В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature , ученые исследовали взаимосвязь между генотипом аполипопротеина E ( APOE4 ) и исходами коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) с использованием генетических моделей мышей.

Фон

Инфекция тяжелого острого респираторного синдрома, вызванного коронавирусом 2 (SARS-CoV-2), демонстрирует выраженные вариации: от бессимптомной инфекции до летального исхода. Более того, многочисленные эпидемиологические исследования связывают мужской пол, пожилой возраст, некоторые сопутствующие заболевания и генетический состав с неблагоприятными исходами COVID-19. Тем не менее, существует пробел в знаниях о том, почему существуют большие различия в клинических исходах COVID-19 у людей. Следовательно, крайне необходимо определить факторы, лежащие в основе восприимчивости к неблагоприятным исходам COVID-19.

После согласованных усилий ученые обнаружили значительную корреляцию между генетикой зародышевой линии и тяжестью COVID-19. Впоследствии подходы к генам-кандидатам и исследования полногеномной ассоциации (GWA) выявили несколько геномных локусов, связанных с тяжелой формой COVID-19. Однако механизм их действия остается неизвестным.

APOE модулирует как врожденный, так и адаптивный иммунитет в контексте патогенных инфекций и рака. Он также играет решающую роль в метаболизме липидов. Почти 40% населения мира несут аллель АРОЕ2 или АРОЕ4 , в то время как только 3% гомозиготны по двум другим широко распространенным вариантам АРОЕ , называемым АРОЕ2 или АРОЕ4 . Это побудило исследователей исследовать роль аллельных вариантов АРОЕ в причинно-следственной модуляции исходов COVID-19, включая предрасположенность к смерти.

Об исследовании

В настоящем исследовании использовались мыши с нокаутом APOE с вариациями зародышевой линии APOE человека , чтобы определить, вызывает ли APOE причинно-модулированную инфекцию SARS-CoV-2 in vivo . Кроме того, они собрали данные клинической ассоциации с помощью исследований на людях, чтобы восстановить свои результаты на мышах. Они заразили 328 мышей с нокаутом APOE , у которых мышиный ген APOE был заменен на любой из генов APOE человека , штаммом SARS-CoV-2, адаптированным для мышей (MA) 10. Кроме того, исследователи провели количественную полимеразную цепную реакцию (ПЦР) в реальном времени на легких мышей с нокаутом APOE на четвертый день после заражения (pi).

Kyolic, Aged Garlic Extract, выдержанный экстракт чеснока с лецитином, 200 капсул

Кроме того, исследователи выполнили профилирование транскрипции гомогенизированных легких неинфицированных мышей с нокаутом APOE на второй и четвертый день после заражения. Они также использовали взвешенный сетевой анализ совместной экспрессии генов (WGCNA) для выявления кластеров тесно коррелированных генов и сравнения их экспрессии с генотипом и моментом времени относительно инфекции SARS-CoV-2 MA10. Наконец, команда провела секвенирование одноклеточной рибонуклеиновой кислоты (scRNAseq) на 41 500 клетках от 29 мышей всех трех генотипов с COVID-19 и без него.

Результаты исследования

Среди самцов и самок мышей одинакового возраста самки показали более высокую общую выживаемость. 100% мышей APOE4 умерли от COVID-19 по сравнению с ~ 30% смертностью у мышей APOE3 , с более серьезным воздействием на самцов мышей. Ожидаемо, что мыши APOE2 и APOE4 показали повышенную вирусную нагрузку по сравнению с мышами APOE3 . Мыши APOE4 страдали более выраженными повреждениями легких, как это наблюдалось в гистопатологических анализах на четвертый день пи. Модули, которые демонстрировали отрицательную регуляцию у мышей APOE2 и APOE4 по сравнению с APOE3 на четвертый день pi, показали обогащение генов, участвующих в активации Т- и В-клеток и положительной регуляции иммунного ответа.

Проточная цитометрия (FC) диссоциированных легких на четвертый день pi дополнительно подтвердила размножение миелоидных клеток и относительное истощение лимфоидных клеток в легких у мышей APOE2 и APOE4 по сравнению с мышами APOE3 , что указывает на то, что адаптивные иммунные ответы были притуплены у мышей APOE2 и APOE4 . во время раннего прогрессирования COVID-19. В соответствии с данными FC, scRNAseq выявила размножение миелоидных клеток у инфицированных мышей, которое было более заметным у мышей APOE2 и APOE4 по сравнению с мышами APOE3 .

Предыдущие исследования GWA не могли выявить связь между тяжелым течением COVID-19 и вариациями АРОЕ с какой-либо статистической значимостью. Тем не менее, исследователи настоящего исследования провели анализ генов-кандидатов одновременно с обратными генетическими подходами, чтобы раскрыть два механизма, лежащих в основе зависимых от генотипа APOE вариаций исходов COVID-19, наблюдаемых у мышей. Эти результаты также предполагают потенциальную причинно-следственную связь между генотипическими вариациями APOE4 и исходами COVID-19 у людей.

Во время ранней инфекции SARS-CoV-2 у мышей APOE2 и APOE4 наблюдались нарушения иммунного ответа. Однако на более поздних стадиях COVID-19 у мышей APOE4 наблюдался дивергентный Т-клеточный противовирусный ответ с повышенной экспансией SARS-CoV-2-специфических CD8+ Т-клеток . По сравнению с мышами APOE3 и APOE4 , мыши APOE2 имели гиперактивированную провоспалительную передачу сигналов, наблюдаемую при профилировании транскрипции одиночных клеток.

Другой механизм, отмеченный исследователями, заключался в том, что только рекомбинантный APOE3 ингибировал инфекцию SARS-CoV-2 in vitro . В предыдущем исследовании аналогичным образом наблюдалось усиление инфекции SARS-CoV-2 у мышей APOE4 по сравнению с нейронами и астроцитами мышей APOE3 . Однако данные текущего исследования интерпретируют его как аллель АРОЕ 3, подавляющий инфекцию SARS-CoV-2 в большей степени, чем аллель АРОЕ2 и АРОЕ4 .

Выводы

Результаты исследования имеют большое клиническое значение. Проспективные клинические исследования должны определить, можно ли использовать генотипирование АРОЕ для стратификации риска при SARS-CoV-2, чтобы пациенты могли получить пользу от ранней ревакцинации, противовирусных препаратов и терапии моноклональными антителами. Поскольку было показано, что общие генетические вариации, как и в случае с генами APOE , приводят к гетерогенным исходам COVID-19; поэтому крайне важно оценить эффективность вакцинации у лиц с различными генотипами АРОЕ .

APOE2 и APOE4 дают положительные или отрицательные результаты при COVID-19, в зависимости от фенотипа. Точно так же аллель АРОЕ4 является сильнейшим моногенетическим фактором риска болезни Альцгеймера. Дальнейшее изучение этих аспектов может помочь исследователям понять нейрокогнитивные изменения, вызванные COVID-19 и болезнью Альцгеймера. Другими словами, исследования должны дополнительно проанализировать, как варианты АРОЕ оказывают пагубное влияние на исходы COVID-19 на молекулярном уровне.