Эксперты по легочным заболеваниям из Медицинского центра Университета Вандербильта и их коллеги определили ключевой фактор того, почему COVID-19, по-видимому, заражает и заболевает преимущественно взрослых и пожилых людей, при этом, кажется, щадит детей младшего возраста.
Исследователи обнаружили, что у детей более низкий уровень фермента, необходимого вирусу для проникновения в эпителиальные клетки дыхательных путей в легких. Их предварительные результаты, опубликованные в Интернете на сервере препринтов bioRxiv, предполагают, что блокирование этого фермента потенциально может предотвратить заражение COVID-19 у пожилых людей.
«Еще многое предстоит узнать о SARS-CoV-2, одноцепочечном РНК-вирусе, вызывающем COVID-19», – сказал Джонатан Кропски, доктор медицины, доцент кафедры медицины и клеточной медицины & Биология развития в Медицинской школе Университета Вандербильта, которая проводила исследование с Дженнифер Сукре, доктором медицины.
Но вот что мы знаем точно: после того, как вирусная частица попадает в легкие, белок "шипы" которые торчат из его поверхности, как гвозди в футбольном мяче, прикрепляются к рецептору, называемому ACE2, на поверхности определенных типов клеток легких.
Клеточный фермент, называемый протеазой, расщепляет спайковый белок, позволяя вирусу слиться с клеточной мембраной и "ворваться в" сотовый. Попав внутрь, вирус захватывает генетический аппарат клетки, чтобы сделать копии ее РНК.
Сукре и Кропски интересовались, изменяются ли уровни ACE2 и протеазы TMPRSS2 во время развития легких. Если младенцы и дети экспрессируют меньше этих белков, возможно, поэтому они кажутся менее уязвимыми, чем пожилые люди, к тяжелым заболеваниям, если они подвергаются воздействию SARS-CoV-2.
Исследователи хорошо подошли, чтобы исследовать эту возможность. Как члены международной биологической сети легких атласа клеток человека (HCA), они и их коллеги создали набор данных о развитии легких у мышей, используя метод, называемый секвенированием одноклеточной РНК.
Этот метод позволяет обнаруживать экспрессию генов в отдельных клетках тканей, таких как легкое. Таким образом, исследователи смогли отследить экспрессию генов, которые, как известно, участвуют в реакции организма на COVID-19, с течением времени.
Они обнаружили, что в то время как ген ACE2 экспрессировался на низких уровнях в легких мыши, "TMPRSS2 выделялся тем, что имел действительно поразительную траекторию увеличения экспрессии во время разработки," сказал Сукре, доцент педиатрии и медицины.
Затем исследователи применили другой метод, называемый гибридизацией РНК in situ, в котором используются флуоресцентные зонды для визуализации того, как экспрессия гена TMPRSS2 увеличивается с течением времени в определенных типах эпителиальных клеток, выстилающих легкие.
С помощью патологов VUMC исследователи получили и проанализировали образцы легких человека, собранные у доноров разного возраста, и подтвердили траекторию экспрессии TMPRSS2, аналогичную той, которую они обнаружили у мышей.
Наконец, исследователи использовали флуоресцентные зонды для анализа образца вскрытия трупа пациента, умершего от COVID-19. Они обнаружили вирус в трех типах клеток, экспрессирующих TMPRSS2. По сути, сказал Сукре, они заразились вирусом "с поличным," на месте "преступление."
Исследователи пришли к выводу, что эти результаты, "подчеркивают возможность рассматривать ингибирование TMPRSS2 как потенциальную терапевтическую мишень для SARS-CoV-2."
В предыдущем исследовании первого вируса атипичной пневмонии, который вызвал мировую вспышку в 2002 году, исследователи из Японии сообщили, что комбинация ингибиторов протеазы не позволила вирусу проникнуть в эпителиальные клетки бронхов человека, выращенные в лаборатории.
Кропски сказал, что большая часть фоновой работы для этой статьи была построена на совместных усилиях Атласа клеток человека (HCA), биологической сети легких.
Когорта консорциума Vanderbilt COVID-19, многопрофильная попытка более полно понять, почему некоторые люди подвергаются большему риску заражения и заболевания COVID-19, также помогла в сборе и анализе человеческих тканей, сказал он.