Подавляющее большинство людей, инфицированных омикронным вариантом SARS-CoV-2, испытывают легкие симптомы простуды, умеренные симптомы гриппа или вообще не имеют симптомов, но вирус настолько заразен, что все еще распространяется глубоко в ткани легких. вызвать тяжелое заболевание и смерть тысяч людей в Соединенных Штатах только в 2022 году. Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл выявили биологические причины того, как происходит прогрессирование заболевания и почему определенная группа пациентов с астмой менее восприимчива к тяжелой форме COVID.

Это исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences , иллюстрирует важность хорошо известного цитокина, называемого интерлейкином-13 (IL-13), в защите клеток от SARS-CoV-2, что помогает объяснить загадку того, почему люди с аллергической астмой лучше, чем население в целом, несмотря на наличие хронического заболевания легких. Этого нельзя сказать о людях с другими заболеваниями, такими как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) или эмфизема, которые подвержены очень высокому риску тяжелого течения COVID.

«Мы знали, что должна быть биомеханическая причина, по которой люди с аллергической астмой казались более защищенными от тяжелых заболеваний», — сказала старший автор Камилла Эре, доктор философии, доцент педиатрии Медицинской школы Университета Северной Каролины и член Институт легких Марсико UNC. «Наша исследовательская группа обнаружила ряд значительных клеточных изменений, особенно из-за IL-13, что привело нас к выводу, что IL-13 играет уникальную роль в защите от инфекции SARS-CoV-2 у определенных групп пациентов».

Хотя цитокины , такие как IL-13, нельзя использовать в качестве терапии, поскольку они вызывают воспаление , важно понимать естественные молекулярные пути, которые клетки используют для защиты от инвазии патогенов, поскольку эти исследования могут выявить новые терапевтические мишени.

Существует множество факторов для здоровья, которые повышают риск тяжелого течения COVID, в том числе хронические заболевания легких, такие как ХОБЛ, но во время пандемии эпидемиологи обнаружили, что люди с аллергической астмой менее подвержены тяжелому заболеванию.

«Это пациенты с астмой, вызванной аллергенами, такими как плесень, пыльца и перхоть», — сказал Эре, который также является членом Детского научно-исследовательского института UNC. «Чтобы выяснить, почему они менее восприимчивы, мы исследовали специфические клеточные механизмы в первичных культурах эпителиальных клеток дыхательных путей человека».

Экспериментами руководили соавторы Кэмерон Моррисон, студент-медик в лаборатории Эре, и Кейтлин Эдвардс, научный сотрудник и студентка магистра здравоохранения в лаборатории Ральфа Барика, доктора философии, заслуженного профессора эпидемиологии Кенана в Университете Северной Каролины. Gillings School of Global Public Health и профессор кафедры микробиологии и иммунологии UNC Медицинской школы UNC.

Исследователи использовали генетический анализ культур клеток дыхательных путей человека, инфицированных SARS-CoV-2, чтобы обнаружить, что экспрессия человеческого белка ACE2 определяет, какие типы клеток были инфицированы, и количество вируса, обнаруженного в этой клеточной популяции (также известное как «вирусная нагрузка»). .»)

Затем ученые использовали электронную микроскопию (ЭМ) для выявления интенсивного исхода вируса из инфицированных реснитчатых клеток, которым поручено перемещать слизь по поверхности дыхательных путей. ЭМ также выявила тяжелый цитопатогенез — изменения внутри клеток человека из-за вирусной инфекции. И эти изменения достигают кульминации в реснитчатых клетках (наполненных вирионами), сбрасываемых с поверхности дыхательных путей.

«Это выделение — это то, что обеспечивает большой вирусный резервуар для распространения и передачи SARS-CoV-2», — сказал Эре. «Это также, по-видимому, увеличивает вероятность перемещения инфицированных клеток в более глубокие ткани легких».

Дальнейшие эксперименты на инфицированных клетках дыхательных путей показали, что основной белок слизи, называемый MUC5AC, был истощен внутри клеток, вероятно, потому, что белки секретировались, чтобы попытаться уловить вторгшиеся вирусы. Но вирусная нагрузка продолжала расти, потому что клетки, которым было поручено производить MUC5AC, были перегружены перед лицом безудержной вирусной инфекции.

Исследователи знали из эпидемиологических исследований, что пациенты с аллергической астмой, которые, как известно, перепроизводят MUC5AC, были менее восприимчивы к тяжелому COVID. Эре и его коллеги также знали, что цитокин IL-13 увеличивает секрецию MUC5AC в легких, когда пациенты с астмой сталкиваются с аллергеном .

Ученые решили имитировать астматические дыхательные пути, обработав клетки дыхательных путей человека IL-13. Затем они измерили вирусные титры, вирусную мРНК, скорость выделения инфицированных клеток и общее количество инфицированных клеток. Каждый значительно уменьшился. Они обнаружили, что это остается верным даже после удаления слизи из культур, что позволяет предположить, что другие факторы были вовлечены в защитные эффекты IL-13 против SARS-CoV-2.

Массовое секвенирование РНК показало, что IL-13 активировал гены, которые контролируют синтез гликопротеинов, транспорт ионов и противовирусные процессы — все это важно для иммунной защиты дыхательных путей. Они также показали, что IL-13 снижает экспрессию вирусного рецептора ACE2, а также уменьшает количество вируса внутри клеток и передачу вируса от клетки к клетке.

В совокупности эти результаты показывают, что IL-13 значительно влияет на проникновение вируса в клетки, репликацию внутри клеток и распространение вируса, тем самым ограничивая способность вируса проникать глубже в дыхательные пути, вызывая тяжелое заболевание.

«Мы считаем, что это исследование еще раз показывает, насколько важно лечить инфекцию SARS-CoV-2 как можно раньше», — сказал Эре. «И это показывает, насколько важны конкретные механизмы, включающие ACE2 и IL-13, поскольку мы делаем все возможное, чтобы защитить пациентов от развития тяжелых инфекций».