Patogenitatea SARS-CoV-2 la șoareci transgenici hACE2 Nature
Subiecte
Abstract
Sindromul respirator acut sever coronavirus 2 (SARS-CoV-2) este cauza bolii coronavirusului 2019 (COVID-19), care a devenit o urgență de sănătate publică de interes internațional 1. Enzima de conversie a angiotensinei 2 (ACE2) este receptorul de intrare celulară pentru coronavirusul sindromului respirator acut sever (SARS-CoV) 2. Aici am infectat șoareci transgenici care exprimă ACE2 uman (în continuare, șoareci hACE2) cu SARS-CoV-2 și am studiat patogenitatea virusului. Am observat pierderea în greutate, precum și replicarea virusului în plămânii șoarecilor hACE2 infectați cu SARS-CoV-2. Histopatologia tipică a fost pneumonia interstițială cu infiltrarea unui număr considerabil de macrofage și limfocite în interstițiul alveolar și acumularea de macrofage în cavitățile alveolare. Am observat antigeni virali în celulele epiteliale bronșice, macrofage și epitelii alveolare. Aceste fenomene nu au fost găsite la șoareci de tip sălbatic infectați cu SARS-CoV-2. În special, am confirmat patogenitatea SARS-CoV-2 la șoareci hACE2. Acest model de șoarece al infecției cu SARS-CoV-2 va fi valoros pentru evaluarea agenților terapeutici antivirali și a vaccinurilor, precum și pentru înțelegerea patogeniei COVID-19.
La sfârșitul lunii decembrie 2019, cazuri de COVID-19 - care este cauzat de SARS-CoV-2 - au fost identificate și raportate din orașul Wuhan (provincia Hubei, China), unde au fost legate de o piață de fructe de mare la care au fost vândute și animale exotice. și a consumat 1.3. Numărul cazurilor confirmate a crescut de atunci: începând cu 25 februarie 2020, aproape 78.000 de cazuri și peste 2.700 de decese au fost raportate în China 4, iar cazurile importate de la călătorii din China continentală au fost raportate în alte câteva țări. Este esențial să se stabilească patogenitatea și biologia virusului pentru prevenirea și tratamentul bolii.
Deoarece SARS-CoV-2 este foarte omolog cu SARS-CoV, ACE2 uman - care este receptorul de intrare al SARS-CoV - a fost, de asemenea, considerat a avea o capacitate mare de legare cu SARS-CoV-2 prin analiza biologică moleculară 2.5. Prin urmare, am folosit șoareci transgenici hACE2 și șoareci de tip sălbatic infectați cu tulpina HB-01 a SARS-CoV-2 pentru a studia patogenitatea virusului.
Tip sălbatic masculin și feminin fără patogeni specifici ( = 15) sau hACE2 = 19) șoareci cu vârsta cuprinsă între 6 și 11 luni au fost inoculați intranasal cu tulpina SARS-CoV-2 HB-01 la o doză de 10 5 50% doză infecțioasă de cultură tisulară (TCID50) per 50 μl volum de inocul per șoarece, după șoareci au fost anesteziate intraperitoneal folosind 2,5% avertină; șoareci hACE2 tratați în mod fals ( = 15) au fost utilizate ca control. Manifestările clinice au fost înregistrate de la 13 șoareci (3 șoareci de tip sălbatic infectați cu HB-01; 3 șoareci hACE2 tratați în mod fals; și 7 șoareci hACE2 infectați cu HB-01). Am observat o ușoară blană cu păr și o pierdere în greutate numai la șoarecii hACE2 infectați cu HB-01 - și nu la șoarecii de tip sălbatic infectați cu HB-01 sau șoarecii hACE2 tratați în mod fals - în timpul celor 14 zile de observare; alte simptome clinice, cum ar fi spatele arcuit și răspunsul scăzut al stimulilor externi, nu au fost găsite la niciunul dintre șoareci. În special, pierderea în greutate a șoarecilor hACE2 infectați cu HB-01 a fost de până la 8% la 5 zile după infecție (dpi) (Fig. 1a).
În plus, am demonstrat colocalizarea proteinei SARS-CoV-2 S (Fig. 3f) și a receptorului ACE2 uman (Fig. 3g) în celulele epiteliale alveolare ale șoarecilor hACE2 infectați cu HB-01 folosind imunofluorescență, la 3 dpi 3h) . Acest fenomen nu a fost găsit la șoarecii hACE2 tratați în mod fals (Fig. 3a - d) sau la șoarecii de tip sălbatic infectați cu HB-01 (datele nu sunt prezentate), ceea ce indică faptul că SARS-CoV-2 - ca și în cazul SARS-CoV - utilizează ACE2 uman ca receptor pentru intrarea 5 .
Colocalizarea proteinei SARS-CoV-2 S și a receptorului ACE2 uman în plămânii șoarecilor hACE2. Secțiunile au fost incubate cu anticorp anti-SARS-CoV-2 S, anticorp anti-uman ACE2 și DAPI. A-d, Secțiuni pulmonare ale șoarecilor hACE2 tratați în mod fals. e-h, Secțiuni pulmonare ale șoarecilor hACE2 infectați cu HB-01. Săgețile albe arată proteina S virală (f) și ACE2 uman (g); săgețile galbene arată îmbinarea proteinei S virale cu ACE2 umană (h). Bare de scară, 25 μm. Date în A-h sunt reprezentative pentru trei experimente independente.
Viteza răspândirii geografice a COVID-19 a dus la declararea bolii ca o urgență de sănătate publică de interes internațional, cazurile raportate pe mai multe continente la doar câteva săptămâni după ce boala a fost raportată pentru prima dată 6. Deși a fost stabilit de bioinformatică că agentul patogen care cauzează această epidemie este un coronavirus nou, este necesar ca acest lucru să fie confirmat de experimente pe animale (urmând postulatele lui Koch) 7. Studiile clinice anterioare au confirmat izolarea virusului de gazde cu boala și cultivarea în celulele gazdă 1. Aici arătăm că, după infecția experimentală a șoarecilor hACE2 cu unul dintre cele mai vechi izolate cunoscute ale SARS-CoV-2, modelul nostru de șoarece al infecției cu SARS-CoV-2 prezintă replicare virală în plămâni caracterizată prin pneumonie interstițială moderată - similar cu rapoarte clinice inițiale de pneumonie cauzată de SARS-CoV-2 8. Mai mult, am observat, de asemenea, anticorpi specifici împotriva SARS-CoV-2 și am re-izolat virusul de la șoareci infectați.
Rata mortalității cazurilor raportate în prezent de COVID-19 este de aproximativ 2%, ceea ce implică faptul că - până în prezent - SARS-CoV-2 nu pare să provoace ratele ridicate de fatalitate observate pentru SARS-CoV (9-11%) 9; acest lucru sugerează că există diferențe de patogenitate între cei doi viruși. La șoareci, patogenitatea SARS-CoV-2 pare ușoară în comparație cu SARS-CoV; acesta din urmă provoacă leziuni ale organelor extrapulmonare (inclusiv creierul, rinichii, intestinul, inima și ficatul) și, în plus, neuronii sunt susceptibili la infecție cu SARS-CoV - s-au observat vasculită cerebrală și hemoragii la șoareci hACE2 infectați cu SARS-CoV 10,11 . Cu toate acestea, la șoarecii hACE2 infectați cu SARS-CoV-2 s-a observat doar pneumonie interstițială, ceea ce implică o diferență de patogenitate între cele două coronavirusuri.
Rezultatele noastre demonstrează patogenitatea SARS-CoV-2 la șoareci, care - împreună cu studiile clinice anterioare 1 - satisface complet postulatele lui Koch 7 și confirmă faptul că SARS-CoV-2 este agentul patogen responsabil pentru COVID-19. Modelul nostru de șoarece de infecție cu SARS-CoV-2 va fi valoros pentru evaluarea agenților terapeutici antivirali și a vaccinurilor, precum și pentru înțelegerea patogeniei acestei boli.Notă adăugată în dovadă: În versiunea acestei lucrări care a fost publicată inițial online, Fig. 2a conținea o duplicare. În versiunea figurii care a fost publicată inițial, au fost prezentate secțiuni de țesut dintr-un eșantion WT + HB-01 în loc de secțiuni de țesut din simularea ACE2 +. Figura publicată inițial poate fi găsită aici ca Fig suplimentară. 1.