Инфекция носа вызывает летальное повреждение легких из-за COVID-19

Смертность от COVID-19 считается результатом дыхательной недостаточности у людей, которые испытывают острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) из-за инфекции легких с тяжелым острым респираторным синдромом, вызванным SARS-CoV-2. Новое исследование, опубликованное на сервере препринтов bioRxiv, демонстрирует летальную инфекцию обонятельного эпителия на модели мышей, что может помочь понять механизмы заболевания и разработать более эффективные профилактические и терапевтические средства.


Патогенез COVID-19 не поддается четкому объяснению даже через два года после начала пандемии, несмотря на использование передовых платформ для секвенирования и моделей на животных. В большинстве этих исследований в центре внимания находился рецептор ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2), являющего рецептором клетки-хозяина, на которую нацелен SARS-CoV-2.

SARS-CoV-2 изобилует гликопротеинами-шипами, которые опосредуют прикрепление к рецептору ACE-2 и проникновение вируса в клетку-хозяина. Поэтому считается, что клетки и ткани, экспрессирующие этот рецептор на высоком уровне, подвержены заражению этим вирусом.

Проявления COVID-19 объясняются по-разному, от прямого инфицирования клеток до непрямого повреждения тканей из-за системного воспаления. По-прежнему существует большая потребность в определении основного механизма, с помощью которого COVID-19 вызывает повреждение клеток и тканей. Эти исследования, как предполагается, позволят выявить определенные клеточные мишени и помочь в разработке эффективных противовирусных агентов.

Аносмия и затрудненное дыхание являются одними из наиболее характерных черт острого COVID-19. Состояние является результатом заражения обонятельного эпителия SARS-CoV-2, но не считается причиной летального исхода. Однако гипоксическая дыхательная недостаточность является основной причиной смерти при COVID-19.

Считается, что пневмония, возникающая в результате COVID-19, вызвана прямой инфекцией легких или инфекцией макрофагов легких. Конечным признаком COVID-19 часто является быстро прогрессирующая гипоксемия с отеком легких и ОРДС. Последнее не является уникальным для COVID-19, поскольку обычно возникает в случаях острого панкреатита, сепсиса или других состояний, связанных с цитокиновым штормом.


Основное внимание в новом исследовании уделялось выяснению механизмов дыхательной недостаточности при COVID-19 с помощью мышиной модели. ACE2 обычного грызуна не предполагает возможным такого изучение, что привело к получению трансгенных мышей, экспрессирующих человеческий ACE2, пояснили ученые. Модель мыши с преимущественно эпителиальной экспрессией рассматриваемого рецептора показала тяжелое или летальное заболевание после инфицирования SARS-CoV-2. Авторы этого исследования использовали новую модель мыши, которая экспрессирует hACE2 из локуса мышиного гена ACE2, чтобы обеспечить его экспрессию в желаемых клетках с желаемым усилением функции в результате.

Исследователи обнаружили, что эти мыши эндогенно экспрессировали ген hACE2 в обонятельном, кишечном и почечном эпителии, хотя ни у одной линии животных не было обнаружено экспрессии в легких. Исследователи также обнаружили, что они могут предотвратить экспрессию hACE2, удалив важный элемент у этих мышей.

Во-вторых, выяснилось, что у модифицированных мышей к шестому дню развилась летальная инфекция при воздействии SARS-CoV-2 у 100% животных. Когда предотвращается экспрессия hACE2, животные не заболевают после воздействия летальной дозы вируса.

Подобно профилю заболевания у людей, самцы мышей заболели раньше, чем самки, хотя у обоих во всех случаях наблюдались признаки летального исхода. Таким образом, экспрессия hACE2 эндогенным образом привела к развитию тяжелого заболевания и респираторного дистресса с летальным исходом после воздействия SARS-CoV-2.


Было высказано предположение, что эпителиальные клетки легких типа 2 (AT2) инфицированы SARS-CoV-2 в результате его экспрессии ACE2, хотя и на низком уровне, что приводит к острому повреждению легких (ALI) и ARDS. Исследователи сравнили уровни вирусного белка нуклеокапсида (N) и рибонуклеиновой кислоты (РНК) в легких инфицированных самцов мышей.

В-третьих, исследователи обнаружили, что наличие первичной легочной инфекции SARS-CoV-2 не связано с тяжелым заболеванием и летальным исходом у мышей. Смертельное заболевание наступает после удаления hACE2 в клетках легких, несмотря на небольшую задержку появления симптомов у тех мышей, у которых отсутствовал рецептор. Через шесть дней после заражения обе модели мышей показали тяжелый гипоксический респираторный дистресс с насыщением крови кислородом, аналогичным таковому у пациентов с COVID-19 на ИВЛ.

С другой стороны, респираторный эпителий (RE) и обонятельный эпителий (OE) у hACE2-положительных мышей показал высокую экспрессию ACE2 и обилие вирусного нуклеокапсида (N) через два дня после инфицирования. Через 5-6 дней уровни N-белка значительно упали в этих областях, но были очень высокими в соседней обонятельной луковице, коре головного мозга и гиппокампе.

При COVID-19 у человека о наличии вируса в сосудистом сплетении желудочков головного мозга не сообщалось, однако наблюдалась противовирусная воспалительная реакция. В текущем исследовании мыши также не показали присутствия белка N в сосудистом сплетении или близлежащих нейронах через два дня после заражения. Однако это наблюдалось в виде пятен около сосудистого сплетения и мозговых оболочек через пять дней. В это время также прослеживалась инфильтрация иммунных клеток вдоль бокового желудочка и кровеносных сосудов коры головного мозга, что свидетельствует о воспалительной реакции.


Эти результаты поднимают вопрос о том, можно ли заразить мозг другими путями, кроме OE. В настоящее время имеющиеся данные свидетельствуют о том, что SARS-CoV-2 сначала попадает в OE, а затем в мозг, вероятно, через обонятельные сенсорные нейроны, которые соединяют эти две области, богаты ACE2 и проявляют признаки инфекции на ранней стадии при следующем воздействии.

Исследователи исключили артефактную инфекцию головного мозга в результате аномально высокого уровня hACE2 в мозге из-за генной инженерии, заразив другой тип линии мышей, где белок hACE2 был слит с зеленым флуоресцентным белком (GFP). В этой модели экспрессия ACE2 в мозге не определялась, как у здоровых мышей дикого типа и людей; однако вирусный белок N и реактивный глиоз присутствовали после инфекции, с несколькими пятнами окрашивания белка N около мозговых оболочек. Кроме того, присутствовали менингеальные и периваскулярные воспалительные инфильтраты.

«Эти исследования подтверждают, что нейрональная инфекция имеет место у животных, которые экспрессируют уровни hACE2 в головном мозге, таких как у мышей дикого типа и в мозге человека, и предоставляют дополнительные доказательства патогенной связи между инфекцией OE, OSN и мозга во время летального COVID-19», - резюмировали ученые.