新冠肺炎终末期人体多器官病理及分子病理机制的研究

主要完成人：聂秀、胡豫、夏家红

2020年初，新冠肺炎疫情在武汉爆发，重症患者多，死亡率高，死亡原因不明，形势严峻。同济医学院附属协和医院病理科聂秀团队向国家卫健委提交微创穿刺尸检方案建议，被国家卫健委采纳，协和医院获批成为湖北省新冠肺炎死亡病例三家尸检机构之一。夏家红联合病理科、超声影像科、外科和内科组建协和医院26人尸检团队，历时两个月，在卞修武院士的指导下，开展30例全身多器官微创尸检病理工作。团队在开展临床病理分析的同时，在胡豫的指导下，开展科技部“公共安全风险防控及技术攻关”及“国家自然科学基金项目”的病理机制研究。

团队在封城期间，迅速开展基于光镜、电镜、组织化学、免疫组织化学、原位杂交、PCR、数字PCR及二代测序等多种技术平台的整合研究，结合临床资料，探究新冠肺炎的病理改变、发病机制和发生发展规律。经过数月日夜奋战，团队系统报道了新冠肺炎重症患者肺部、心脏、脾脏、肝脏、肾脏、睾丸等多器官病理改变，其中肾脏及睾丸病理改变为全球首次报道。肾脏表现为急性肾小管损伤（图1）。睾丸组织生精小管损伤和Leydig细胞显著减少（图2）。肺组织出现弥漫性肺泡损伤改变，双肺不同区域表现出急性、机化和纤维化不同损伤阶段的改变，且常常伴随多种细菌和真菌的混合性感染（图3）。脾脏淋巴细胞数量的明显减少但M2型巨噬细胞增多，提示高度炎症反应和修复状态并存（图4）。此外还首次报道了新冠病毒感染孕妇胎盘的病理学观察，提出“未发现存在母婴垂直传播证据”的观点。团队工作受到国家卫健委高度认可，聂秀被任命为国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制医疗救治三名病理专家组成员之一，受邀参加新型冠状病毒肺炎诊疗方案修订讨论会，研究结果写入国家卫健委《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》试行第七版，这是诊疗方案中首次加入病理改变内容。

图1电镜下观察新冠肺炎重症患者终末期肾脏损伤超微结构

图2新冠肺炎重症患者终末期睾丸生精小管损伤及10个差异蛋白全部低表达

图3部分新冠肺炎重症患者终末期肺组织常合并细菌真菌混合感染

图4新冠肺炎重症患者终末期脾脏淋巴细胞减少但M2型巨噬细胞增多

研究团队与西湖大学郭天南课题组合作，开展标本显微切割分区的蛋白组学研究。2021年2月4号，研究结果“Multi-organ Proteomic Landscape of COVID-19 Autopsies”发表在《Cell》（IF=66.85）杂志，在全球范围内首次系统地报道了新冠肺炎重症患者终末期多器官蛋白质分子病理变化全景图，发现5336个差异蛋白及多个信号通路异常，重点研究了六组蛋白质，包括病毒受体和蛋白酶、转录因子、细胞因子（及其受体）、凝血系统相关蛋白、血管生成相关蛋白和纤维化相关标记物，系统阐明了新冠病毒感染引起的缺氧和免疫改变情况下多器官之间的交互作用（图5），推测新冠病毒SARS-CoV-2劫持宿主翻译机制，通过转录因子诱导宿主炎症反应，导致机体的高炎症状态，进而引起血液高凝状态、微血栓形成、纤维化和血管生成。研究成果为临床医生和科研人员深入理解重症新冠患者多器官损伤的分子机理提供了宝贵的资源，为更加科学地制定治疗方案提出了数据支持，同时研究发现了多个潜在药物靶点，为开发新的药物及治疗方法提供了线索。此外，研究采用的微量样本采集结合高通量检测定量的方法对未知传染性疾病的研究提供了新的思路和方法。

图5新冠病毒侵入人体后多器官高炎症状态及组织损伤相关特异性分子变化示意图。（其中红/绿框黑字分别表示显著上/下调的蛋白，红/绿框白字表示显著激活/抑制的通路，白框表示未定量或未失调的蛋白。）