SARS-CoV-2 mostra tropismo oculare ed è in grado di causare problemi alla vista

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Un nuovo studio che ha coinvolto ricercatori della Corea del Sud e dell’Australia ha convalidato che non solo SARS-CoV-2 mostra tropismo oculare ed è in grado di raggiungere gli occhi dell’ospite in vari modi, ma causa anche problemi alla vista.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista peer reviewed: Nature Communications.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-35225-1

Uno studio precedente ha evidenziato il neurotropismo di SARS-CoV-2 e suggerito la necessità di identificare la via dell’invasione virale nel cervello 39. I nervi olfattivi formano fasci che forniscono una connessione anatomica tra il cervello e il passaggio nasale attraverso i forami nella lamina cribriforme e le sinapsi sui glomeruli nel bulbo olfattivo 40.

Inoltre, i rami V1 (oftalmico) e V2 (mascellare) di TN (Fig. 5c) innervano sia le regioni respiratorie che quelle olfattive del passaggio nasale, collegando il cervello 41,42. Sebbene l’infezione e la trasmissione di SARS-CoV-2 attraverso i nervi olfattivi siano state dimostrate da diversi gruppi di ricerca26,27,43, quelle del TN restano da chiarire.

Sulla base dei dati ottenuti da un paziente con COVID-19 che soffriva di nevralgia del trigemino, è stata suggerita nell’uomo un’invasione neuronale tramite TN 44. In questo studio, abbiamo dimostrato che la TN può essere infettata da SARS-CoV-2 e utilizzata per trasmettere il virus al cervello e agli occhi, insieme all’ON.

Poiché il dotto nasolacrimale fornisce una connessione anatomica tra la superficie oculare e il tratto respiratorio45, la diffusione del virus agli occhi potrebbe essersi verificata attraverso il dotto nasolacrimale e non i neuroni. Sebbene abbiamo utilizzato l’infezione IT per prevenire la trasmissione precoce agli occhi attraverso il dotto nasolacrimale (Fig. 4), i virus della progenie post-inoculazione possono spostarsi verso gli occhi attraverso il dotto nasolacrimale in seguito alla replicazione virale nei polmoni, che non è stata studiata in questo studio.

Sono giustificati ulteriori studi sulla replicazione virale nel tratto respiratorio superiore in condizioni che smettono di diffondersi agli occhi attraverso il dotto nasolacrimale.

Un recente studio clinico ha rivelato che i pazienti con COVID-19 mostravano lesioni allo strato delle cellule gangliari e allo strato plessiforme interno in entrambi gli occhi46. Inoltre, un altro studio clinico ha riportato che i pazienti presentavano emorragie a forma di fiamma lungo le arcate vascolari retiniche ed emorragie retiniche periferiche 47.

La rottura della barriera emato-retinica può causare l’infiltrazione delle cellule immunitarie e l’accumulo anormale di liquidi all’interno della retina a seguito di un aumento dello spessore retinico 48. In questo studio, abbiamo osservato l’infiltrazione delle cellule immunitarie nello strato nucleare interno e nello strato delle cellule gangliari, ma non c’era anche un marcato aumento dello strato nucleare esterno insieme all’aumento generale dello spessore della retina nei topi con infezione da SARS-CoV-2 IN (Fig. 2a, c e Fig. 5 supplementare).

Gli aumenti negli strati retinici vicini possono essere dovuti all’accumulo di liquido extracellulare risultante dalla rottura della barriera emato-retinica nel plesso vascolare retinico profondo 49. Assumiamo quindi che sia l’accumulo anomalo di liquido all’interno della retina sia l’infiltrazione delle cellule immunitarie potrebbero essere coinvolti nell’aumento dello spessore della retina dopo l’infezione da SARS-CoV-2 in questo modello animale.

L’infiammazione retinica, diagnosticata sulla base della retinite, può verificarsi in seguito all’invasione diretta o indiretta di agenti patogeni come il citomegalovirus 50, il virus chikungunya 51 e il virus del Nilo occidentale 52. Quando la retinite coinvolge la fovea o il disco ottico, può esacerbarsi fino alla riduzione o alla perdita della vista 53.

Inoltre, la visione offuscata era uno dei sintomi oculari più comuni nei pazienti con COVID-192. Pertanto, abbiamo scelto il Cliff test visivo, che è facile da eseguire in una struttura BSL-3, per valutare la riduzione o la perdita della vista dei topi con infezione da SARS-CoV-2 con sintomi oculari (Fig. 3b-d) come conseguenze funzionali dell’infiammazione retinica.

Sebbene il numero di topi con il primo piede sul lato del Cliff test non sia cambiato, la latenza per smontare è aumentata nei topi infetti con sintomi oculari. Riteniamo che ciò possa essere dovuto all’offuscamento della vista a causa della secrezione oculare. Nonostante la maggiore latenza, i topi erano ancora in grado di vedere il bordo e muoversi verso il lato sicuro della panchina.

Considerando che l’infezione virale, compresa quella causata da SARS-CoV-2, può causare manifestazioni oculari nell’uomo, diversi studi hanno studiato la diffusione dei virus ai tessuti oculari. I virus dell’influenza all’interno del sottotipo H7 mostrano tropismo oculare e utilizzano gli occhi come via di ingresso, il che è stato confermato dalla somministrazione del virus sulla superficie corneale nei furetti 54.

Sebbene Imai et al. hanno introdotto una combinazione delle vie IN e oculare per l’inoculazione di SARS-CoV-2, hanno rilevato un virus infettivo nei tessuti palpebrali dei criceti siriani36. In questo studio, abbiamo esaminato la diffusione di SARS-CoV-2 nei tessuti oculari dopo l’infezione IN e valutato se la via dell’infezione può essere invertita somministrando il virus agli occhi.

I nostri dati suggeriscono l’unidirezionalità della via infettiva, dai polmoni agli occhi, in questi modelli animali in cui ACE2 era espresso nelle cornee degli occhi (Figure complementari 9, 10). In particolare, i carichi virali dei globi oculari erano relativamente bassi e scomparivano nel tempo, suggerendo l’assenza di proliferazione virale negli occhi (Fig. 4c). Particelle virali infettive non sono state rilevate negli occhi dei criceti siriani dopo l’infezione da ED a 6 dpi (Fig. 6d).

L’analisi prolungata dei livelli di RNA virale a seguito di infezione da ED nei polmoni, cervello, globi oculari, TN e ON di topi K18-hACE2 e criceti siriani a 3, 6, 9 e 12 dpi ha rivelato che l’infezione di basso livello di TN e ON a 3 e 6 dpi non ha portato a infezioni cerebrali nel tempo. Non vi è stata perdita di peso di topi con infezione da ED fino a 18 dpi e di criceti con infezione da ED fino a 12 dpi (Figura 11 supplementare).

Questa unidirezionalità della via infettiva può essere dovuta alla formazione del film lacrimale e all’ammiccamento. Il film lacrimale svolge un ruolo importante nel sistema immunitario innato degli occhi per la protezione contro potenziali agenti patogeni, inclusi lisozima, lattoferrina, immunoglobulina secretoria A e complemento prodotto nella ghiandola lacrimale 55.

È noto che il lisozima conferisce attività anti-HIV 56. La lattoferrina può agire come detergente cationico e disgregare la membrana cellulare di alcuni batteri, funghi e virus 57. L’immunoglobulina secretoria A impedisce probabilmente l’adesione del patogeno alle cellule ospiti, bloccando ulteriori infezioni virali a livello della mucosa superfici 58, ed è chemiotattico per i neutrofili fagocitici 59.

I fattori del complemento funzionalmente attivi nelle lacrime sono coinvolti nelle risposte infiammatorie acute, contribuendo alla difesa innata contro i patogeni 60. Pertanto, i componenti antimicrobici nel film lacrimale potrebbero fornire un ambiente immunologico e protettivo contro le infezioni virali. Inoltre, l’atto di lampeggiare fornisce non solo protezione fisica dai contaminanti esterni, ma aiuta anche nel drenaggio del film lacrimale dal punto lacrimale 61.

Studi clinici hanno riportato che il tempo necessario per la manifestazione oculare variava da 15 giorni a due mesi dopo l’insorgenza dell’infezione o dei sintomi 8,62. Inoltre, Colavita et al. rilevato RNA virale nei tamponi oculari con valori di Ct inferiori a quelli nei tamponi nasali di un paziente con COVID-19 che soffriva di manifestazioni oculari tra 21 e 27 giorni dall’insorgenza dei sintomi 63.

È interessante notare che hanno anche isolato virus vivi competenti per la replicazione direttamente dal fluido oculare raccolto dal paziente. Coerentemente con i risultati di questi studi clinici, nei globi oculari sono state rilevate copie virali somministrate con IN e IT, che sono aumentate in modo dipendente dal tempo (Fig. 4c).

In sintesi, la manifestazione oculare e l’infiammazione retinica sono state promosse dall’infezione da SARS-CoV-2 nel modello murino, che ha aumentato la produzione di citochine. Il virus si diffonde dai polmoni al cervello e agli occhi attraverso una rete costituita da TN e ON. Questo tropismo oculare è stato osservato anche nei criceti siriani selvatici. Tuttavia, l’insorgenza dell’infiammazione oculare da parte di un’infezione virale degli occhi e la sua rilevanza clinica rimangono sconosciute e richiedono ulteriori indagini.

Insieme al sistema respiratorio, gli occhi e il TN dovrebbero essere considerati sistemi di organi sensibili alla SARS-CoV-2. I nostri dati aumentano la consapevolezza sui disturbi mediati da infezioni oculari e neuronali oltre alle malattie respiratorie, che aiuteranno a progettare strategie di trattamento per i pazienti con COVID-19.


Le infezioni virali respiratorie rappresentano la causa più comune di malattia acuta e visite mediche negli Stati Uniti, con malattie che vanno da lievi sintomi simil-influenzali a polmonite potenzialmente letale (1). Le caratteristiche condivise tra i principali virus associati alle malattie respiratorie umane includono l’elevata trasmissibilità, la distribuzione globale, i siti di infezione della mucosa e diversi sintomi sovrapposti.

Mentre l’infezione umana da virus respiratori generalmente causa una malattia acuta ma transitoria e risolutiva del tratto respiratorio superiore, è possibile la progressione verso una malattia respiratoria inferiore, specialmente tra individui con sistema immunitario compromesso o altre comorbilità. 

I virus respiratori si diffondono tipicamente per inalazione di aerosol contenenti virus espulsi da individui infetti o per contatto diretto o indiretto con fomiti contaminati da virus sulle superfici ambientali (1, 2).

Tuttavia, gli epiteli dell’occhio umano rappresentano un’ulteriore superficie mucosa che è analogamente esposta ad aerosol infettivi e fomiti contaminati (3, 4). I virus generalmente considerati patogeni respiratori sono comunque in grado di causare complicazioni oculari in soggetti infetti e di instaurare un’infezione respiratoria a seguito di esposizione oculare (Tabella 1). 

È importante tenere presente che il nostro uso di “virus respiratori” in questa recensione comprende una vasta gamma di agenti patogeni, di cui la malattia oculare è solo una delle molte potenziali complicanze.

Tabella 1

Principali virus respiratori noti per causare malattie oculari nell’uomo

VirusSottotipi aTropismo nell’uomoMalattia oculare nell’uomoRiferimenti)
AdenovirusSpecie DOculareFrequentemente associato a cheratocongiuntivite epidemica5–7
Specie B, C, ERespiratorioCongiuntivite follicolare acuta semplice occasionale o febbre congiuntivale faringea1, 8
Influenza virusH7OculareCongiuntivite9, 10
H1, H3, H5RespiratorioComplicanze oculari rare ma documentate1, 11, 12
Virus respiratorio sincizialeQUELLORespiratorioRapporti occasionali di congiuntivite in concomitanza con malattie respiratorie13–16
CoronavirusNL63RespiratorioRare segnalazioni di congiuntivite17, 18
SARSRespiratorioNon riportato19
RinovirusQUELLORespiratorioComplicanze oculari rare ma documentate20–22
Metapneumovirus umanoQUELLORespiratorioComplicanze oculari rare ma documentate23, 24

a NA, non applicabile (indica che non vi è alcuna associazione con un dato sottotipo/sierotipo con complicanze oculari nell’uomo).

Nonostante la vicinanza anatomica tra i tessuti oculari e respiratori e le segnalazioni documentate di malattie oculari a seguito di infezione con i virus respiratori più noti nell’uomo, gli studi sui patogeni respiratori e il loro ruolo nelle malattie oculari sono stati sottorappresentati in letteratura.

La nostra conoscenza è incompleta per quanto riguarda le proprietà che conferiscono un tropismo oculare a particolari virus respiratori o sottoinsiemi di virus e i meccanismi che consentono all’esposizione oculare a patogeni virali di causare un’infezione respiratoria. Per controllare e trattare in modo appropriato la malattia che si presenta con complicanze oculari, è fondamentale una comprensione più rigorosa della relazione tra lo sviluppo dei sintomi oculari e le malattie respiratorie. Nelle sezioni seguenti, presentiamo una sintesi dei risultati oculari a seguito di infezione da virus respiratorio nell’uomo e le attuali innovazioni nella modellazione di laboratorio che consentiranno una maggiore analisi delle proprietà che governano il tropismo del virus.

COLLEGAMENTI ANATOMICI E DEL RECETTORE OSPITANTE TRA SISTEMI OCULARI E RESPIRATORI

Esistono diverse proprietà che consentono all’occhio di fungere sia da potenziale sito di replicazione del virus sia da gateway per il trasferimento del virus a siti extraoculari per stabilire un’infezione respiratoria. Ciò è ottenuto principalmente dal sistema nasolacrimale, che fornisce un ponte anatomico tra i tessuti oculari e respiratori (Fig. 1) (4, 25).

Il dotto lacrimale raccoglie il liquido lacrimale dalla superficie oculare e lo trasporta al meato inferiore del naso, facilitando il drenaggio del virus dai tessuti oculari a quelli del tratto respiratorio in modo indipendente dalla replicazione, fungendo quindi da condotto per lo scambio di fluidi contenenti virus tra questi siti (3, 26-28).

Quando viene posizionato sull’occhio, il liquido può essere assorbito dalla congiuntiva, dalla sclera o dalla cornea, ma la maggior parte del liquido viene drenata nello spazio nasofaringeo o inghiottita; è anche possibile l’assorbimento del liquido lacrimale attraverso il rivestimento epiteliale del dotto lacrimale (29). Ciò consente il drenaggio degli agenti immunizzanti nel tessuto nasale dopo la somministrazione topica oculare, nonché la diffusione delle soluzioni somministrate per via intranasale alla superficie della mucosa congiuntivale (28, 30).

Il rivestimento delle cellule epiteliali del dotto nasolacrimale con microvilli consente inoltre sia la secrezione che il riassorbimento dei componenti del liquido lacrimale (31). Il collegamento del sistema immunitario della mucosa oculare (composto da congiuntiva, cornea, ghiandole lacrimali e sistema di drenaggio lacrimale) con il tessuto linfoide associato alla cavità nasale nei dotti nasolacrimali supporta ulteriormente l’interdipendenza immunologica tra i tessuti del tratto oculare e respiratorio (28).

Nonostante la presenza di peptidi antimicrobici presenti nel film lacrimale, numerosi agenti virali sono stati rilevati nel liquido lacrimale di individui sintomatici, cronici e asintomatici (4, 32-36), sottolineando il potenziale coinvolgimento oculare a seguito di infezione da virus respiratorio.

Fig 1
Distribuzione degli acidi sialici nei tessuti del tratto respiratorio e oculare umano. Sono raffigurati i componenti principali dei tessuti oculari e respiratori umani, con i glicani predominanti legati a α2-6 e/o α2-3 espressi su cellule epiteliali identificate dove note (vedere riferimenti 37 e 3). Mentre questi acidi sialici sono prevalentemente impiegati da adenovirus e virus dell’influenza, nel testo vengono discussi ulteriori recettori cellulari e i virus che li utilizzano.

Oltre al collegamento anatomico dei tessuti del tratto oculare e respiratorio, la struttura e la distribuzione dei recettori cellulari in questi sistemi probabilmente contribuiscono al tropismo tissutale dei virus respiratori. Le glicoproteine ​​​​delle cellule epiteliali dell’ospite recanti acidi sialici terminali (SA) sono distribuite in tutto il tratto respiratorio umano e nel tessuto oculare (Fig. 1) (rivisto nel riferimento 37) e fungono da recettore cellulare per diversi virus respiratori.

Nell’uomo, gli SA legati all’α2-6 dominano nella mucosa nasale e nella trachea, mentre gli SA legati all’α2-3 si trovano in maggiore abbondanza nei tessuti del tratto respiratorio inferiore e nel tessuto oculare (37-39). È interessante notare che l’epitelio del sacco lacrimale umano e del dotto nasolacrimale, che collega i tessuti oculari e respiratori, esprime una diversa varietà di siti di legame della lectina, inclusi entrambi i tipi di SA; Gli SA legati ad α2-6 sono stati rilevati su entrambe le cellule epiteliali e caliciformi del dotto lacrimale, e gli SA legati ad α2-3 sono limitati alle cellule epiteliali (31). Mentre il collegamento SA terminale rappresenta un determinante critico del tropismo tissutale e della gamma di ospiti per i virus influenzali, anche la composizione degli zuccheri interni del recettore del glicano può influenzare la specificità del recettore (40, 41).

Il modello di distribuzione del recettore cellulare nei tessuti del tratto oculare e respiratorio concorda generalmente con il tropismo di numerosi virus respiratori. I virus dell’influenza umana preferiscono l’SA legata all’α2-6 e, come tale, la loro replicazione è tipicamente limitata al tratto respiratorio superiore, mentre i virus dell’influenza aviaria legano preferenzialmente l’SA legata all’α2-3 e sono in grado di replicarsi efficacemente nel tessuto del tratto respiratorio inferiore, dove questi recettori sono più diffusi.

L’abbondanza di SA legata all’α2-3 sull’epitelio corneale e congiuntivale può governare parzialmente il tropismo osservato con sottotipi selezionati di virus dell’influenza, sebbene sia stato dimostrato che sia i virus dell’influenza umana che quelli dell’influenza aviaria possono legarsi al tessuto oculare umano, dimostrando che il legame del recettore la preferenza non è l’unica determinante di questa proprietà (3, 42).

Allo stesso modo, la distribuzione tissutale dei recettori cellulari può governare parzialmente il tropismo degli adenovirus (Ad). Generalmente, gli adenovirus che mostrano un tropismo respiratorio usano CD46, desmoglein-2 (DSG-2), o il coxsackievirus e il recettore dell’adenovirus (CAR) come recettore cellulare (43-45), mentre i sierotipi di adenovirus che mostrano un tropismo oculare usano α2- Glicani 3-linked SA e GD1a presenti sulla superficie oculare umana come recettori cellulari dell’ospite (46, 47), sebbene la distribuzione nel tessuto del pane di questi recettori indichi un ruolo per ulteriori determinanti del tropismo.

Inoltre, la posizione dell’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE2), il recettore cellulare per il coronavirus della sindrome respiratoria acuta grave (SARS), sul tessuto cardiaco e polmonare probabilmente contribuisce alla grave malattia respiratoria associata a questo virus (48-50). La continua identificazione dei recettori cellulari utilizzati dai virus respiratori consentirà una maggiore comprensione della permissività del tessuto oculare all’infezione con questi agenti (51). Collettivamente, sembra che la presenza di recettori permissivi possa contribuire al tropismo di un virus nel tessuto oculare, ma non impedisce ai virus respiratori di utilizzare l’occhio come portale di ingresso per ottenere il passaggio ai tessuti extraoculari per stabilire un’infezione produttiva.

Nonostante il corpo di lavoro che si è concentrato sulla comprensione della distribuzione dei recettori virali presenti sull’epitelio oculare, sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere meglio il contributo delle mucine oculari sialilate alla difesa dell’ospite di questi patogeni (3).

Sebbene vi sia una grande eterogeneità di mucine e peptidi secretori sintetizzati e secreti da regioni e tipi cellulari discreti all’interno della superficie oculare umana e dei dotti nasolacrimali (29), il potenziale contributo di questa distribuzione localizzata all’infezione virale non è ben compreso. L’identificazione delle differenze nella disposizione spaziale degli acidi sialici α2-3 e α2-6 sulle mucine oculari umane purificate evidenzia la potenziale importanza della distribuzione del recettore nella difesa antimicrobica della mucosa in questo tessuto (52).

L’esame della topologia strutturale e della lunghezza dei glicani superficiali presenti sul tessuto oculare umano può anche far luce sulle sottili differenze dei recettori presenti su questa superficie che influenzano il tropismo di determinati sottotipi di virus, come precedentemente dimostrato per i tessuti respiratori (40, 53). A causa della potenziale diffusione zoonotica di determinati virus respiratori all’uomo, è prudente estendere lo studio di queste proprietà a specie non umane rilevanti (54).

link di riferimento: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3591987/

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