Тяжелая пневмония при COVID-19 может быть связана с вдыханием секрета ротоглотки

Ученые обнаружили градиент инфекции SARS-CoV-2 в дыхательных путях: наиболее подвержены заражению клетки носовой полости, эффективность заражения снижается в нижних отделах респираторного тракта. Основываясь на этом и других наблюдениях, они предложили модель ранней стадии COVID-19 и предположили, какие факторы могут влиять на тяжесть протекания заболевания.

Легочная ткань.

Credit: Kateryna Kon | 123rf.com

Спектр проявлений новой коронавирусной инфекции довольно широк: от бессимптомного носительства до отказа респираторной системы и смерти. Группа ученых из США под руководством профессора Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл изучила раннюю стадию инфекции SARS-CoV-2 и рассказала об этом в Cell.

Для экспериментов ученые воспользовались методами обратной генетики и воссоздали SARS-CoV-2 дикого типа (клон клинического изолята WA1), а также сконструировали два варианта SARS-CoV-2, несущие гены репортерных белков — GFP и химерного nLUC-GFP.

Известно, что заражению новым коронавирусом способствуют клеточные факторы: рецептор ACE2 и протеаза TMPRSS2. Ученые проанализовали экспрессию этих белков в образцах тканей дыхательных путей человека, используя РНК-гибридизацию in situ. Они обнаружили, что уровень экспрессии ACE2 был максимальным в клетках носовой полости и снижался в клетках нижних отелов дыхательных путей, достигая минимума в альвеолах. При этом экспрессия TMPRSS2 была одинаково высокой во всех тканях респираторного тракта.

Далее ученые проверили чувствительность разных областей дыхательных путей к заражению новым коронавирусом. Они инфицировали репортерным SARS-CoV-2 первичные культуры клеток человеческого назального эпителия (HNE), эпителия бронхов и верхних дыхательных путей (LAE), бронхиолярного и эпителия малых дыхательных путей (SAE), пневмоцитов I и II типа (AT2/AT1-like), носовых подслизистых желез, микрососудистых эндотелиальных клеток (MVE), фибробластов (FB), а также иммортализованную назальную клеточную линию UNCNN2TS.

Вирус успешно реплицировался в клетках HNE, LAE, SAE и AT2/AT1-like. При этом в клетках подслизистых желез, UNCNN2TS, MVE и FB вирусный сигнал не детектировался. Иммуногистохимический анализ культур HNE и LAE показал, что вирус заражает реснитчатые клетки, однако секреторные и бокаловидные клетки к нему не чувствительны. При заражении SARS-CoV-2 стандартной культуры AT2-AT1 из двух типов пневмоцитов вирус предпочитал AT2.

Ученые отмечают, что при анализе культур от одного донора сохранялся градиент: клетки верхних дыхательных путей были более подвержены заражению, чем клетки нижних отделов. Это соответствует изменению уровня экспрессии ACE2 в дыхательных путях от верхних к нижним. Однако эффективность заражения культур HNE и LAE, полученных от разных доноров, различалась, но не зависела от доли реснитчатых клеток в составе культуры. Это говорит о том, что помимо экспрессии ACE2 и TMPRSS2 должны существовать другие факторы, определяющие индивидуальные особенности протекания COVID-19.

Далее ученые применили РНК-гибридизацию in situ и иммуногистохимический анализ к постмортальным образцам легких от погибших пациентов с COVID-19, чтобы локализовать инфекцию. Так же, как и в экспериментах in vitro, инфицированными оказались реснитчатые клетки, но SARS-CoV-2 не затронул секреторные, бокаловидные клетки и клетки подслизистых желез. Вирус также был обнаружен в пневмоцитах обоих типов. Картирование очагов инфекции дало картину, позволяющую предположить, что вирус попал в легкие из верхних дыхательных путей.

Основываясь на полученных данных, ученые предлагают следующую модель инфекции SARS-CoV-2. Основным первичным сайтом заражения служит полость носа. Назальный секрет стекает в ротовую полость, где смешивается с ротоглоточной жидкостью, и оттуда попадает в легкие при микроаспирации секрета ротоглотки. В такой модели варьирование тяжести протекания COVID-19 может объясняться двумя факторами: чувствительностью назального эпителия к SARS-CoV-2 и вероятностью микроаспирации. Интересно, что повышенный риск микроаспирации наблюдается у больных диабетом, ожирением, а также у людей старшего возраста. Именно для этих группы населения наиболее высок риск развития тяжелой пневмонии при COVID-19.

Результаты работы могут лечь в основу разработки адекватных животных моделей и расширения пула культур тканей. Если предположения авторов о первичном заражении клеток носовой полости верны, значит, ношение медицинских масок и другие способы защиты носовых ходов должны быть эффективными для сдерживания распространения COVID-19.

Источник

Yixuan J. Hou, et al. // SARS-CoV-2 Reverse Genetics Reveals a Variable Infection Gradient in the Respiratory Tract. // Cell 182, 1–18, July 23, 2020; DOI: 10.1016/j.cell.2020.05.042
Добавить в избранное

Вам будет интересно