COVID-19

Источник: Tetra Images/Getty Images.

Клетки человека и мышиные клетки экспрессируют свою собственную версию ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2), мембраносвязанного рецептора, который служит удобным средством проникновения SARS-CoV-2. Поскольку человеческий ACE2 оказался более гостеприимным, чем мышиный ACE2, человеческий COVID-19 нелегко воспроизвести в обычных мышиных моделях. Однако генетически модифицированные мышиные модели обещают продвинуть вперед исследования COVID-19, независимо от того, направлены ли они на детализацию механизмов заболевания или оценку вакцин и методов лечения COVID-19.

Чтобы гарантировать, что SARS-CoV-2 получит теплый прием у лабораторных мышей, ученые, представляющие несколько исследовательских институтов в Китае, создали модель мыши, экспрессирующую человеческий ACE2 (hACE2), с использованием технологии нокаутирования CRISPR-Cas9. Новая модель отражает некоторые особенности человеческого COVID-19, включая развитие интерстициальной пневмонии; более высокие уровни цитокинов и большее повреждение легких с возрастом; и желудочно-кишечные симптомы.

Подробности появились 27 мая в журнале Cell Host & Microbe в статье под названием «Мышиная модель инфекции и патогенеза SARS-CoV-2». В статье описывается, как технология нокаута CRISPR-Cas9 была использована для создания мышиной модели, экспрессирующей hACE2.

«По сравнению с мышами C57BL/6 дикого типа, как молодые, так и старые мыши hACE2 имели высокую вирусную нагрузку в легких, трахее и мозге при интраназальном заражении», — пишут авторы статьи. «Хотя смертельных исходов не наблюдалось, у пожилых мышей hACE2, инфицированных SARS-CoV-2, наблюдались интерстициальная пневмония и повышенный уровень цитокинов. Интересно, что внутрижелудочная инокуляция SARS-CoV-2 вызывает продуктивную инфекцию и приводит к легочным патологическим изменениям у мышей hACE2».

Ван и его коллеги предполагают, что их мышиная модель имеет ряд преимуществ по сравнению с другими генно-инженерными мышами, экспрессирующими hACE2, для моделирования инфекции SARS-CoV-2. Вместо случайной вставки hACE2 вставляется точно в определенный участок Х-хромосомы и полностью заменяет мышиную версию белка.

Ученые также утверждают, что их модель генетически стабильна и мало отличается между людьми. Более того, нагрузка вирусной РНК в легких намного выше, и результирующее распределение hACE2 в различных тканях лучше соответствует наблюдаемому у человека.

«Присутствие вирусных РНК в мозге было несколько неожиданным, поскольку лишь у нескольких пациентов с COVID-19 развились неврологические симптомы», — отметил соавтор исследования Ченг-Фэн Цинь из Академии военно-медицинских наук (AMMS) в Пекине.

Белок S SARS-CoV-2, который связывается с hACE2 для проникновения в клетки-хозяева, также присутствовал в легочной ткани и клетках головного мозга. Более того, исследователи определили основные клетки дыхательных путей, на которые нацелен SARS-CoV-2, как клетки Клара, которые производят белок CC10. «Наш результат представляет собой первую линию доказательств, показывающих основные клетки-мишени SARS-CoV-2 в легких», — утверждает со-старший автор исследования Ю-Сен Чжоу из AMMS.

Кроме того, у мышей развилась интерстициальная пневмония, которая поражает ткани и пространство вокруг воздушных мешков легких, вызывая инфильтрацию воспалительных клеток, утолщение структуры, разделяющей воздушные мешки, и повреждение кровеносных сосудов. По сравнению с молодыми мышами, у пожилых мышей наблюдалось более серьезное повреждение легких и повышенная выработка сигнальных молекул, называемых цитокинами. В совокупности эти особенности повторяют те, которые наблюдаются у пациентов с COVID-19.

Когда исследователи ввели SARS-CoV-2 в желудок, у двух из трех мышей были обнаружены высокие уровни вирусной РНК в трахее и легких. Белок S также присутствовал в легочной ткани, которая имела признаки воспаления. По мнению авторов, эти результаты согласуются с наблюдением, что пациенты с COVID-19 иногда испытывают желудочно-кишечные симптомы, такие как диарея, боль в животе и рвота. Но для заражения через желудок потребовалась в 10 раз большая доза SARS-CoV-2, чем через нос.