W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Mikrobiologia przyrodyNaukowcy zbadali związane z wiekiem różnice w odpowiedzi komórek nabłonka nosa (NEC) na zakażenie koronawirusem 2 ciężkiego ostrego zespołu oddechowego (SARS-CoV-2) w grupach dzieci, dorosłych i osób starszych.

Badanie: Specyficzne dla wieku reakcje nabłonka nosa na zakażenie SARS-CoV-2. Źródło obrazu: Designua / Shutterstock

Tło

Pomimo skutecznych szczepionek wiek pozostaje głównym czynnikiem ryzyka śmiertelności w przypadku choroby koronawirusowej 2019 (COVID-19). SARS-CoV-2 początkowo infekuje NEC, co ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia rozwoju poważnych problemów oddechowych. Konieczne są dalsze badania, aby w pełni zrozumieć mechanizmy leżące u podstaw różnic związanych z wiekiem w reakcji na SARS-CoV-2, co mogłoby doprowadzić do opracowania terapii celowanych i lepszych wyników dla różnych grup wiekowych.

O badaniu

Uczestnicy niniejszego badania zostali zrekrutowani z pięciu głównych ośrodków szpitalnych w Londynie w Wielkiej Brytanii (Wielka Brytania), w tym z fundacji Great Ormond Street Hospital National Health Service (NHS) Foundation Trust, fundacji Royal Free London NHS Foundation Trust, fundacji University College London Hospitals NHS Foundation Trust i Whittington Health NHS Trust w okresie od marca 2020 r. do lutego 2021 r. Wszyscy uczestnicy wyrazili zgodę na piśmie, a badanie zostało zatwierdzone pod względem etycznym za pośrednictwem Living Airway Biobank zarządzanego przez University College London (UCL) Great Ormond Street Institute of Child Zdrowie. Z udziału w badaniu wykluczono osoby, które obecnie paliły papierosy, osoby z aktywnym nowotworem lub niedoborami odporności, osoby, które niedawno przetoczyły krew oraz osoby cierpiące na przewlekłe choroby układu oddechowego, takie jak astma lub mukowiscydoza.

Wymazy z nosa pobrano od zdrowych dawców z trzech grup wiekowych – dzieci (0–11 lat), dorosłych (30–50 lat) i osób starszych (≥70 lat), u których wynik testu na obecność SARS-CoV-2 był ujemny i nie wykazano objawy ze strony układu oddechowego w ciągu siedmiu tygodni poprzedzających pobranie próbki. Próbki pobrano przy użyciu szczoteczek cytologicznych i natychmiast poddano obróbce w celu zachowania integralności komórek, zgodnie ze ścisłymi wytycznymi.

NEC hodowano na granicy faz powietrze-ciecz, zakażono SARS-CoV-2 i monitorowano pod kątem zmian ekspresji genów i białek, różnicowania komórek i dynamiki replikacji wirusa.

Schemat metody i modelu zastosowanego do badania zakażenia SARS-CoV-2 komórek nabłonka nosa u dzieci (P, <12 lat), dorosłych (A, 30–50 lat) i starszych dorosłych (O, > 70 lat).

Wyniki badań

Badając skład komórkowy NEC w różnym wieku, przeanalizowano zbiór danych obejmujący 139 598 komórek za pomocą sekwencjonowania jednokomórkowego kwasu rybonukleinowego (RNA), ujawniając 24 różne typy lub stany komórek nabłonkowych. Obejmowały one komórki podstawne z subpopulacjami, takimi jak cykliczne komórki podstawowe i podstawno|nabłonkowo-mezenchymalne komórki przejściowe (EMT), aż do komórek wydzielniczych i rzęskowych, z których każda została sklasyfikowana według unikalnych wzorców ekspresji genów powiązanych z różnymi funkcjami, w tym obroną błony śluzowej.

W badaniu zauważono także związane z wiekiem różnice w rozmieszczeniu tych typów komórek. Dorośli wykazali większą liczebność komórek podstawnych/progenitorowych w porównaniu do dzieci, co jest zgodne z wynikami poprzednich badań nabłonka nosa. Pomimo tych różnic aktywność rzęsek i poziomy ekspresji białek strukturalnych, takich jak tubulina, nie wykazały znaczących zmian wraz z wiekiem. Jednakże zaobserwowano, że hodowle NEC pochodzące od osób starszych są grubsze, co sugeruje gęstszy układ komórkowy bez wpływu na integralność bariery nabłonkowej.

Uderzającym odkryciem w hodowlach pediatrycznych była zwiększona obecność określonego typu komórek kubkowych, co wskazuje na zmianę stanu komórek, której nie obserwuje się u dorosłych ani osób starszych. Pomimo podobnych całkowitych poziomów białek czynników wejścia SARS-CoV-2 we wszystkich grupach wiekowych, poziomy informacyjnego RNA (mRNA) tych białek były wyraźnie wyższe w pediatrycznych komórkach kubkowych, co wskazuje na różną podatność na infekcje wirusowe w zależności od wieku.

Badając dynamikę replikacji wirusa, hodowle NEC zakażone szczepem SARS-CoV-2 o wczesnej linii nie wykazały znaczących różnic w liczbie odczytów wirusa w czasie w poszczególnych grupach wiekowych. Jednakże rodzaj zakażonych komórek był zróżnicowany – u młodszych osób infekcje skupiały się na mniejszej liczbie typów komórek niż u dorosłych i osób starszych. Co ciekawe, u starszych osób dorosłych wykazano większe rozprzestrzenianie się infekcji wirusowej w hodowli, o czym świadczy wyższy odsetek komórek wykazujących ekspresję wirusowego RNA.

Badanie rozszerzyło się na wpływ SARS-CoV-2 na fenotypy komórek i ujawniło, że infekcja doprowadziła do zmniejszenia grubości hodowli i naruszenia integralności nabłonka u dorosłych i osób starszych. Zaobserwowano również wzrost mobilizacji komórek podstawnych u osób starszych, co sugeruje wzmożoną reakcję na infekcję obejmującą mechanizmy naprawy komórek i prawdopodobnie przyczyniającą się do poważniejszych skutków choroby. Ponadto NEC u starszych dorosłych wykazywały większą skłonność do ekspresji markerów związanych z uszkodzeniem tkanek i zwłóknieniem, co może wyjaśniać wyraźniejsze fizyczne i kliniczne skutki COVID-19 obserwowane w starszych populacjach.

Wnioski

Podsumowując, w badaniu przeanalizowano 139 598 NEC w różnym wieku, ujawniając 24 różne typy komórek za pomocą sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek. Wykazano związane z wiekiem różnice w rozmieszczeniu komórek, przy czym dorośli mieli więcej komórek podstawowych/progenitorowych, a starsi dorośli wykazywali grubsze hodowle NEC. W hodowlach pediatrycznych stwierdzono zwiększoną liczbę specyficznych komórek kubkowych, co wskazuje na zmienną podatność na SARS-CoV-2. Chociaż replikacja wirusa była stała na przestrzeni wieków, u osób starszych doszło do szerszego rozprzestrzeniania się infekcji. Infekcja zmieniła fenotypy komórek, zmniejszając integralność nabłonka u dorosłych i zwiększając markery uszkodzenia tkanek u osób starszych, co podkreśla znaczenie uwzględnienia wieku w strategiach dotyczących COVID-19.