Astma alergiczna chroni przed COVID-19. Wiemy dlaczego

Wnioski z badań naukowcy z University of North Carolina School of Medicine (USA) przedstawili w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

- Wiedzieliśmy, że musi istnieć jakiś biomechaniczny powód, dla którego osoby z astmą alergiczną wydają się być lepiej chronione przed poważnym przebiegiem COVID-19 - mówi główna autorka publikacji dr Camille Ehre. - Nasz zespół badawczy odkrył szereg istotnych zmian komórkowych, w szczególności związanych z IL-13, które sugerują, że to właśnie ta cytokina odgrywa wyjątkowo ważną rolę w obronie przed zakażeniem SARS-CoV-2 w niektórych populacjach pacjentów.

Naukowcy wykazali m.in., że IL-13 obniża ekspresję receptora wirusowego ACE2, przyczynia się do zmniejszenia ilość cząsteczek wirusa wewnątrz komórek oraz przenoszenie wirusa z komórki na komórkę.

Podsumowując, odkrycia te wskazują, że IL-13 znacząco wpływa na umiejętność wnikania SARS-CoV-2 do komórek, jego replikację w ich wnętrzu oraz jego dalsze rozprzestrzenianie się, ograniczając w ten sposób zdolność wirusa do znajdowania drogi do głębszych dróg oddechowych.

- Zdecydowana większość osób zarażonych omikronową odmianą SARS-CoV-2 doświadcza łagodnych objawów podobnych do przeziębienia, umiarkowanych objawów grypopodobnych lub w ogóle nie ma objawów infekcji, jednak ponieważ wirus jest wysoce zakaźny, to i tak może spowodować poważne stany i śmierć tysięcy ludzi - podkreślają autorzy badania.

Jak dodają, standardowy schemat zakażenia u pacjentów z ciężkim COVID-19 wygląda tak, że komórki wypełnione SARS-CoV-2 odrywają się od górnych dróg oddechowych i rozprzestrzeniają głęboko w płucach, powodując groźne zaburzenia ich funkcji. Istnieje wiele czynników zdrowotnych, które zwiększają ryzyko ciężkiego COVID, m.in. poważne choroby płuc, takie jak przewlekła obturacyjna choroba płuc, ale w miarę postępu pandemii epidemiolodzy odkryli, że osoby z astmą alergiczną są - wbrew temu, co by się mogło wydawać - mniej podatne na zagrażający życiu COVID-19. Dlaczego?

Najnowszy eksperyment zespołu dr Ehre wykazał, że największe znaczenia ma tu dobrze znana cytokina zwana interleukiną-13 (IL-13). To ona bezpośrednio chroni komórki przed SARS-CoV-2. - Wyjaśniliśmy tajemnicę, dlaczego ludzie z astmą alergiczną znacznie lepiej niż populacja ogólna, i to przecież pomimo przewlekłej choroby płuc, radzą sobie z infekcją koronawirusem. Niestety u ludzi z innymi chorobami układu oddechowego, takimi jak POChP czy rozedma płuc, u których występuje bardzo wysokie ryzyko ciężkiego COVID, nie obserwujemy podobnego mechanizmu - mówi dr Ehre.

Chociaż cytokiny, takie jak IL-13, nie mogą być stosowane jako terapie, ponieważ wywołują stan zapalny w organizmie, to jednak zrozumienie na jakiej zasadzie działają i jak wygląda naturalny szlak molekularny, które komórki wykorzystują do ochrony przed inwazją patogenów, jest ogromnie ważne, bo potencjalnie może ujawnić nowe cele terapeutyczne.

Naukowcy przeprowadzili więc analizę genetyczną hodowli ludzkich komórek dróg oddechowych zakażonych SARS-CoV-2. Odkryli, że ekspresja ludzkiego białka ACE2 reguluje, które typy komórek mogą zostać zakażone, a także, jaka ilość wirusa znajdują się w tej populacji komórek.

Następnie wykorzystali mikroskopię elektronową do zidentyfikowania intensywnej migracji cząstek wirusa z zakażonych komórek rzęskowych, którymi pokryte są drogi oddechowe, a których zadaniem jest przesuwanie i odprowadzanie zbierającego się tu śluzu.

Otrzymane obrazy ujawniły ciężką cytopatogenezę w obserwowanych komórkach. Oznacza to, że w ich wnętrzu dochodzi do poważnych zmian, przy czym zmiany te kumulują się w komórkach rzęskowych, których normalną funkcją jest transport śluzu po powierzchni dróg oddechowych.

- I to właśnie ten transport, to wydalanie śluzu, jest czynnikiem zapewniającym wirusowi świetne warunki do rozprzestrzeniania - wyjaśnia dr Ehre.

Dalsze eksperymenty ujawniły, że głównego białka śluzowego, czyli MUC5AC, w zakażonych komórkach oddechowych jest wyraźnie mniej niż w zdrowych. Prawdopodobnie dzieje się tak, ponieważ, kiedy ładunek wirusa rośnie ponad miarę, komórki, których zadaniem jest wytwarzanie MUC5AC, zostają przeciążone w obliczu szalejącej infekcji wirusowej i nie są w stanie pełnić swojej roli.

Tymczasem już wcześniejsze badania ujawniły, że IL-13 pobudza wydzielanie MUC5AC w płucach w momencie, gdy pacjenci z astmą stykają się z alergenem. Ponieważ istnieje wiele doniesień o tym, że chorzy na astmę alergiczną (a więc osoby znane z nadprodukcji MUC5AC) są mniej podatni na ciężki COVID - Ehre i współpracownicy połączyli te fakty.

Zaczęli w swoich hodowlach imitować warunki astmy. W tym celu traktowali ludzkie komórki dróg oddechowych IL-13. Następnie zmierzyli miano wirusa, mRNA wirusowe, tempo wydalania zakażonych komórek oraz całkowitą liczbę zakażonych komórek. Okazało się, że każdy z badanych parametrów uległ znacznemu zmniejszeniu. Miało to miejsce nawet po usunięciu śluzu z hodowli, co sugeruje, że inne (nie sam śluz) czynniki były zaangażowane w ochronne działanie IL-13 przeciwko SARS-CoV-2.

Analiza sekwencji RNA ujawniła, że IL-13 podwyższa poziom genów kontrolujących syntezę glikoprotein, wzmaga transport jonów i nasila procesy przeciwwirusowe, a wszystkie one są kluczowe w obronie immunologicznej dróg oddechowych. Naukowcy wykazali również, że IL-13 zmniejsza ekspresję receptora wirusowego ACE2, przez co obniża ilość cząstek wirusa wewnątrz komórek oraz ogranicza przenoszenie wirusa z jednej komórki na drugą.