La gran mayoría de las personas infectadas con la variante omicron del SARS-CoV-2 experimentan síntomas leves parecidos a los de un resfriado, síntomas moderados parecidos a los de la gripe o ningún síntoma, pero el virus es tan transmisible que aún se propaga profundamente en el tejido pulmonar para causar enfermedades graves y la muerte de miles de personas en los Estados Unidos solo en 2022. Investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill revelaron razones biológicas de cómo ocurre la progresión de la enfermedad y por qué cierta población de pacientes con asma es menos susceptible a la COVID grave.
«Sabíamos que tenía que haber una razón biomecánica por la que las personas con asma alérgica parecían más protegidas de una enfermedad grave», dijo la autora principal Camille Ehre, PhD, profesora asistente de pediatría en la Facultad de Medicina de la UNC y miembro de la UNC Marsico Lung. Instituto. «Nuestro equipo de investigación descubrió una serie de cambios celulares significativos, particularmente debido a la IL-13, lo que nos llevó a concluir que la IL-13 desempeña un papel único en la defensa contra la infección por SARS-CoV-2 en ciertas poblaciones de pacientes».
Aunque las citoquinas como la IL-13 no se pueden usar como terapias porque desencadenan la inflamación, es importante comprender las vías moleculares naturales que usan las células para protegerse de la invasión de patógenos, ya que estos estudios tienen el potencial de revelar nuevos objetivos terapéuticos.
Hay muchos factores de salud que aumentan el riesgo de una persona de sufrir una COVID grave, incluidas las enfermedades pulmonares crónicas como la EPOC, pero a medida que avanzaba la pandemia, los epidemiólogos descubrieron que las personas con asma alérgica eran menos susceptibles a una enfermedad grave.
«Estos son pacientes con asma causada por alérgenos, como moho, polen y caspa», dijo Ehre, quien también es miembro del Instituto de Investigación Infantil de la UNC. «Para descubrir por qué son menos susceptibles, investigamos mecanismos celulares específicos en cultivos primarios de células epiteliales de las vías respiratorias humanas».
Los experimentos fueron dirigidos por los coautores Cameron Morrison, estudiante de medicina en el laboratorio de Ehre, y Caitlin Edwards, asistente de investigación y estudiante de MPH en el laboratorio de Ralph Baric, PhD, Kenan Profesor Distinguido de Epidemiología en la UNC Gillings School of Salud Pública Global y profesor del Departamento de Microbiología e Inmunología de la Facultad de Medicina de la UNC.
Los investigadores utilizaron el análisis genético de cultivos de células de las vías respiratorias humanas infectadas con SARS-CoV-2 para descubrir que la expresión de la proteína humana ACE2 gobernaba qué tipos de células estaban infectadas y la cantidad de virus encontrada en esta población celular (también conocida como «carga viral»). .»)
Luego, los científicos utilizaron microscopía electrónica (EM) para identificar un éxodo intenso de virus de las células ciliadas infectadas, que son células encargadas de mover la mucosidad a lo largo de la superficie de las vías respiratorias. La EM también reveló una citopatogénesis severa: cambios dentro de las células humanas debido a una infección viral. Y estos cambios culminan en células ciliadas (llenas de viriones) que se desprenden de la superficie de las vías respiratorias.
«Este desprendimiento es lo que proporciona un gran reservorio viral para la propagación y transmisión del SARS-CoV-2», dijo Ehre. «También parece aumentar el potencial de que las células infectadas se trasladen a un tejido pulmonar más profundo».
Otros experimentos en células de las vías respiratorias infectadas revelaron que una importante proteína mucosa llamada MUC5AC se agotó dentro de las células, probablemente porque las proteínas se secretaron para tratar de atrapar virus invasores. Pero la carga de virus siguió aumentando porque las células encargadas de producir MUC5AC se vieron abrumadas frente a una infección viral desenfrenada.
Los investigadores sabían por estudios epidemiológicos que los pacientes con asma alérgica, que se sabe que producen en exceso MUC5AC, estaban menos susceptibles a COVID grave. Ehre y sus colegas también sabían que la citocina IL-13 aumentaba la secreción de MUC5AC en los pulmones cuando los pacientes con asma se enfrentaban a un alérgeno.
Los científicos decidieron imitar las vías respiratorias de los asmáticos tratando las células de las vías respiratorias humanas con IL-13. Luego midieron los títulos virales, el ARNm viral, la tasa de eliminación de células infectadas y el número total de células infectadas. Cada uno se redujo significativamente. Descubrieron que esto seguía siendo cierto incluso cuando se eliminó la mucosidad de los cultivos, lo que sugiere que otros factores estaban involucrados en los efectos protectores de la IL-13 contra el SARS-CoV-2.
Los análisis de secuenciación de ARN a granel revelaron que la IL-13 regulaba al alza los genes que controlan la síntesis de glicoproteínas, el transporte de iones y los procesos antivirales, todos los cuales son importantes en la defensa inmunitaria de las vías respiratorias. También demostraron que la IL-13 redujo la expresión del receptor viral, ACE2, así como también redujo la cantidad de virus dentro de las células y la transmisión viral de célula a célula.
En conjunto, estos hallazgos indican que la IL-13 afectó significativamente la entrada viral en las células, la replicación dentro de las células y la propagación del virus, lo que limita la capacidad del virus para encontrar su camino más profundo en las vías respiratorias y desencadenar una enfermedad grave.
«Creemos que esta investigación muestra aún más lo importante que es tratar la infección por SARS-CoV-2 lo antes posible», dijo Ehre. «Y muestra cuán importantes son los mecanismos específicos que involucran a ACE2 e IL-13, ya que hacemos todo lo posible para proteger a los pacientes del desarrollo de infecciones graves».
Otros autores del artículo de PNAS son Kendall Shaffer, Kenza Araba, Jason Wykoff, Danielle Williams, Takanori Asakura, Hong Dang, Lisa Morton, Rodney Gilmore, Wanda O’Neal y Ric Boucher, todos en UNC-Chapel Hill.
Esta investigación fue financiada a través de subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud y Vertex Pharmaceuticals.
