W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Medycyna translacyjna naukiNaukowcy poinformowali, że długotrwała anosmia po chorobie koronawirusowej 2019 (COVID-19) może być wynikiem uporczywego stanu zapalnego, w którym pośredniczą limfocyty T, występującego w nabłonku węchowym, nawet po wyeliminowaniu ciężkiego ostrego zespołu oddechowego koronawirusa 2 (SARS-CoV-2 ) z tkanki węchowej.

Badanie: Trwała utrata zapachu po COVID-19 jest związana z infiltracją komórek odpornościowych i zmienioną ekspresją genów w nabłonku węchowym. Źródło obrazu: Nicole Rerk / Shutterstock

Tło

Jednym z często zgłaszanych objawów COVID-19 i następstw ostrych COVID-19 (PASC) jest brak węchu lub utrata zmysłów węchu. Uważa się, że brak węchu jest spowodowany wpływem SARS-CoV-2 na nabłonek węchowy, który składa się z wykrywających zapach pierwotnych neuronów czuciowych węchowych, warstwy komórek podtrzymujących tworzących barierę oraz podstawnych komórek macierzystych lub komórek progenitorowych, które przywracają węch nabłonek węchowy. Badania autopsyjne na ludziach i modelach zwierzęcych sugerują różne mechanizmy wyjaśniające brak węchu u pacjentów z COVID-19, w tym zmiany ekspresji genów w neuronach węchowych, zmiany w warstwie śluzu wokół rzęskowych komórek nerwowych, zmienioną ekspresję genów w komórkach podtrzymujących i zapalenie.

Jednak mechanizmy stojące za utrzymującą się anomią u pacjentów z PASC są nadal niejasne. Możliwe wyjaśnienia obejmują poważne uszkodzenie nabłonka, zapalenie nerwów i uszkodzenie opuszek węchowych mózgu lub kory węchowej. Podczas gdy badania autopsyjne pacjentów z PASC wykazały uporczywe infekcje w komórkach podtrzymujących i zmiany molekularne w neuronach czuciowych, stwierdzono, że anatomia nabłonka jest nienaruszona, bez infekcji w neuronach węchowych.

O badaniu

W niniejszym badaniu naukowcy wykorzystali próbki biopsyjne nabłonka węchowego pobrane od dziewięciu pacjentów z PASC, u których wystąpiła uporczywa anosmia, co zostało zweryfikowane za pomocą testu identyfikacji zapachu przed biopsją. Jako kontrolę wykorzystano biopsję węchową i próbki śluzu od osób z normalną masą ciała, z historią COVID-19 i bez niej.

Próbki biopsyjne zostały przetworzone w celu sekwencjonowania kwasu rybonukleinowego pojedynczych komórek (sc-RNA seq) w celu określenia zmian komórkowych lub transkrypcyjnych związanych z uporczywą dysfunkcją węchu obserwowaną u pacjentów z PASC. Ponadto przeprowadzono analizę immunohistochemiczną tkanek przy użyciu przeciwciał pierwszorzędowych przeciwko szerokiemu zakresowi antygenów obejmujących tubulinę, klaster różnicowania (CD) 45, CD3, CD68, CD207, receptor komórek T gamma/delta (TCR γ/δ), marker specyficzny dla komórek podporowych Ermin (ERMN), białko markera węchowego (OMP), białko nukleokapsydu SARS-CoV-2 i region determinujący płeć Y box 2 (SOX2).

Dodatkowo próbki błony śluzowej poddano testowi multipleksowemu opartemu na kulkach fluorescencyjnych i cytometrii przepływowej w celu zbadania 13 chemokin i cytokin.

Wyniki

Wyniki wykazały naciek nabłonka węchowego przez limfocyty T wydzielające interferon-γ (IFN-γ) oraz zmiany w populacji komórek mieloidalnych skutkujące wzrostem CD207⁺ komórek dendrytycznych i zmniejszenie makrofagów przeciwzapalnych. Ponadto analiza ekspresji genów ujawniła odpowiedzi na ciągłą sygnalizację stanu zapalnego w komórkach podtrzymujących pomimo braku białek SARS-CoV-2 lub kwasu rybonukleinowego (RNA). W porównaniu z liczbą komórek podtrzymujących w nabłonku węchowym zaobserwowano mniejszą liczbę neuronów czuciowych węchu, zwłaszcza dojrzałych neuronów prezentujących OMP.

Komórki T naciekają w biopsjach nabłonka węchowego nosa od pacjentów z hiposmią PASC. (A) Reprezentatywne obrazy immunohistochemiczne tkanki z biopsji nosa od osób z normosmią inną niż COVID-19, normosmiczną po COVID-19 lub osób z hiposmią PASC. Skrawki tkanek barwiono immunologicznie pod kątem markera neuronalnego TUJ1, markera komórek odpornościowych CD45, markera limfocytów T CD3 i markera komórek szpikowych CD68. Tkanka hiposmiczna PASC wykazała gęste CD45⁺ naciek komórek odpornościowych, w tym wyraźny CD3⁺ naciek limfocytarny, którego nie było w grupach normosmicznych; rozproszone CD68⁺ komórki były obecne we wszystkich warunkach. (B) Powiększony obszar (żółta ramka) z (A) pokazuje CD3⁺ limfocyty z wyraźnym naciekiem do nabłonka węchowego (białe strzałki); przerywana biała linia oznacza blaszkę podstawną. Pasek skali, 50 μm. (C) Dodatkowe biopsje nosa przetwarzano pod kątem scRNA-seq, aby umożliwić analizy ilościowe. Wizualizacja jednolitej projekcji przybliżenia rozmaitości (UMAP) połączonych zestawów danych PASC hiposmicznych i kontrolnych normosmicznych scRNA-seq, integrujących 16 ludzkich biopsji nosa, umożliwiła solidną analizę skupisk komórek i adnotacje. krwinki czerwone, krwinki czerwone; pDC, plazmacytoidalne DC.

W przeciwieństwie do ostrych przypadków COVID-19, nie było zmian transkryptomicznych w neuronach czuciowych węchu, a także nie obserwowano ciężkiego stanu zapalnego u pacjentów z anosmią związaną z PASC. Zamiast tego w próbkach nabłonka węchowego pacjentów z PASC z brakiem węchu obserwowano sygnatury odpowiedzi interferonu i populacje limfocytów wykazujące ekspresję komórek T γ/δ i IFN-γ.

Porównanie fenotypów komórek odpornościowych ludzi z brakiem węchu podczas PASC i chomików z ostrymi infekcjami SARS-CoV-2 ujawniło, że nacieki w nabłonku węchowym zakażonych chomików zawierały monocyty, neutrofile i makrofagi w pierwszym tygodniu po zakażeniu, które zostały rozwiązane do drugiego tygodnia. W przeciwieństwie do tego, nabłonek węchowy pacjentów z PASC beznosowym był infiltrowany przez komórki T przez miesiące po COVID-19. Różnice te wskazywały, że odpowiedzi immunologiczne podczas hiposmii lub braku węchu związanego z PASC różnią się znacząco od odpowiedzi immunologicznych podczas ostrych infekcji SARS-CoV-2.

Podczas gdy mechanizmy stojące za dysfunkcją czuciową wpływającą na neurony czuciowe węchowe, komórki podtrzymujące, poziome komórki podstawne i komórki odpornościowe pozostają niejasne, analiza makrofagów u pacjentów z ciężkim COVID-19 wykazała, że ​​przeprogramowanie prozapalne podczas ostrej infekcji SARS-CoV-2 indukuje długie -terminowe zmiany w innych funkcjach komórek odpornościowych.

Wyniki dają potencjał do opracowania opcji terapeutycznych, które można podawać miejscowo do nabłonka węchowego lub szczeliny węchowej, co pomogłoby również uniknąć innych ogólnoustrojowych reakcji na terapie.

Wnioski

Podsumowując, w badaniu zbadano próbki biopsji nabłonka węchowego pobrane od pacjentów z PASC beznosową, stosując analizy immunohistochemiczne i sekwencjonowanie sc-RNA. Wyniki ujawniły istotne różnice między odpowiedziami immunologicznymi podczas ostrych infekcji SARS-CoV-2 a brakiem węchu związanym z PASC. Ponadto nabłonek węchowy u pacjentów z PASC w jamie ustnej był infiltrowany komórkami T wydzielającymi IFN-γ, a ekspresja genów wskazywała na kontynuację sygnalizacji zapalnej pomimo braku białek lub RNA SARS-CoV-2 w tkance węchowej.