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Une nouvelle étude menée par des chercheurs du Vanderbilt University Medical Center et de la Perelman School of Medicine de l'Université de Pennsylvanie et publiée sur le serveur de pré-impression bioRxiv * en août 2020, les deux enzymes clés nécessaires à l'entrée du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) dans la cellule hôte humaine font défaut dans les cellules bêta de l'îlot pancréatique. Cela exclut l'hypothèse de blessure directe pour un contrôle glycémique altéré chez les patients atteints de la maladie COVID-19.
Sommaire
COVID-19 et diabète
Dans la pandémie COVID-19 en cours, le diabète a été établi sans équivoque comme un facteur de risque de mortalité et de maladie grave. De plus, plusieurs nouveaux groupes de diabète d'apparition nouvelle ont été identifiés, ainsi que l'aggravation des conditions diabétiques, en raison de la survenue d'acidocétose diabétique et d'hyperglycémie hyperosmolaire.
Cela a conduit à la proposition que le SRAS-CoV-2 est un virus diabétogène, en provoquant une toxicité pour les cellules bêta des îlots pancréatiques qui sécrètent de l'insuline. Des études in vitro démontrent que l'entrée du virus dans une cellule hôte humaine dépend de l'interaction de la protéine de pointe virale avec l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE) 2 sur la cellule. Ceci est suivi du clivage protéolytique de la protéine de pointe, par la sérine protéase TMPRSS2.
Le SRAS-CoV provoque un diabète aigu?
Un coronavirus pathogène antérieur, le SRAS-CoV, qui a provoqué une épidémie plus limitée entre 2002 et 2004, utilise également le récepteur ACE2. Des recherches antérieures sur des échantillons d'autopsie de patients décédés de cette infection ont rapporté que l'ACE2 a été trouvé sur des cellules d'îlots pancréatiques d'un donneur (bien que le type de cellule ne soit pas clair). Ainsi, ils ont d'abord lancé l'idée que l'engagement virus-ACE2 cause des dommages aux îlots et déclenche un diabète aigu. Ceci était réversible une fois l'infection éliminée.
Les cellules bêta expriment-elles ACE2?
Les mêmes auteurs ont rapporté récemment qu'ils induisaient des cellules de type bêta à partir de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC). Des tests sur ces cellules, ainsi que sur les cellules bêta d'îlots pancréatiques humains isolés de l'organe, se sont révélés exprimer ACE2, confirmant leur hypothèse d'une lésion virale directe de ces cellules.
Recherche de l'expression ACE2 / TMPRSS2 dans les cellules bêta
La présente étude vise à effectuer une analyse plus approfondie des cellules pancréatiques pour l'expression de l'ACE2 et du TMPRSS2 à partir d'individus avec et sans diabète. Les chercheurs n'ont trouvé aucune preuve de l'un ou l'autre de ces éléments dans les cellules endocrines des îlots humains chez des donneurs diabétiques ou non diabétiques. Cela signifie qu'ils disent qu'un effet direct du virus sur l'induction du diabète est peu probable.
En fait, l'expression de l'ARNm transcrivant ACE2 et TMPRSS2 est minime dans les cellules alpha et bêta humaines.
Les protéines ACE2 et TMPRSS2 ne sont pas détectées par immunofluorescence dans les cellules a ou b de donneurs adultes normaux, T2D ou T1D. Les marqueurs d'entrée des cellules SARS-CoV-2 ACE2 (anticorps ab15348) et TMPRSS2, tous deux représentés en rouge, ne sont pas détectés dans les cellules des îlots a (GCG, bleu) ou les cellules b (INS, vert) dans les coupes pancréatiques de donneurs adultes sans diabète ( AH) ou des donneurs atteints de diabète de type 2 (IN) ou de type 1 (OV). Les encarts sont représentés par une boîte jaune. DAPI (blanc). Les barres d'échelle sont de 100 μm (A-V) et 25 μm (encarts). Les informations sur les îlots humains et les donneurs pancréatiques sont disponibles dans le tableau S1 (AD, donneurs N3, N7, N9, N8; EH, donneurs N14, N12, N11, N10; IL, donneurs 2L, 2B, 2G, 2I; MN, donneurs 2H, 2G; OR, donneurs 1B, 1D, 1C, 1A; SV, donneurs 1H, 1K, 1J, 1G).
Le séquençage de l'ARN ne parvient pas à trouver ACE2 / TMPRSS2
Les chercheurs ont d'abord utilisé les données de deux ensembles de données de séquençage d'ARN en vrac (RNA-seq), comparant l'expression de l'ARNm de ces deux enzymes dans les cellules alpha et bêta du tissu des îlots pancréatiques humains avec celle de gènes importants codant, par exemple, des facteurs de transcription, en cellules d'îlots. Ces gènes sont généralement exprimés à de faibles niveaux dans ces cellules.
Cependant, le niveau médian d'expression de l'ARNm ACE2 et TMPRSS2 était significativement inférieur à l'ARNm pour ces gènes enrichis d'îlots. Autrement dit, ces deux ARNm étaient présents à des niveaux d'expression inférieurs de 84% et 92% à ceux de certains facteurs de transcription de liaison à l'ADN dans les cellules des îlots alpha et bêta.
Ils ont également découvert que l'analyse ARN-seq monocellulaire (sc) des îlots pancréatiques humains a démontré l'absence ou l'expression minimale d'ARNm transcrivant les gènes ACE2 et TMPRSS2. Les résultats qu'ils ont utilisés comprennent ceux obtenus à partir de plus de 25 000 cellules de la base de données du Programme d'analyse du pancréas humain (HPAP) données par 11 donneurs en bonne santé, ainsi que trois ensembles de données plus petits. Pourtant, ils ont trouvé une expression ACE2 / TMPRSS2 dans moins de 1% des cellules bêta dans tous les ensembles de données.
Coexpression ACE2 / TMPRSS2 faible dans les cellules non-îlots
Les cellules exocrines ont montré une positivité ACE2 à des niveaux modérés à élevés pour 5% des cellules endothéliales et des péricytes, dans l'ensemble de données HPAP, mais seulement jusqu'à 3% dans les trois autres. Cette différence n'est pas significative et est probablement due à un nombre variable de cellules dans chaque analyse, jusqu'à 20 fois plus dans la base de données HPAP par rapport au plus petit ensemble. Une analyse groupée montre que dans l'ensemble, moins de 1% des cellules acineuses ou canalaires avaient une expression ACE2, mais 35% des deux types de cellules exprimaient TMPRSS2. En revanche, dans la plus petite étude, l'expression d'ACE2 et de TMPRSS2 dans ces cellules était au niveau de 20% et de plus de 75%, respectivement.
Étant donné qu'il s'agit d'enzymes clés pour l'infection par le SRAS-CoV-2, les chercheurs ont découvert que les deux étaient exprimés ensemble dans moins de 1% des quatre types de cellules (acineuses, canalaires, endothéliales et étoilées) dans trois ensembles de données. Dans le quatrième, le pourcentage de co-expression était de 5% et 15% pour les cellules acineuses et canalaires, respectivement.
Les chercheurs soulignent: «Notamment, aucune cellule endocrine des îlots n'a co-exprimé ACE2 et TMPRSS2 dans l'un de ces quatre ensembles de données. »
La visualisation directe ne parvient pas à détecter ACE2
Deuxièmement, les chercheurs sont passés de la transcriptomique à la visualisation directe. Ils ont utilisé l'immunocoloration sur des cryosections d'îlots avec le même anticorps ACE2 rapporté par les chercheurs précédents. Cependant, ils n'ont pas réussi à détecter ACE2 sur les cellules bêta, mais uniquement sur la microvascularisation.
Les chercheurs soulignent que la différence pourrait être due à l'utilisation de cellules bêta dérivées de cellules souches, qui sont considérées comme des cellules de type juvénile plutôt que fonctionnellement matures, ou des cellules bêta immortalisées en culture, dans une étude antérieure. Pour écarter cette possibilité, ils ont ensuite répété le processus en utilisant des coupes de tissu pancréatique obtenues d'enfants âgés de 5 ans ou moins (l'un n'avait que 5 jours). Cependant, ils n'ont toujours pas trouvé ACE2.
ACE2 localisé à la microvascularisation
Ensuite, les chercheurs ont examiné le tissu pancréatique des donneurs diabétiques et non diabétiques. Les donneurs diabétiques souffraient de diabète de type 1 ou de type 2. Là encore, ACE2 n'a été trouvé ni sur les cellules alpha ni sur les cellules bêta, mais sur les structures microvasculaires tant chez les donneurs sains que chez les diabétiques de type 2.
Ils ont répété leur analyse avec trois autres anticorps ACE2 utilisés par plusieurs autres chercheurs, mais n'ont pas réussi à trouver cette protéine sur les cellules des îlots.
TMPRSS2 localisé dans les conduits
Ils n'ont pas non plus trouvé de TMPRSS2 dans les îlots de donneurs sains ou diabétiques de type 1, mais il était localisé sur le tissu exocrinien, sur l'épithélium canalaire. Dans l'ensemble, ils ont conclu que ces protéines ne se trouvent pas sur les cellules endocrines des îlots de donneurs sains ou diabétiques. Les scientifiques pensent maintenant que les découvertes antérieures peuvent être dues à des différences clés dans la façon dont l'expérience a été mise en place et peut-être à des artefacts.
DPP4 trouvé sur les cellules alpha
Encore une fois, suite à une étude in silico plus récente qui a indiqué la possibilité d'une liaison virale à la dipeptidyl peptidase 4 humaine (DPP4) pour permettre l'entrée virale, ils ont recherché cette protéine sur le pancréas humain. Ils ont constaté qu'il était localisé dans les cellules alpha mais pas bêta de tous les donneurs, diabétiques ou non.
Cette découverte est en accord avec l'analyse transcriptomique basée sur les quatre ensembles de données, qui a également démontré que ces cellules étaient enrichies en DPP4. Cependant, l'absence de TMPRSS2 indique, disent-ils, que DPP4 n'est probablement pas liée à l'entrée des cellules virales dans les cellules bêta.
ACE2 est localisé dans les capillaires des îlots et des tissus exocrins
Les chercheurs ont ensuite examiné le modèle de coloration de l'ACE2 dans les cellules non endocrines du pancréas, en particulier pour savoir s'il était localisé dans la microvascularisation. Ils ont conclu que c'était le cas, avec les capillaires périvasculaires des îlots ainsi que le tissu exocrine montrant une expression d'ACE2.
Ils suggèrent que cette protéine est exprimée sur les péricytes, les cellules qui enveloppent les cellules endothéliales capillaires. Cependant, comme il n'y a pas de TMPRSS2, cette cellule ne serait pas ciblée par le SARS-CoV-2. Et en fait, bien que ces deux protéines se trouvent sur l'épithélium des canaux, elles ne se trouvent pas ensemble.
TMPRSS2 est sur la surface apicale des cellules du canal dans le pancréas exocrine, mais pas ACE2. Dans les rares cas où ils se trouvent tous les deux ensemble, ils sont localisés séparément. Les chercheurs disent qu'ils pourraient représenter une éventuelle cible virale.
Dans le diabète de type 1, l'expression de l'ACE2 est faible par rapport aux donneurs sains.
Implications
La plupart des chercheurs conviennent que ACE2 et TMPRSS2 sont probablement les mécanismes cellulaires nécessaires à l'entrée virale dans les cellules hôtes, bien que d'autres voies soient théoriquement possibles. Dans ce scénario, les résultats actuels ne montrent pas de rôle permissif pour les cellules bêta pancréatiques.
Certaines limites de l'étude actuelle incluent le fait que les chercheurs se sont appuyés sur la démonstration de ces protéines et non sur la liaison virale ou l'entrée dans les cellules bêta. Enfin, ils n'ont pas mesuré l'expression de ces protéines chez des patients diabétiques atteints de COVID-19, de sorte qu'ils ne peuvent pas exclure des modifications de ces récepteurs chez ces patients.
L'étude résume: «Dans l'ensemble, ces résultats réduisent considérablement la probabilité que le SRAS-CoV2 puisse se lier et pénétrer dans les cellules b humaines et avoir une cytotoxicité directe.» Au lieu de cela, ils préfèrent l'explication que l'homéostasie du glucose est probablement affectée par une inflammation ou des dommages au foie, aux muscles ou aux cellules graisseuses, ce qui doit être confirmé par des recherches supplémentaires.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
