Celulele pulmonare despre care se credea până acum că sunt cele mai susceptibile la infecţia cu SARS-CoV-2, virusul care provoacă boala Covid-19, nu sunt, de fapt, cele mai vulnerabil, au descoperit oamenii de ştiinţă. Mai mult, virusul pătrunde în această celulă pe o cale neaşteptată. Consecinţele medicale pot fi semnificative.
Cercetătorii de la facultatea de medicină a universităţii Stanford au implicat un tip de celulă imunitară cunoscută sub numele de macrofag interstiţial în tranziţia critică de la un caz mai uşor de Covid-19 la unul potenţial mortal.
Macrofagele interstiţiale sunt situate în profunzimea plămânilor, protejând în mod obişnuit acest organ, printre altele înghiţind virusurilei, bacteriile, ciupercile şi particulele de praf care îşi croiesc drum pe căile respiratorii.
Aceste celule, au demonstrat cercetătorii într-un studiu publicat miercuri în Journal of Experimental Medicine - JEM, sunt cele care, dintre toate tipurile cunoscute de celule care compun ţesutul pulmonar, sunt cele mai sensibile la infecţia cu SARS-CoV-2.
Cercetătorii au aflat că macrofagele interstiţiale infectate cu SARS-CoV-2 se transformă în producătoare de virus şi elimină semnale chimice inflamatorii şi care induc cicatrizarea ţesutului, ceea ce ar putea avansa spre pneumonie şi deteriora plămânii până la punctul în care virusul, împreună cu aceste substanţe puternice secretate, pot ieşi din plămâni şi pot face ravagii în tot corpul.
Descoperirile surprinzătoare indică noi abordări pentru a preveni ca o infecţie cu SARS-CoV-2 să devină o boală care pune în pericol viaţa.
Într-adevăr, aceste constatări pot explica de ce anticorpii monoclonali meniţi să combată Covid severă nu au funcţionat bine, dacă au funcţionat. Aparent aceştia au funcţionat doar atunci când au fost administraţi la începutul cursului infecţiei, când virusul infecta celulele din căile respiratorii superioare care duc la plămâni, dar nu se instalase încă în ţesutul pulmonar.
Virusul surprinde
„Am răsturnat o serie de presupuneri false cu privire la modul în care virusul se replică de fapt în plămânul uman", a declarat într-un comunicat al universităţii Stanford, Catherine Blish, doctor în medicină, profesor de boli infecţioase şi de microbiologie şi imunologie, şi specialist în cercetarea fundamentală şi translaţională, coautor al studiului.
Pasul critic, cred cercetătorii, este atunci când virusul infectează macrofagele interstiţiale, declanşând o reacţie inflamatorie masivă care poate inunda plămânii şi poate răspândi infecţia şi inflamaţia în alte organe.
Blocarea acestei etape s-ar putea dovedi a fi un progres terapeutic major, crede dr. Mark Krasnow, şi el coautor al studiului, profesor de biochimie şi director executiv al Centrului Vera Moulton Wall pentru boli vasculare pulmonare.
Dar există o întorsătură de situaţie: virusul are o cale neobişnuită de a intra în interiorul acestor celule - o cale pe care dezvoltatorii de medicamente nu au învăţat încă cum să o blocheze în mod eficient - ceea ce necesită o nouă concentrare asupra acestui mecanism alternativ, a adăugat el.
Într-o altă cercetare, publicată în revista Nature, în 2020, Krasnow şi colegii săi au descris o tehnică pe care au elaborat-o pentru a izola în plămânii umani celulele unele de altele şi pentru a le caracteriza, una câte una, pe baza genelor din fiecare celulă şi a gradului de activitate al acestora.
Folosind această tehnică, laboratorul lui Krasnow a reuşit să distingă peste 50 de tipuri de celule distincte, asamblând un atlas de celule pulmonare sănătoase.
„Tocmai pusesem la punct acest atlas când a lovit pandemia de Covid-19", a spus Krasnow. La scurt timp după aceea, el a aflat de alţi specialişti în boli infecţioase care construiau o instalaţie ultra-sigură unde puteau creşte în siguranţă SARS-CoV-2 şi infecta celulele cu acest virus.
Echipele au început să colaboreze şi au obţinut ţesut pulmonar proaspăt şi sănătos extirpat de la şapte pacienţi operaţi şi de la cinci donatori de plămâni decedaţi, ai căror organe nu aveau virusul, dar care, dintr-un motiv sau altul, nu puteau fi folosiţi la transplanturi.
După ce au infectat ţesutul pulmonar cu SARS-CoV-2 şi au aşteptat între una şi trei zile pentru ca infecţia să se răspândească, au separat şi au tipizat celulele pentru a genera un atlas de celule pulmonare infectate, analog cu cel pe care echipa lui Krasnow îl crease cu celule pulmonare sănătoase. Ei au găsit majoritatea tipurilor de celule pe care echipa lui Krasnow le identificase în ţesutul pulmonar sănătos.
Acum, oamenii de ştiinţă puteau să compare celulele pulmonare sănătoase cu cele infectate cu SARS-CoV-2 din acelaşi tip de celule şi să vadă în ce măsură acestea diferă.
Ei au vrut să afle ce celule a infectat virusul, cât de uşor se replică SARS-CoV-2 în celulele infectate şi ce gene din celulele infectate şi-au crescut sau scăzut nivelul de activitate în comparaţie cu cele sănătoase. Ei au putut face acest lucru pentru fiecare dintre zecile de tipuri de celule diferite pe care le-au identificat atât în plămânii sănătoşi, cât şi în cei infectaţi.
„A fost un experiment simplu, iar întrebările pe care ni le puneam erau evidente", a spus Krasnow. „Răspunsurile însă au fost unele pentru care nu eram pregătiţi".
S-a presupus că celulele din plămâni care sunt cele mai vulnerabile la infecţia cu SARS-CoV-2 sunt cele cunoscute sub numele de celule alveolare de tip 2. Şi asta pentru că suprafeţele acestor celule, împreună cu cele a numeroase alte tipuri de celule din inimă, intestin şi alte organe, poartă multe copii ale unei molecule cunoscute sub numele de ACE2 (enzima de conversie a angiotensinei). S-a demonstrat că SARS-CoV-2 este capabil să se agaţe de ACE2 şi să o manipuleze într-un mod care permite virusului să îşi croiască drum în celule.
Cercetătorii au descoperit că celulele alveolare de tip 2 sunt oarecum vulnerabile la SARS-CoV-2, dar celulele care au fost de departe cele mai frecvent infectate s-au dovedit a fi două varietăţi ale unui tip de celule numit macrofag.
Fabrici de virusuri
Cuvântul „macrofag" provine din doi termeni greci care înseamnă, în linii generale, „mare mâncător". Această denumire nu este nemeritată. Aerul pe care îl inspirăm nu transportă doar oxigen, ci, din păcate, şi mici particule de microbi în suspensie, spori de ciuperci, bacterii şi virusuri. Un macrofag îşi câştigă existenţa, printre altele, înghiţind aceste corpuri străine.
Căile respiratorii care duc la plămâni culminează în miriade de alveole, saci de aer minusculi, cu grosimea cât o celulă, care sunt mărginite de capilare abundente. Această interfaţă, numită interstiţiu, este locul în care oxigenul din aerul pe care îl respirăm intră în fluxul sanguin şi este apoi distribuit în restul corpului de către sistemul circulator.
Cele două tipuri de macrofage sensibile la SARS-CoV-2 asociate plămânilor sunt poziţionate în două locuri diferite. Aşa-numitele macrofage alveolare atârnă în spaţiile de aer din interiorul alveolelor.
Odată infectate, aceste celule sunt sufocate, produc şi elimină unele progenituri virale într-un ritm ocazional, dar îşi păstrează totuşi calmul şi îşi menţin şi funcţia normală. Acest comportament le poate permite să alimenteze progresia SARS-CoV-2 prin incubarea şi generarea unei rezerve constante de noi particule virale care scapă pe furiş şi pătrund în stratul de celule care înconjoară alveolele.
Macrofagele interstiţiale, celălalt tip de celule care s-a dovedit a fi uşor şi profund infectat de SARS-CoV-2, patrulează în partea îndepărtată a alveolelor, acolo unde oxigenului este transportat de globulele roşii.
Dacă o particulă virală invadatoare sau un alt microb reuşeşte să se sustragă vigilenţei macrofagelor alveolare, să infecteze şi să străpungă stratul de celule care înconjoară alveolele, punând în pericol nu doar plămânii, ci şi restul corpului, macrofagele interstiţiale sunt gata să sară în ajutor şi să protejeze vecinătatea.
Cel puţin, de obicei. Dar atunci când un macrofag interstiţial întâlneşte SARS-CoV-2, este o altă poveste. În loc să fie mâncat de celula imunitară omnivoră, virusul îl infectează.
Iar un macrofag interstiţial infectat nu doar se înăbuşă, ci ia foc. Se dezlănţuie iadul în momentul în care virusul preia literalmente controlul, şi preia controlul, deturnând maşinăria de producere a proteinelor şi a acizilor nucleici ai celulei.
În cursul producerii unui număr masiv de copii ale sale, SARS-CoV-2 distruge graniţele care separă nucleul celular de restul celulei ca o spatulă care sparge şi împrăştie gălbenuşul unui ou crud. Progeniturile virale ies din macrofagul uzat şi continuă să infecteze alte celule.
Dar asta nu este tot. Spre deosebire de macrofagele alveolare, macrofagele interstiţiale infectate pompează substanţe care semnalează altor celule imunitare din alte părţi ale corpului să se îndrepte spre plămâni. La un pacient, a sugerat Krasnow, acest lucru ar declanşa un aflux inflamator de astfel de celule.
Pe măsură ce plămânii se umplu de celule şi de lichidul care vine cu ele, schimbul de oxigen devine imposibil. Bariera care menţine integritatea alveolară se deteriorează progresiv. Scurgerea de fluide infectate din alveolele deteriorate propulsează progeniturile virale în fluxul sanguin, expulzând infecţia şi inflamaţia în organe îndepărtate.
În acelaşi timp, alte substanţe eliberate de macrofagele interstiţiale infectate cu SARS-CoV-2 stimulează producţia de material fibros în ţesutul conjunctiv, ceea ce duce la cicatrizarea plămânilor. La un pacient, înlocuirea celulelor permeabile la oxigen cu ţesut cicatricial ar face ca plămânii să fie şi mai mult incapabili să execute schimbul de oxigen.
„Nu putem spune că o celulă pulmonară aşezată într-o farfurie va face Covid", spune Blish, „dar bănuim că acesta ar putea fi punctul în care, la un pacient real, infecţia trece de la controlabilă la severă".
Un alt punct de intrare al virusului în celule
La această descoperire neaşteptată se adaugă descoperirea că SARS-CoV-2 foloseşte o cale diferită pentru a infecta macrofagele interstiţiale faţă de cea pe care o foloseşte pentru a infecta celelalte tipuri de macrofage.
Spre deosebire de celulele alveolare de tip 2 şi de macrofagele alveolare, la care virusul are acces prin prinderea de receptorii de pe suprafaţa ACE2, SARS-CoV-2 pătrunde în macrofagele interstiţiale folosind un receptor diferit pe care aceste celule îl prezintă. În cadrul studiului, blocarea legăturii SARS-CoV-2 cu ACE2 a protejat primele celule, dar nu a reuşit să reducă sensibilitatea celor din urmă la infecţia cu SARS-CoV-2.
„SARS-CoV2 nu folosea ACE2 pentru a intra în macrofagele interstiţiale", a spus dr. Krasnow. „Virusul intră prin intermediul unui alt receptor numit CD209".
Acest lucru pare să explice de ce anticorpii monoclonali dezvoltaţi special pentru a bloca interacţiunea SARS-CoV-2/ACE2 nu au reuşit să atenueze sau să prevină cazurile grave de Covid-19.
„Acum este timpul să găsim un set complet nou de medicamente care să împiedice legarea SARS-CoV-2/CD209", a concluzionat dr. Krasnow.
