本文的资金信息已存入Crossref资助者注册表。
- 收到了2020年3月2日。
- 接受2020年3月25日。
- 版权©2020人队
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