Миелоидные клетки, прежде всего макрофаги, играют ключевую роль в борьбе с респираторными инфекциями: они участвуют в удалении патогенов и ограничивают воспаление после заражения. В легких существует несколько специализированных популяций тканевых макрофагов, каждая из которых выполняет собственные функции. Хотя выраженный иммунный ответ необходим для контроля вирусной инфекции, исследования показывают, что при тяжелом COVID-19 неблагоприятные исходы часто связаны не столько с высокой вирусной нагрузкой, сколько с нарушением иммунной регуляции. Поэтому понимание механизмов, с помощью которых различные популяции макрофагов контролируют воспаление, имеет важное значение для разработки эффективных методов лечения.
Особый интерес представляют связанные с нервами и дыхательными путями интерстициальные макрофаги — NAM. Известно, что они ограничивают воспаление при инфекции вирусом гриппа, однако их роль при заражении SARS-CoV-2 до недавнего времени оставалась неизвестной.
Ученые Нью-Йоркского университета (США) использовали мышиную модель инфекции SARS-CoV-2 и показали, что селективное удаление NAM лишь незначительно увеличивает вирусную нагрузку, но существенно усиливает распространение вируса в легких. Одновременно резко возрастало воспаление: повышались уровни провоспалительных цитокинов IL-1α, IL-1β, IL-6 и хемокинов. Эти изменения сопровождались 100-процентной смертностью инфицированных мышей. Напротив, контрольные мыши с сохраненной популяцией NAM эффективно ограничивали воспаление, контролировали вирус, выживали и восстанавливались после инфекции.
Для выполнения своих функций NAM необходима передача сигнала через рецептор интерферонов I типа — IFNAR. У мышей с дефицитом IFNAR в CD169+ макрофагах, к которым относятся NAM, нарушалось характерное увеличение числа NAM после заражения SARS-CoV-2, усиливалось воспаление и возрастала смертность.
NAM необходимы для выживания при коронавирусе
Ученые провели эксперимент: мышей без NAM и контрольных мышей дикого типа заражали SARS-CoV-2. В отличие от контрольных мышей, все мыши без NAM погибли через 4-5 дней после заражения. При этом вирусная нагрузка увеличивалась лишь незначительно, тогда как повреждение легких резко усиливалось.
У мышей без NAM развивались выраженное воспаление легких, сосудистые повреждения и кровоизлияния. Уже на второй день после заражения нарушалась структура альвеол, а затем возникало обширное воспаление с разрушением архитектуры легких.
Эти результаты показывают, что NAM играют ключевую роль в контроле воспалительной реакции и защите легочной ткани, определяя исход инфекции SARS-CoV-2.
NAM ограничивают распространение коронавируса в легких
На второй день после заражения у мышей дикого типа вирус присутствовал в основном только в эпителиальных клетках крупных дыхательных путей. Напротив, у мышей без NAM вирус распространялся из эпителия дыхательных путей в легочную ткань, хотя общее увеличение вирусной нагрузки оставалось небольшим. При этом вирусный антиген не обнаруживался в самих NAM, тогда как у альвеолярных макрофагов наблюдались признаки инфекции. Эти результаты указывают на то, что NAM не заражаются SARS-CoV-2 и ограничивают распространение вируса в легких.
NAM ограничивают воспаление при коронавирусе
Отсутствие NAM сопровождалось резким усилением воспалительной реакции после заражения. В легких увеличивалось количество нейтрофилов, нейтрофильных внеклеточных ловушек, воспалительных моноцитов и слизи. Одновременно возрастали уровни провоспалительных цитокинов и хемокинов, включая IL-1α, IL-1β, IL-6, TNF-α, MIP-1α, MIP-1β и MCP-1, а также фактора роста нейтрофилов G-CSF. При этом продукция интерферонов I и II типа не снижалась, а, напротив, была повышена на ранних этапах инфекции.
В ответ на заражение SARS-CoV-2 популяция альвеолярных макрофагов уменьшалась, тогда как численность интерстициальных макрофагов (IM), включая NAM и CD169-IM, увеличивалась. Это указывает на то, что NAM не погибают от вируса и увеличивают свою численность либо за счет пролиферации, либо за счет дифференцировки моноцитов костного мозга в ответ на вирусную инфекцию.
Полученные результаты свидетельствуют, что NAM являются ключевыми регуляторами воспаления и предотвращают развитие чрезмерной иммунной реакции, которая приводит к повреждению легких и тяжелому течению коронавируса.
Интерфероны I типа необходимы для расширения NAM и восстановления после коронавируса
NAM экспрессируют рецептор к интерферонам I типа (IFNAR) значительно активнее, чем альвеолярные макрофаги. Чтобы проверить его роль, ученые удалили у мышей IFNAR только в CD169+ макрофагах, а затем инфицировали мышей SARS-CoV-2. По сравнению с мышами дикого типа, мыши без IFNAR в CD169+ макрофагах теряли больше веса, не восстанавливались после инфекции и погибали через 4-7 дней после заражения. Несмотря на лишь умеренное увеличение вирусной нагрузки, у них развивались тяжелое повреждение легких, пневмония, сосудистые нарушения и кровоизлияния.
Таким образом, защитная функция NAM при инфекции SARS-CoV-2 зависит от сигнализации через IFNAR, которая необходима для ограничения воспаления и предотвращения тяжелого поражения легких.
Сигнализация через IFNAR необходима для увеличения численности NAM и контроля распространения коронавируса
У мышей с дефицитом IFNAR в CD169+ макрофагах вирус распространялся от эпителия крупных дыхательных путей к паренхиме легких так же активно, как и при отсутствии NAM, при этом вирусный антиген обнаруживался по всей легочной ткани. У мышей дикого типа вирус обнаруживался только в крупных дыхательных путях и прилегающих областях легочной ткани.
Отсутствие IFNAR также сопровождалось усиленной инфильтрацией нейтрофилов и образованием нейтрофильных внеклеточных ловушек.
NAM, как и прежде, не заражались SARS-CoV-2. При этом после инфекции не происходило характерного увеличения численности NAM, тогда как численность альвеолярных макрофагов была такой же, как у мышей дикого типа. Нарушение расширения популяции NAM было связано со снижением их пролиферации, а не с гибелью клеток.
Передача сигналов интерферонов I типа в NAM ограничивает воспаление при коронавирусе
Отсутствие IFNAR-сигнализации в CD169+ макрофагах не влияло на выработку интерферонов I типа, но приводило к резкому повышению уровней провоспалительных цитокинов и хемокинов, включая ИФН-γ, IL-1α, IL-1β, IL-6, MCP-1 и G-CSF. При этом было нарушено производство регуляторного цитокина IL-10. Одновременно нарушалось увеличение популяции NAM, что сопровождалось усилением воспаления, повреждением легких и более активным распространением вируса.
В легких человека также присутствует популяция макрофагов, похожая на мышиные NAM. У пациентов, умерших от тяжелого COVID-19, экспрессия генов, связанных с NAM, была снижена, тогда как уровни провоспалительных цитокинов в дыхательных путях были повышены. Эти результаты указывают на сходную иммунорегуляторную роль NAM у мышей и людей и подчеркивают их значение для защиты легких при коронавирусе.
