Zwei neue Studien zeigten, warum COVID-19 bei einigen Patienten schwere Entzündungen verursacht

Mit SARS-CoV-2 infizierte Immunzellen können eine massive Entzündungsreaktion auslösen, die zur Schwere von COVID-19 beiträgt, schlagen zwei Artikel vor, einen heute in der Fachzeitschrift Nature und eine vorläufige Version, die online unter veröffentlicht wurde Anfang dieses Monats.

Seit den Anfängen der Pandemie haben Untersuchungen ergeben, dass Entzündungen zu erheblichen Atemnot und anderen Organschäden führen, die für schweres COVID charakteristisch sind. Wissenschaftler haben sich jedoch bemüht herauszufinden, was Entzündungen auslöst.

Die neuesten Studien umfassen zwei Arten weißer Blutkörperchen: Makrophagen in der Lunge und Monozyten im Blut, die nach einer Infektion mit dem Virus Entzündungen auslösen. Die Studien liefern auch schlüssige Beweise dafür, dass das Virus in Immunzellen infizieren und sich vermehren kann, und zeigen, wie es in diese Zellen gelangt. Die Hinweise auf solche Infektionen waren bisher gemischt.

„Die Studien bieten eine plausible Erklärung für die Schwere des Fortschritts von COVID-19“, erklärt Malik Peiris, Virologe an der Universität von Hongkong. Er fügt hinzu: „Ich glaube nicht, dass dies der einzige oder wichtigste Weg ist, aber er ist sicherlich interessant.“ Dennoch könnten für Jian Zheng, Immunologe an der Universität von Iowa in Iowa City, „infizierte Immunzellen ein potenzielles Ziel für die Arzneimittelentwicklung darstellen“.

Hyperaktive Reaktion

Im Nature-Artikel analysierten Judy Lieberman, Immunologin am Boston Children's Hospital in Massachusetts, und ihre Kollegen Blutproben von Menschen mit COVID-19 und stellten fest, dass etwa 6% der Monozyten, Zellen „Early Response“ -Immunsystem, die den Körper auf der Suche nach fremden Eindringlingen patrouillieren, erlebten eine Art Zelltod im Zusammenhang mit Entzündungen, bekannt als Pyroptose. „Zu sehen, dass viele Zellen sterben, ist ungewöhnlich“, warnt er, „weil der Körper normalerweise tote Zellen schnell loswird.“

Als Forscher die sterbenden Zellen untersuchten, stellten sie fest, dass sie mit SARS-CoV-2 infiziert waren. Sie deuten darauf hin, dass das Virus wahrscheinlich Inflammasomen aktivierte, große Moleküle, die eine Kaskade von Entzündungsreaktionen auslösen, die zum Zelltod führten.

Wissenschaftler beobachteten auch eine andere Art von Immunzellen, Makrophagen, in der Lunge von Menschen, die an COVID-19 gestorben waren. Da Makrophagen Zellmüll, einschließlich viraler Abfälle, sammeln, war es schwierig nachzuweisen, ob Makrophagen mit SARS-CoV-2 infiziert waren oder diese Abfälle einfach absorbierten. Das Team stellte fest, dass etwa ein Viertel der Makrophagen Inflammasomen aktiviert hatte und ein Bruchteil von ihnen mit dem Virus infiziert war. Andere infizierte Lungenzellen, das Epithel, zeigten nicht die gleiche Reaktion.

Die Ergebnisse stimmen mit denen der zweiten Studie überein, die in BioRxiv veröffentlicht und noch nicht von Experten begutachtet wurde, von Esen Sefik, Immunologe an der Yale University School of Medicine, New Haven, und seinen Kollegen. Sie fanden auch heraus, dass das Virus in Makrophagen menschlicher Lungenzellen und in einem Mausmodell des menschlichen Immunsystems infizieren und sich replizieren kann. Makrophagen zeigten die gleiche von Lieberman beschriebene Entzündungsreaktion und starben schließlich.

Das Team stellte außerdem fest, dass die Verabreichung von Mäusen, die Inflammasomen blockierten, schwere Atemnot verhinderte. Die Medikamente „retteten die Mäuse, damit sie nicht so krank waren“, sagt Sefik. Dies deutet darauf hin, dass infizierte Makrophagen bei Lungenentzündungen bei Menschen mit schwerem COVID-19 eine Rolle spielen.

„Die Entzündungsreaktion von Makrophagen könnte ihr Weg sein, die Replikation von SARS-CoV-2 zu stoppen“, unterstreicht der Co-Autor der Studie Richard Flavell, Immunologe, ebenfalls aus Yale, und das Howard Hughes Medical Institute. Als die Inflammasomen aktiviert wurden, hörte das Virus auf, sich in den Zellen zu replizieren. Als Forscher jedoch Inflammasomen blockierten, begannen Makrophagen, infektiöse Viruspartikel zu produzieren. Dies sei ein „überraschender“ Befund, betont Peiris, weil er zeigt, dass Makrophagen die Infektion unterstützen können.

Stanley Perlman, ein Virologe auch an der University of Iowa, sagt jedoch, dass Folgestudien erforderlich sind, um festzustellen, wie wichtig infizierte Immunzellen im Vergleich zu anderen möglichen Mechanismen für die Auslösung von schwerem COVID-19 sind.

Viraler Eintrag

Beide Teams konnten auch zeigen, wie SARS-CoV-2 in Immunzellen gelangen kann. Die Forscher sind darüber verwirrt, da Zellen nicht viele ACE2-Rezeptoren haben, den Haupteintrittspunkt des Virus.

In Experimenten mit menschlichen und Mauszellen entdeckten Sefik und Flavell, dass SARS-CoV-2 durch die begrenzte Anzahl vorhandener ACE2-Rezeptoren in Lungenmakrophagen gelangen kann. Das Virus durchbrach aber auch ein anderes Oberflächenprotein, den sogenannten Fcγ-Rezeptor, mit Hilfe von Antikörpern. Als das Virus Antikörper fand, die an den Fcy-Rezeptor gebunden waren, wurde es in der Zelle gesammelt, anstatt das Virus zu inaktivieren.

Lieberman sagt, dass das Virus auf diese Weise auch in Monozyten eindringt, die keine ACE2-Rezeptoren haben. Nur Monozyten mit dem Fcγ-Rezeptor konnten infiziert werden. Der Experte versichert jedoch, dass nicht alle Antikörper den Viruseintritt erleichtern. Das Team stellte fest, dass Antikörper, die von Personen produziert wurden, die den von Pfizer und BioNTech entwickelten mRNA-Impfstoff erhielten, es Monozyten nicht ermöglichten, das Virus zu absorbieren.

Dieser Befund ist beruhigend, da laut Peiris viele Menschen mit mRNA-Impfstoffen geimpft wurden. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um zu verstehen, welche Arten von Antikörpern die Virusaufnahme durch Monozyten erleichtern und ob Impfstoffe mit anderen Technologien eine andere Reaktion hervorrufen können.

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