Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), l’agent causal de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), a provoqué plus de 623 millions d’infections et plus de 6,56 millions de décès, comme l’a rapporté l’Organisation mondiale de la santé. du 1er décembre 2021. On estime qu’environ 80 % des patients atteints de COVID-19 présentent des symptômes asymptomatiques, modérés ou légers, tandis que 20 % ont présenté une maladie grave et la mort. Cependant, les mécanismes et les événements moléculaires de la façon dont l’infection par le SRAS-CoV-2 peut entraîner une pneumonie grave sont encore inconnus.
Sommaire
Arrière plan
Plusieurs études ont souligné que la réponse immunitaire dysfonctionnelle joue un rôle important dans les symptômes graves du COVID-19. Les patients atteints de COVID-19 sévère ont montré des activités immunitaires périphériques anormales ainsi qu’une tempête de cytokines résultant de la régulation à la hausse des chimiokines et des cytokines pro-inflammatoires ainsi que de la calprotectine. De plus, des niveaux élevés de macrophages hyperinflammatoires dérivés de monocytes ont été découverts dans le liquide de lavage bronchoalvéolaire (BALF) de patients atteints de COVID-19 sévère. De plus, des lymphocytes T CD8+ expansés hautement clonaux ont été observés chez des patients modérés.
De plus, le métabolisme cellulaire est connu pour être important pour le bon fonctionnement des cellules immunitaires dans des conditions saines et malades. De nombreuses études cliniques récentes ont indiqué que le COVID-19 provoque une altération des métabolites plasmatiques. Une baisse des nutriments sanguins et une dérégulation des composants métaboliques ont été observées chez des patients atteints de COVID-19 sévère.
De plus, des niveaux plus élevés de lymphocytes T exprimant le canal anionique dépendant de la tension 1 ont été observés dans le sang périphérique des patients atteints de COVID-19 aigu. Cependant, la régulation immunométabolique des leucocytes dans les poumons, qui est l’organe le plus touché, et son association avec la gravité de la maladie et la fonction immunitaire ne sont toujours pas claires.
Une nouvelle étude à paraître dans le iScience visait à analyser les cellules BALF d’immunométalobisme de patients COVID-19 légers à sévères à l’aide d’algorithmes de calcul qui quantifiaient les flux métaboliques et les voies métaboliques.
À propos de l’étude
L’étude impliquait la collecte de séquençage d’ARN unicellulaire (scRNA-seq) à partir de BALF de patients COVID-19 graves et légers ainsi que de témoins sains, suivi d’un regroupement et d’une annotation de cellules. La comparaison des activités des voies métaboliques entre divers sous-ensembles de cellules a été réalisée en utilisant l’imputation et la normalisation des données ainsi que le calcul de l’activité des voies métaboliques. Après cela, une analyse différentielle de l’expression génique, une analyse de corrélation, une analyse de trajectoire, une analyse de l’équilibre des flux unicellulaires, une visualisation des expressions géniques et un calcul de score de certaines voies métaboliques ont été effectués.
Des données sur le métabolome plasmatique ont été recueillies auprès de patients COVID-19 et de témoins sains, suivies d’une stimulation des macrophages primaires par le résiquimod agoniste du SRAS-CoV-2 ou du TLR7/8 (R848). Le test de phagocytose et d’absorption des acides gras a mesuré les macrophages et les acides gras. La préparation de stocks viraux SARS-CoV-2 a été réalisée dans des cellules Vero-E6. Des macrophages dérivés de monocytes humains ont été obtenus à partir de cellules mononucléaires du sang humain périphérique (PBMC) et stimulés par le SRAS-CoV-2. Enfin, l’isolement de l’ARN, la PCR en temps réel et le dosage immuno-enzymatique (ELISA) ont été effectués.
Résultats de l’étude
Les résultats ont rapporté 9 populations cellulaires majeures impliquant des neutrophiles, des macrophages, des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDC), des cellules dendritiques myéloïdes (mDC), des cellules tueuses naturelles (NK), des plasmocytes, des lymphocytes B et T, ainsi que des cellules épithéliales dans les cellules immunitaires. du BALF des patients COVID-19. Les cellules de BALF se sont avérées être séparées en légères, saines et sévères sur la base de 1526 niveaux d’expression de gènes métaboliques. De plus, la plupart des voies métaboliques telles que la phosphorylation oxydative, le cycle du citrate (cycle TCA) et la glycolyse n’étaient pas régulées dans les mDC, les cellules B, les pDC, les cellules NK, les macrophages et les cellules T du BALF de patients COVID-19 légers. Cependant, la plupart de ces voies étaient régulées à la baisse pour les patients sévères par rapport aux patients légers.
71 des 85 voies métaboliques ont été régulées positivement dans les macrophages de BALF de patients atteints de COVID-19 légers. Cependant, seules 8 voies ont été signalées comme étant régulées à la hausse dans les macrophages de BALF de patients atteints de COVID-19 sévère, tandis que 65 étaient régulées à la baisse. Seules les voies de biosynthèse des acides gras et les voies de la glycolyse et leurs gènes ont été régulés positivement chez les patients COVID-19 sévères, tandis que la plupart des voies métaboliques et leurs gènes ont été observés comme régulés positivement chez les patients COVID-19 légers.
Sur les 294 flux métaboliques détectables, 223 ont été diminués dans les macrophages de BALF des patients COVID-19 sévères par rapport aux patients légers. De plus, sur les 18 groupes de macrophages découverts, 8 comprenaient des macrophages de patients COVID-19 légers et 9 comprenaient des macrophages de patients sévères. On a observé que les macrophages CD14 + dérivés du poumon (BALF-MC) de patients légers présentaient des niveaux élevés d’expression de gènes liés au métabolisme et d’activité des voies métaboliques par rapport à ceux de patients sévères. En outre, l’activité métabolique a augmenté le long des monocytes CD14 + des PBMC (PBMC-MC) à la trajectoire des BALF-MC pour les patients légers.
De plus, les gènes codant pour les chimiokines et les cytokines pro-inflammatoires étaient plus élevés chez les patients sévères, tandis que les gènes de l’endocytose et de la présentation antigénique étaient régulés à la baisse. L’expression des enzymes impliquées dans le métabolisme du pyruvate et du glutamate était plus faible chez les patients atteints de COVID-19 sévère, entraînant des chimiokines et des cytokines hautement pro-inflammatoires. Les macrophages avec glycolyse inhibée ont montré des niveaux réduits de ces chimiokines et cytokines. De plus, le métabolisme des lipides était également plus faible pour les patients atteints de COVID-19 sévère.
La voie de signalisation du récepteur gamma activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPARγ) du récepteur nucléaire qui joue un rôle important dans le métabolisme des lipides et le maintien de l’homéostasie métabolique a également été inhibée dans les macrophages dérivés de patients atteints de COVID-19 sévère. L’inhibition de la voie de signalisation PPARγ était également associée à une production accrue de cytokines et de chimiokines inflammatoires. Enfin, il a été rapporté que le traitement à la rosiglitazone, un médicament antidiabétique approuvé par la FDA, active la voie PPARγ dans les macrophages. Cela a en outre conduit à une réduction de la production de cytokines pro-inflammatoires et à une augmentation de l’expression des gènes métaboliques.
Par conséquent, l’étude actuelle a expliqué que le déséquilibre métabolique des macrophages bronchoalvéolaires pourrait mener à l’hyperinflammation dans les patients COVID-19 sévères. La régulation du métabolisme par des médicaments tels que la rosiglitazone peut aider à prévenir les tempêtes de cytokines chez ces patients. De plus, l’étude a également identifié la dérégulation de l’immunométabolisme comme une partie importante de la pathogenèse du COVID-19, qui pourrait être utilisée pour développer de nouvelles thérapies contre le COVID-19.
Limites
L’étude actuelle a certaines limites. Premièrement, les algorithmes de calcul utilisés dans l’étude n’ont pas pris en compte la modulation post-traductionnelle et la régulation post-transcriptionnelle. Deuxièmement, toutes les principales conclusions de l’étude ont été réalisées in vitro. Troisièmement, l’impact de la rosiglitazone sur PPARγ doit être confirmé à l’aide de cellules PPARγ génétiquement knock-out. Quatrièmement, la fonction objectif de la biomasse virale (VBOF) n’a pas été ajoutée dans l’étude pour déterminer l’exigence métabolique du virus de l’hôte. Enfin, seuls des macrophages humains issus de donneurs sains ont été utilisés pour tester l’effet de la rosiglitazone, alors que son effet reste à tester chez les patients COVID-19 sévères atteints de diabète de type 2.
