近日，深圳湾实验室孙坤课题组与合作者在bioRxiv（学术预印本网站）发布最新研究“Atlas of ACE2 gene expression in mammals reveals novel insights in transmission of SARS-Cov-2”。该工作对常见动物感染新冠病毒的风险进行了评估。
研究者发现，新冠病毒的受体蛋白在常见动物中非常保守，因此，新冠病毒有可能通过该受体感染这些动物。研究者分析了多种常见动物（包括猫、狗、牛、猪）的多个器官的转录组，发现猫和狗的皮肤以及其他外部组织中有很高的受体蛋白表达，表明它们可能是新冠病毒的易感群体。
一、新型冠状病毒（SARS-CoV-2）与受体ACE2基因
自2019年12月开始，一种新型冠状病毒病（COVID-19）开始暴发，并迅速在全球蔓延。截止到2020年4月初，已有超过一百万名确诊的感染者。COVID-19暴发的罪魁祸首，新冠病毒，与17年前的SARS病毒类似，通过其表面蛋白与人体细胞表面的跨膜蛋白血管紧张素转换酶2（ACE2）结合而入侵人类细胞（如图1）。
图1
目前，新冠病毒在自然界的宿主还没有定论。有关专家认为该病毒可能来自于蝙蝠1，但是在COVID-19的病例中，疫情发生在冬季，此时蝙蝠正在冬眠，因此成为人类感染的直接来源的机会较小。研究人员推测，新冠病毒很可能是通过一些中间宿主传染给人类。例如，SARS病毒通过果子狸，而MERS病毒（中东呼吸综合征的病原体）通过骆驼作为中间媒介（如图2）。新冠病毒的中间宿主一直是人们的关注焦点。考虑到新冠病毒依赖ACE2蛋白作为入侵病毒的受体，研究者认为可以通过分析ACE2蛋白在各种动物中的表达来进行病毒溯源以及评估这些动物的感染风险。
图2
二、哺乳动物ACE2基因的保守性
不同物种的ACE2蛋白并不完全一样，因此，研究者首先研究了ACE2蛋白在动物中的保守性，以及与人类ACE2蛋白的相似性。下图显示的是遗传分析的结果。研究者发现，约10种常见动物中的ACE2蛋白都和人的ACE2非常相似（大约80%的氨基酸序列完全相同），而其中猫和狗的ACE2蛋白和人类最为相似（如图3）。根据报道，最近已有猫和狗的新冠病毒检测呈阳性，显示已被传染2,3。综上所述，动物的ACE2蛋白也可能成为新冠病毒的受体，而猫和狗的ACE2蛋白与冠状病毒的结合力可能较高。
图3
三、ACE2基因在人体器官中的表达
研究者首先研究了ACE2基因在人类组织中的表达。如图4所示（彩色的表示观察到ACE2的表达，黑白色的指不表达），研究者发现ACE2在睾丸、小肠、心脏、肾脏、胰腺、大肠和眼角膜中都有比较高的表达。而这些信息和当前报道中的临床信息比较一致。例如，新冠病毒可以感染人的肠胃，而同时患有心脏疾病的新冠肺炎患者病情较重。
图4
四、ACE2基因在常见动物中的表达
研究者研究了大约10种常见的动物。首先是蝙蝠（中华菊头蝠）和穿山甲，因为它们是当前被认为可能性较大的病毒宿主1,4,5。结果显示，ACE2基因在蝙蝠和穿山甲的大多数组织中都高度表达，包括那些经常暴露在空气中的组织，例如蝙蝠的肺和穿山甲的舌头。因此，研究者认为应避免接触，并拒绝食用它们。
宠物作为人类亲密的接触者，可能存在与人类的交叉感染。研究者研究了猫、狗、雪貂和仓鼠这些常见的宠物中ACE2基因的表达，发现ACE2基因在这些动物的很多个组织中都有表达，如肾脏、心脏和肝脏。值得注意的是，ACE2不仅在猫的皮肤、耳尖、肺和视网膜中高度表达，同时在狗的皮肤和视网膜中也高度表达。这些与外部接触的部位中存在ACE2的表达，使得它们有可能感染新冠病毒。事实上，香港和比利时已经有了感染新冠病毒的宠物猫和宠物狗的报道，美国也有了动物园老虎和狮子感染病毒的报道。同时，3月31日中国农业科学院哈尔滨兽医研究所和国家动物疾病防控中心联合发表了一篇文章，他们发现，新冠病毒在狗、猪、鸡、鸭中有一定的复制能力，尤其在雪貂和猫中，病毒复制能力非常高6；4月3日，武汉病毒研究所的研究发现，在武汉地区确实存在猫感染的现象7。他们在武汉地区采集了39份疫情发生之前和102份疫情爆发之后的猫的血清，发现疫情发生之前的样本里检测不到病毒，而在疫情爆发之后采集的样本中，有15个样本测试结果呈阳性，占到了样本总量的14.7%。这几项工作的方法和角度虽然不同，但是结论基本一致，能够相互印证。因此，我们呼吁应该更小心的保护宠物猫狗，避免它们与流浪动物接触，一旦发现感染症状，应立即送医治疗。
此外，研究者还研究了常见家畜，因为它们是另一类经常与人类直接接触的动物，并且为人类提供食用肉类。研究发现，ACE2在牛、猪、兔子和山羊的内脏（肾脏、肝脏和心脏）中都有很高的表达，并且在猪的脂肪中也有很高的表达，但是在肌肉（瘦肉）中几乎没有表达。这些数据表明储存生肉或未煮熟的肉类，特别是动物内脏，可能面临被病毒污染的风险。因此，研究者建议不要长期存储生肉，并且一定要煮熟后食用。
参考文献：
1. Zhou P, Yang X-L, Wang X-G, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature 2020;579:270-3.
2. Dogs weakly positive to SARS-CoV-2. (Accessed Mar 29, 2020, at https://sc.news.gov.hk/TuniS/www.news.gov.hk/chi/2020/02/20200228/20200228_093205_796.html?type=ticker.)
3. Woman passes coronavirus to her cat as pet is taken ill with breathing problems, Belgium public health body says. (Accessed Mar 29, 2020, at https://www.thesun.co.uk/news/11272669/coronavirus-cat-belgium/.)
4. Lam TT-Y, Shum MH-H, Zhu H-C, et al. Identifying SARS-CoV-2 related coronaviruses in Malayan pangolins. Nature 2020.
5. Andersen KG, Rambaut A, Lipkin WI, Holmes EC, Garry RF. The proximal origin of SARS-CoV-2. Nature Medicine 2020.
6. Shi J, Wen Z, Zhong G, et al. Susceptibility of ferrets, cats, dogs, and other domesticated animals to SARS–coronavirus 2. Science 2020:eabb7015.
7. Zhang Q, Zhang H, Huang K, et al. SARS-CoV-2 neutralizing serum antibodies in cats: a serological investigation. bioRxiv 2020:2020.04.01.021196.
孙坤博士简介
孙坤博士2014年在香港中文大学获得博士学位，并于2019年全职加入深圳湾实验室，任特聘研究员。孙坤博士长期从事生物信息学和基于外周血游离DNA的液态活检(无创产前测试和癌症诊断)方向的研究，拥有近10年的生物医学大数据分析经验，发表SCI文章40余篇，其中（共同）第一作者或通讯作者20余篇(包括Cancer Discovery、PNAS、Genome Research、EMBO Journal、Nature Communications、Bioinformatics等)，总被引用1900余次。孙坤博士的工作注重原创性和转化价值，曾参与申请多项国际专利，其中一些已经转让给GRAIL、Illumina等多家液态活检领域内的知名公司。
孙坤博士课题组主要研究方向包括但不仅限于：(1) 生物信息学软件开发；(2) 大型数据集信息挖掘；(3) 高准确度、低成本的癌症生物标记物筛选；(4) 单细胞技术在分子诊断方向的应用探索。
健康大数据时代，生物信息学在生物医学的很多领域都扮演着重要的角色，孙坤博士课题组诚挚邀请对这些方向有兴趣的科研人才的加入!
PubMed链接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.30.015644v1
论文链接：https://doi.org/10.1101/2020.03.30.015644
撰稿 | 昆 仑
编辑 | 曹阳、姚化桐、鲍 啦
