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我們可能會認為 ， 新冠病毒感染宿主細胞的機制早已被研究透了 。 然而 ， 權威學術期刊《細胞》近期在線發表的一篇論文告訴我們：原來 ， 新冠病毒感染鼻腔細胞的過程直到現在才真正被看清 。

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▲來自斯坦福大學和加州大學舊金山分校的研究團隊首次揭示了新冠病毒進入、離開鼻腔上皮組織的路徑 。
在疫情初期 ， 科學家就發現新冠病毒的刺突蛋白會與宿主細胞的ACE2受體結合 ， 從而進入、感染宿主細胞 。 但在這個清晰的過程中 ， 卻有一個未解之謎：按理來說 ， 我們鼻腔中的保護屏障應該能將新冠病毒這樣的大顆粒拒之門外 。 那么 ， 病毒是如何突破屏障 ， 感染上皮細胞的？
保護屏障
要解答這個問題 ， 我們需要從鼻腔保護屏障的結構看起 。
作為新冠病毒感染人體的起點 ， 我們的鼻腔里有一道層次分明、排列緊密的保護屏障 ， 這道屏障由內到外包含了3層結構 。
首先是鼻腔上皮組織 ， 由基底細胞、杯狀細胞和纖毛上皮細胞這3類細胞緊密排列形成 。 其中纖毛上皮細胞含量最高 ， 占據了鼻腔上皮組織的80% 。
在上皮組織的上方 ， 是一層黏蛋白分子組成的纖毛周圍層（periciliarylayer,PCL） 。 黏蛋白分子相互連接 ， 形成的彈性網絡如同一道濾網 ， 只允許直徑在25納米以內的顆粒穿透 。
在黏蛋白上方還有一層黏液 ， 這道屏障可以捕獲大型病毒顆粒、細菌、環境顆粒物、細胞降解產生的廢物等 。

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▲由黏液層、纖毛周圍層（PCL）和上皮組織構成的鼻腔保護屏障 ， 其中纖毛上皮細胞長出了纖毛（cilia）和微絨毛（microvilli）（圖片來源：參考資料[1]）
黏液捕獲了病毒等異物后 ， 需要纖毛上皮細胞的協助才能排出 。 纖毛上皮細胞的表面就像是長了很多“胡須”：一種更長、更粗的“胡須”叫做纖毛（cilia） ， 還有一種更細微的是微絨毛（microvilli） 。 一枚上皮細胞長出的幾百根纖毛整齊劃一地擺動 ， 產生的推力讓黏液變成一條緩慢流動的“小溪” ， 其中的顆粒也隨著溪流一起被咳出體外 ， 或者是被吞咽、消化 。
之前的研究已經發現 ， 纖毛上長有ACE2受體 ， 而病毒要想與這些ACE2受體結合、入侵上皮細胞 ， 首先要先穿過上方的黏液和黏蛋白層 。 但問題是 ， 新冠病毒的直徑至少也有60納米 ， 明顯超過了黏蛋白網絡25納米的“篩孔” 。 它們是如何穿過屏障、感染上皮細胞的？
奇異的停滯
研究團隊首先借助組織培養手段 ， 在體外培養出了呼吸道上皮類器官 ， 以此模擬人體的上呼吸道 。 雖然不含血管和免疫細胞 ， 但這些類器官完全重建了鼻腔上皮的構造 ， 包括完整的黏液-黏蛋白層 ， 以及發育完好的纖毛上皮細胞 ， 因此足夠用來研究病毒感染鼻腔的過程 。
將類器官與新冠病毒放在一起培養后 ， 研究團隊借助掃描、投射電子顯微鏡和免疫組織化學染色 ， 檢測了病毒進出上皮細胞、在細胞中復制的過程 。
電子顯微鏡觀測顯示 ， 病毒最初附著在纖毛上 ， 只有含纖毛的細胞受到感染 。 而在敲低了形成鼻腔上皮纖毛必需的蛋白質后 ， 類器官中的纖毛減少 ， 新冠病毒感染的速度也大幅下降 。 這些實驗證實了 ， 鼻腔的纖毛上皮細胞是新冠病毒感染鼻腔的主要入口 。

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▲新冠病毒感染鼻腔上皮細胞（圖片來源：參考資料[1]）

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