La maladie à coronavirus potentiellement mortelle 2019 (COVID-19) qui a balayé le monde au cours des 12 derniers mois n’a pas affecté les animaux avec une gravité correspondante. Afin de comprendre le mécanisme d’une maladie grave, des modèles animaux ont été utilisés. Cela comprend un modèle de souris qui exprime l’enzyme de conversion de l’angiotensine humaine 2 (hACE2) sous le promoteur de la cytokératine 18 (K18-hACE2). Une nouvelle pré-impression apparaissant sur le bioRxiv * serveur indique qu’il ne s’agit peut-être pas d’un modèle fidèle d’infection mortelle humaine par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2).
Dans la plupart des cas, le COVID-19 provoque une maladie respiratoire avec un large spectre de gravité des symptômes, de légère à sévère. La maladie critique se termine généralement par un syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA), souvent avec un dysfonctionnement multi-organique. Un sous-ensemble de patients infectés présente également des caractéristiques neurologiques, notamment des maux de tête, une anosmie et une agueusie, des étourdissements, un délire et un accident vasculaire cérébral ischémique. On pense que la muqueuse olfactive est la porte d’entrée du virus dans le système nerveux central (SNC).
Les modèles animaux qui aident à étudier le virus sont peu nombreux. Ceci est principalement dû au fait que le SRAS-CoV-2 pénètre dans les cellules humaines via le récepteur hACE2. D’autre part, le virus a une affinité beaucoup plus faible pour l’ACE2 murine, ce qui fait des souris transgéniques une nécessité pour la recherche préclinique.
On a observé que ces souris transgéniques exprimaient une maladie mortelle à 100% lorsqu’elles étaient infectées. Le mécanisme par lequel la mort survient est encore inconnu, bien qu’il y ait eu des signes d’inflammation pulmonaire et de fonction respiratoire réduite. Cependant, il a été rapporté que le virus envahit le système nerveux central chez ces souris.
Les enquêteurs de la présente étude ont donc analysé l’évolution de l’infection pendant deux semaines après l’infection. L’expression de hACE2 se situe principalement dans les cellules épithéliales des voies respiratoire et intestinale, avec un faible niveau d’expression dans le cerveau. Les scientifiques ont donc cherché à explorer la relation entre la nature, la gravité et l’issue de cette infection chez ces souris transgéniques et les modèles d’expression hACE2, afin de savoir si la neuroinvasion était liée à la nature létale de l’infection.
Sommaire
L’infection par le SRAS-CoV-2 est toujours mortelle chez ces souris
Les chercheurs ont découvert que ces souris développaient toujours une infection mortelle après le SRAS-CoV-2. Avant la mort, ils avaient des signes neurologiques. Seules deux souris étaient vivantes au bout de 14 jours, toutes deux n’étant pas gravement malades.
On a constaté que ces souris avaient des poumons enflammés, avec des charges virales élevées dans les poumons et le cerveau. La charge virale dans les poumons a atteint son maximum 2 jours après l’infection (dpi), mais à 4 dpi dans le cerveau. La virémie était négligeable.
Le SRAS-CoV-2 a provoqué une maladie mortelle chez des souris K18-hACE2 (n = 33) inoculées par voie intranasale avec 1 x 106 unités formant plaque (PFU). Le poids corporel (A), les signes cliniques (B), la température (C) et la mortalité (D) ont été surveillés quotidiennement. Les charges virales (nombre de copies du génome / mg ou ml) ont été surveillées dans le cerveau, les poumons (E) et le sérum (F) tout au long de l’étude. Les nombres moyens de copies du génome sont représentés. La limite de détection (LOD) est indiquée par une ligne en pointillés.
Infection nasale transitoire
Les voies respiratoires supérieures présentaient des signes d’inflammation légère et transitoire, revenant à la normale à 7 dpi. Le neuroépithélium olfactif n’a montré aucun signe d’inflammation à aucun moment, malgré la présence d’une charge antigénique virale et d’ARN abondants. Cependant, les deux ont diminué à des niveaux indétectables de 14 dpi.
Pneumonie interstitielle modérée
L’étude a également montré un certain degré de pneumonie interstitielle, les antigènes viraux et l’ARN étant trouvés dans le parenchyme pulmonaire, dans les cellules pulmonaires alvéolaires de type I pour la plupart. Quelques cellules alvéolaires de type II étaient également impliquées. Le pic a été atteint à 4 dpi. La gravité de la pneumonie a culminé à 7 dpi, touchant environ un tiers des poumons.
Chez les deux rats mâles qui ont survécu à 14 jours, il y avait des zones éparses de pneumonie interstitielle, mais aucun antigène viral ou ARN détectable.
L’épithélium bronchique et la vascularisation pulmonaire sont restés inchangés tout au long, sans formation de membrane hyaline dans les poumons, ni caillots vasculaires ni formation de syncyties. Ceux-ci sont cependant caractéristiques de l’infection humaine. Les caractéristiques de l’atteinte pulmonaire observées chez ces animaux contrastent avec les caractéristiques de la maladie du COVID-19 sévère. Cela suggère que «la létalité observée dans ce modèle pourrait être indépendante des mécanismes inflammatoires pulmonaires». En effet, la forte réponse d’infiltration des lymphocytes et des histiocytes a été associée à un contrôle rapide et efficace de l’infection pulmonaire.
Létalité associée à la neuroinvasion
Les chercheurs ont découvert que la létalité du SRAS-CoV-2 est potentiellement médiée par la neuroinvasion, chez environ 85% des souris infectées, à 7 dpi. La voie probable de l’invasion est le transport rétrograde à travers le bulbe olfactif, via les processus axonaux passant par le neuroépithélium olfactif. Les neurones affectés ont montré un effet cytopathique répandu dans le cerveau et la moelle épinière.
L’infection par le SRAS-CoV-2 ne reflète pas la distribution ACE2
L’étude montre également que les poumons expriment mal le hACE2 chez ces souris transgéniques, ce qui indique que ce n’est pas le seul facteur déterminant la sensibilité au virus. Inversement, d’autres types de cellules qui n’expriment pas ce récepteur, telles que les cellules alvéolaires de type I, ont été largement infectées, mais les cellules épithéliales bronchiques hACE2 + sont restées non infectées. Cela suggère que l’entrée virale dans les cellules pulmonaires ne dépend pas de l’expression d’ACE2 chez ces souris.
Les chercheurs ont également découvert que si l’ARNm de hACE2 était trouvé dans des amas de neurones corticaux et d’autres parties du cerveau, l’ECA2 murin était exprimé dans l’endothélium des vaisseaux sanguins du cerveau. Cela suggère que ACE2 peut ne pas être traduit dans les neurones chez la souris. Les cellules de Purkinje du cervelet ne sont pas non plus infectées par le SRAS-CoV-2, bien qu’elles expriment l’ARNm de hACE2. Cela confirme l’hypothèse selon laquelle «l’ACE2 n’est probablement pas le seul facteur hôte associé à la neuroinvasion et que d’autres mécanismes d’entrée indépendants de l’ACE2 contribuent à la neuroinvasion et à la propagation du SRAS-CoV-2 dans ce modèle murin.»
Quelles sont les implications?
L’étude fait ressortir quelques conclusions importantes. Premièrement, le modèle de souris transgénique K18-hACE2 est largement utilisé pour l’étude du SRAS-CoV-2 et pour d’éventuelles mesures thérapeutiques. La base d’une telle utilisation est le récepteur hACE2 commun partagé par les cellules de cette souris et de l’homme, ainsi que l’expression létale du SARS-CoV-2. Cela a également aidé à comprendre comment les lésions pulmonaires se sont produites dans COVID-19.
Cependant, il diverge également du processus de la maladie humaine COVID-19 de plusieurs manières importantes. Il ne montre pas le développement de dommages alvéolaires diffus (DAD), la formation de membranes hyalines, l’activation du système de coagulation avec une microthrombose étendue, entraînant des dommages multi-systèmes.
Dans le modèle murin, au contraire, hACE2 n’est que partiellement associée au tropisme du virus et aux résultats de la maladie. La véritable cause des résultats létaux est la neuroinvasion entraînant des dommages aux neurones, qui est indépendante de l’expression de hACE2. Cela contraste avec les hamsters syriens dorés, qui souffrent principalement de lésions pulmonaires mais survivent invariablement.
L’étude souligne également la nécessité de sélectionner les bons paramètres pour comprendre les caractéristiques neurologiques du SRAS-CoV-2 chez la souris, plutôt que les caractéristiques conventionnelles telles que la perte de poids et la fourrure ébouriffée évoquant des animaux malades. Sinon, l’efficacité des médicaments thérapeutiques et des vaccins à base de lymphocytes T pourrait être faussement sous-estimée dans ce modèle.
Enfin, l’étude souligne l’existence d’autres récepteurs qui interviennent dans la neuroinvasion, qui ne peuvent être identifiés par in vitro expériences. La neuropiline-1 est présente dans le nez, le cerveau, les poumons, le foie et les reins. Étant donné que les souris K18-hACE2 sont parmi les deux seuls modèles animaux qui présentent cette neuroinvasion, elle est utile pour l’étude des processus de maladies neurologiques suivant l’infection par ce virus, y compris les autres mécanismes par lesquels il accomplit l’entrée cellulaire, et pour estimer l’efficacité de mesures thérapeutiques et préventives.
*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.
