L’infezione da SARS-CoV-2 persiste nel corpo umano e nel cervello

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Un gruppo di studio degli Stati Uniti NIH e US NIAID ha scoperto che l’RNA SARS-CoV-2 rimane attivo e persiste in vari siti anatomici, incluso il cervello.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista peer reviewed: Nature.
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05542-y

Qui forniamo, a nostra conoscenza, l’analisi più completa fino ad oggi del tropismo cellulare, della quantificazione e della persistenza di SARS-CoV-2 in tutto il corpo umano compreso il cervello. La nostra attenzione su brevi intervalli post mortem, un approccio standardizzato completo alla raccolta dei tessuti, la dissezione del cervello prima della fissazione, la conservazione del tessuto in RNA successivamente e il congelamento rapido del tessuto fresco ci hanno permesso di rilevare e quantificare i livelli di RNA SARS-CoV-2 con alta sensibilità mediante ddPCR e ISH, oltre a isolare il virus nella coltura cellulare da più tessuti non respiratori compreso il cervello, che sono notevoli differenze rispetto ad altri studi.

Mostriamo che SARS-CoV-2 si diffonde precocemente nell’infezione in alcuni pazienti, con un carico virale significativamente più elevato nei tessuti respiratori rispetto a quelli non respiratori. Abbiamo dimostrato la replicazione del virus in più siti non respiratori durante le prime due settimane successive all’insorgenza dei sintomi e abbiamo rilevato l’RNA subgenomico in almeno un tessuto in 14 dei 27 casi oltre D14, indicando che la replicazione virale può verificarsi nei tessuti non respiratori per diversi mesi.

Mentre altri hanno proposto che il rilevamento di SARS-CoV-2 nei tessuti non respiratori potrebbe essere dovuto al sangue residuo all’interno dei tessuti 8,18 o alla contaminazione incrociata dai polmoni durante l’approvvigionamento dei tessuti 8, i nostri dati indicano il contrario.

Nello specifico, solo 12 dei nostri casi presentavano RNA SARS-CoV-2 rilevabile in un campione di plasma perimortem, solo 2 casi presentavano RNA subgenomico SARS-CoV-2 rilevato nel plasma e un RNA trascurabile, se presente, è stato rilevato nel sangue periferico mononucleare in banca cellule da casi rappresentativi.

Inoltre, abbiamo convalidato il rilevamento di SARS-CoV-2 al di fuori delle vie respiratorie mediante identificazione cellulare diretta del virus nelle cellule tramite ISH, IHC e IF, isolamento di SARS-CoV-2 mediante coltura cellulare e rilevamento di SARS-CoV-2 distinto varianti della sequenza di spike in siti non respiratori.

Altri hanno precedentemente segnalato l’RNA SARS-CoV-2 all’interno del cuore, dei linfonodi, dell’intestino tenue e della ghiandola surrenale6,8,9,10,11,12,18. Replichiamo questi risultati e dimostriamo in modo conclusivo che SARS-CoV-2 è in grado di infettare e replicarsi all’interno di questi e molti altri tessuti, compreso il cervello.

In particolare, riportiamo il recupero di SARS-CoV-2 competente per la replicazione dal talamo di P38 a D13 utilizzando una linea cellulare Vero E6 modificata che esprime stabilmente ACE2 e TMPRSS2. Questo, insieme al rilevamento dell’RNA genomico e dell’RNA subgenomico tramite PCR, molteplici modalità di imaging che mostrano l’RNA e la proteina SARS-CoV-2 all’interno delle cellule del SNC e varianti minori distinte rilevate attraverso il sequenziamento nel SNC dimostrano definitivamente che SARS-CoV-2 è in grado di infettare e replicare all’interno del cervello umano.

HT-SGS del picco SARS-CoV-2 dimostra popolazioni virali omogenee in molti tessuti, rivelando anche varianti virali informative in altri. La bassa diversità intra-individuale delle sequenze SARS-CoV-2 è stata osservata frequentemente in studi precedenti 19,20,21 e probabilmente si riferisce al tasso di mutazione intrinseco del virus e alla mancanza di pressione immunitaria precoce per guidare l’evoluzione del virus.

È importante notare che il nostro approccio HT-SGS ha sia un’elevata accuratezza che un’elevata sensibilità per le varianti minori all’interno di ciascun campione, rendendo altamente affidabili i risultati di una bassa diversità virale 22. Compartimentazione genetica di SARS-CoV-2 tra respiratorio e non tessuti respiratori in diversi individui supporta la replicazione indipendente del virus in questi siti, sebbene la mancanza di compartimentazione tra i siti non escluda la replicazione indipendente del virus.

Notiamo diversi casi in cui sequenze di picchi di virus derivati ​​dal cervello hanno mostrato cambiamenti non sinonimi rispetto a sequenze di altri tessuti non CNS. Saranno necessari ulteriori studi per capire se questi casi potrebbero rappresentare un seeding stocastico del SNC o una pressione selettiva differenziale sul picco di anticorpi antivirali nel SNC, come altri hanno suggerito23,24,25.

I nostri risultati mostrano che sebbene il carico più elevato di SARS-CoV-2 sia nei tessuti respiratori, il virus può diffondersi in tutto il corpo. Mentre altri hanno ipotizzato che questa disseminazione virale avvenga attraverso il traffico di cellule11 a causa di una mancata coltura di SARS-CoV-2 dal sangue3,26, i nostri dati supportano una fase viremica precoce, che semina il virus in tutto il corpo dopo l’infezione delle vie respiratorie tratto.

Il lavoro recente 26 in cui i virioni SARS-CoV-2 sono stati pellettati e ripresi dal plasma di pazienti con COVID-19 acuto supporta questo meccanismo di disseminazione virale. La nostra coorte è composta prevalentemente da casi gravi e infine fatali di COVID-19.

Tuttavia, due casi (P36 e P42) hanno riportato solo sintomi respiratori lievi o assenti e sono deceduti con, non da, COVID-19, ma avevano l’RNA SARS-CoV-2 ampiamente rilevato in tutto il corpo e nel cervello.

Inoltre, P36 era un giovane con una condizione neurologica sottostante, ma senza evidenza di sindrome infiammatoria multisistemica nei bambini, suggerendo che i bambini possono sviluppare un’infezione sistemica da SARS-CoV-2 senza sviluppare una risposta infiammatoria generalizzata.

Infine, il nostro lavoro inizia a chiarire la durata e le posizioni in cui l’RNA SARS-CoV-2 può persistere. Sebbene il tratto respiratorio fosse la sede più comune in cui persisteva l’RNA di SARS-CoV-2, ≥50% dei casi recenti presentava anche RNA persistente nel miocardio, nei linfonodi della testa e del collo e del torace, nel nervo sciatico, nel tessuto oculare , e in tutte le regioni campionate del SNC, ad eccezione della dura madre.

In particolare, pur avendo un RNA SARS-CoV-2 più di 100 volte superiore nei tessuti respiratori rispetto ai tessuti non respiratori nei primi casi, questa differenza è notevolmente diminuita negli ultimi casi. Una clearance virale meno efficiente nei tessuti non respiratori può essere correlata a differenze tessuto-specifiche nella capacità di SARS-CoV-2 di alterare il rilevamento cellulare dell’mRNA virale, interferire con la segnalazione dell’interferone o interrompere l’elaborazione e la presentazione dell’antigene virale27,28,29 . 

Comprendere i meccanismi con cui SARS-CoV-2 elude il rilevamento immunitario è essenziale per guidare i futuri approcci terapeutici per facilitare la clearance virale.

Abbiamo rilevato l’RNA subgenomico nel tessuto da oltre il 60% della coorte, incluso in più tessuti di un caso a D99. Sebbene l’RNA subgenomico sia generato durante la replicazione virale attiva, è meno definitivo della coltura cellulare nel dimostrare il virus competente per la replicazione perché l’RNA subgenomico è protetto da vescicole a doppia membrana che contribuiscono alla resistenza alla nucleasi e alla longevità oltre l’immediata replicazione virale 30,31,32, 33.

Tuttavia, i primati non umani esposti all’inoculo SARS-CoV-2 irradiato γ con un numero elevato di copie di RNA subgenomico attraverso più vie mucose avevano RNA genomico SARS-CoV-2 rilevabile ma livelli di RNA subgenomico non rilevabili nei campioni respiratori entro il giorno 1 dopo l’inoculazione 15.

Questi dati suggeriscono che il rilevamento dell’RNA subgenomico SARS-CoV-2 riflette probabilmente la recente replicazione virale.

Il rilevamento prolungato dell’RNA subgenomico in un sottoinsieme dei nostri casi può, tuttavia, rappresentare una replicazione virale difettosa piuttosto che produttiva, che è stata descritta nell’infezione persistente con il virus del morbillo – un altro virus a RNA con involucro a filamento singolo – nei casi di panencefalite sclerosante subacuta 34.

Il nostro studio ha diverse importanti limitazioni. In primo luogo, la nostra coorte rappresenta in gran parte individui non vaccinati più anziani con condizioni mediche preesistenti deceduti a causa di COVID-19 grave, limitando la nostra capacità di estrapolare i risultati a individui più giovani, più sani o vaccinati. In secondo luogo, i nostri casi si sono verificati durante il primo anno della pandemia, prima della diffusione diffusa delle varianti preoccupanti, e quindi i risultati potrebbero non essere generalizzabili alle varianti attuali e future di SARS-CoV-2.

Infine, sebbene sia allettante attribuire i risultati clinici osservati nelle sequele post-acute di SARS-CoV-2 alla persistenza virale, il nostro studio non è stato progettato per rispondere a questa domanda. Nonostante queste limitazioni, i nostri risultati migliorano sostanzialmente la comprensione della distribuzione cellulare e della persistenza di SARS-CoV-2 nel corpo umano e nel cervello e forniscono una solida motivazione per perseguire futuri studi simili per definire i meccanismi di persistenza e contributo di SARS-CoV-2 al post – sequele acute di SARS-CoV-2.

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