SARS-CoV-2 заражает клетки легочных органоидов через неканоничные пути
Исследователи из США и Австралии получили легочные органоиды из человеческих клеток и проанализировали пути их заражения коронавирусом SARS-CoV-2. Оказалось, что вирус проникает в клетки не только с помощью известных рецепторов, но и через неканоничные пути, например, путем макропиноцитоза. При этом клетки легких способны запускать автономный врожденный иммунный ответ, а ключевую роль в защите клеток от вируса играет сурфактантный белок SP-B. Ингибиторы эндоцитоза и экзогенный сурфактант — потенциально эффективный препарат для защиты легких от коронавируса.
Изучение SARS-CoV-2, вызывающего COVID-19, продолжается, так как многое в поведении вируса и реакции на него организма остается непонятным. Например, симптомы заболевания могут сохраняться довольно долго, несмотря на эффективное блокирование распространения вируса через так называемые канонические пути (в частности, через рецептор ACE2) и подавление системного воспаления.
Используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека, ученые из США и Австралии создали легочные органоиды («мини-легкие») — трехмерные многоклеточные структуры, состоящие из клеток легких нескольких типов. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки можно получать из образцов пациентов с врожденным отсутствием некоторых защитных факторов, например, сурфактантов, мужчин и женщин, людей разных этнических групп. Этот подход позволяет исследовать процессы, происходящие в легких, без влияния со стороны других тканей и органов. Всего было создано три типа легочных органоидов: в основном состоящие из клеток проксимального легкого (верхние дыхательные пути), дистального легкого (альвеолы) или из клеток легкого всех типов, включая нейроэндокринные клетки.
Оказалось, что вирус может инфицировать не только те клетки, которые имеют белки-рецепторы, кодируемые генами ACE2, TMPRSS2, FURIN, HAVCR1, AXL, NRP1, SLC6A19 и BSG (CD147), — так называемые канонические способы заражения, но использовать катепсины, кодируемые генами CTSB, CTSL (играют ключевую роль в эндоцитозе) и CTSS. То есть заражение может идти по эндоцитарному механизму, например, путем макропиноцитоза. Действительно, при использовании ингибитора макропиноцитоза апилимода значительно снижалось количество инфицированных клеток. Эффективность апилимода оказалась ниже, чем ремдесивира, но выше, чем ингибитора катепсинов. По мнению исследователей, апилимод можно использовать в качестве синергического препарата на ранних стадиях заражения коронавирусом для блокирования альтернативных путей его распространения.
В ходе сравнительного анализа разных штаммов коронавируса оказалось, что штамм дельта эффективнее распространялся в клеточной культуре в течение 24 ч, чем штамм омикрон (58% против 6% инфицированных клеток). Штамм дельта инфицировал больше альвеолярных клеток 2 типа, чем штамм омикрон. Это согласуется с данными о том, что дельта чаще вызывает острый респираторный дистресс-синдром, связанный с поражением альвеол, тогда как омикрон вызывает воспаление клеток верхних дыхательных путей.
Секвенирование РНК единичных клеток после инфицирования показало, что специализированные клетки легких могут самостоятельно реагировать на инфекцию с помощью врожденных иммунных механизмов, то есть они могут вырабатывать хемокины без вмешательства или присутствия воспалительных медиаторов.
В поисках механизма запуска врожденных иммунных реакций в клетках легочного эпителия ученые обнаружили, что при остром респираторном дистресс-синдроме в клетках легких снижается экспрессия генов, кодирующих белки сурфактанта, вырабатываемого в основном альвеолярными клетками 2 типа и необходимого для уменьшения поверхностного натяжения альвеол и облегчения газообмена. Известны четыре типа таких белков: A, B, C и D. Основным компонентом сурфактанта является белок SP-B. Дефицит сурфактанта — самая частая причина респираторного дистресс-синдрома у недоношенных детей.
В ходе исследования выяснилось, что SP-B играет ключевую роль в поддержании гомеостаза клеток легких, регулируя экспрессию воспалительных генов. Отсутствие SP-B из-за мутации приводит к подавлению основных механизмов защиты клеток, более выраженной вирусной инфекции и поствирусной воспалительной реакции. В частности, органоиды легких с дефицитом SP-B погибали быстрее, чем органоиды с нормальной выработкой этого белка.
Таким образом, тропизм SARS-CoV-2 гораздо шире, чем считалось ранее. Заражение клеток происходит не только через уже известные рецепторы, но также путем макропиноцитоза, что позволяет использовать в качестве дополнительной терапии блокаторы эндоцитоза. Оказалось также, что значительную роль в подавлении выработки провоспалительных цитокинов, устойчивости к вирусу и минимизации апоптоза играет легочный сурфактант. Это позволяет предполагать, что введение экзогенного сурфактанта может быть одним из методов терапии при COVID-19.
Источник:
Leibel S.L., et al. A therapy for suppressing canonical and noncanonical SARS-CoV-2 viral entry and an intrinsic intrapulmonary inflammatory response // PNAS. July 19, 2024l. 121 (30). DOI: 10.1073/pnas.2408109121