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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、癲癇和腦病變在內的神經系統癥狀。此前一項對武漢214名住院COVID-19患者的研究中，36.4%的患者有神經學表現，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患者出現神經系統癥狀。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，這強調了人腦中存在病毒感染的可能性。

香港大學李嘉誠醫學院教授袁國勇等人也在關注這一問題。8月4日，自然出版集團旗下、中科院主管的權威期刊《細胞研究》（Cell Research）在線發表了來自香港大學、中科院深圳先進技術研究院、暨南大學等團隊的一篇文章，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李嘉誠醫學院的Hin Chu和中科院深圳先進技術研究院的黃建東。

研究團隊提到，到目前為止，還沒有直接的實驗證據表明SARS-CoV-2感染了人的中樞神經系統（CNS）。他們此前的研究已經表明，SARS-CoV-2可以感染神經元來源的細胞，并進行復制。與這一發現一致的是，他們發現SARS-CoV-2可以感染和損傷倉鼠的嗅覺感覺神經元。

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

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

他們首先評估了ACE2和關鍵冠狀病毒進入相關蛋白酶在hNPCs中的表達。數據表明，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（感染復數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，用于病毒復制評估。有趣的是，數據表明，SARS-CoV-2可以在hNPCs中復制(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誘導大量細胞毒性相比，SARS-CoV-2感染并沒有顯著上調干擾素和促炎反應。

接下來，研究團隊用SARS-CoV-2對3D神經球進行感染試驗，并在感染后0、24、48和72小時收集上清液，用于病毒復制評估。他們發現，SARS-CoV-2 RNA依賴的RNA聚合酶(RdRp)拷貝數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的神經球進行冷凍和免疫染色以分析病毒抗原。研究團隊發現，SARS-CoV-2核衣殼(N)蛋白很容易在感染的神經球中檢測到，但在模擬感染的神經球中未檢測到陽性信號。此外，電子顯微鏡在雙膜結構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。這些結果表明，神經球允許SARS-CoV-2感染，并支持生產性病毒復制。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。他們發現在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，在腦類器官周圍區域和更深區域看到SARS-CoV-2-N信號。此外，在高度感染SARS-CoV-2的區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。結果顯示，SARS-CoV-2 RdRp基因拷貝數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，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，發現感染性病毒的滴度在感染24時達到峰值，在48時和72小時的時候能持續檢測到。研究團隊指出，這些結果清楚地表明，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與神經元標記物TUJ1和神經祖細胞標記物NESTIN共定位，表明SARS-CoV-2可直接感染腦類器官中的皮層神經元和神經祖細胞。

研究團隊總結道，總之，這項研究的結果表明，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，這一發現突出表明，病毒可能直接參與COVID-19患者的神經系統癥狀。

他們認為，這些結果對嗅覺喪失和味覺喪失的病理性癥狀以及COVID-19的其他神經學表現(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，應密切監測中樞神經系統中SARS-CoV-2感染的慢性或長期后果。