柳叶刀。2003年7月26日;362(9380): 263–270.
新发现的冠状病毒是严重急性呼吸综合征的主要病因
,博士,a中,* ,博士,一 ,博士,一 ,博士,一 ,一 ,b条 ,博士,b条 ,c ,博士,一 ,医学博士,d日 、FRCPA、,e(电子) ,医学博士,(f) ,博士,(f) ,博士,克 ,博士,克 ,医学博士,小时 ,博士,我 ,博士,我 ,博士,我 ,博士,j个 、DPhil、,k个和,博士一
Thijs Kuiken先生
一荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病毒学部
罗恩·AM·福奇
一荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病毒学部
马丁·舒滕
一荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病毒学部
Guus F Rimmelzwaan公司
一荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病毒学部
吉尔特·范·阿梅隆根
一荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病毒学部
黛比·范·瑞尔
b条荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医学中心免疫学系
乔恩·D·拉曼
b条荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医学中心免疫学系
托德容(Ton de Jong)
c荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病理科
杰勒德·范·杜努姆
一荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病毒学部
威利娜·利姆
d日中国香港特别行政区九龙石硖尾公共卫生化验中心政府病毒科
Paul KS Chan先生
(f)香港威尔士亲王医院香港中文大学微生物学系
约翰·斯坦姆
(f)香港威尔士亲王医院香港中文大学微生物学系
玛丽亚·桑彭
克英国伦敦健康保护局肠道呼吸和神经病毒实验室
罗宾·戈帕尔
克英国伦敦健康保护局肠道呼吸和神经病毒实验室
克里斯蒂安·德罗斯滕
小时德国汉堡Bernhard-Nocht热带医学研究所病毒学系
西尔维·范德维尔夫
我法国巴黎巴斯德研究所莫利库莱尔病毒呼吸研究所(Unitéde Génétique Moléculaire des Virus Respiratoires)
尼古拉斯·埃斯科里奥
我法国巴黎巴斯德研究所莫利库莱尔病毒呼吸研究所(Unitéde Génétique Moléculaire des Virus Respiratoires)
Jean-Claude Manuguerra女士
我法国巴黎巴斯德研究所莫利库莱尔病毒呼吸研究所(Unitéde Génétique Moléculaire des Virus Respiratoires)
克劳斯·施特尔
j个瑞士日内瓦世卫组织SARS病原学研究小组
J S马利克·佩里斯
k个香港大学玛丽女王医院微生物学与医学系
阿尔伯特·DME·奥斯特豪斯
一荷兰鹿特丹市伊拉斯谟医疗中心病毒科,邮政信箱1738,邮编3000
一荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病毒学部
b条荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医学中心免疫学系
c荷兰鹿特丹DR 3000,邮政信箱1738,伊拉斯谟医疗中心病理科
d日中国香港特别行政区九龙石硖尾公共卫生化验中心政府病毒科
e(电子)新加坡总医院病理科
(f)香港中文大学微生物系,香港威尔斯亲王医院
克英国伦敦健康保护局肠道呼吸和神经病毒实验室
小时德国汉堡Bernhard-Nocht热带医学研究所病毒学系
我法国巴黎巴斯德研究所莫利库莱尔病毒呼吸研究所(Unitéde Génétique Moléculaire des Virus Respiratoires)
j个瑞士日内瓦世卫组织SARS病原学研究小组
k个香港大学玛丽女王医院微生物学与医学系
*致:Thijs Kuiken博士
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摘要
背景
全球爆发的严重急性呼吸综合征(SARS)与新发现的冠状病毒SARS-associated coronavirus(SARSCoV)有关。我们进行了临床和实验研究,以评估这种病毒在SARS病因中的作用。
方法
我们对来自六个国家436名SARS患者的临床和尸检样本进行了SARSCoV、人偏肺病毒和其他呼吸道病原体感染检测。我们用SARS-CoV感染了四只食蟹猴,试图复制SARS,并在感染后第6天进行尸检。
调查结果
436例符合SARS病例定义的患者中,329例(75%)被诊断为SARS-CoV感染;335例患者中有41例(12%)诊断为人偏肺病毒,其他呼吸道病原体仅零星诊断。因此,SARS-CoV是SARS最可能的致病因子。感染SARS-CoV-的四只猕猴在感染后2天从鼻、口和咽部分泌SARS-CoV。四分之三的猕猴出现了与SARS患者相似的弥漫性肺泡损伤,其特征是上皮坏死、浆液性渗出物、透明膜形成、2型肺细胞增生和合胞体的存在。通过病毒分离和RT-PCR在肺炎区域检测到SARS-CoV,并通过免疫组织化学和透射电镜定位于肺泡上皮细胞和合胞体。
解释
SARS-CoV感染猕猴的肺炎复制与SARS患者的肺炎复制相似,再加上SARS患者中SARS-CoV感染的高流行率,符合证明SARS-CoV是SARS主要病因的标准。
2003年7月22日在线发布http://image.thelancet.com/extras/03art6318web.pdf
介绍
严重急性呼吸综合征(SARS)是2002年11月在中华人民共和国广东省首次报告的一种紧急疾病,从那里传播到其他亚洲国家、北美和欧洲。1,2,三,4,5截至2003年7月3日,这一流行病在全球造成8439例报告病例,其中812例死亡。6
SARS患者的肺部病变已被诊断为弥漫性肺泡损伤。组织学变化包括肺细胞脱屑,形成透明膜,肺泡腔充满混合有炎性细胞的水肿液,肺细胞和合胞体增大。肺泡壁因轻度单核浸润而增厚,在后期的空气中含有纤维粘液样渗出物。2,4,5,7,8通过透射电子显微镜在肺活检样本的细胞中检测到冠状病毒样颗粒2和支气管肺泡灌洗样本,7以及死后肺样本中的肺细胞。8迄今为止,SARS相关病变中SARS-相关冠状病毒(SARS-CoV)的免疫组织化学检测尚未成功。7
确定SARS的病因对于准确定义病例、准确诊断疾病以及制定适当的预防和治疗措施至关重要。在SARS的调查过程中提出了几种制剂。在中国的初步调查中,肺炎支原体和衣原体提出了sp可能的原因。9,10随后的研究排除了这些病原体和其他已知的病毒和细菌病原体,三,4除了人偏肺病毒。5SARS患者中发现一种未知冠状病毒。2,7,11有人认为,这种冠状病毒单独或与人偏肺病毒或其他致病因子联合可能是SARS的主要病因。
我们通过分析世界卫生组织实验室网络的调查结果,调查了新发现的严重急性呼吸系统综合征冠状病毒的因果作用,表明严重急性呼吸系统综合征冠状病毒是唯一在可能患有严重急性呼吸系统综合征的患者中持续出现的病原体。我们还研究了实验感染的食蟹猴是否可以复制SARS的呼吸道损伤(猕猴)复制基于组织病理学,如初步报告中所述,12以及通过免疫组织化学和透射电镜对典型肺部病变进行SARS-CoV定位。
方法
SARS患者调查
本研究中的所有患者均符合世卫组织对SARS病例的定义().1队列1中不同比例患者的一些数据,22,13三,85–8,7和9、11和1211之前已发布。
表1
| 入院日期(日/月) | 位置 | 医院标识 |
---|
队列(n) |
1 (50) | 26/2至26/3 | 香港 | 3家医院 |
2 (75) | 24/3至28/3 | 香港 | 1家医院 |
3 (6) | ··* | 香港 | 九龙医院联网 |
4 (84) | 4/3至19/3 | 香港 | 威尔士亲王医院 |
5 (8) | 22/2至28/2 | 香港 | 医院A至C |
6 (14) | 4/4至7/4 | 香港 | D医院 |
7 (26) | 12/3至15/4 | 香港 | E医院 |
8 (199) | 1/3至22/4 | 新加坡 | 新加坡总医院Tan Tock Seng医院 |
9 (3) | 15/3至4/4 | 德国 | 法兰克福大学/梅因医院、哈廷根医院、海默医院 |
10 (9)† | 17/3至10/4 | 英国 | 英格兰和苏格兰有9家医院 |
11 (17) | 4/3至20/3 | 越南 | 河内法国医院 |
12 (19)‡ | 20/3至22/4 | 法国 | 9家医院 |
用间接免疫荧光法在配对的急性和恢复期血清中检测到SARS-CoV抗体2适用于所有队列中的患者。此外,酶联免疫吸附试验7在第8组和第10组中进行了轻微修改。用人偏肺病毒感染的胎恒河猴肾(FRhK-4)细胞免疫荧光法检测急性和恢复期配对血清中的人偏肺毒抗体14队列1中的32名患者,以及队列3和队列4中人偏肺病毒培养阳性的所有患者。对队列1中的其余5名患者和队列8中的所有患者使用IgA-特异性和IgG-特异性EIA。IgA特异性EIA用于队列5中的患者。这些测试正在进行商业分销(Meddens Diagnostics,Vorden,荷兰)。
获得RNA提取物的临床样本因队列而异,包括鼻、咽或结膜拭子、鼻咽或气管抽吸物、支气管肺泡灌洗液、粪便、尿液、痰和血液。样本包括队列3中的死后肺组织和队列8中的各种器官。根据Peiris及其同事的方法对临床样本进行SARS-CoV的RT-PCR2根据Drosten及其同事的研究11第9、11和12组。使用引物对COR-1/COR-2的可比试验用于队列5-7,15队列10的引物对Cor-p-F3/Cor-p-R1和2Bp/4Bm,15,16和引物对COR-1/COR-2和SAR1s/SAR1。15SARS-CoV的病毒分离程序是通过将样本接种到队列4-7的Vero细胞上,以及接种到队列8的HeLa、人类胚胎肺、LLC、Madin-Darby犬肾细胞和Vero细胞系上。通过免疫荧光、RT-PCR或两者都确认存在病毒。
根据Peiris及其同事的方法对临床样本中的人偏肺病毒进行RT-PCR2对于队列1和队列3,根据Peret及其同事的方法,对队列5-7使用引物对L6(5-CATGCCCACTAAAGGTCAG-3′)和L7(5′-CACCCACGTCTTCTTGAAA-3′),17根据Drosten及其同事的研究,对队列8进行常规和实时PCR,并使用家族特异性引物对11对于队列9,对于使用基于N和F基因的引物的队列10,以及通过使用外部引物对P9(5′-GATCAACATATCT TCAGTCCAGAC-3′)和P10(5′-AAAAGCATGATC CGATATGAACCCC-3′)以及L6和L7作为队列11和12的内部引物对的嵌套PCR。此外,在队列8中,将样本接种到HeLa、人类胚胎肺、LLC、Madin-Darby犬肾和Vero细胞系上,在33°C下接种28天。
在队列4中,将鼻咽抽吸物样本接种到LLC-MK2恒河猴肾细胞和人喉癌细胞(HEp-2)单层上,并在37°C的滚管培养系统中培养12–14天(HEp-2细胞)或21天(LLC-MX2细胞)。这些细胞系是根据初步评估结果选择的。18不管是否存在细胞病变效应,使用外引物对(5′′′′'-AGCTGTTCCATGG CAGCA-3′)和(5′-ATGTGTTCRCCYTCAAC TTT-3′;R=A或G,Y=C或T)和内引物对和(5′-GCT TAGCTGRTATACAGTGTT-3′)。所有PCR产物均经核苷酸测序证实。此外,将所有对人偏肺病毒rtPCR阳性的细胞培养物传到另一个LLC-MK2恒河猴肾细胞培养管中,并培养21天。通过电子显微镜检查随机选择的具有细胞病变效应的细胞培养上清液中是否存在病毒颗粒。
猕猴调查
我们从死于SARS的患者5688中获得的SARS-CoV分离物的第四代中制备了用于接种食蟹猴的病毒库,并将其接种到在Iscove's Modified Dulbeco’s Medium(美国马里兰州沃克斯维尔市Bio Whitaker)培养基中培养的Vero 118细胞上。在270 g离心5分钟后,从上清液和颗粒细胞中提取1 mL样品,并将其重新悬浮在5 mL培养基中。该病毒株的滴度为1×106中位组织培养感染剂量50)每毫升。所有细胞培养均在3级生物安全条件下进行。
将四只成年食蟹猴(两只雄性和两只雌性)置于负压手套箱中。他们感染了1×106TCID公司50将SARS-CoV悬浮在5 mL磷酸盐缓冲盐水中。气管内注射4mL,鼻内注射0.5mL,每个结膜上注射0.25mL。我们每天检查猕猴的临床症状。就在感染前以及感染后第2、4和6天,我们用氯胺酮对猕猴进行麻醉,并从腹股沟静脉采集10 mL血液,取鼻、口、咽和直肠拭子,将其置于1 mL病毒运输介质中。19在麻醉期间,我们还用舌头下的拭子和口腔内的海绵采集了3号和4号猕猴的痰标本。我们通过离心从海绵中提取液体。感染后6天,在氯胺酮麻醉下抽血处死猕猴。
我们按照标准方案对猕猴进行了尸检。为了进行组织学检查,我们收集了以下组织:肾上腺、主动脉、腋窝淋巴结、肱二头肌、脑干、盲肠、小脑、大脑、结肠、十二指肠、眼睛、眼睑、股骨骨髓、心肌(左右)、回肠、腹股沟淋巴结、空肠、肾脏、,肺(用10%中性缓冲福尔马林充气)、肝脏、下颌淋巴结、肠系膜淋巴结、鼻中隔、食道、胰腺、主支气管、卵巢、前列腺、唾液腺、皮肤、脾脏、胃、睾丸、胸腺、甲状腺、舌、扁桃体、气管、气管支气管淋巴结、膀胱和子宫。用于光学显微镜检查的组织用10%中性缓冲福尔马林固定,石蜡包埋,4 um切片用苏木精和伊红染色。根据标准免疫组织化学程序,用单克隆抗体AE1/AE3(Neomarkers,Fremont,CA,USA)对选定的肺切片进行染色,以鉴定上皮细胞,用单抗CD68(Dako,Glostrup,Denmark)鉴定巨噬细胞。
我们开发了一种检测SARS-CoV抗原的免疫组织化学方法。用抗生物素-生物素复合物过氧化物酶法对所有组织样品的重复切片进行染色。将石蜡从切片中去除,然后在37°C下用蛋白酶(美国密苏里州圣路易斯市西格玛)进行再水化和预处理10分钟。用4-氯-1-萘酚(Sigma)显示内源性过氧化物酶。用亲和素-生物素阻断试剂盒阻断内源性生物素(Vector Laboratories,Burlingame,CA,USA)。用0.05%的磷酸盐缓冲液Tween 20(瑞士布赫市福禄卡)对载玻片进行短暂清洗,并用恢复期SARS患者的生物素化纯化人IgG、阴性对照生物素化的纯化人Ig G或稀释缓冲液(含有1%牛血清白蛋白的磷酸盐缓冲盐水)培养载玻片在室温下保持1小时。清洗后,在室温下用亲和素-生物素复合物-辣根过氧化物酶(Dako)培养切片1小时。通过将载玻片在3-氨基-9-乙基咔唑(Sigma)溶液中孵育10分钟来揭示辣根过氧化物酶活性,产生亮红色沉淀。切片用苏木精复染。未感染SARS-CoV的食蟹猴组织切片作为阴性对照。我们将福尔马林固定、石蜡包埋的SARS-CoV感染或未感染的Vero 118细胞分别作为阳性和阴性对照。
对于负对比电子显微镜,组织培养上清液样品在4°C下以17000 g离心,然后将颗粒重新悬浮在磷酸盐缓冲盐水中,并用磷钨酸染色。短尾猴3的肺样品在10%中性缓冲福尔马林中短暂固定后,在4%甲醛和1%戊二醛中固定,并在1%四氧化锇中固定后,进行透射电镜观察。包埋在环氧树脂中后,制备薄片,用6%饱和醋酸铀酰和柠檬酸铅染色,并用Philips Morgagni 268D电子显微镜检查。
死后采集肺、十二指肠、空肠、肾脏、肝脏和脾脏的样本进行病毒分离和RT-PCR。此外,我们仅收集了以下样本进行RT-PCR:小脑、大脑、回肠、结肠肠内容物、肠系膜淋巴结、鼻中隔、胰腺、皮肤、脾脏、胃、扁桃体、气管、气管支气管淋巴结、膀胱和尿液。从猕猴3和4中,还收集了空肠、回肠和盲肠中的肠道内容物样本进行RT-PCR。在进一步处理之前,用粪便运输和回收缓冲液(德国曼海姆罗氏诊断公司)对肠道内容物进行预处理。组织样品在4 mL运输介质中匀浆19使用Polytron PT2100卫生纸研磨机(Kinematica,瑞士利托-卢塞恩)。低速离心后,将匀浆在−70°C下冷冻,直到接种对数稀释的Vero 118细胞培养物。感染病毒滴度表示为TCID50/g组织。通过上清液的RT-PCR,确认分离病毒的身份为SARS-CoV。
由于冠状病毒复制周期的性质,我们开发了一种带有SARS-CoV核蛋白基因特异性引物和探针的RT-PCR20这表明,这种检测可能比基于聚合酶基因的RT-PCR更敏感,目前用于诊断。在Magnapure LC自动核酸分离系统(罗氏诊断公司)上进行核酸分离。用Magnapure LC总核酸血清血浆分离试剂盒处理拭子、粪便和血清。使用Magnapure LC站上的Magnapure-LC RNA分离试剂盒I,使用外部裂解方案处理死后组织样本。使用EZ rTtH RNA扩增试剂盒(美国加利福尼亚州福斯特市应用生物系统公司)在ABI棱镜7700上检测到SARS-CoV RNA。使用特异于严重急性呼吸系统综合征冠状病毒核蛋白(NP)基因的引物SARSNP fpr1(5′-CAAACATTGGCCG CAAATT-3′)、SARSNP rpr1(5′-CAATGCGACA TTCCAAAGA-3′)和探针SARSNP prb1(5′-CAATTGTGTGCCCAAGTGCCTTGCA-3′)(Eurogentec)进行扩增。扩增参数为50°C下2 min,60°C下30 min,95°C下5 min,95℃下45个周期30 s,62°C下1 min。
我们比较了SARS-CoV的敏感性NP公司用SARS-CoV聚合酶rtPCR进行rtPCR,该rtPCR使用与SARS-CoV聚合酶特异性引物和探针基本相同的方法(SARSTM fpr1 5′-TGTCGCAAGTAGTAAGTGAGATG-3′,SARSTM rpr1 5’-CACCGGATGTTCCACC-3′,SARST M prb1 5′-FAMTCATGTGGCTCA CTATGTTAAACC-TAMRA-3′)。对来自患者5688的SARS-CoV病毒库存和SARS-CoV-感染Vero细胞进行系列稀释,并用NP公司和聚合酶特异性RT-PCR。
使用基本相同的RT-PCR方法,但使用特定引物,监测呼吸道样本(鼻拭子、咽拭子,死后气管和肺样本)中的流感A和B病毒,呼吸道合胞病毒A和B,鼻病毒,冠状病毒(OC43和229E)和人偏肺病毒。
我们用间接免疫荧光法检测猕猴血清中SARS-CoV抗体。使用严重急性呼吸系统综合征冠状病毒感染的Vero 118细胞对显微镜载玻片进行包被,这些细胞已产生细胞病变效应。在37°C下培养血清30分钟后,用磷酸盐缓冲盐水清洗载玻片,并用抗人IgG、IgA和IgM孵育,再与硫氰酸荧光素(Dako)结合。清洗和干燥后,用荧光显微镜(德国奥伯科钦蔡司Axioscope)对载玻片进行检查。
我们在荷兰鹿特丹Erasmus MC医学微生物学和传染病部用常规细菌学方法(用血琼脂、巧克力琼脂和麦康基琼脂)在需氧和厌氧条件下对肺拭子和血液样本进行了细菌病原学检测。检测肺组织匀浆中是否存在肺炎衣原体使用通用引物进行PCR衣原体服务提供商21和针对C的特异性引物肺炎。
22
资金来源的作用
研究发起人在研究设计、数据收集、数据分析、数据解释或报告撰写过程中没有任何作用。
结果
总的来说,根据who病例定义,75%的疑似SARS患者被诊断为感染了可能的SARS-CoV,而12%被诊断为人类偏肺病毒感染(). 被诊断为人类偏肺病毒感染的患者比例较高,这主要归因于队列4,其中36%的患者对此感染呈阳性。如果没有这个队列,人类偏肺病毒诊断的总比例下降到4%。SARS-CoV感染检测阴性的患者的替代诊断为流感(5例),肺炎支原体感染(一种),以及军团菌sp感染(1例)。
表2
符合WHO SARS病例定义的患者SARS-CoV和人偏肺病毒的诊断
| 原产地 | SARS-CoV公司 | | | 百万英里/小时 | | |
---|
| | 带有血清学结果的数量(n/总数) | 带有病毒学结果的数量(n/总数) | 结果总数(n/总数[%]) | 带有血清学结果的数量(n/总数) | 带有病毒学结果的数量(n/总数) | 结果总数(n/总数[%]) |
队列编号 |
1 | 香港 | 32/32 | 34/46 | 45/50 | 0/32 | 0/50 | 0/50 (0) |
2 | 香港 | 70/75 | 69/75 | 70/75 (93) | ND(无损检测) | ND(无损检测) | ND(无损检测) |
三 | 香港 | 6/6 | 5/6 | 6/6 (100) | 0/6 | 0/6 | 0/6 (0) |
4 | 香港 | 84/84 | 84/84* | 84/84 (100) | 30/84 | 30/84†‡ | 30/84 (36) |
5 | 香港 | 8/8 | 8/8‡ | 8/8 (100) | 1/7 | 0/8 | 1/8 (13) |
6 | 香港 | 9/9 | 14/14‡ | 14/14 (100) | ND(无损检测) | 2/14 | 2/14 (14) |
7 | 香港 | 1/1 | 15/26‡ | 15/26 (58) | ND(无损检测) | 2/26 | 2/26 (8) |
8 | 新加坡 | 48/50 | 23/94 | 68/125 (54) | 2/59 | 0/85 | 2/116 (2) |
9 | 德国 | 3/3 | 3/3 | 3/3 (100) | ND(无损检测) | 0/2 | 0/2 (0) |
10 | 英国 | 1/9 | 1/9 | 1/9 (11)§ | ND(无损检测) | 0/9 | 0/9 (0) |
11 | 越南 | ND(无损检测) | 11/17 | 11/17 (65) | ND(无损检测) | 1/10 | 1/10 (10) |
12 | 法国 | 2/5¶ | 3/19 | 4/19 (21)‖ | ND(无损检测) | 3/10 | 3/10 (30)** |
总计 | | 264/282 | 270/401 | 329/436 (75) | 33/188 | 38/304 | 41/335 (12) |
感染后第2-3天,三只猕猴(1、2和4)开始昏睡。猕猴1和2在感染后第4天出现暂时性皮疹。猕猴2号从感染后第4天起出现呼吸窘迫,包括呼吸频率增加和呼吸困难。猕猴2-4的两个肺都有多个肺实变灶。巩固的肺组织呈灰红色,坚实,水平,浮力低于正常。这些猕猴的气管支气管淋巴结和脾脏大约是正常大小的两倍。这三只猕猴的其他器官以及1号猕猴的呼吸道和其他器官在显微镜下检查均正常。
猕猴2-4巩固肺组织的主要病变涉及肺泡和细支气管,包括急性或晚期弥漫性肺泡损伤的区域。在这些区域,肺泡和细支气管的腔内充满了丰富的蛋白质水肿液、纤维蛋白、红细胞和细胞碎片、适量的肺泡巨噬细胞,以及较少的中性粒细胞和淋巴细胞(). 其中一些巨噬细胞的细胞质中含有红细胞或水肿液池。肺泡壁和细支气管壁的上皮细胞大量脱落。在弥漫性肺泡损伤较严重的区域,肺泡壁中度增厚,并由立方上皮细胞排列(2型肺细胞增生),肺泡腔主要包含肺泡巨噬细胞(). 一些细支气管上皮再生,可见一层不规则的鳞状上皮细胞到高立方上皮细胞,细胞核深染。在某些区域,肺泡壁被深嗜酸性透明膜所覆盖(). 在细支气管和肺泡中偶有多核巨细胞(合胞体),要么附着在管壁上,要么游离在管腔中(). 这些合胞体有多达30个外周核,富含透明嗜酸性细胞质,根据CD68阳性染色和pan-keratin阴性染色,起源于巨噬细胞。肺泡壁上经常发现2型肺细胞增大,细胞核大空泡化,核仁突出,胞浆丰富(). 角蛋白的表达证实了这些细胞的上皮起源(). 相比之下,肺泡巨噬细胞的细胞核较小,核仁不太突出,并且在肺泡腔中通常较为疏松(). CD68染色证实这些细胞为巨噬细胞(). 水肿液、单核细胞和中性粒细胞使肺泡和细支气管壁增厚。肺小血管周围有淋巴细胞聚集。支气管壁固有层和粘膜下层中有适量的淋巴细胞和巨噬细胞,支气管上皮中有少量中性粒细胞。
SARS-CoV感染食蟹猴肺部的组织学病变
A: 弥漫性肺泡损伤的早期变化,特征是肺泡壁破裂,肺泡腔充满血性渗出物,并与中性粒细胞和肺泡巨噬细胞混合。B: 弥漫性肺泡损伤的更高级变化,特征是肺泡壁增厚,内衬2型肺细胞,主要是肺泡腔内的肺泡巨噬细胞。C: 箭头所示为肺泡表面的透明膜。D: 一个特征性变化是在细支气管管腔出现合胞体(箭头)。所有载玻片均进行苏木精和伊红染色。
SARS-CoV感染食蟹猴肺细胞的免疫组织化学鉴定
A: 箭头显示2型肺泡细胞增大,胞质丰富,胞核大,核仁突出,常沿肺泡壁出现;苏木精和曙红。B: 单克隆抗体AE1/AE3(泛角蛋白标记物)阳性染色证实上皮起源;亲和素-生物素复合免疫过氧化物酶与二氨基联苯胺底物和苏木精复染。C: 箭头显示肺泡腔内常见的肺泡巨噬细胞;苏木精和伊红。D: 巨噬细胞来源通过单克隆抗体CD68(巨噬细胞标记物)阳性染色证实;亲和生物素复合免疫过氧化物酶与二氨基联苯胺底物和苏木精复染。
猕猴2-4的其他组织变化为气管支气管淋巴结的弥漫性淋巴增生和窦性组织细胞增生。猕猴2和3的脾脏也有弥漫性滤泡内透明变性。猕猴1的肺组织中存在最小的多灶炎症损伤,包括肺泡巨噬细胞数量增加(每个肺泡约10个),肺泡和细支气管中偶尔出现合胞体。
使用SARS患者的生物素化IgG组分,在少数到中等数量的肺泡上皮细胞(2型肺细胞;)以及罕见的支气管内和肺泡内合胞体()在2-4只猕猴发炎的肺组织中。SARS-CoV免疫组化染色阳性,胞浆呈弥漫性红棕色染色。染色特征与SARS-CoV感染的Vero 118细胞(阳性对照)相似,而未感染的Vero118细胞和未感染猕猴的肺组织(阴性对照)染色为阴性。免疫组化显示,这三只猕猴的其他组织以及猕猴1的肺和其他组织均未表达SARS-CoV。
实验感染食蟹猴肺SARS-CoV的免疫组织化学检测
A: 两个肺泡上皮细胞表达严重急性呼吸系统综合征冠状病毒抗原,可能是2型肺细胞。SARS患者恢复期血清免疫球蛋白G组分作为特异性抗体;亲和素-生物素复合免疫过氧化物酶与二氨基联苯胺底物和苏木精复染。B: 肺泡管腔内合胞体表达SARS-CoV抗原。沿导管壁的小细胞也染色阳性;含3-氨基-9-乙基咔唑底物和苏木精的亲和素-生物素复合免疫过氧化物酶复染。
超微结构上,在3号猕猴炎症肺组织的扩大肺泡上皮细胞(2型肺泡细胞)中发现直径约70 nm的冠状病毒样颗粒,具有典型的内部核衣壳样结构和棒状表面突起。颗粒位于光滑的囊泡内,通常与高尔基体密切相关(). 在感染SARS-CoV的Vero 118细胞中,炎症肺组织中的颗粒在大小和结构上与冠状病毒颗粒相似().
实验感染食蟹猴的接种物、临床样本和组织样本中SARS-CoV的电镜观察
A: 接种食蟹猴的病毒株的阴性对照电子显微镜显示冠状病毒颗粒典型的棒状表面投影;磷钨酸负染,bar=100nm。B: 从感染猕猴的鼻拭子中分离出形态相同的颗粒;磷钨酸负染,bar=100nm。C: 感染Vero 118细胞的透射电镜显示,病毒核衣壳在细胞质中的光滑小泡中具有可变的电子密度和电子透明核;用醋酸铀酰和柠檬酸铅染色,bar=500 nm。D: 形态相似的颗粒出现在感染猕猴的肺部病变中,位于肺细胞高尔基体的囊泡内;醋酸铀酰和柠檬酸铅染色;巴=500纳米。
NP公司-特异性RT-PCR对病毒库和感染细胞稀释系列的敏感性约为聚合酶基因RT-PCR的100倍。这个NP公司根据SARS-CoV感染猕猴样本中病毒RNA的检测,RT-PCR也更为敏感(数据未显示)。
从感染后2天起,猕猴从痰液、鼻子和咽部排出严重急性呼吸系统综合征冠状病毒(). SARS-CoV分别于感染后2天从2只猕猴的鼻拭子和咽喉拭子、感染后2、4和6天从4只猕猴咽拭子以及感染后2和6天来自4只猕猴猴的痰标本中分离。未测量这些样品中的病毒滴度。其他几个临床样本仅通过RT-PCR呈阳性(). 通过负对比电子显微镜,从鼻拭子获得的细胞培养物中可以看到冠状病毒颗粒()与感染猕猴的病毒库中的病毒非常相似(). 直肠拭子中未检测到病毒。从肺部分离出SARS-CoV(1×105TCID公司50/g组织)和肾脏(1×10三TCID公司50/g组织)猕猴2和来自肺(1×104TCID公司50/g组织)。未从1号或3号猕猴的死后样本中分离出病毒。其他几个组织仅通过RT-PCR呈阳性(). 感染后第6天,没有猕猴检测到SARS-CoV抗体。
表3
| 感染后时间(天) | |
---|
| 0 | 2 | 4 | 6 |
猕猴编号 |
痰标本 |
1 | ND(无损检测) | ND(无损检测) | ND(无损检测) | ND(无损检测) |
2 | ND(无损检测) | ND(无损检测) | ND(无损检测) | ND(无损检测) |
三 | – | – | – | – |
4 | – | + | + | + |
鼻咽拭子 |
1 | – | + | + | – |
2 | – | + | + | + |
三 | – | – | – | – |
4 | – | – | – | – |
咽拭子 |
1 | – | + | – | + |
2 | – | + | + | + |
三 | – | – | – | – |
4 | – | + | + | + |
直肠拭子 |
1 | – | – | – | – |
2 | – | – | – | – |
三 | – | – | – | – |
4 | – | – | – | – |
表4
实验感染食蟹猴尸体组织SARS-CoV的病毒学检测
| 猕猴编号 | | |
---|
| 1 | 2 | 三 | 4 |
样品 |
大脑 | + | – | – | – |
十二指肠 | – | + | – | – |
肾 | – | + | – | – |
肺 | + | + | + | + |
鼻中隔 | – | + | – | – |
皮肤 | + | – | – | – |
脾脏 | – | – | – | + |
胃 | – | + | – | – |
气管 | + | – | – | + |
气管支气管淋巴结 | – | + | – | + |
膀胱 | + | – | – | – |
用RT-PCR对所有四只猕猴的鼻拭子、咽拭子以及气管和肺样本进行甲型和乙型流感病毒、呼吸道合胞病毒A和B、鼻病毒、冠状病毒(OC43和229E)和人偏肺病毒的病毒学检查均为阴性。
肺部和血液样本的细菌学培养未发现相关病原体。肺匀浆检测阴性衣原体sp和肺炎支原体通过PCR。
讨论
根据Rivers针对病毒疾病修改的Koch假设,23要使某一特定微生物成为疾病的致病因素,需要满足六个标准。本文和早期研究中对SARS患者临床和死后样本的实验室调查2,5,7,11已经达到了前三个标准:从患病宿主中分离病毒,在实验宿主或宿主细胞中培养,以及可过滤性证明(排除较大的病原体)。我们对SARS-CoV感染猕猴的研究结果满足了剩下的假设——在原始宿主或相关物种中产生类似的疾病,以及病毒的再分离。在实验感染后检测到对病毒的特异性免疫反应已经有报道。12总之,这些发现证明SARS-CoV是SARS的主要病因。
世卫组织实验室的累积研究表明,SARS-CoV在SARS病因中的主要作用,在这些研究中,大多数SARS患者被诊断为SARS-CoV感染,通常是在没有其他呼吸道病原体的情况下。SARS患者最常见的合并感染是人偏肺病毒。队列4中与人偏肺病毒共同感染的SARS患者大多是来自同一病房的医务工作者,他们共用休息区。SARS爆发期间这种感染在他们中间的传播可能解释了队列4中感染的频率。同样,四名来自加拿大的SARS患者感染了SARS-CoV和人偏肺病毒。5人偏肺病毒感染的临床症状从轻度上呼吸道疾病到严重的毛细支气管炎和肺炎不等。24人类偏肺病毒感染在SARS恶化中的可能作用尚待评估。
偶尔在符合SARS病例定义但SARS-CoV感染检测阴性的患者中进行替代诊断,如流感。因此,根据目前的病例定义,严重急性呼吸系统综合征冠状病毒感染引起的疾病与其他原因的呼吸道疾病重叠。在非典不流行的地理区域,最有可能进行其他诊断。
SARS-CoV感染猕猴的肺部病变与SARS患者相似,2,4,5,7,8以及其他呼吸道冠状病毒感染者,如大鼠唾液腺病毒感染,25猪呼吸道冠状病毒感染。26
SARS-CoV感染猕猴的细支气管中普遍存在合胞体,肺泡导管和肺泡中的合胞体较少。SARS患者的肺泡中也有突触。三,7,8根据CD68和泛角蛋白的表达,合胞体在猕猴中起源于组织细胞(本研究),在SARS患者中来源于组织细胞或上皮。8这些猕猴的合胞体形成可能是由SARS-CoV感染诱导的,因为一些合胞体经免疫组织化学染色呈SARS-CoV阳性,冠状病毒的棘突蛋白诱导细胞间融合。20SARS-CoV感染的猕猴(本研究)和SARS患者的肺细胞均表现为巨细胞、细胞核增大和核仁突出。2,8增生性2型肺细胞的这种增大和细胞学异型性通常发生在组织弥漫性肺泡损伤中,并且是非特异性的。27
在组织学样本中鉴定SARS-CoV抗原的特异性免疫组织化学试验的发展使我们能够评估猕猴SARS-CoV感染的细胞嗜性。SARS-CoV在肺部的表达仅限于肺炎区域,并局限于2型肺细胞和合胞体的细胞质。透射电镜证实2型肺细胞感染冠状病毒。这些发现与在SARS患者死后肺样本的肺细胞中检测到冠状病毒样颗粒相一致,8猪和大鼠的呼吸道冠状病毒对呼吸道上皮有嗜性,偶尔也有肺泡巨噬细胞。25,26
根据组织学变化,猕猴SARS-CoV感染主要影响肺泡和细支气管上皮。在安乐死时,感染后6天,大多数肺部区域显示早期至晚期2型肺细胞增生,表明1型肺细胞丢失后肺泡壁修复。组织学变化的时间顺序与猪实验感染猪呼吸道冠状病毒的时间顺序一致,在感染后第2-6天出现急性变化(上皮细胞丧失、巨噬细胞和气道管腔内纤维蛋白的存在),感染后7~11天出现更为严重的变化(2型肺细胞增生,间质单核细胞浸润)。26由于不同原因引起的弥漫性肺泡损伤遵循一条共同的途径,27,28这些猕猴的慢性变化可能包括肺泡内渗出物的组织,导致肺泡纤维化和闭塞性细支气管炎,正如SARS患者在病程后期死亡所见。三,4,5纤维化的发展取决于肺泡中纤维蛋白的沉积,而不是病毒感染的持续存在。纤维化的发作是慢性弥漫性肺泡损伤的一个关键特征,因为它会导致肺泡功能的丧失,并且是不可逆转的。27
在猪和大鼠的呼吸道冠状病毒感染中,呼吸道上皮的病毒感染在感染后第3-4天达到最大值,而在第6-9天无法测量。25,29首次感染后感染细胞的迅速消失可能解释了为什么SARS-CoV在1型肺细胞中没有发现,而在这些猕猴的2型肺细胞内偶尔发现。这也可能减少通过免疫组织化学方法在SARS患者死后肺组织中检测SARS-CoV的机会。
实验感染猕猴脾脏滤泡的淋巴耗竭与SARS患者的淋巴耗损相一致8猪呼吸道冠状病毒感染。29根据这些发现,再加上SARS患者的白细胞减少,2,三,4,5我们推测SARS-CoV感染会抑制免疫力,并可能使受感染的宿主容易发生二次感染,例如麻疹病毒感染。30
对实验感染猕猴的临床和尸检样本进行的病毒学检查表明,呼吸道是最重要的病毒来源,人类可能也是如此。13与SARS患者不同,13在这些猕猴的尿液或粪便中未检测到SARS-CoV,尽管在之前的实验中粪便检测呈阳性。12这一发现可以部分解释为实验的早期截止点(感染后6天),因为SARS患者在康复后期的粪便中检测到SARS-CoV RNA。11在没有病毒复制证据的情况下,通过RT-PCR在感染猕猴的膀胱、胃、十二指肠、大脑和脾脏中零星检测到SARS-CoV(基于病毒培养或免疫组织化学),这表明病毒从其他组织溢出,例如通过血液。从一只猕猴肾脏中分离出SARS-CoV表明病毒在该部位复制,但免疫组织化学无法证实这一理论。
事实证明,基于核蛋白引物的RT-PCR比基于聚合酶引物的现有RT-PCR敏感100倍。据推测,这种差异是由于冠状病毒RNA转录的梯度,即高浓度的核蛋白RNA和低浓度的聚合酶RNA。20
总之,这些对SARS患者和猕猴实验感染的实验室研究结果证明,新发现的SARS-CoV是SARS的主要致病因子,SARS-CoV感染主要影响下呼吸道上皮,可能对呼吸功能造成严重后果。
致谢
我们感谢鹿特丹伊拉斯谟医学中心病理学系组织学和免疫组织化学实验室的工作人员提供的技术援助;医学微生物学和传染病部诊断科的Alewijn Ott和Arjen van Vliet,负责猕猴组织的细菌学检查;医学微生物学和传染病部的Alex van Belkum和Liesbeth van der Zwaan检查了猕猴肺匀浆中的衣原体。我们感谢Theo Bestebroer、Berend Niemeyer、Georgina Aron和Judith Guldemeter提供的病毒学帮助;Rob van Herwijnen,Woerden欧洲兽医实验室,用于免疫组化初级抗血清的纯化和生物素化;Frank van der Panne协助编制数据;A Burguière对数据分析的贡献;S Azebi、C Batejat、G Coralie、B Crescenzo-Chaigne、F Fichenick、S Gerbaud、V Lorin、C Rousseaux和M Tardy-Panit提供技术援助;N Tordo,用于引物P9和P10的设计以及有益的讨论;F Freymuth免费提供人类偏肺病毒。我们感谢法国医疗团队、河内法国医院的医务人员以及位于图尔库姆、贝桑松、斯特拉斯堡、波尔多、蒙彼利埃、阿尔梅斯、布雷斯特、雷恩、巴黎CHU Bichat Claude Bernard和巴黎CHU Pitié-Salpétrière医院的医疗团队提供样本。我们感谢新加坡总医院病毒学科病理科的工作人员,他们在那里进行了大量的调查;以及国防医学研究所的工作人员,他们做了一些粪便PCR测试。
贡献者
T Kuiken和R A M Fouchier参与了该研究的联合规划和协调。T Kuiken撰写了该报告,并监督和解释了实验感染的病理学、免疫组织化学和电子显微镜组成部分。R A M Fouchier和M Schutten开发、监督和评估了SARS-CoV的RT-PCR。G F Rimmelzwaan和G van Amerongen计划并实施了感染实验。D van Riel和J D Laman参与了免疫组织化学检测组织中SARS-CoV的设计、执行和评估。T de Jong做了电镜检查,并在肺细胞中检测到SARS-CoV。G van Doornum监督了实验感染样本的病毒学分析。K Stöhr作为世卫组织SARS诊断实验室网络的秘书参加了此次研究,并在研究的启动过程中发挥了重要作用。A D M E Osterhaus是主要研究者,负责研究的总体规划和协调。所有其他研究人员都参与了SARS患者样本诊断测试的开发、应用和评估,或这些测试的组合。
工具书类
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