כיצד מערכת החיסון של חלל האף נלחמת ב-SARS-CoV-2?

במאמר מחקר שהועלה לאחרונה ל- bioRxiv שרת preprint*, חוקרים חקרו את התרומות לניקוי ויראלי של תאי חיסון המכילים באף במהלך זיהום בנגיף קורונה 2 (SARS-CoV-2) בתסמונת נשימה חריפה. דגימות המחקר שלהם כללו דגמי עכברים מסוג C57BL/6 שנדבקו בתת-זן פראי של COVID-19 (B.1.351). הממצאים שלהם מדגישים את התפקיד המכריע של שני CD4⁺ ו-CD8⁺ תאי T בניקוי זיהום ויראלי באמצעות הפרשת גרנזים B, מולקולה ציטוטוקסית. באופן מפתיע, הוכח כי תאי T ממלאים תפקיד מועט בהגנה על הריאות מפני זיהום למרות יכולתם המדהימה להגן על חלל האף. לבסוף, חוקרים השתמשו במקום טכניקות הכלאה לגישה לתוצאות של מניעת תאי CD בעכברים מדוכאי חיסון.

‏מחקר: תאי CD4+ ו-CD8+ T נדרשים כדי למנוע התמדה של SARS-CoV-2 בתא האף. קרדיט תמונה: Chawalit Banpot / Shutterstock

*הודעה חשובה: bioRxiv מפרסם דוחות מדעיים ראשוניים שאינם נבדקים על ידי עמיתים, ולכן אין לראות בהם מכריעים, מנחים פרקטיקה קלינית/התנהגות הקשורה לבריאות, או להתייחס אליהם כאל מידע מבוסס.

מדוע עלינו לחקור את המורכבות של זיהומים ויראליים?

ההשפעות הבריאותיות והחברתיות-כלכליות העולמיות של מגיפת הקורונה המתמשכת 2019 (COVID-19) הן חסרות תקדים, עולות טריליוני נזקים ותובעות כמעט 7 מיליון חיי אדם. ההתפרצות נגרמת על ידי SARS-CoV-2, בת דודה רחוקה אלימה להפליא של שפעת ושפעת העופות (H1N1). הנגיף נושא טיפות מים ומדביק את דרכי הנשימה, שם הוא מציג תכונה בולטת – הפתופיזיולוגיה של המחלה נקבעת על פי מקום ההדבקה השכיח. זיהומים מוגבלים למעברי האף מופיעים בדרך כלל כזיהומים קלים יותר, בעוד אלו שמדביקים את הריאות עלולים להיות מסכני חיים.

בעוד שחקר הפתופיזיולוגיה של איברים הקשורים זה בזה (חלל האף והריאות) באינסולציה הוכיח את עצמו כמאתגר בעבר, הפיתוח של in vivo מודלים של עכברים והיכולת שלהם לכוונן ברמת הגן כדי למנוע הטיות חיצוניות אפשרו מחקר קפדני על העברת חסינות ופתולוגיה של וירוסים רבים.

לרוע המזל, היכולת של SARS-CoV-2 הקדמוני של האדם להיקשר לחלבון ספייק של עכברים הצריכה פיתוח של זני עכברים מהונדסים ספציפיים ל-COVID-19 כמו עכברים מהונדסים מסוג ACE2 (hACE2). למרות שזה אפשר הערכות של היסודות המכניסטיים של התפרצות המחלה הגרועה ביותר של זמננו, תפקידם של תאי מערכת החיסון, במיוחד אלה בחלל האף, במניעת זיהום COVID-19 נותר לא ידוע.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, החוקרים חקרו את התפקיד התפקודי של CD4⁺ (עוזר) ו-CD8⁺ (ציטוטוקסי) תאי T נגד זיהום פולש של COVID-19 בדרכי הנשימה העליונות והתחתונה. הם השתמשו בעכברים מהונדסים מסוג C57BL/6 לניסויים, אותם הדביקו במינונים משתנים (10⁵ עד 10⁶ PFU) של תת ה-COVID-19 BA.1.351 המופיע באופן טבעי. חיסון תוך-אף זה אפשר לחוקרים להבהיר את התגובה החיסונית ואת קינטיקה של הזיהום שנגרמו כתוצאה מזיהום ב-COVID-19.

כדי לחקור את התגובות המכניסטיות, הספציפיות לאנטיגן, של תאי T, להעריך את המספרים האישיים שלהם ולמדוד את ההבדלים הספציפיים למערכת שלהם, נעשה שימוש בתאי חיסון מבודדים (תא האף, משחק וריאה) יחד עם ex vivo גירוי פפטיד. נעשה שימוש בטכניקות דלדול מבוסס נוגדנים כדי לזהות את התוצאות של דיכוי מערכת החיסון על התקדמות הזיהום במערכת הנשימה העליונה והתחתונה. TCID₅₀ בדיקת וירוסים זיהומיות בוצעה כדי לוודא אם כל DNA ויראלי מזוהה בדרכי האף תואם לזן המחוסן.

ניתוחים גנטיים נערכו כדי להעריך את קצב השינוי הגנומי הנגיפי במהלך השבועות הספורים של המחקר.

ממצאי המחקר

ניסויים במינון ויראלי חושפים ירידה במשקל העכברים המקבילה למינונים מוגברים. ב-5 על 10⁶ PFU של עומס ויראלי, קבוצת המקרים נראתה מאבדת 20% ממשקלה ו-30% מגודל המדגם שלה. ניסויים של קינטיקה ויראלית מוכיחים כי זיהום נגיפי בחלל הנשימה מתחיל במהירות, מגיע לשיא בין הימים השניים לארבעה, ושוכך לקו הבסיס ביום 10. הערכות תגובה אנטיגנית מצאו עדויות לזיהום ויראלי בדרכי הנשימה העליונות והתחתונה של נבדקי המחקר.

בשיקוף של עבודה ויראלית קודמת, שאינה קשורה ל-COVID, הוכח כי SARS-CoV-2 גורם לתגובות חיסוניות שונות בכל דרכי נשימה הנבדקות. באופן מפתיע, הפעלת תאי T בריאות הייתה מינימלית, כפי שנצפתה מתוצאות גירוי פפטיד ex vivo, מה שמצביע על תפקיד מוגבל לתאי T בזיהומים הקשורים לריאות. לעומת זאת, פעילויות תאי T בחלל האף וברשת הנשימה היו עמוקות וכללו בעיקר הפרשת Granzyme B, מטבוליט מדכא ויראלי.

CD4⁺ ו-CD8⁺ נצפו תאים מכריעים בתגובה המולדת של הגוף נגד זיהום COVID-19. עם זאת, נצפתה יתירות בין תאי עזרה ותאי T ציטוטוקסיים – זיהומי COVID-19 נותרו מתונים אם לפחות אחת ממושבות CD4+ או CD8+ שרדה את משך השיא של הזיהום.

ניסויים בעכברים מדוכאים חיסונית מגלים שזיהומים ב-COVID-19 דורשים תאים מסייעים T ותאים ציטוטוקסיים לניקוי ויראלי. בהיעדר תאים אלו, נמצא שה-DNA הנגיפי באפיתל האף נמשך שבועות או אפילו חודשים לאחר החיסון הראשוני. באופן מכריע, משך ההתמדה הנגיפית עמד ביחס ישר למגוון הנגיפי המוגבר, מה שמרמז על כך שאנשים עם דחיקה חיסונית עשויים לשמש כר גידול לתתי גידול חדשניים של COVID-19. עם זאת, מגמה זו אינה חסרת גבולות – נמצא כי מהירות השכפול הנגיפית מצטמצמת במקביל לעלייה במגוון הגנטי.

מסקנות

במחקר הנוכחי, החוקרים השתמשו בעכברים מהונדסים גנטית כדי לחקור את ההשפעה של זיהומי COVID-19 על דרכי הנשימה העליונות והתחתונות כאחד, וכדי להבהיר את תפקידם של תאי T בתגובה חיסונית נשימתית. הממצאים שלהם מדגישים ש-CD4⁺ ו-CD8⁺ לתאי T יש חשיבות מכרעת בלחימה ובעמידה בחוזקה של זיהום COVID-19, אם כי תפקיד זה מתרכז בחלל האף, כאשר הריאות מתעלמות בעיקר.

הנוכחות של כל אחד מה-CD4⁺ או מושבות CD8+ הספיקו כדי למנוע זיהום חריף של COVID-19. אם שתי אוכלוסיות התאים היו נעדרות, ההתמדה הנגיפית במעברי האף התרחבה באופן דרמטי, מה שהביא בתורו להתמיינות ויראלית מוגברת, ובכך החריף קשיים עימם מתמודדים חוקרים ותרופות במציאת תרופה שממשיכה לעבוד.

*הודעה חשובה: bioRxiv מפרסם דוחות מדעיים ראשוניים שאינם נבדקים על ידי עמיתים, ולכן אין לראות בהם מכריעים, מנחים פרקטיקה קלינית/התנהגות הקשורה לבריאות, או להתייחס אליהם כאל מידע מבוסס.