Die direkte Infektion und Replikation des Influenzavirus in Kardiomyozyten ist eine primäre Determinante der Herzpathologie im Zusammenhang mit schwerer Influenza

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Wissenschaftliche Fortschritte, Die Forscher erzeugten ein rekombinantes Influenzavirus, das in Kardiomyozyten exprimierte Mikroribonukleinsäure (miRNAs) exprimiert, um Mäuse zu infizieren, die als Modell zur Untersuchung der Ätiologie der Influenza-assoziierten Herzpathologie dienten.

Studien: Die Replikation des Influenzavirus in Kardiomyozyten treibt Herzfunktionsstörungen und Fibrose voran. Bildquelle: pinkeyes / Shutterstock

Hintergrund

Mehrere Studien haben eine verschlimmerte Herzfunktionsstörung bei Patienten mit Influenza gezeigt. Es gibt zahlreiche Beweise dafür, dass alle Patienten, die bei der Grippepandemie von 1918 an einer Influenzainfektion starben, schwere Herzschäden erlitten.

Studien haben jedes Jahr während der saisonalen Grippesaison einen erheblichen Anstieg kardialer Ereignisse gemeldet, insbesondere bei Personen, die nicht gegen Influenza geimpft sind. Es ist jedoch unklar, ob das Influenzavirus direkt in das Herz eindringt oder indirekt über eine systemische Lungenentzündung Herzgewebe schädigt. In Ermangelung von Studien zur Untersuchung einer direkten Herzinfektion bei menschlichen und nichtmenschlichen Primaten haben sich die Forscher der aktuellen Lehre angeschlossen, die besagt, dass ein Zytokinsturm aus einer schwer infizierten Lunge zu einer Herzfunktionsstörung führt.

Über das Studium

In der aktuellen Studie verwendeten die Forscher Interferon-induziertes Transmembranprotein 3 (IFITM3) defiziente Knockout (KO)-Mäuse. Sie infizierten sie mit einem im Labor hergestellten rekombinanten Influenzavirus, das für die Replikation in Kardiomyozyten abgeschwächt wurde, aber in der Lunge vollständig replikationsfähig war. Sie infizierten auch Wildtyp (WT)-Mäuse mit dem rekombinanten Virus und verfolgten seine allgemeine Pathogenität.

Sie erreichten eine Kardiomyozyten-Abschwächung durch den Einbau von zwei Kopien von Zielsequenzen für muskelspezifische (hier Kardiomyozyten) miRNAs, miR133b und miR206, in das Nukleoprotein (NP)-Gensegment des Influenzavirus. Sein Einbau unterdrückte die Replikation von Ziel-RNAs und deren nachfolgenden Abbau. Die Verwendung des NP-Gensegments ermöglichte die Erzeugung rekombinanter Viren bei gleichzeitiger Einschränkung von Reversionsmutanten.

Die Forscher verwendeten den Influenzavirusstamm A / Puerto Rico / 8/1934 (H1N1) (PR8) zur Erzeugung des rekombinanten Virus PR8-miR133b / 206. Dieser Stamm ist ein pathogenes Maus-adaptiertes (MA) Virus, das sich von der Lunge zu den Herzen von IFITM3 KO-Mäusen und den mit dem Kontrollvirus PR8-miRctrl infizierten Kontrollmäusen ausbreitet.

Darüber hinaus entnahm das Team 10 Tage nach der Infektion die Herzen von WT- und IFITM3-KO-Mäusen. Sie verwendeten Massons Trichrom-Färbung, um eine histologische Analyse der Fibrose durchzuführen. Ebenso untersuchten sie Anzeichen einer Herzschädigung, indem sie Blutspiegel des herzspezifischen Isoenzyms Kreatinkinase (CK-MB) maßen.

Studienergebnisse

Sowohl die rekombinanten als auch die Kontrollviren hatten nahezu ähnliche Replikationskapazitäten in Abwesenheit eines spezifischen miRNA-Targetings. PR8-miR133b/206 war in Zellen der Maus-Myoblasten-Zelllinie C2C12 deutlich abgeschwächt, was darauf hindeutet, dass das Targeting durch die miRNAs 133b und 206 die Infektion von Myoblasten stark einschränkt. Insgesamt war das neue rekombinante Virus in Kardiomyozyten infektiös, replikationskompetent, jedoch abgeschwächt.

Die mit dem rekombinanten Virus (PR8-miR133b/206) infizierten Mäuse wiesen signifikant reduzierte Herzvirustiter auf, was die kardiale Abschwächung der Virusreplikation bestätigt. Umgekehrt replizierte sich dieses Virus in der Lunge und verursachte eine systemische Entzündung und Gewichtsverlust, vergleichbar mit dem Kontrollvirus (PR8-miRctrl). Bemerkenswerterweise verloren die IFITM3-KO-Mäuse mit erhöhter Krankheitsschwere bei Infektionen mit beiden Viren signifikant mehr Gewicht als WT-Mäuse.

Sowohl die rekombinanten Viren als auch die Kontrollviren induzierten ähnliche Ausmaße an von der Lunge stammender Entzündung. Dementsprechend wies eine zusätzliche Kohorte von IFITM3-KO-Mäusen, die mit PR8-miRctrl- oder PR8-miR133b/206-Viren infiziert waren, ähnliche Serum-Zytokinspiegel auf. Ein Multiplex-Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) zeigte die gleichen Serumspiegel von Interleukin-6 (IL-6), IL-8, Tumornekrosefaktor – α (TNFα) und Interleukin (IL) -1β bei mit beiden infizierten Mäusen Viren. Darüber hinaus verursachte das miRNA-gerichtete rekombinante Virus weniger fibrotische Läsionen und Herzrhythmusstörungen bei IFITM3-KO-Mäusen. In ähnlicher Weise waren fibrotische Läsionen in WT-Proben minimal. Somit korrelierte die Herzabschwächung mit geringerer Herzmuskelschädigung und Fibrose nach einer Infektion.

Während beide Infektionen bei IFITM3-KO-Mäusen tödlich verliefen, erholten sich alle WT-Mäuse von Infektionen mit beiden Viren. Obwohl die virale Replikation in Kardiomyozyten zur Letalität bei IFITM3-KO-Mäusen beiträgt, ist eine Kardiomyozyteninfektion nicht die einzige Todesursache. Insgesamt entkoppelten rekombinante Viren die Auswirkungen der systemischen Lungenentzündung von der Influenza-assoziierten Herzfunktionsstörung.

Schlussfolgerungen

Die Studie zeigte, dass eine mit Influenza in Zusammenhang stehende Herzpathologie eine direkte Virusreplikation im Herzen erforderte. Mehrere Schlüsselfragen müssen noch beantwortet werden, wie zum Beispiel der Mechanismus, der die Virusausbreitung vom primären Infektionsort zum Herzen oder zu anderen extrapulmonalen Stellen steuert. Das Verständnis der direkten und indirekten Wirkungen von Atemwegsviren in extrapulmonalen Geweben wird für die Bekämpfung dieser pathologischen Erkrankungen entscheidend bleiben. Noch wichtiger ist, dass das Erlernen der klinischen Manifestationen einer Influenzavirus-induzierten Herzinfektion beim Menschen von entscheidender Bedeutung ist, insbesondere bei Personen, die schädliche IFITM3-Einzelnukleotid-Polymorphismen tragen.

Zeitschriftenreferenz:

  • Adam D. Kenney, Stephanie L. Aron, Clara Gilbert, Naresh Kumar, Peng Chen, Adrian Eddy, Lizhi Zhang, Ashley Zani, Nahara Vargas-Maldonado, Samuel Speaks, Jeffrey Kawahara, Parker J. Denz, Lisa Dorn, Federica Accornero, Jianjie Ma, Hua Zhu, Murugesan VS Rajaram, Chuanxi Cai, Ryan A. Langlois, Jacob S. Yount, Influenzavirus-Replikation in Kardiomyozyten treibt Herzfunktionsstörungen und Fibrose voran. Wissenschaftliche Fortschritte. doi: 10.1126 / sciadv.abm5371 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm5371

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