Studie untersucht die Ursache von Lymphopenie bei COVID-19-Patienten

In einer kürzlich veröffentlichten Studie Forschungsplatz* Preprint-Server untersuchten die Forscher den zugrunde liegenden Mechanismus, der zu Thymusatrophie und anschließender Lymphopenie bei Patienten mit Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) führt.

Studien: SARS-CoV-2 und seine Varianten, aber nicht Omicron, induzieren eine schwere Thymusatrophie und eine beeinträchtigte T-Zell-Entwicklung. Bildnachweis: erhanyelekci / Shutterstock

Frühere Studien haben über eine dysregulierte T-Zell-Funktion und Lymphopenie bei COVID-19-Patienten berichtet. Die Literatur gibt jedoch kein Licht auf immunologische und pathologische Veränderungen im Thymus nach einer Coronavirus-2 (SARS-CoV-2)-Infektion nach dem schweren akuten respiratorischen Syndrom.

Der Thymus ist der primäre Ort der T-Zell-Entwicklung; Alterung, pathogene Infektionen, Mangelernährung, Krebs und hormonelle Veränderungen wirken sich auf seine Gesundheit aus, die durch seine Leistung definiert wird. Das periphere Entweichen von Thymozyten, ein Stillstand im Entwicklungsweg oder eine erhöhte Apoptose sind alle für eine Thymusatrophie aufgrund einer pathogenen Infektion verantwortlich.

Über das Studium

In der aktuellen Studie infizierten die Forscher Hamster oder humane Angiotensin-Converting-Enzyme-2 (hACE2)-Tg-transgene Mäuse intranasal mit 105 PFU von lebendem SARS-CoV-2. Das virale Inokulum für Hamster und Mäuse betrug 100 &mgr;l für Hamster und 50 &mgr;l für hACE2-Tg-Mäuse. Die Kontrollgruppe erhielt Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) anstelle des lebenden Virus, und unbelastete Tiere erhielten Injektionen mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS).

Von einem Tag vor der Virusbelastung bis zum dritten Tag nach der Infektion erhielten die Tiere der Testgruppe eine subkutane (sc) Injektion von Remdesivir (RDV) mit 25 mg/kg Körper, und die Tiere der Kontrollgruppe erhielten PBS-Injektionen.

Sie verwendeten einen Anti-Maus-Interferon-Gamma (IFNγ)-Antikörper zur IFN-γ-Neutralisierung in einer Dosierung von 10 mg/kg Körpermasse zu zwei Zeitpunkten am Tag vor der SARS-CoV-2-Provokation und zwei Tage nach der Provokation intraperitoneale Injektionen. Die Kontrollgruppe erhielt nur Immunglobulin-G-Antikörper.

Das Team notierte die Körpermasse der Tiere täglich nach der Herausforderung. Ebenso opferten sie sechs Tiere sowohl aus der Test- als auch aus der Kontrollgruppe, und ihre Thymusdrüse wurde entnommen und auf grobe morphologische Veränderungen untersucht.

Die Forscher analysierten Thymusschnitte mittels Immunfluoreszenzmikroskopie auf Nukleokapsid (N)-Protein. Ein ausgebildeter Pathologe bewertete mit Hämatoxylin und Eosin (H&E) gefärbte Schnitte auf einer Skala von 0–5, wobei eine Bewertung von 5 das höchste pathologische Merkmal anzeigte. Sie führten auch eine Immunphänotypisierung menschlicher peripherer mononukleärer Blutzellen (PBMCs) durch.

Das Team isolierte auch Ribonukleinsäure (RNA) aus homogenisierten Thymuszellen, transkribierte diese revers in komplementäre Desoxyribonukleinsäure (cDNA) und führte eine quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) durch. Sie verwendeten das geklonte Transkript (als Vorlage) zur Erstellung einer Standardkurve, um die Kopienzahl der SARS-CoV-2-N-Gen-RNA abzuschätzen. Die Forscher verwendeten die Trypan-Blau-Ausschlussmethode, um die Anzahl lebender Zellen aus Thymus und Lymphknoten zu bestimmen.

Die Forscher verglichen und analysierten die Ergebnisse von Thymus und Körpermasse, Genexpression und ELISA-Ergebnissen (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) unter Verwendung von Einweg-ANOVA oder Zweiweg-ANOVA.

Studienergebnisse

Die mit dem SARS-CoV-2-Stamm Wuhan-Hu 1 infizierten hACE2-Tg-Mäuse entwickelten eine ausgeprägte Thymusatrophie mit sieben- bis achtfach reduzierter Größe und hielten in erster Linie die sich entwickelnden Thymozyten im doppelt-negativen 1 (DN1)-Stadium an. Darüber hinaus führte die SARS-CoV-2-induzierte Thymozyten-Apoptose interessanterweise zu einem erhöhten Zelltod.

Die qPCR-Daten zeigten das Vorhandensein von SARS-CoV-2 N-Gen-RNA in allen Zellsubpopulationen von Thymozyten. Die Immunfluoreszenzmikroskopie wies auch das Vorhandensein von Viren in den Zellkompartimenten von Thymozyten nach. Die Untersuchung konnte jedoch den genauen Mechanismus des Eintritts von SARS-CoV-2 in die Thymozyten nicht identifizieren.

Daher spekulierten die Autoren, dass entweder infizierte Vorläufer-T-Zellen in den Thymus wanderten und so die Infektion verbreiteten, oder ob das Virus durch direkte Beschlagnahme in den Thymus wanderte.

Bemerkenswerterweise induzierte IFN-γ adäquat Thymusatrophie, da die Neutralisierung von IFN-γ durch neutralisierende monoklonale Antikörper die Thymusatrophie rettete. Im Gegensatz dazu spielten Interleukin 17 (IL-17), IL-4, Granzym B (GzB) und Perforin-1 (Prf-1) eine begrenzte Rolle bei der durch SARS-CoV-2 induzierten Thymusatrophie. Interessanterweise rettete die antivirale RDV-Therapie Mäuse effektiv vor SARS-CoV-2-bedingter Thymusatrophie.

Darüber hinaus verursachte nicht Omicron, sondern Delta eine schwere Thymusatrophie, die bei Delta-infizierten Mäusen schlimmer war als der angestammte Stamm, mit einer stark beeinträchtigten T-Zell-Entwicklung.

Die anti-SARS-CoV-2 monoklonale P4A2 neutralisierende Antikörper-basierte Therapie, die in einem frühen Stadium der Infektion eingeleitet wurde, trug dazu bei, die Thymuspathologie zu hemmen und das infizierte Tier zu retten, indem der T-Zell-Entwicklungsweg wiederhergestellt wurde.

Schlussfolgerungen

Insgesamt zeigte die Studie, dass Thymus-Dysregulation und Thymus-Atrophie SARS-CoV-2-bedingte Lymphopenie und Veränderungen des Repertoires der peripheren T-Zell-Rezeptoren (TCR) verursachen. Da Thymusatrophie zum Verlust des peripheren TCR-Repertoires führt, könnten die Studienergebnisse das Verständnis dafür verbessern, wie die T-Zell-Reaktion während COVID-19 reduziert wurde, und zur Entwicklung neuer Impfstoffkandidaten beitragen.

* Wichtiger Hinweis

Research Square veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die keiner Peer-Review unterzogen wurden und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, die klinische Praxis / gesundheitsbezogenes Verhalten leiten oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

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