新冠疫情暴發以來，其傳播過程中的中間宿主動物始終撲朔迷離。來自中國的研究團隊對多種動物進行了病毒靶細胞的大規模單細胞篩選，進而形成了病毒靶細胞的綜合圖譜。研究人員針對寵物、牲畜、家禽和野生生物中的11種代表性物種構建了單細胞地圖譜。值得注意的是，他們發現貓中SARS-CoV-2靶細胞的比例明顯高于被調查的其他物種。

此外，研究人員在多種家豬細胞中檢測到SARS-CoV-2靶細胞，這些發現意味著在當前COVID-19大流行期間，有必要仔細評估貓傳播新冠的風險，并保持對豬的監視，以防止其在以后的冠狀病毒暴發中成為中間宿主。

以上發現來自深圳華大基因研究院等多單位合作在生物預印本平臺bioRxiv上的論文“Single-cell screening of SARS-CoV-2 target cells in pets, livestock, poultry and wildlife ”。

該論文的作者團隊中多為基因學、獸醫學及流行病學專家，通訊作者為華大集團首席執行官、國家基因庫執行主任、華大基因研究院院長徐訊，農業基因組學國家重點實驗室主任副主任劉歡，華南農業大學校長、國家獸醫微生物耐藥性風險評估實驗室主任劉雅紅教授等人。

評估研究新冠病毒動物宿主的易感性對于控制傳染病至關重要。研究人員表示，近期的幾項研究將穿山甲、貓、狗和倉鼠與SARS-CoV-2的感染和傳播聯系起來，表明病毒可能在動物中普遍流行，這將對人類構成潛在威脅。

通常情況下，對于宿主動物的易感性推定通過體內試驗或接種實驗進行，但研究人員指出，這些方法存在滿足條件的實驗室和人員有限、檢測的病毒種類和動物數量有限等問題，而根據病毒進入宿主的機制確定SARS-CoV-2的靶細胞則可縮小假定的中間宿主范圍，更加快速準確地確認動物宿主的易感性。

SARS-CoV-2進入宿主細胞是通過病毒刺突糖蛋白（S蛋白）與細胞受體血管緊張素轉化酶2（ACE2）結合，以及跨膜絲氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）裂解S蛋白而啟動的。先前的研究表明，動物組織在細胞組成和基因圖譜方面表現出高度的異質性，而ACE2僅在一小部分特定的細胞群體中表達，這使得針對SARS-CoV-2目標細胞的單細胞分析成為本次研究的重點。

研究人員構建了用于牲畜、家禽、寵物和野生動物的單細胞圖譜，篩選了144種病毒的受體表達模式，并系統地評估了它們的敏感性。

貓、穿山甲和豬不同器官中SARS-CoV-2靶細胞的篩選

穿山甲和貓都被懷疑是SARS-CoV-2中間宿主。

此前的研究已經從穿山甲中分離出了類似新冠病毒的冠狀病毒，并且有研究提出，SARS-CoV-2是起源于穿山甲冠狀病毒與蝙蝠冠狀病毒的重組；貓也是可疑的中間宿主，因為據此前的報道新冠病毒存在人對貓和貓對貓的傳播；家豬是與人緊密接觸的動物，此前也有報道稱其對新冠病毒敏感。

因此，研究人員針對這三種新冠易感動物的心臟、肝臟、脾臟、肺、腎臟、大腸等組織創建了高質量且全面的單細胞圖譜，分別獲得了貓、穿山甲和豬的99740、35345和92863個單細胞轉錄組。

研究人員在貓的肺、眼瞼、食道（免疫細胞）和直腸（腸內細胞）中檢測到了ACE2和TMPRSS2共同表達細胞。值得注意的是，研究人員發現超過40%的ACE2和TMPRSS2共同表達發生在貓腎近端小管細胞中，約30％的共同表達則發生在貓眼瞼上皮細胞中。

在穿山甲中，研究人員發現新冠病毒靶細胞存在于肺內皮細胞、腎臟（內皮細胞、足細胞和近端小管細胞）、肝臟（肝細胞）和脾臟（免疫細胞）中。

在豬體內，ACE2和TMPRSS2主要在肺和腎臟中共同表達。

值得注意的是，研究人員表明，總體而言，貓體內新冠病毒靶細胞的比例遠高于穿山甲和豬體內相應細胞類型的比例。

牲畜、家禽、寵物和野生動物肺細胞中SARS-CoV-2靶細胞的篩選

肺是新冠病毒供給的主要靶器官之一，肺炎也是新冠病毒感染的典型癥狀。為了評估各種物種的肺細胞中ACE2和TMPRSS2的詳細表達模式，研究人員進一步生成了家畜（豬、山羊），家禽（雞、鴿子、鵝、鴨），寵物（貓、狗、倉鼠、蜥蜴），野生動物（穿山甲）的細胞單核庫，共獲得了123445個細胞。

研究人員表明，與此前的報道一致，SARS-CoV-2在雞和鴨中的復制較差，在家禽（雞、鴨、鵝和鴿子）的肺細胞中未發現SARS-CoV-2靶細胞。

在研究人員調查的貓的11種細胞類型中，有8種檢測到了SARS-CoV-2靶細胞，其中存在最多新冠病毒靶細胞的兩種細胞是纖毛細胞和分泌細胞。

在豬體內，11種細胞類型中的7種中能夠觀察到ACE2和TMPRSS2的共同表達。

在穿山甲中，研究人員發現一小部分內皮細胞能夠共同表達ACE2和TMPRSS2。

在倉鼠中，纖毛細胞是SARS-CoV-2靶細胞最多的細胞類型。

在山羊中，研究人員檢測到ACE2和TMPRSS2在AT1受體（血管緊張素1型受體）、成纖維細胞、內皮細胞、纖毛細胞和T細胞中的共同表達。研究人員表明，山羊與豬和人具有高度相似的ACE2氨基酸序列，這表明山羊ACE2也可能具有相似的介導病毒進入宿主細胞的能力。

在蜥蜴體內，研究人員檢測到的ACE2和TMPRSS2的共表達主要發生在B細胞中。而在狗的體內，僅有少于0.5％的ACE2和TMPRSS2共表達細胞存在于纖毛細胞和AT2受體（血管緊張素2型受體）中。

為了揭示其他呼吸道病毒的假定肺靶向細胞，研究人員篩選了32種病毒受體的表達模式，以分析來自12個病毒家族的總共29種病毒。

通常，家禽的肺細胞比哺乳動物和爬行動物表達更少類型的病毒受體。例如，人冠狀病毒229E的受體ANPEP除了在雞和鴨肺細胞中表達以外，通常不在家禽肺細胞中表達；SARS（嚴重急性呼吸綜合征）的受體CLEC4G在山羊肺細胞中表達，但在家禽的肺細胞中卻不存在。

此外，大多數腺病毒科病毒受體在哺乳動物中優先表達，鼻病毒C受體在人、貓、狗、倉鼠、豬、山羊和鵝的纖毛細胞中優先表達，而呼吸道合胞病毒受體CD209僅存在于人巨噬細胞中。

綜上所述，研究人員表示，他們的研究工作首次揭示了不同動物肺中假定的呼吸道病毒靶細胞，這為在單細胞水平上剖析呼吸系統病毒的感染和傳播奠定了基礎。

貓和豬有更多新冠易感細胞類型，家禽中沒有表達

在比較SARS-CoV-2靶向不同物種肺細胞的頻率時，研究人員注意到貓的纖毛細胞明顯高過其他物種，其被靶向的頻率約為13.19％，而豬纖毛細胞僅為3.35％，倉鼠為3.87％。

此外，研究人員在比較貓、穿山甲和豬之間不同器官中SARS-CoV-2靶細胞的比例時也進一步發現，ACE2和TMPRSS2靶細胞在貓中的比例要高得多。例如，在貓的腎近端小管細胞中，ACE2和TMPRSS2共表達細胞的比例高達40％，而穿山甲和豬相應細胞類型的比例分別僅為3％和2％左右。

研究人員還發現，SARS-CoV-2靶細胞廣泛分布在貓的消化系統（食道、直腸）、呼吸系統（肺）和泌尿系統（腎臟）內的各個器官之間，這表明貓可能會通過多種途徑感染新冠，例如通過飲食感染或通過呼吸系統的空氣傳播被感染。

為了突出顯示SARS-CoV-2易感細胞類型，研究人員總結了ACE2和TMPRSS2共表達細胞比例高于1％的所有細胞類型，這能夠清楚表明，貓和豬比其他物種具有更多的易感細胞類型。

研究人員表明，以上數據說明貓對新冠病毒具有高度易感性，此外，作為伴侶動物，貓與人類的互動顯然比穿山甲等更加頻繁，因此，研究人員建議在當前的新冠大流行中密切監視貓，對貓作為新冠中間宿主的可能性進行仔細評估。

研究人員還發現，新冠病毒在狗、雞和鴨中的復制能力很差，但在山羊和蜥蜴肺細胞中檢測到了ACE2和TMPRSS2的共表達。

研究數據表明，ACE2和TMPRSS2的共表達在狗的肺細胞中非常罕見，而在家禽的肺細胞（雞、鴨、鵝和鴿子）中則沒有共表達。

此外，SARS-CoV-2的S蛋白不能有效地利用狗和禽類的ACE2，這是因為部分關鍵氨基酸發生了突變。

此前有研究表明，豬ACE2能夠協助新冠病毒進入HeLa細胞，并且研究人員發現SARS-CoV-2靶細胞分布在家豬的腎臟和肺部的多種細胞中，同時此前有過SARS病毒人傳豬的報道，因此研究人員認為家豬成為SARS-CoV-2中間宿主的可能性仍需要進一步監測和評估。

值得注意的是，在之前的實驗中，鼻內接種SARS-CoV-2后第2天、第4天和第6天，豬的病毒RNA和抗體測試均呈陰性。研究人員認為應謹慎對待豬在未來冠狀病毒爆發中的潛在作用，并進行進一步研究。

“病毒進入的紅綠燈”系統

在研究不同動物體內新冠靶向細胞情況的同時，為了研究宿主細胞對不同種類病毒的敏感性，研究人員還篩選了144種病毒（代表26個病毒家族）的114種受體在貓、穿山甲和豬的不同器官總以及寵物、牲畜、家禽和野生動物的肺中的表達模式，形成了完整的病毒靶細胞圖譜。

為了直觀地展示表達病毒受體的細胞的比例，研究人員提出了一種名為“病毒進入的紅綠燈”系統，用于將每種細胞類型分配為以下三種狀態：紅燈、綠燈和黃燈。

簡而言之，如果病毒受體的表達量少于該細胞類型的1％，則將分配“紅燈”狀態（指病毒進入的“紅燈”）；如果比例在1％到10％之間，則為“黃燈”狀態；而如果比例超過10％，則將分配為“綠燈”狀態。

有趣的是，研究人員發現狂犬病毒受體NCAM1在豬神經系統的細胞類型中廣泛表達，而在非神經組織中很少表達。

此外，該細胞圖譜還讓研究人員發現水泡性口炎病毒受體UVRAG在豬肺細胞中優先表達。

研究人員稱，該項目提供了一種可以根據病毒靶細胞在不同細胞群體之間的分布找出易感宿主的新策略，為今后關于病毒宿主易感性篩選的研究提供了一個新的模型框架，從而甚至可以以無偏見的方式篩查所有現有物種對所有現有病毒的敏感性。

研究人員表示，隨著單細胞測序技術的發展以及國際單細胞圖譜協作項目的進展，將能夠以更快的速度生成更多物種的圖譜。