《npj Viruses》：Prolonged dysregulation and pathological changes in the upper respiratory tract of SARS-CoV-2 infected hamsters
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为解决SARS-CoV-2急性感染后，上呼吸道长期（长达120天）持续存在病毒组分、慢性炎症和组织重塑异常的潜在机制问题，研究人员在叙利亚金仓鼠模型中开展了主题为“长期病理变化、病毒清除、再感染影响及病毒进入受体表达谱改变”的研究。结果显示，在感染后120天，仓鼠鼻甲组织中仍可检测到SARS-CoV-2核衣壳(N)蛋白、亚基因组RNA(sgRNA)，伴随持续的促炎、促凋亡反应和Notch通路激活，且病毒进入因子表达发生改变，这共同导致了慢性组织病理学变化。该研究为理解SARS-CoV-2感染后急性和长期上呼吸道后遗症提供了重要的动物模型依据和机制线索，对认识与治疗长新冠具有重要科学意义。
尽管多数新冠病毒感染者能够康复，但其中一部分人却长期被各种症状所困扰，这种现象被称为“长新冠”或“新冠后遗症”。在诸多症状中，呼吸急促、咳嗽、呼吸困难等呼吸系统问题尤为常见，影响着全球上千万人的生活质量。然而，究竟是什么导致了这些挥之不去的症状，其背后的生物学机制却如同一团迷雾。特别是在人体的“入口”——上呼吸道（如鼻腔），病毒真的在急性感染后就彻底消失了吗？那里是否发生了持久、隐秘的改变，进而影响了整个呼吸系统的功能恢复，甚至让人变得更容易再次被其他病毒感染？要解答这些问题，我们需要一个能模拟人体感染过程的“镜子”，即合适的动物模型。叙利亚金仓鼠因其能像人类一样被新冠病毒有效感染，已成为该领域研究的主力“演员”。以往研究大多聚焦于感染后几天的急性期，对于感染后数月内上呼吸道的变化，我们知之甚少。解开这个谜团，对于理解长新冠的根源、预警其风险乃至寻找干预靶点，都具有至关重要的意义。
近日，一篇题为“Prolonged dysregulation and pathological changes in the upper respiratory tract of SARS-CoV-2 infected hamsters”的研究发表在《npj Viruses》期刊上。该研究团队利用叙利亚金仓鼠模型，深入探索了初次感染新冠病毒后长达120天（相当于人类的约15年）内，上呼吸道发生的动态变化，揭示了病毒残留、持续炎症、细胞“自杀”倾向、组织修复信号紊乱以及“门户”改变等多重长期影响，为我们描绘了一幅关于新冠病毒长期“潜伏”于呼吸道的复杂病理图景。
为开展此项研究，研究人员采用了几项关键技术方法。首先，他们构建了纵向动物模型，对6-8周龄雄性叙利亚金仓鼠经鼻感染野生型(WT) SARS-CoV-2病毒，并分别在感染后4、7、42、84和120天（dpi）收集鼻甲、肺和血清样本。其次，运用了包括实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)在内的分子生物学技术，检测病毒RNA载量、亚基因组RNA(sgRNA)以及宿主基因（包括细胞因子、凋亡、Notch通路、病毒进入受体相关基因）的表达水平。同时，通过组织病理学(H&E)染色、免疫荧光(IF)染色（检测病毒N蛋白）和TUNEL染色（检测细胞凋亡）等技术，在组织层面直观评估炎症、细胞死亡和病毒抗原的存在情况。此外，还进行了病毒中和抗体实验(微中和法)以评估再感染时的免疫保护水平，以及病毒滴定实验（50%组织培养感染剂量，TCID50）来确定样本中是否含有活病毒。血清样本来源于实验仓鼠。
研究结果
感染后120天仓鼠鼻甲组织中持续的病毒抗原表达与病理变化
研究人员首先发现，在感染后早期（4天），病毒复制相关基因（如RdRp和sgE）表达达到高峰，但令人意外的是，即使到了感染后120天，仍有一部分仓鼠的鼻甲组织中能检测到这些病毒RNA成分。与此对应，病毒核衣壳(N)蛋白也呈现出类似的长期留存模式，在42、84和120天时仍能在部分动物的鼻甲中被检测到。然而，在感染42天后，组织匀浆中已无法检测到具有感染性的活病毒颗粒，说明此时病毒的残留组分不具备传播复制能力。与病毒残留相伴的，是鼻甲组织中促炎因子（如IFN-γ, TNF-α, IL-6, IP-10, CCL-3, CCL-5）表达的异常持续。这些炎症信号并非在急性期达到顶峰后迅速消退，而是呈现出一种渐进性升高，并在84天时达到峰值，直到120天时其水平仍显著高于未感染的对照组。组织病理学检查也证实了长期的组织损伤。在感染后早期，鼻甲组织可见大量免疫细胞浸润、上皮细胞死亡和脱落。值得注意的是，这种异常的中性粒细胞浸润和呼吸上皮损伤的病理模式，在感染后42、84乃至120天的部分仓鼠中依然清晰可见。这些发现共同表明，新冠病毒感染可在上呼吸道引发并维持长达数月的慢性炎症和组织病理学改变。
SARS-CoV-2感染慢性期仓鼠鼻甲组织中细胞凋亡失调
细胞凋亡是细胞程序性死亡的一种形式。已知冠状病毒感染可诱导被感染细胞发生凋亡，从而加重组织损伤。本研究中，TUNEL染色显示，即使在感染后120天，仓鼠鼻甲上皮组织中仍然存在明显的凋亡特征（DNA断裂）。进一步对凋亡相关基因表达的分析发现，促凋亡标志物（如FASL, FADD, caspase-3）的表达在感染后持续上调，至少维持到120天。相比之下，抗凋亡基因BCL-2的表达与未感染对照组相比无显著差异。有趣的是，肺组织中凋亡相关基因的表达模式与鼻甲组织有所不同，其促凋亡信号在42天达峰后逐渐恢复，而BCL-2则呈现持续下调。这表明，初次新冠病毒感染在鼻甲组织中引发并维持了长期上调的细胞凋亡反应。
感染后120天仓鼠鼻甲中病毒进入因子表达的长期改变
病毒感染细胞需要通过与细胞表面的特定“门户”（即受体或进入因子）结合。本研究评估了多种呼吸系统病毒（包括SARS-CoV-2、MERS-CoV、呼吸道合胞病毒RSV、麻疹病毒MV等）已知进入因子在鼻甲组织中的表达变化。一个有趣的发现是，在未感染的对照仓鼠中，随着年龄增长（从0天到120天），ACE2、TMPRSS2和Nectin-4等基因的表达会自然升高。然而，新冠病毒感染引发了更显著的变化：编码CX3C基序趋化因子受体1的基因CX3CR1在感染后显著上调，并至少持续到120天，与120天时的未感染对照相比升高了7.7倍。DPP4和GRP78的表达也呈现上调趋势。CX3CR1是呼吸道合胞病毒的潜在受体。这些发现提示，先前的新冠病毒感染可能会改变呼吸道组织对某些其他病毒感染的易感性，这可能部分解释了为何长新冠患者或康复者似乎更容易遭受其他呼吸道感染的困扰。
SARS-CoV-2感染慢性期仓鼠鼻甲中Notch通路的持续激活
Notch信号通路是一个高度保守的细胞间通讯系统，在细胞增殖、分化和组织稳态中起关键作用。此前该团队的研究发现，Notch通路在感染仓鼠的肺组织中慢性期被持续激活，可能干扰了组织修复。本研究中，他们在鼻甲组织中也观察到了类似现象。与Notch通路相关的多个基因（Notch1, Notch3, PSEN1, RBPJ, HES1, HEY1）在感染后被显著上调，并在84天达到峰值。其中Notch3和HEY1的表达在120天时仍显著高于对照组。持续的Notch通路激活，结合观察到的细胞凋亡失调，共同暗示了初次新冠病毒感染损害了上呼吸道的正常组织修复与重塑过程。
在感染后84天进行再感染对持续性鼻甲病理的影响
在急性感染康复后，体内产生的中和抗体能有效限制再次感染时的病毒复制，这已是共识。但再感染会如何影响初次感染留下的、尚未完全消退的鼻甲病理呢？为了探究这个问题，研究人员在初次感染后84天（此时鼻甲炎症反应达到顶峰），用同源的野生型病毒或异源的Beta变体病毒对仓鼠进行了再感染。结果显示，与初次感染相比，再感染时仓鼠鼻甲和肺中的病毒RNA水平显著降低，活病毒滴度和病毒N蛋白表达也大幅减少，证实了先前感染提供了有效的免疫保护，限制了病毒的二次复制。然而，出乎意料的是，尽管病毒复制受限，在再感染后4天，仓鼠的鼻甲组织却出现了与初次急性感染相似的严重病理损伤，包括广泛的黏膜下免疫细胞浸润、出血以及广泛的上皮细胞死亡和剥脱。更令人费解的是，这种严重的组织损伤发生时，并未伴随促炎细胞因子/趋化因子基因表达水平的进一步上调。这表明，在再感染过程中，可能存在不依赖于典型炎症反应的其他效应机制（如细胞毒性T细胞活性或代谢应激）导致了组织损伤。这种“组织损伤”与“炎症反应”的分离现象，为理解再感染的病理生理提供了新的视角。
结论与意义
综上所述，这项研究利用叙利亚金仓鼠模型，系统性地揭示了新冠病毒感染对上呼吸道造成的深远且持久的病理学影响。其核心发现是，即使在急性感染症状消失、体内检测不到活病毒数月之后，病毒的部分“残骸”（如N蛋白和sgRNA）仍可能滞留在鼻甲组织中。这些残留的病毒组分像不灭的“火星”，持续“点燃”局部的免疫系统，导致慢性炎症、异常细胞凋亡和Notch信号通路持续激活，从而破坏了组织的正常修复与稳态。此外，感染还改变了呼吸道细胞表面“门户”的构成，可能使个体更容易“接纳”其他呼吸道病毒，增加了继发感染的风险。即使在体内已产生保护性抗体、能够有效限制病毒二次复制的情况下，再次感染依然可能在上呼吸道引发严重的组织损伤，且这种损伤可能与典型的炎症反应无关。
该研究的意义重大。首先，它从动物模型的层面，为解释长新冠患者中常见的持续性呼吸症状提供了潜在的病理生理学基础，将临床观察与微观的分子、细胞和组织变化联系起来。其次，研究提示，评估新冠病毒感染的康复，不应仅以症状消失或病毒转阴为标准，上呼吸道组织的微观“愈合”可能是一个漫长且复杂的过程，需要更长期的关注。再者，研究发现感染会改变病毒进入因子的表达谱，这为理解“免疫债”或康复者易感其他呼吸道疾病的潜在机制提供了线索。最后，研究揭示了再感染时可能存在的独特病理机制，强调了即使有了免疫保护，仍需警惕再感染对组织造成的潜在损害。总之，这项工作不仅深化了我们对新冠病毒长期影响的认识，也指出了未来治疗和预防长新冠及其相关并发症的潜在研究方向，例如针对持续性炎症、异常凋亡或Notch通路进行干预，或监测特定病毒受体的变化以评估继发感染风险。该研究提醒我们，对于新冠病毒感染，主动管理和长期随访，特别是对老年患者，即使在当前奥密克戎(Omicron)流行时代，依然至关重要。
