Ученые из Университетского колледжа Лондона и Кембриджского университета выявили важные аспекты взаимодействия организма с вирусом SARS-CoV-2 на различных стадиях инфекции. Чтобы понять, как коронавирус воздействует на клетки, 16 молодых добровольцев, не имеющих антител к вирусу, заразили SARS-CoV-2. Перед этим их тщательно обследовали, чтобы исключить риск тяжелого заболевания. Добровольцам ввели минимальную дозу вируса, чтобы снизить риски и максимально приблизить условия к реальным.

После заражения ученые исследовали иммунные реакции у участников, анализируя клетки крови и носоглотки. Как и в реальных условиях заражения, у некоторых участников введенная вирусная доза вызывала инфекцию, а у некоторых – нет:

  • У шести участников развилась устойчивая инфекция, подтвержденная ПЦР-тестами и симптомами.
  • Три участника время от времени получали положительные результаты ПЦР-тестов, что было признаком транзиторной инфекции – временного заражения, при котором вирус обнаруживается в организме только на короткий период и не приводит к устойчивой инфекции или развитию заболевания. В контексте COVID-19 это означает, что вирус присутствует в организме на начальном этапе, но иммунная система быстро справляется с ним, не позволяя инфекции развиться полностью.
  • Семь участников остались ПЦР-отрицательными. Это означает, что их иммунная система успешно предотвратила развитие инфекции. Эти случаи ученые назвали абортивными инфекциями. У участников наблюдались ранние иммунные реакции, но не вырабатывались антитела.

Молекулярные реакции предшествуют симптомам

Ученые исследовали, как иммунные реакции связаны с симптомами COVID-19. У участников с устойчивой инфекцией первые симптомы появлялись на 4-й день после заражения. До этого, на 3-й день, ученые наблюдали включение защитных механизмов – активацию клеток MAIT, истощение воспалительных моноцитов и глобальную активацию передачи сигналов интерферона в крови.

Небольшое повышение температуры, заложенность носа и боль в горле возникали на 4-й день, а на 5-й день ученые зафиксировали пик иммунных реакций и инфицированных клеток. На 8-й день большинство участников потеряли обоняние, а к 10-му дню симптомы начали исчезать, что совпало с активацией адаптивного иммунитета.

Как иммунная система реагирует на COVID-19

  • При устойчивых инфекциях, которые приводят к COVID-19, иммунные клетки начинали активироваться только на 5-й день после заражения, их количество продолжало увеличиваться до 10-го дня.
  • В случае транзиторных инфекций, когда вирус не успевает закрепиться в организме, иммунные клетки активировались уже в 1-й день после заражения, а затем их количество уменьшалось. Это показывает, что быстрая реакция иммунной системы может предотвратить развитие полноценной инфекции.
  • В группе абортивных инфекций, где вирус вообще не смог закрепиться, наблюдалось увеличение количества только CD4 и CD8 Т-клеток в 1-й день.

При устойчивых и транзиторных инфекциях сначала активировались клетки врожденного иммунитета – дендритные, естественные киллеры, инвариантные Т-клетки, ассоциированные со слизистой оболочкой (MAIT), а затем подключались клетки адаптивного иммунитета. Это подчеркивает важность быстрой реакции врожденного иммунитета в борьбе с вирусом и предотвращении его распространения.

Сначала система интерферона активируется в крови, а затем – в носу

Когда коронавирус проникает в организм, происходит активация системы интерферона. Сигналы ИФН мобилизуют все иммунные клетки крови. Интересно, что активация системы ИФН начинается в крови раньше, чем в месте проникновения вируса – носовом эпителии. Возможная причина – в быстром распространении сигналов ИФН через лимфатическую систему.

У участников с устойчивой инфекцией интерферон активировался в клетках крови и носоглотки на третий и пятый дни после заражения соответственно. Особенно это было заметно в γδ Т-клетках носоглотки, которые полностью перешли в активированное интерфероном “боевое” состояние на пятый день после заражения. У участников с абортивными и транзиторными инфекциями такой активации не наблюдалось.

Ответ ИФН в крови начинается уже на 2-й день после заражения. Этот быстрый ответ иммунной системы помогает сдерживать вирус до того, как он успевает распространиться.

Быстрое снижение воспалительных моноцитов

Ученые обнаружили, что иммунные клетки начинают реагировать на коронавирус еще до появления клинических симптомов. Например, активируются MAIT-клетки, а количество воспалительных моноцитов снижается. У участников с устойчивой инфекцией на третий день после заражения снижался уровень миелоидных клеток (дендритных клеток, макрофагов и моноцитов) в носоглотке. Эти ранние реакции могут служить биомаркерами для выявления контакта с вирусом и могут помочь предотвратить тяжелый COVID-19.

Снижение количества миелоидных клеток было следствием их перераспределения – эти клетки перемещались из крови в ткани, где происходит борьба с вирусом. Во всех группах участников наблюдалось снижение уровня воспалительных моноцитов в крови. В воспалительных моноцитах, участвующих в иммунном ответе, отмечены высокие уровни молекул IL1B, IL6 и CXCL3. Это указывает на немедленную реакцию организма на вирус, даже если устойчивая инфекция не развивается.

Активация клеток MAIT

Клетки MAIT – особый тип иммунных клеток, которые находятся в слизистых оболочках и играют важную роль в защите организма от инфекций. Клетки MAIT можно разделить на две подгруппы: классические и активированные. Активированные клетки проявляют повышенную цитотоксичность.

На третий день после заражения почти все клетки MAIT в крови стали активными у участников с устойчивой инфекцией. Активация клеток MAIT также присутствовала при абортивных и транзиторных инфекциях. Это говорит о том, что клетки MAIT могут быстро реагировать на вирус.

Эти данные показывают, что клетки MAIT и воспалительные моноциты играют важную роль в быстрой иммунной реакции на SARS-CoV-2, даже если воздействие вируса не приводит к устойчивой инфекции и последующему COVID-19.

Пик вирусной РНК приходится на 7-е сутки

Инфицированные клетки присутствовали почти исключительно в носоглотке у участников с устойчивыми инфекциями. Инфекция достигала пика на 7-й день, а затем резко снижалась к 10-14 дню.

Вирусная РНК была найдена в иммунных и эпителиальных клетках носоглотки. Неожиданным было обнаружение SARS-CoV-2 в CD8 Т-клетках из-за отсутствия экспрессии на их поверхности ACE2 и TMPRSS2 – рецепторов входа коронавируса. Однако, в отличие от бокаловидных и реснитчатых клеток носоглотки, CD8 Т-клетки не могут поддерживать размножение коронавируса. Наличие РНК коронавируса в CD8 Т-клетках означает, что Т-клетки либо непродуктивно инфицируются, либо захватывают вирусные фрагменты из окружающих клеток.

Интересно, что активация интерфероновой сигнализации в месте проникновения вируса на 5-7-е сутки после заражения совпадает с пиком инфицированных клеток и с мощной атакой иммунных клеток на вирус.

Гиперинфекция реснитчатых клеток – причина распространения вируса в организме

Реснитчатые клетки играют ключевую роль в распространении SARS-CoV-2. Небольшой кластер этих клеток имел чрезвычайно высокую вирусную нагрузку — более 1000 вирусных РНК на клетку. Другие инфицированные клетки обычно содержали <10 вирусных РНК. Гиперинфицированные клетки составляют лишь 4% всех инфицированных клеток, но в них находится 67% всей вирусной РНК. Эти клетки становятся основной фабрикой вирусных частиц. Кроме того, гиперинфицированные клетки активируют противовоспалительные молекулы, подавляя реакцию интерферона, что помогает коронавирусу распространяться.

Ген HLA-DQA2 связан с более легким течением COVID-19

У участников, которые не заболели, до заражения был выше уровень экспрессии гена HLA-DQA2 в иммунных клетках крови и в носоглотке. Этот ген связан с более легким течением COVID-19. Ген HLA-DQA2 помогает иммунной системе эффективно бороться с вирусом, снижая риск его распространения в организме.

Активация адаптивной иммунной системы

На десятый день после заражения ученые увидели, как начинает действовать адаптивная иммунная система. Наряду с В-клетками, которые производят антитела, активизировались и Т-клетки. Через две недели после заражения количество активированных регуляторных Т-клеток достигло пика, а другие иммунные клетки вернулись к норме. Активированные регуляторные Т-клетки помогали уменьшить воспаление после устранения вируса. Это совпало с тем, что почти все инфицированные клетки исчезли.

Полезная статья, нужная информация? Поделитесь ею!

Кому-то она тоже будет полезной и нужной:

Источник

Human SARS-CoV-2 challenge uncovers local and systemic response dynamics

Наш канал в Telegram: