Une étude cartographie une nouvelle infection à coronavirus dans des cellules de la cavité nasale, des voies respiratoires et des poumons

Revu par Emily Henderson, B.Sc.1 juin 2020

Dans une étude scientifique majeure publiée dans la revue Cellule, des scientifiques de l'École de médecine UNC et de l'École de santé publique mondiale Gillings de l'UNC ont caractérisé les façons spécifiques dont le SRAS-CoV-2 – le coronavirus qui cause COVID-19 – infecte la cavité nasale dans une large mesure – reproduisant une cellule spécifique types – et infecte et se réplique progressivement moins bien dans les cellules situées plus bas dans les voies respiratoires, y compris les poumons.

Les résultats suggèrent que le virus a tendance à s'établir fermement d'abord dans la cavité nasale, mais dans certains cas, le virus est aspiré dans les poumons, où il peut provoquer une maladie plus grave, y compris une pneumonie potentiellement mortelle.

Si le nez est le site initial dominant à partir duquel les infections pulmonaires sont semées, l'utilisation généralisée de masques pour protéger les voies nasales, ainsi que toutes les stratégies thérapeutiques qui réduisent le virus dans le nez, telles que l'irrigation nasale ou les vaporisateurs nasaux antiviraux, pourraient être bénéfique. « 

Richard Boucher, MD, co-auteur principal de l'étude, l'éminent professeur éminent de médecine James C. Moeser et directeur du Marsico Lung Institute à l'École de médecine UNC

L'autre coauteur principal de l'étude était Ralph Baric, PhD, professeur distingué d'épidémiologie William R. Kenan à l'UNC Gillings School of Public Health.

« Il s'agit d'une étude historique qui révèle des perspectives nouvelles et inattendues sur les mécanismes qui régulent la progression et la gravité de la maladie après une infection par le SRAS-CoV-2 », a déclaré Baric, qui occupe également un poste de professeur de microbiologie à l'École de médecine UNC. « De plus, nous décrivons une nouvelle plate-forme génétique inverse pour le SRAS-CoV-2 nous permettant de produire des virus indicateurs clés qui soutiendront les efforts nationaux de vaccination conçus pour contrôler la propagation et la gravité de cette terrible maladie. »

Le SRAS-CoV-2 a initialement provoqué des épidémies fin 2019 en Chine et s'est propagé dans le monde entier, infectant près de 6 millions de personnes et tuant plus de 350 000 personnes. Les États-Unis sont à l'origine de près d'un tiers de ces infections et décès.

L'équipe de l'UNC-Chapel Hill dans son étude a cherché à mieux comprendre un certain nombre de choses sur le virus, y compris les cellules des voies respiratoires qu'il infecte et comment il pénètre dans les poumons chez les patients qui développent une pneumonie.

Dans une série d'expériences en laboratoire, les chercheurs ont utilisé différents isolats de SARS-CoV-2 pour voir avec quelle efficacité ils pouvaient infecter les cellules cultivées de différentes parties des voies respiratoires humaines. Ils ont trouvé un modèle frappant de variation continue ou de gradient, d'une infectiosité relativement élevée du SRAS-CoV-2 dans les cellules tapissant les voies nasales, à une infectiosité moindre dans les cellules tapissant la gorge et les bronches, à une infectiosité relativement faible dans les cellules pulmonaires.

Les scientifiques ont également découvert que l'ACE2 – le récepteur de surface cellulaire que le virus utilise pour pénétrer dans les cellules – était plus abondant sur les cellules de la muqueuse nasale et moins abondant sur la surface des cellules des voies respiratoires inférieures. Cette différence pourrait expliquer, au moins en partie, pourquoi les cellules de la muqueuse nasale des voies aériennes supérieures étaient plus sensibles à l'infection.

D'autres expériences se sont concentrées sur TMPRSS2 et la furine, deux enzymes de clivage des protéines trouvées sur de nombreuses cellules humaines. On pense que le SRAS-CoV-2 utilise ces deux enzymes pour remodeler les protéines virales clés et pénétrer dans les cellules humaines. Les expériences ont confirmé que lorsque ces enzymes humaines sont plus abondantes, ce coronavirus particulier a une capacité accrue à infecter les cellules et à se reproduire.

Les chercheurs ont découvert que le virus peut infecter les cellules tapissant les voies respiratoires appelées cellules épithéliales et, dans une mesure limitée, les cellules pulmonaires «pneumocytaires» très importantes qui aident à transférer l'oxygène inhalé dans le sang. Mais le SRAS-CoV-2 n'infecte presque aucune autre cellule des voies respiratoires.

Curieusement, le virus n'a pas infecté les cellules tapissant les voies respiratoires appelées cellules club, malgré le fait que ces cellules expriment à la fois ACE2 et TMPRSS2. De plus, les mêmes types de cellules épithéliales des voies aériennes de différents donneurs humains, en particulier les cellules épithéliales des voies aériennes inférieures, avaient tendance à varier considérablement dans leur sensibilité à l'infection. Ces résultats suggèrent qu'il existe des facteurs non découverts dans les cellules des voies respiratoires qui aident à déterminer le cours de l'infection chez les individus – un cours connu pour varier largement des symptômes légers ou inexistants jusqu'à l'insuffisance respiratoire et la mort.

L'équipe a cartographié les sites d'infection des coronavirus dans les poumons de plusieurs personnes décédées de COVID-19, et a constaté que ces sites présentaient une sorte de patchwork et d'autres caractéristiques compatibles avec l'hypothèse que ces sites étaient originaires d'une infection plus élevée dans les voies respiratoires .

L'hypothèse selon laquelle l'aspiration du contenu oral dans les poumons contribue de manière significative à la pneumonie au COVID-19 est cohérente avec les observations selon lesquelles les personnes à haut risque de maladie pulmonaire sévère – les personnes âgées, obèses et diabétiques – sont plus sujettes à l'aspiration, en particulier à nuit.

L'équipe a également constaté que les anticorps individuels précédemment décrits capables de neutraliser le coronavirus original du SRAS de 2002 et le coronavirus MERS, qui se propage lentement au Moyen-Orient depuis 2012, ne neutralisaient pas le SRAS-CoV-2. Cependant, le sérum sanguin de deux des cinq patients atteints du SRAS 2002 a montré une capacité faible mais significative de neutraliser l'infectiosité du SRAS-CoV-2 dans les cellules cultivées. Ces données suggèrent que les personnes qui ont été exposées à d'autres coronavirus peuvent autre types d'anticorps dans leur sang qui offrent une protection au moins partielle contre le SRAS-CoV-2.

« Ces résultats, en utilisant une méthodologie nouvelle et innovante, ouvrent de nouvelles directions pour de futures études sur le SRAS-C0V-2 qui pourraient guider le développement thérapeutique et les pratiques pour réduire la transmission et la gravité du COVID-19 », a déclaré James Kiley, directeur de la division de Maladies pulmonaires au National Heart, Lung, and Blood Institute, qui fait partie des National Institutes of Health.

Boucher, Baric et ses collègues notent que leur étude, en dehors de ses conclusions spécifiques sur l'infection au SARS-CoV-2 dans les voies respiratoires, a impliqué le développement d'outils de laboratoire clés – y compris une version de SARS-CoV-2 repensée pour transporter un balise fluorescente – qui devrait être utile dans les futures enquêtes sur le virus.