據外媒報道，在過去18個月里，研究人員對COVID-19及其病毒病因SARS-CoV-2了解了很多。他們知道病毒是如何進入人體的，即通過鼻子和嘴巴進入並在鼻腔通道的黏液層開始感染；他們知道，停留在上呼吸道的感染可能是輕微的或無癥狀的，而沿着呼吸道向下進入肺部的感染要嚴重得多，可能會導致致命的疾病；他們還確定了嚴重疾病的常見風險因素如年齡、性別和肥胖。
但仍有許多未解之謎，如何時何地確定嚴重COVID-19的病程，是在身體無法控制輕微疾病之後才開始走向嚴重疾病還是會比這更早呢？
為了找到這個答案，研究人員研究了患者在最初確診COVID-19時從鼻腔拭子中提取的細胞，他們將病情進一步惡化並最終需要呼吸支持的患者跟病情進一步惡化並最終需要呼吸支持的患者進行了比較。他們的結果顯示，跟病程較輕的患者相比，病情進一步惡化的患者在從這些早期棉簽收集的細胞中表現出更弱的抗病毒反應。
“我們想知道，隨着疾病進展，在疾病早期採集的樣本中，是否存在跟COVID-19不同嚴重程度相關的顯著差異，”論文的共同資深作者José Ordovás-Montañés說道，“我們的發現表明，嚴重COVID-19的病程可能是由身體對初始感染的內在抗病毒反應決定的，這為早期干預開闢了新的途徑，可以預防嚴重疾病。”“我們的發現表明，嚴重COVID-19的病程可能是由身體對初始感染的內在抗病毒反應決定的，這為早期干預開闢了新的途徑，可以預防嚴重疾病。”
為了了解感染的早期反應，密西西比大學醫學中心消化疾病部門的Sarah Glover和她的實驗室收集了58人的鼻腔拭子。其中，來自COVID-19患者的35份棉簽是在診斷時採集的，它們代表了從輕到重的各種疾病狀態；17個棉簽來自健康的志願者；6個來自因其他原因導致呼吸衰竭的患者。研究小組從每個樣本中分離出單個細胞並對它們進行測序以尋找能表明細胞正在製造何種蛋白質的RNA–這是了解給定細胞在收集時正在做什麼的一種途徑。
細胞利用RNA作為製造蛋白質的指令，據悉，蛋白質是細胞內部和細胞內部用來執行不同功能和對環境作出反應的工具、機器和構件。通過研究細胞中的RNA集合–它的轉錄組–研究人員了解細胞在特定時刻如何對環境變化做出反應。研究人員甚至還可以利用轉錄組來查看單個細胞是否被SARS-CoV-2等RNA病毒感染。
Alex Shalek是該項研究的論文共同高級作者，，他所在的實驗室幫助開發了創新的方法，從而從低輸入的臨床樣本如COVID-19患者的鼻腔拭子中對數千個單細胞進行測序並使用產生的數據創建高分辨率的圖像以顯示人體對樣本部位感染的協調反應。“我們的單細胞測序方法允許我們全面研究身體在一個特定的時刻對疾病的反應。這讓我們有能力系統地探索不同病程的特徵以及被感染和未感染的細胞。然後，我們可以利用這些信息來指導制定更有效的COVID-19和其他病毒感染的預防和治療方法，”Shalek說道。
Ordovás-Montañés的實驗室負責研究炎症反應和它們的記憶，其專註於對在上皮細胞中發現的那些細胞的研究。
通過多方的合作，研究團隊發現了由一種稱為干擾素的蛋白質家族驅動的抗病毒反應在繼續發展為嚴重COVID-19的患者中要弱得多。另外，他們發現重症COVID-19患者擁有更多的高炎性巨噬細胞，這是導致大量炎症的免疫細胞，通常會在重症或致命的COVID-19中發現。
由於這些樣本是在COVID-19在患者中達到疾病高峰之前採集的，這兩項發現表明，COVID-19的病程可能是由鼻腔上皮細胞和免疫細胞對病毒的最初或非常早的反應決定的。缺乏強有力的初始抗病毒反應可能會讓病毒傳播得更快、增加病毒從上氣道向下氣道移動的機會，而炎症免疫細胞的補充可能會在嚴重疾病中引發危險的炎症。
最後，研究小組還確定了受感染的宿主細胞和跟保護免受感染相關的途徑–細胞和患者特有的反應，這些細胞和反應繼續發展為輕度疾病。這些發現可能會使研究人員發現COVID-19和其他呼吸道病毒感染的新治療策略。
如果像該團隊的證據所表明的那樣，感染的早期階段可以決定疾病的輕重程度，那麼這就為科學家開發早期干預措施開闢了道路從而有助於防止嚴重的COVID-19的發展。該團隊的工作甚至還確定了嚴重疾病的潛在標誌物，即在輕度COVID-19中表達但在嚴重COVID-19中不表達的基因。