Le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), qui est le virus qui cause la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), est associé à des taux de mortalité et d’hospitalisation élevés. Cependant, de nombreux patients infectés par le SRAS-CoV-2 restent asymptomatiques ou développent des symptômes bénins.
Dans une étude récente publiée sur le serveur de préimpression bioRxiv*, les chercheurs se concentrent sur la relation entre les neutrophiles préexistants des voies respiratoires et l’infection par le SRAS-CoV-2 pour déterminer l’impact que les neutrophiles ont sur COVID-19.
Étude : Les interactions neutrophiles-épithéliales augmentent l’infectiosité et les réponses pro-inflammatoires à l’infection par le SRAS-CoV-2. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock.com
Sommaire
Un aperçu des neutrophiles
Les neutrophiles sont les premières et prédominantes cellules immunitaires qui sont recrutées dans les voies respiratoires en réponse à une infection virale. À leur arrivée, les neutrophiles libèrent divers médiateurs inflammatoires dans le but d’éliminer rapidement l’agent pathogène de la zone infectée.
Les neutrophiles sont capables de reconnaître les sites infectieux ainsi que d’agir comme des sites d’infection qui, ensemble, conduisent à une réponse inflammatoire aiguë. Une réponse inflammatoire massive incontrôlée, également connue sous le nom de tempête de cytokines, a été documentée chez des patients atteints de COVID-19 sévère.
« Malgré leur importance dans l’immunité antivirale et la réponse aux agents pathogènes viraux, les neutrophiles ont été quelque peu négligés pour leur rôle dans la pathogenèse de l’infection par le SRAS-CoV-2. »
À propos de l’étude
Les chercheurs ont développé un roman in vitro modèle pour évaluer l’inflammation des voies respiratoires neutrophiles dans l’infection par le SRAS-CoV-2. À cette fin, des cellules épithéliales primaires des voies respiratoires humaines ont été isolées du tissu pulmonaire.
La présente étude portait sur l’isolement des neutrophiles du sang périphérique. Après leur isolement, la pureté des neutrophiles a été confirmée par tri cellulaire activé par flux (FACS).
Des neutrophiles fraîchement isolés ont ensuite été ajoutés aux cellules épithéliales différenciées des voies respiratoires, suivis d’une infection par le SRAS-CoV-2 pendant un total de 4 heures.
Parallèlement à ces expériences, les chercheurs ont également effectué une immunohistochimie des principaux tissus pulmonaires humains obtenus à partir de patients COVID-19 sévères.
Résultats de l’étude
L’analyse des pathologies pulmonaires des patients COVID-19 a confirmé l’infiltration importante de cellules inflammatoires, dont les neutrophiles. Plus précisément, ces échantillons post-mortem se sont avérés avoir une activité accrue de l’élastase des neutrophiles (NE) par rapport aux neutrophiles identifiés dans les tissus pulmonaires sains. Une invasion élevée de neutrophiles et une excrétion épithéliale ont également été observées, ce qui suggère que les neutrophiles jouent un rôle important dans l’infection par le SRAS-CoV-2.
Les échantillons de sang périphérique des patients COVID-19 ont également montré des concentrations plus élevées de cytokines pro-inflammatoires qui perturbent la perméabilité épithéliale chez les patients atteints d’une maladie grave.
« De plus, des augmentations marquées des neutrophiles ont également été observées dans les liquides de lavage alvéolaire bronchiolaire (LBA) des patients admis en unité de soins intensifs (USI) par rapport aux patients en unité médicale intermédiaire (IMU) en corrélation avec la gravité de la maladie. »
Pathologie tissulaire associée aux neutrophiles dans les voies respiratoires pulmonaires humaines post-mortem COVID19. (AD) Images représentatives de la coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (H&E) des tissus post-mortem des patients COVID-19 montrant une pneumonie organisée inégale centrée autour d’une artère principale et d’une voie respiratoire (A); interstitium focalisé par un infiltrat cellulaire mixte comprenant des cellules géantes dispersées (pointes de flèche orange) (B) ; lésions alvéolaires diffuses dues à un processus fibro-inflammatoire intense et à des espaces aériens arrondis induits par un barotraumatisme (C) et organisant des lésions alvéolaires diffuses avec une disposition de la fibrine remplacée par une pneumonie organisée, des cellules inflammatoires et un œdème (D). (EH) Images IF représentatives du tissu post-mortem COVID-19 sondé pour NE (cyan), KRT5 (vert) et ACE2 (rouge). Les images sont mises en évidence ; petite occlusion des voies respiratoires résultant d’une hyperplasie basocellulaire avec présence de neutrophiles environnants (E) ; dommages épithéliaux avec pénétration des neutrophiles dans l’espace luminal (F) ; excrétion épithéliale, y compris la couche de cellules basales avec inclusion de neutrophiles de la surface muqueuse (G); brèche des neutrophiles dans l’espace luminal des voies aériennes avec une activité élevée d’élastase des neutrophiles (H) et une invasion diffuse des neutrophiles des espaces alvéolaires (I). Toutes les images IF ont des noyaux contre-colorés avec DAPI (bleu) et les barres d’échelle représentent 100 um. Toutes les images sont représentatives de 3 régions indépendantes par donneur au moins 2 donneurs indépendants.
Les découvertes de la neutrophilie dans les voies respiratoires des patients COVID-19 sévères ont conduit les chercheurs à évaluer comment l’inflammation des voies respiratoires neutrophiles joue un rôle dans l’infection par le SRAS-CoV-2. Avant cette détermination, les chercheurs ont confirmé l’expression du récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) et de la sérine protéase transmembranaire 2 (TMPRSS2) dans leur roman in vitro modèle d’épithélium des voies aériennes pour confirmer son utilité dans l’étude des mécanismes d’infection par le SARS-CoV-2.
« En utilisant ce modèle, nous avons pu conclure que la présence de neutrophiles dans l’épithélium des voies respiratoires augmente considérablement les réponses pro-inflammatoires au SRAS-CoV-2, augmente la charge virale des voies respiratoires et diminue l’intégrité de la barrière épithéliale des voies respiratoires. »
Réponse inflammatoire polarisée des neutrophiles en co-culture avec l’épithélium des voies respiratoires humaines, infectées par le SRAS-CoV-2. (A) Schéma du modèle in vitro des voies respiratoires neutrophiles désignant les neutrophiles en co-culture avec des cellules épithéliales différenciées des voies respiratoires et infectées par le virus SARS-CoV-2 vivant. (B) Images IF représentatives de cellules épithéliales primaires des voies respiratoires humaines différenciées à l’interface air-liquide colorées avec NE (vert) et sondées par RNAScope pour le SRAS-CoV-2 (rouge). Les barres d’échelle représentent 100 μm. Profils inflammatoires des surnageants apicaux (C) et basolatéral (D) recueillis 4 heures après l’infection dans le modèle des voies respiratoires neutrophiles. Les données sont exprimées en moyenne ± SEM et la signification est déterminée par analyse de variance (ANOVA) suivie d’une analyse post hoc de Tukey. * par rapport à la monoculture épithéliale non infectée, # par rapport à la co-culture épithéliale et neutrophile non infectée, + par rapport aux cellules épithéliales monocultures infectées, ¥ significatif à partir de la co-culture neutrophile et épithéliale infectées. *p<0,05,**p<0,01, ***p<0,001, ****,<0,0001 à partir de n=3 répétitions expérimentales de N=3 donneurs.
Conclusion
« En conclusion, nous avons développé un modèle pour étudier les interactions neutrophiles-épithéliales qui reflète de plus près une in vivo et une infection des voies respiratoires plus pertinente sur le plan clinique dans les cas graves de COVID-19 que les monocultures. »
Les résultats de cette étude démontrent que la présence de neutrophiles dans l’épithélium des voies respiratoires conduit à la libération de cytokines pro-inflammatoires médiée par le SRAS-CoV-2. Cette réponse inflammatoire aiguë entraîne donc une augmentation de la charge virale et une diminution de l’intégrité de la barrière.
« Dans l’ensemble, nous faisons des observations importantes qui révèlent un rôle clé des interactions neutrophiles-épithéliales dans la détermination de l’infectivité et des résultats en réponse à l’infection par le SRAS-CoV-2 qui mettent en évidence les neutrophiles comme cible potentielle pour la prévention de la maladie COVID-19 sévère », ajoute le équipe.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique/le comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.
