Инфекции нижних дыхательных путей – одна из основных причин смерти в мире. Большинство таких инфекций, включая COVID-19, безобидно начинаются в верхних дыхательных путях и становятся опасными, когда достигают альвеол – места, где происходит газообмен. До недавнего времени было трудно выяснить, когда и где происходит критический переход к опасной для жизни пневмонии и острому респираторному дистресс-синдрому (ОРДС). Однако широкое использование мультиомного профилирования позволило получить детальную картину COVID-19 и понять, как влияют на развитие болезни конкретные клетки и молекулы.
Мультиомное профилирование одиночных клеток — метод, который позволяет одновременно изучать несколько параметров одной клетки: активность генов, синтез белков, изменения ДНК и другие. Благодаря этому методу ученые смогли создать модели патогенеза COVID-19, включающие не только инфекцию альвеолярного эпителия, но и вовлекающие альвеолярные капилляры, макрофаги и другие миелоидные клетки, а также выработку различных воспалительных цитокинов и хемокинов.
Ученые Стэнфордского университета (США) выяснили, что главные мишени коронавируса – две группы легочных макрофагов. В одной из них вирус изменяет активность генов и запускает антивирусную программу, которая включает ответ интерферона и выработку хемокинов и цитокинов, которые могут воздействовать на разные типы иммунных и структурных клеток легких и вызывать воспаление и фиброз. Именно эта группа легочных макрофагов и способствует переходу к смертельным и системным формам COVID-19.
Некоторые клетки легких экспрессируют тысячи молекул вирусной РНК
Ученые использовали образцы легких, полученные после операций или от доноров, и поместили их в лабораторные условия, где ткани подверглись воздействию вируса SARS-CoV-2. В течение 24-72 часов вирус активно размножался.
Подавляющее большинство клеток из инфицированных образцов содержало мало молекул вирусной РНК. Но 1% клеток экспрессировал десятки и сотни молекул вирусной РНК на клетку. При этом редкие клетки (0,01%) накапливали тысячи вирусных РНК.
Самый высокий уровень вируса был обнаружен в шести типах клеток. Одним из них были клетки AT2 – сигнальные альвеолярные клетки 2-го типа. Другие типы – миофибробласты, липофибробласты, Т-клетки и NK-клетки, а также макрофаги. Макрофаги были наиболее заметными мишенями коронавируса в легких, на их долю приходилось 75% клеток с 50 или более вирусными РНК на клетку. Однако такие макрофаги составляли лишь 0,5% всех макрофагов. Это указывает на существование чувствительного к коронавирусу подтипа макрофагов.
Активированные интерстициальные макрофаги наиболее чувствительны к коронавирусу
Ученые выделили три группы макрофагов:
- Альвеолярные макрофаги (AM) — поддерживает нормальные функции, связанные с липидным гомеостазом и иммунной защитой. AM находятся в альвеолярном воздушном пространстве.
- Интерстициальные макрофаги (IM) — включает клетки с меньшим уровнем типичных маркеров AM. IM находятся в интерстиции, который окружает и поддерживает альвеолы.
- Активированные интерстициальные макрофаги (a-IM) – наиболее подвержены воздействию коронавируса. Макрофаги a-IM экспрессируют гены, связанные с воспалением и гипоксией. Только в a-IM содержится более 300 вирусных РНК на клетку, что приводит к захвату ресурсов клетки для производства новых вирусных частиц. В a-IM вирусная РНК составила 60% всего генетического материала. В отличие от a-IM, в AM вирусная РНК не превышала 2%.
Макрофаги a-IM – очаг воспаления и фиброза при COVID-19
Макрофаги a-IM обнаруживали накопление вирусной РНК, что приводило к активации противовирусных генов, включая гены ответа интерферона I типа. Также накопление вирусной РНК в a-IM было связано с выработкой пяти хемокинов (CCL2, CCL7, CCL8, CCL13 и CXCL10) и цитокинов IL10 и IL6, которые входят в число молекул, играющих центральную роль в цитокиновом шторме при COVID-19. Кроме того, повышалась выработка TGFB1 – белка, избыточная активность которого может привести к развитию фиброза. Также активировались гены, способствующие фиброзу.
Выработка хемокина CXCL10 в a-IM может привлекать CD4 и CD8 Т-клетки. Хемокин CCL8 может привлекать нейтрофилы и другие макрофаги, а CCL2 привлекает дендритные клетки и моноциты. Выработка цитокина IL6 указывает на то, что инфицированные a-IM могут транслировать мощные провоспалительные сигналы на большинство других типов клеток легких, но выработка противовоспалительного цитокина IL10 может ограничивать активацию адаптивного иммунитета при одновременном усилении врожденного воспаления.
Для входа в макрофаги IM коронавирус использует белок DC-SIGN/CD209, но не ACE2
DC-SIGN/CD209 – белок, который экспрессируется только в макрофагах IM. Блокирующие антитела против DC-SIGN/CD209 подавляли вход вируса в IM. Однако блокирующие антитела против ACE2 не влияли на проникновение вируса в IM.
Вывод
Альвеолярные и интерстициальные макрофаги по-разному реагируют на коронавирус. Интерстициальные макрофаги более уязвимы: вирус активно реплицируется в этих клетках, захватывая их ресурсы для размножения и вызывая сильное воспаление и повреждение тканей. До 60% генетического материала инфицированных интерстициальных макрофагов состоит из вирусной РНК, что приводит к разрушению клеток и образованию новых вирусных частиц. Инфицированные интерстициальные макрофаги вызывают воспаление и фиброз, характерные для тяжелого течения COVID-19. Лечение, направленное на интерстициальные макрофаги и белок DC-SIGN/CD209, который коронавирус использует для проникновения в эти клетки, может предотвратить тяжелые осложнения.
Полезная статья, нужная информация? Поделитесь ею!
Кому-то она тоже будет полезной и нужной:
