Интерлейкин 13 подавляет репликацию и распространение коронавируса в дыхательных путях

Люди с аллергической астмой в некоторой степени защищены от тяжелого протекания COVID-19, несмотря на то, что пациенты с другими заболеваниями легких входят в группу риска. Выявить молекулярный механизм этого противоречия решили ученые из США. Для этого они использовали первичные человеческие клетки эпителия дыхательных путей (HAE), которые заражали SARS-CoV-2.

Зараженные и здоровые клетки анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа. При заражение были видны повреждения эпителиального слоя, а клетки покрывала слизь. Коронавирус в основном поражал реснитчатые клетки, в меньшей степени — бокаловидные.

На донорских образцах легких авторы показали, что ключевую роль в распространении вируса играет плотность рецепторов ACE2. При этом сама инфекция способствует экспрессии ACE2. Также после заражения в 1,63 раза возрастает секреция MUC5AC.

При заражении реснитчатых клеток происходил аноикис, то есть апоптоз в результате неправильной адгезии клетки или ее утраты. Также с помощью электронного микроскопа авторы продемонстрировали массовый выход вирусных частиц из инфицированных клеток.

С помощью просвечивающего электронного микроскопа ученые показали, как репликация коронавируса повреждает реснитчатые клетки, а также описали три стадии заражения. На первой стадии клетки оставались прикрепленными и выпускали вирусные частицы из вакуолей. На второй стадии клетка разбухала и начинала открепляться от подложки. На третьей стадии полностью открепленные клетки содержали большие наполненные вирусами вакуоли; в клетках отмечали признаки апоптоза и вторичного некроза.

Чтобы имитировать дыхательные пути человека с астмой, авторы добавляли к клеткам интерлейкин 13 (IL-13), начиная за три дня до заражения. Они показали, что IL-13 предотвращает повреждение эпителия и открепление клеток. Тот же результат продемонстрировали на клетках шести других доноров. Однако степень защиты варьировала, что указывает на влияние генетических факторов и (или) цитокинового профиля.

IL-13 также снижал число зараженных SARS-CoV-2 клеток и повышал уровень экспрессии MUC5AC. Чтобы изучить роль муцинов, авторы получили клетки Calu3 с нокаутом гена MUC5AC. И в таких клетках IL-13 снижал вирусную нагрузку, а значит, в защите клеток участвует другой механизм.

Для того, чтобы изучить, как меняется транскриптом HAE-клеток в ответ на IL-13, авторы проанализировали базы данных NCBI GEO repository. В этих клетках повышена экспрессия биомаркеров астмы (CCL26, FCGBP, ITLN1, NOS2), ингибиторов сериновых и цистеиновых протеаз (CST1-2/4, SERPINB2/4/10), секреторных транскрипционных факторов (SPDEF, FOXA3) и понижена экспрессия глутатион-S-трансфераз (GSTA1, GSTA2, GSTA4, GSTA5) и ферментов цитохрома P450 (CYP2F1, CYP26B1, CYP2A13). Дополнительный анализ показал, что IL-13 повышает выработку слизи и компонентов внеклеточного матрикса, а также ингибиторов протеаз, при этом подавляя несколько механизмов репликации и распространения вирусов, включая синтез белков и экспрессию ACE2. Авторы планируют проверить полученные результаты in vivo.