Бокаловидные клетки реснитчатого эпителия защитили детей от ковида

Исследование in vitro показало, что в культуре реснитчатого эпителия носа у детей выявляется особый подтип бокаловидного воспаления, связанного с интерфероном, который приводит к неполной репликации вируса. В культурах пожилых людей наблюдалось пропорциональное увеличение клеток базального слоя, которые способствуют распространению вируса и связаны с профибротическим клеточным ответом. Результаты исследования опубликованы в Nature Microbiology.

Возраст остается важнейшим основным фактором риска смерти от COVID-19. У детей, инфицированных SARS-CoV-2, редко развивается тяжелое заболевание, в то время как смертность среди инфицированных людей старше 85 лет в настоящее время достигает десяти процентов. Поскольку реснитчатый эпителий, который распространен в дыхательных путях от носа до нижних отделов, выступает основной мишенью SARS-CoV-2, понимание его иммунной реакции на вирус может помочь в разработке концепции патогенеза ковида.

Первоначально считалось, что повышенная экспрессия ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) и трансмембранной сериновой протеазы 2 (TMPRSS2), с помощью которых вирус заражает клетки, у взрослых может объяснить повышенную тяжесть заболевания, но такие различия между детьми и взрослыми остаются плохо изученными. Альтернативные концепции предполагают, что дети защищаются от вируса с помощью предварительно активированного противовирусного иммунитета в реснитчатом эпителии верхних дыхательных путей, однако это не полностью объясняет повышение риска с возрастом. Кроме того, большинство исследований in vivo до сих пор не позволяли выявить ранние клеточные реакции из-за методологических ограничений.

Группа ученых под руководством Клэр Смит (Claire Smith) из Университетского колледжа Лондона исследовала влияние ранней инфекции SARS-CoV-2 на эпителий носа у здоровых детей (0–11 лет), взрослых (30–50 лет) и пожилых людей (старше 70 лет). Эпителий культивировали на границе раздела воздух-жидкость и либо подвергали имитации инфекции, либо заражали SARS-CoV-2 на срок до трех дней. Сначала ученые исследовали клеточный состав эпителия носа в разном возрасте с помощью секвенирования одноклеточной РНК. Для этого они проанализировали набор данных из 139598 клеток и идентифицировали 24 различных типа или состояния эпителиальных клеток. Они включали базальные (KRT5hi), секреторные (SCGB1A1hi, MUC5AC+) и реснитчатые (CCDC40+) клетки. Базальные клетки включали различные субпопуляции, такие как базальные, циклические базальные, бугристые, ЭМП-базальные (связанные с эпителиально-мезенхимальным переходом) и базалоидоподобные клетки из фиброзированных легких. Второй домен включал секреторные, бокаловидные и плоские клетки, каждая из которых экспрессирует различные секреторные белки и гены, связанные с защитой слизистой оболочки. Третий домен включал реснитчатые клетки, которые были дополнительно разделены на два кластера на основе паттернов экспрессии генов, связанных с организацией ресничек.

Соотношение типов клеток в здоровых контрольных культурах менялось в зависимости от возраста: у взрослых наблюдалось более высокое содержание базальных подтипов по сравнению с культурами детей. Кроме того, у взрослых культуры эпителия были толще, чем у детей (p = 0,02). Наиболее заметным отличием в педиатрических культурах ученые посчитали увеличение числа бокаловидных клеток: во взрослых культурах не наблюдалось сдвига в состоянии клеток от секреторных (более высокий уровень KRT5) к бокаловидным (более высокий уровень BPIFA1). Примечательно, что в детских культурах наблюдалась более высокая экспрессия мРНК TMPRSS2 и ACE2 в бокаловидных клетках; в культурах взрослых и пожилых людей эти маркеры экспрессировались преимущественно в секреторных и базальных клетках.

После заражения эпителия коронавирусом в бокаловидных клетках детей наблюдалось больше вирусных частиц, чем в двух других группах; у взрослых и пожилых большая репликация происходила в секреторных типах клеток. Однако ключевыми различиями между возрастными группами были более выраженная апикальная локализация спайкового белка SARS-CoV-2, большее количество внутриклеточных и апикально секретируемых белков SARS-CoV-2 и более высокие уровни инфекционных частиц у пожилых людей, чем у детей.

Анализы показали, что инфекция SARS-CoV-2 в культурах пожилых людей приводит к увеличению базалоидоподобных клеток, что связано с профибротическим состоянием. Дополнительные исследования подтвердили, что вирусная активация базалоидоподобных клеток сопровождается повышенной эксперссией генов, ответственных за профибротические сигнальные пути. В педиатрических культурах наиболее значительным изменением было появление бокаловидных воспалительных клеток, которые отсутствовали в неинфицированных педиатрических культурах, и уменьшение популяций базальных и секреторных клеток. В этих же культурах наблюдалось меньшая вирусная активность, выработка инфекционных вирионов также была ниже, чем в культурах пожилых людей. Действие интерферона в бокаловидных клетках приводило к изменению репликации вируса за счет смещения рамки считывания РНК.

Ученые пришли к выводу, что в более молодых культурах вирус подвергается большему давлению мутаций из-за продуцирования дефектных вирусных геномов бокаловидными воспалительными клетками. Кроме того, ультраструктурные наблюдения выявили меньшее количество вирусных частиц в детских бокаловидных клетках, чем в сильно нагруженных соседних реснитчатых клетках. Эти открытия дополняют картину патогенеза ковида, что позволит в дальнейшем разрабатывать новые терапевтические подходы для облегчения тяжести болезни у пациентов из старших возрастных групп.

Ранее мы рассказывали про открытие части патогенеза долгого ковида. Протеомный анализ показал, что у пациентов с долгим ковидом нарушается регуляция системы комплемента — образуется избыток мембраноатакующих комплексов, которые повреждают ткани организма.