Первые несколько дней заражения SARS-CoV-2 при одноклеточном разрешении

Задолго до того, как коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19) перешла на уровень пандемии, рассматривались фундаментальные вопросы, касающиеся инфекции, вызванной тяжелым острым респираторным синдромом, коронавирусом 2 (SARS-CoV-2) в респираторной системе человека. Ответы на эти вопросы были необходимы для формирования общего понимания вирусного патогенеза и разработки стратегий профилактики и лечения COVID-19. Получение ответов по-прежнему требует больших усилий, в значительной степени потому, что дыхательные пути человека сложны, включают носовые ходы, большие и малые дыхательные пути, бронхиолы и альвеолы, каждая из которых четко организована для выполнения специализированных функций и каждая состоит из нескольких различных типов клеток. В респираторном эпителии имеют место сложные взаимоотношения между начальной инфекцией и последующими скоординированными противовирусными реакциями. детали которых определяют исход болезни. Несмотря на проблемы, ответы на них поступают с удивительной скоростью. Чувствительные анализы, обнаруживающие вирусную РНК и белок в образцах пациентов с COVID-19, выявили инфекцию сино-носоглотки, дыхательных путей и альвеолярных клеток. Модели на животных показали накопление и распространение SARS-CoV-2 в легочной системе [1 ]. Культуры поверхности раздела воздух-жидкость (ALI) человеческих эпителиальных клеток носа, дыхательных путей и альвеолярных клеток обеспечили поддающиеся трактовке ex vivo отражения сложной респираторной системы человека, подходящие для оценки инфицирования респираторных клеток из различных анатомических областей. Из инфекций ex vivo культур ALI были идентифицированы градиенты восприимчивости к вирусу, самые высокие в культурах, полученных из носовых полостей, и самые низкие в культурах из дистальных отделов дыхательных путей [ 2 ]. Эти и многие другие важные открытия помогли сформировать понимание передачи вируса, динамики проникновения и распространения вируса в респираторных системах и, как следствие, поздней стадии COVID-19.

Теперь Равиндра и его коллеги [ 3 ] и Фиге и его коллеги [ 4 ] расширили это исследование, сосредоточившись с высоким разрешением на первых стадиях инфекции SARS-CoV-2 и врожденных иммунных ответах, возникающих вскоре после этого. Используя инфицирование культур ALI, полученных из бронхиального эпителия человека, и последующее секвенирование одноклеточной РНК (см. Рис. 1 ), обе группы изначально сосредоточились на тропизме вируса и подтвердили предыдущие сообщения о том, что инфекция изначально локализуется в ресничных клетках. Эта нацеленная инфекция вполне может иметь значение для патогенеза, так как уменьшение движения ресничек препятствует очищению от вредных патогенов и токсинов из нижних дыхательных путей, а потеря инфицированного мерцательного эпителия может быть ранним инициатором реакции восстановления-повреждения хозяином.
Предпочтительное прикрепление вируса к ресничным клеткам можно объяснить заметным проявлением ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2), рецептора SARS-CoV-2, на дистальных расширениях ресничек [ 5]. Это позволяет ACE2 улавливать вирусы, протекающие по мукоцилиарному эскалатору; однако важно также отметить, что ACE2 является только одним важным детерминантом, обеспечивающим проникновение вируса в клетку. Протеазы клетки-хозяина также необходимы для расщепления связанных с ACE2 шипованных белков, чтобы они могли повторно складываться в конформации, которые катализируют стадию вступления вирус-клетка. И Ravindra и его коллеги, и Fiege и его коллеги обнаружили, что одна из этих вирус-активирующих протеаз, трансмембранная протеаза serine 2 (TMPRSS2), высоко экспрессируется в реснитчатых клетках. Fiege и его коллеги также продемонстрировали, что камостат, ингибитор широкого спектра действия TMPRSS2 и родственных трансмембранных сериновых протеаз, сильно подавляет инфицирование культур ALI. Следовательно, в системе ALI трансмембранные сериновые протеазы так же важны для тропизма, как и первичные рецепторы ACE2. Стоит ли учитывать, колокализируются ли TMPRSS2 и ACE2 на волосковых расширениях реснитчатых клеток, потому что такое совпадение в наиболее доступных апикальных местах, вероятно, будет способствовать высокоэффективному связыванию вируса, слиянию вирус-клетка и последующей инфекции.

По мере прогрессирования инфекции вирусы могут распространяться за пределы реснитчатых клеток. Следует отметить, что Равиндра и его коллеги определили инфицированные базальные и булавовидные клетки, поскольку инфекция продолжалась более 1 дня. Хотя Fiege и его коллеги не распознали базальную клеточную инфекцию, а также не идентифицировали транскрипты TMPRSS2 в базальных клетках, возможность распространения инфекции заслуживает дальнейшего рассмотрения. В проксимальных проводящих дыхательных путях базальная клетка является важным предшественником для всех типов поверхностных эпителиальных клеток [ 6 ]. Каким образом базальная клетка и ее регенеративная способность могут быть затронуты прямой инфекцией или паракринными факторами, исходящими от соседних инфицированных клеток, является важным вопросом при выздоровлении от COVID-19, который зависит от точной регенерации поврежденных поверхностей дыхательных путей.

Команды Вилена и Ланглуа перешли от вопросов вирусного тропизма к анализу скоординированных врожденных иммунных ответов на вирусную инфекцию. Две группы определили ожидаемую взаимосвязь между накоплением РНК SARS-CoV-2 и транскрипцией антивирусного интерферона, при этом разрешение отдельных клеток показало, что только небольшая часть устойчиво инфицированных реснитчатых клеток экспрессирует интерфероны. Однако эти несколько отвечающих клеток действительно продуцировали достаточно интерферонов I и III типов, чтобы вызвать пан-ALI экспрессию генов, стимулированных интерфероном (ISG). Паттерны экспрессии ISG варьировались между типами эпителиальных клеток, но в целом продукты ISG защищали клетки-свидетели от инфекции. Интерфероны, если они присутствуют в достаточном количестве и присутствуют на раннем этапе после заражения, уменьшают заболеваемость на животных моделях SARS-CoV [ 7 ] и SARS-CoV-2 [8 ].

Помимо интерферонов, клетки дыхательных путей выделяют хемокины, такие как CXCL10, и цитокины, включая интерлейкин (IL) -6 и IL-8, которые способствуют раннему привлечению адаптивных иммунных клеток и возникновению воспаления. Гипервоспалительные реакции являются центральным признаком поздней стадии COVID-19, при этом значительную роль играет обильная секреция IL-6 [ 9]. В идеале противовирусные препараты должны сдерживать сверхактивное воспаление, сохраняя при этом эффекторы, стимулированные противовирусным интерфероном. Такие фармакологические манипуляции кажутся возможными, поскольку Файдж и его коллеги обнаружили, что инфицированные культуры ALI, подвергшиеся воздействию ингибитора репликации РНК SARS-CoV-2 ремдесевир, экспрессировали ISG, но не IL-6. Эти результаты привлекают внимание к режимам дозирования и выбора времени для противовирусных препаратов прямого действия, чтобы подавить инфекции при сохранении контролируемых соответствующих иммунных реакций.

Отчеты Равиндры с коллегами и Фиге с коллегами демонстрируют широкую применимость моделей инфекции ex vivo. Культуры бронхиального эпителия, которые они использовали, были ценными для характеристики типов клеток, инфицированных SARS-CoV-2, детерминант восприимчивости клеток, индукции цитокинов и передачи сигналов, а также противовирусных терапевтических средств. Наряду с дополнительными моделями, отражающими диффузное альвеолярное повреждение и воспаление, работы помогают прояснить особенности повреждения легких при COVID-19. Лонгитюдные исследования на более сложных моделях совместного выращивания и на животных помогут еще больше раскрыть сложности иммунного вовлечения и реакций восстановления повреждений, которые приводят к гомеостазу или хронизации болезни. В широком контексте тысяч отчетов о SARS-CoV-2 и COVID-19, Результаты, полученные Равиндрой и его коллегами, а также Фиге и его коллегами, позволяют лучше...

Продолжение: https://www.facebook.com/veniamin.zaycev/posts/4795880390446682