Wie bekämpft das Immunsystem der Nasenhöhle SARS-CoV-2?

In einer aktuellen Forschungsarbeit, die auf der veröffentlicht wurde bioRxiv Auf dem Preprint*-Server untersuchten Forscher die viralen Clearing-Beiträge nasal enthaltener Immunzellen während einer schweren Infektion mit dem akuten respiratorischen Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Ihre Studienproben umfassten C57BL/6-Mäusemodelle, die mit einem wilden COVID-19-Substamm (B.1.351) infiziert waren. Ihre Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle von CD4⁺ und CD8⁺ T-Zellen beseitigen Virusinfektionen durch die Sekretion von Granzyme B, einem zytotoxischen Molekül. Überraschenderweise spielen T-Zellen trotz ihrer bemerkenswerten Fähigkeit, die Nasenhöhle zu schützen, kaum eine Rolle bei der Abwehr von Infektionen der Lunge. Schließlich verwendeten Forscher vor Ort Hybridisierungstechniken, um die Folgen des CD-Zellmangels bei immungeschwächten Mäusen zu ermitteln.

​​​​​​​Studie: CD4+- und CD8+-T-Zellen sind erforderlich, um die Persistenz von SARS-CoV-2 im Nasenraum zu verhindern. ​​​​​​Bildnachweis: Chawalit Banpot / Shutterstock

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Warum müssen wir die Feinheiten viraler Infektionen erforschen?

Die globalen gesundheitlichen und sozioökonomischen Auswirkungen der anhaltenden Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) sind beispiellos, verursachen Schäden in Billionenhöhe und fordern fast 7 Millionen Menschenleben. Der Ausbruch wird durch SARS-CoV-2 verursacht, einen bemerkenswert ansteckenden entfernten Verwandten der gewöhnlichen Grippe und der Vogelgrippe (H1N1). Das Virus wird durch Wassertröpfchen übertragen und infiziert die Atemwege, wo es eine bemerkenswerte Eigenschaft aufweist: Die Pathophysiologie der Krankheit wird durch den Ort der vorherrschenden Infektion bestimmt. Infektionen, die auf die Nasengänge beschränkt sind, verlaufen typischerweise als mildere Infektionen, während Infektionen, die die Lunge infizieren, lebensbedrohlich sein können.

Während sich die Untersuchung der Pathophysiologie miteinander verbundener Organe (Nasenhöhle und Lunge) unter Sonneneinstrahlung in der Vergangenheit als Herausforderung erwiesen hat, ist die Entwicklung von in vivo Mausmodelle und ihre Fähigkeit zur Optimierung auf Genebene, um externe Vorurteile zu verhindern, haben eine gründliche Forschung zur Übertragung von Immunität und Pathologie vieler Viren ermöglicht.

Leider hat die Fähigkeit des menschlichen Vorfahren SARS-CoV-2, sich an das Spike-Protein der Maus zu binden, die Entwicklung von COVID-19-spezifischen transgenen Mäusestämmen wie den menschlichen transgenen ACE2 (hACE2)-Mäusen erforderlich gemacht. Während dies eine Bewertung der mechanistischen Grundlagen des schlimmsten Krankheitsausbruchs unserer Zeit ermöglichte, bleibt die Rolle von Immunzellen, insbesondere denen in der Nasenhöhle, bei der Bekämpfung einer COVID-19-Infektion unbekannt.

Über die Studie

In der vorliegenden Studie untersuchten Forscher die funktionelle Rolle von CD4⁺ (Helfer) und CD8⁺ (zytotoxische) T-Zellen gegen eindringende COVID-19-Infektionen sowohl in den oberen als auch in den unteren Atemwegen. Für die Experimente verwendeten sie transgene C57BL/6-Mäuse, die sie mit unterschiedlichen Dosierungen infizierten (10).⁵ bis 10⁶ PFU) der natürlich vorkommenden COVID-19-Subvariante BA.1.351. Diese intranasale Impfung ermöglichte es den Forschern, die durch eine COVID-19-Infektion ausgelöste Immunantwort und Infektionskinetik aufzuklären.

Um die mechanistischen, antigenspezifischen T-Zell-Antworten zu untersuchen, ihre individuelle Anzahl zu bewerten und ihre systemspezifischen Unterschiede zu messen, wurden isolierte Immunzellen (Nasenkompartiment, Speichel und Lunge) gleichzeitig verwendet Ex-vivo Peptid-Restimulation. Antikörperbasierte Depletionstechniken wurden verwendet, um die Auswirkungen der Immunsuppression auf den Infektionsfortschritt in den oberen und unteren Atemwegen zu ermitteln. Eine TCID₅₀ Es wurde ein infektiöser Virustest durchgeführt, um zu überprüfen, ob identifizierte virale DNA im Nasentrakt dem inokulierten Stamm entsprach.

Es wurden genetische Analysen durchgeführt, um die Geschwindigkeit der viralen Genomveränderung während der wenigen Wochen der Studie abzuschätzen.

Studienergebnisse

Experimente mit viralen Dosen zeigen eine Verringerung des Mausgewichts entsprechend erhöhter Dosierungen. Bei 5 x 10⁶ PFU der Viruslast wurde beobachtet, dass die Fallkohorte 20 % ihres Gewichts und 30 % ihrer Probengröße verlor. Experimente zur Viruskinetik zeigen, dass die virale Infektiosität in der Atemhöhle schnell einsetzt, zwischen dem zweiten und vierten Tag ihren Höhepunkt erreicht und am zehnten Tag auf den Ausgangswert absinkt. Die Auswertung der Antigenreaktion ergab Hinweise auf eine Virusinfektion in den oberen und unteren Atemwegen der Probanden.

In Anlehnung an frühere, nicht-COVID-bezogene virale Arbeiten wurde gezeigt, dass SARS-CoV-2 in jedem untersuchten Atemtrakt unterschiedliche Immunreaktionen hervorruft. Überraschenderweise war die T-Zell-Aktivierung in der Lunge minimal, wie aus Ex-vivo-Peptid-Restimulationsergebnissen hervorgeht, was auf eine begrenzte Rolle von T-Zellen bei Lungen-assoziierten Infektionen schließen lässt. Im Gegensatz dazu waren die T-Zell-Aktivitäten in der Nasenhöhle und im Atmungsnetz tiefgreifend und betrafen hauptsächlich die Sekretion von Granzyme B, einem viral unterdrückenden Metaboliten.

CD4⁺ und CD8⁺ Es wurde beobachtet, dass Zellen für die angeborene Reaktion des Körpers auf eine COVID-19-Infektion von entscheidender Bedeutung sind. Es wurde jedoch eine Redundanz zwischen Hilfs- und zytotoxischen T-Zellen beobachtet – COVID-19-Infektionen blieben mild, wenn mindestens eine der CD4+- oder CD8+-Kolonien den Höhepunkt der Infektionsdauer überlebte.

Experimente an immungeschwächten Mäusen zeigen, dass COVID-19-Infektionen T-Helfer- und zytotoxische Zellen zur Virusbeseitigung benötigen. Es wurde festgestellt, dass in Abwesenheit dieser Zellen die virale DNA im Nasenepithel noch Wochen oder sogar Monate nach der ersten Inokulation bestehen bleibt. Entscheidend ist, dass die Dauer der Viruspersistenz direkt proportional zur erhöhten Virusvielfalt war, was darauf hindeutet, dass immungeschwächte Personen als Nährboden für neuartige COVID-19-Substämme dienen könnten. Dieser Trend ist jedoch nicht ohne Grenzen – es wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit der Virusreplikation mit zunehmender genetischer Vielfalt abnimmt.

Schlussfolgerungen

In der vorliegenden Studie verwendeten Forscher genetisch veränderte Mäuse, um die Auswirkungen von COVID-19-Infektionen sowohl auf die oberen als auch auf die unteren Atemwege zu untersuchen und die Rolle von T-Zellen bei der respiratorischen Immunantwort aufzuklären. Ihre Ergebnisse unterstreichen, dass CD4⁺ und CD8⁺ T-Zellen sind von entscheidender Bedeutung bei der Bekämpfung und dem Widerstand gegen die Hauptlast der COVID-19-Infektion, obwohl sich diese Rolle auf die Nasenhöhle konzentriert und die Lunge überwiegend ignoriert wird.

Das Vorhandensein eines der CD4⁺ oder CD8+-Kolonien reichten aus, um eine akute COVID-19-Infektion zu verhindern. Wenn beide Zellpopulationen fehlten, verlängerte sich die Viruspersistenz in den Nasengängen dramatisch, was wiederum zu einer erhöhten Virusdifferenzierung führte und dadurch die Schwierigkeiten für Forscher und Pharmazeuten bei der Suche nach einem weiterhin wirksamen Heilmittel verschärfte.

*Wichtiger Hinweis: bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Experten begutachtet werden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, als Leitfaden für die klinische Praxis/gesundheitsbezogenes Verhalten dienen oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.