? ? ? ? 新冠肺炎疫情目前已經(jīng)全球爆發(fā)，不僅醫(yī)護(hù)人員每日奮戰(zhàn)在一線，科研人員也一直在背后進(jìn)行機(jī)制、藥物、疫苗的研究。從2019年12月爆發(fā)開始，僅僅三個(gè)多月，就已經(jīng)發(fā)表論文600多篇。這些論文，為我們認(rèn)識(shí)、預(yù)防、治療新冠病毒，提供了極大的幫助。對(duì)于沒有臨床樣本的科研人員，怎么利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來進(jìn)行相關(guān)研究呢？接下來，我們來看看從結(jié)構(gòu)、RNA seq和單細(xì)胞RNA seq三個(gè)不同角度分析的案例。

圖片來自清華大學(xué)AMiner團(tuán)

? ? ? ? 1、案例一

? ? ? ? 從基因組開始，再到結(jié)構(gòu)、到蛋白表達(dá)，逐步解開COVID-19的謎團(tuán)！

? ? ? ? ?題目：2019-nCoV（COVID-19）與受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)分析

? ? ? ? 01、研究背景

? ? ? ? SARS-CoV中尖峰糖蛋白在病毒表面形成尖峰，尖峰蛋白的受體結(jié)合域（RBD）與宿主ACE2受體結(jié)合，從而進(jìn)入宿主細(xì)胞。2019-nCoV（COVID-19）與SARS-CoV高度相似，對(duì)2019-nCoV（COVID-19） 的RBD與受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)分析，對(duì)于病毒的防治尤其重要。

? ? ? ? 02、方法與結(jié)果

? ? ? ? 從GenBank 數(shù)據(jù)庫中下載到2019-nCoV（COVID-19）序列，并將序列用BLAST方法與NCBI數(shù)據(jù)庫中的序列進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最接近2019-nCoV（COVID-19）的同源物是從蝙蝠（MG772933.1）中分離出的SARS冠狀病毒，序列同源性為87.99%，覆蓋率為99%。其次是從人或者麝貓中分離出的SARS冠狀病毒。在2019-nCoV（COVID-19）的整個(gè)基因組中，編碼尖峰糖蛋白的區(qū)域（最不保守的區(qū)域）與SARS-CoV序列同源性為74-83%。2019-nCoV（COVID-19）序列中的RBD與SARS-CoV也有72%-76%的同源性（圖A）。以上結(jié)果顯示，與SARS-CoV相同，2019-nCoV（COVID-19）的受體可能也是ACE2。

? ? ? ? 將2019-nCoV（COVID-19）的RBD 3D結(jié)構(gòu)與SARS-CoV的進(jìn)行疊合，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)結(jié)構(gòu)基本重合，僅有l(wèi)oop2處有一點(diǎn)差異（圖ABC）。

? ? ? ? 為了研究RBD與ACE2的結(jié)合，作者進(jìn)行了分子對(duì)接，發(fā)現(xiàn)2019-nCoV（COVID-19）和SARS-CoV具有類似的與ACE2結(jié)合模式，但是2019-nCoV（COVID-19）結(jié)合能力更強(qiáng)。在SARS-CoV 的RBD中有16個(gè)氨基酸殘基與ACE2直接接觸，其中8個(gè)在2019-nCoV（COVID-19）中保守，推測(cè)2019-nCoV（COVID-19）中特有的氨基酸可能增強(qiáng)了與ACE2的互作。

? ? ? ? 為了確定變異氨基酸對(duì)RBD與ACE2相互作用的貢獻(xiàn)，作者比較了其他三種SARS-CoV相關(guān)病毒的RBD序列，通過結(jié)構(gòu)分析，解釋了2019-nCoV（COVID-19）感染能力更強(qiáng)的原因。

? ? ? ? 另外作者還探究了ACE2在動(dòng)物界的分布，發(fā)現(xiàn)ACE2在魚類、兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物、鳥類、哺乳動(dòng)物均有表達(dá)，并且它們的同源性很高，表明這些動(dòng)物均有可能是2019-nCoV（COVID-19）的宿主。

? ? ? ? 通過進(jìn)行免疫染色，作者發(fā)現(xiàn)ACE2在肺泡上皮細(xì)胞以及動(dòng)脈和靜脈內(nèi)皮細(xì)胞、動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞、腎小管上皮和小腸上皮中均有表達(dá)，為2019-nCoV（COVID-19）和SARS-CoV通過肺的氣道感染提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

? ? ? ? 通過檢索人類蛋白質(zhì)圖譜數(shù)據(jù)庫，作者發(fā)現(xiàn)小ACE2在腸，結(jié)腸，十二指腸，腎臟，睪丸和膽囊均有表達(dá)，并且表達(dá)水平高于肺。ACE2的組織表達(dá)模式提示了其他可能涉及腸道、腎臟、睪丸和其他組織功能的病毒傳播模式。

? ? ? ? 03、結(jié)論

? ? ? ? 高度同源的序列、尖峰糖蛋白編碼序列和RBD序列，推測(cè)2019-nCoV（COVID-19）與SARS-CoV類似，具有相同的受體ACE2。結(jié)構(gòu)重疊、分子對(duì)接和結(jié)構(gòu)分析，解釋了2019-nCoV感染力更強(qiáng)的原因。ACE2在其他動(dòng)物的表達(dá)水平分析，表明這些動(dòng)物都可能是宿主。ACE2在人體不同器官中的表達(dá)水平分析，提示除呼吸系統(tǒng)傳播外，其他傳播途徑也要引起重視。

? ? ? ? 2、案例二

? ? ? ? TCGA 癌旁RNA seq數(shù)據(jù)也有巨大的挖掘價(jià)值！

? ? ? ? ?題目：2019-nCoV（COVID-19） ACE2受體在口腔粘膜上皮細(xì)胞中高表達(dá)

? ? ? ? 01、研究背景

? ? ? ? 據(jù)報(bào)道，ACE2是2019-nCoV（COVID-19）的宿主細(xì)胞主要受體，在病毒進(jìn)入細(xì)胞引起最終感染中起著至關(guān)重要的作用，因此表達(dá)ACE2的細(xì)胞可能作為靶細(xì)胞，具有很大的研究?jī)r(jià)值。

? ? ? ? 02、方法和結(jié)果

? ? ? ? 從癌癥基因組圖譜（TCGA）數(shù)據(jù)庫中搜集到13種器官的癌旁正常組織的RNA-seq數(shù)據(jù)。從哺乳動(dòng)物基因組cap分析的功能注釋（FANTOM5 CAGE）數(shù)據(jù)庫中搜集到14種正常組織器官的RNA-seq數(shù)據(jù)。作者探究了不同組織的ACE2表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫均顯示在口腔粘膜可以表達(dá)ACE2。

? ? ? ? 為了研究ACE2在口腔粘膜上的表達(dá)，根據(jù)TCGA提供的部位信息，作者探究了ACE2在不同口腔部位的表達(dá)情況。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)將舌底、口底和口腔其他部位與舌進(jìn)行比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)舌中ACE2的平均表達(dá)明顯高于其他部位（圖c）。將舌與其他口腔中其他部位相比較時(shí)，舌中ACE2的表達(dá)也是處于較高水平（圖d）。

? ? ? ? 接下來對(duì)口腔組織（舌、頰和舌）進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)口腔組織中有0.52% ACE2陽性細(xì)胞，這些細(xì)胞95.86%來源于舌（圖d）。單細(xì)胞測(cè)序?qū)⒓?xì)胞分為7類，其中95.86%的ACE2陽性細(xì)胞來源于上皮細(xì)胞圖（e）。上述結(jié)果表明，ACE2可在口腔粘膜上皮細(xì)胞上表達(dá)，并在舌上皮細(xì)胞中高度富集。

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? ? ? ? 03、結(jié)論

? ? ? ? 這些發(fā)現(xiàn)解釋了口腔是2019-nCoV（COVID-19）易感性潛在高風(fēng)險(xiǎn)的基本機(jī)制，并為牙科臨床實(shí)踐和日常生活中的預(yù)防策略提供了一份證據(jù)。

? ? ? ? 3、案例3

? ? ? ? 除了口腔，其他身體部位的潛在風(fēng)險(xiǎn)也要探究！

? ? ? ? ?題目：對(duì)ACE2受體表達(dá)的單細(xì)胞RNA-seq數(shù)據(jù)分析揭示了不同人體器官易受2019-nCoV（COVID-19）感染的潛在風(fēng)險(xiǎn)

? ? ? ? 01、研究背景

? ? ? ? 在2019-nCoV（COVID-19）感染期間，具有ACE2表達(dá)的肺AT2細(xì)胞可能是主要的靶細(xì)胞。然而，一些患者也表現(xiàn)出非呼吸癥狀，如腎衰竭，這意味著2019-nCoV（COVID-19）也可能侵染其他器官。研究人體不同器官的風(fēng)險(xiǎn)，具有重要意義。

? ? ? ? 02、方法和結(jié)果

? ? ? ? 作者從GEO數(shù)據(jù)庫中搜集了來自主要人類生理系統(tǒng)，包括呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)的單細(xì)胞RNA測(cè)序（Scrna-seq）數(shù)據(jù)集。

? ? ? ? 作者對(duì)來自鼻黏膜、氣管、支氣管和肺的單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn) ACE2陽性AT2細(xì)胞的平均比例約為1%。一個(gè)被普遍接受的共識(shí)表明，2019-nCoV（COVID-19）病毒傾向于通過宿主受體ACE2攻擊肺AT2細(xì)胞，因此將ACE2在AT2細(xì)胞中的表達(dá)水平作為參考，平均比例高于1%的ACE2陽性細(xì)胞被認(rèn)為是高風(fēng)險(xiǎn)的，低于此標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞被認(rèn)為是低風(fēng)險(xiǎn)的。

? ? ? ? 隨后作者對(duì)不同器官的ACE2陽性細(xì)胞水平進(jìn)行了分析并對(duì)細(xì)胞類型進(jìn)行了鑒定，確定了處于高風(fēng)險(xiǎn)的器官，如肺、心臟、食道、腎臟、膀胱和回腸，同時(shí)也確定了特定的細(xì)胞類型（即II型肺泡細(xì)胞（AT2）、心肌細(xì)胞、腎近端小管細(xì)胞、回腸和食道上皮細(xì)胞以及膀胱尿路上皮細(xì)胞），這些細(xì)胞易受2019-nCoV（COVID-19）感染。

? ? ? ? 03、結(jié)論

? ? ? ? 構(gòu)建人體不同器官的風(fēng)險(xiǎn)圖，可為進(jìn)一步研究2019-nCoV（COVID-19）感染的發(fā)病機(jī)制和途徑提供潛在線索。

? ? ? ? 即使沒有臨床樣本，合理運(yùn)用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，也可以幫助我們對(duì)COVID-19進(jìn)行研究，為疫情的防控貢獻(xiàn)出一份力量。