В данном исследовании была создана мышиная модель повреждения легких, ассоциированного с COVID-19, посредством интраназального введения SARS-CoV-2 и LPS. Результаты показали, что совместное интраназальное введение SARS-CoV-2 и LPS вызывает выраженный воспалительный ответ, сопровождающийся подавлением сигналинга IFN-I. У мышей в модельной группе наблюдалась значительная потеря массы тела и увеличение индекса легких, что указывает на системное истощение и утяжеление поражения легких. Окрашивание гематоксилином и эозином (HE) дополнительно подтвердило, что в модельной группе наблюдалось типичное диффузное повреждение легких, характеризующееся нарушением структуры альвеол и обширной инфильтрацией воспалительными клетками. Кроме того, по сравнению с контрольной группой, в тканях легких модельной группы было выявлено значительное повышение экспрессии ключевых провоспалительных цитокинов, включая IL-6, IL-1β и TNF-α, тогда как уровни IFN-α и IFN-β были заметно снижены. Эти данные свидетельствуют о состоянии иммунного дисбаланса, характеризующемся избыточной активацией провоспалительных реакций при одновременном подавлении противовирусного иммунитета, что дополнительно подтверждает потенциальную ценность данной модели для воспроизведения иммунопатологических особенностей заболевания.
Инфекция SARS-CoV-2 считается основным движущим фактором развития повреждения органов, ассоциированного с COVID-1926,27. В данном исследовании в тканях легких мышей модельной группы была обнаружена высокая вирусная нагрузка, сопровождавшаяся выраженным диффузным повреждением легких и инфильтрацией воспалительных клеток, что свидетельствует о том, что вирусная инфекция может быть ключевым триггером легочного воспалительного ответа. Согласно предыдущим отчетам, инфекция SARS-CoV-2 может индуцировать патологические изменения в легких и иммунную активацию28; однако традиционные модели инфекции SARS-CoV-2 у мышей часто характеризуются ограниченным воспалительным ответом и могут не в полной мере воспроизводить гипервоспалительный фенотип, наблюдаемый у пациентов с COVID-1918,19,20. Следовательно, для более детального изучения механизмов иммунно-воспалительной дисрегуляции, связанной с заболеванием, может потребоваться дополнительная стимуляция врожденного иммунитета. LPS, прототипический активатор врожденного иммунитета, связывается с Toll-подобным рецептором 4 (TLR4) и запускает как MyD88-зависимые, так и TRIF-зависимые сигнальные пути, активируя тем самым ключевые воспалительные транскрипционные программы, такие как NF-κB, и индуцируя экспрессию множества провоспалительных цитокинов29. Предыдущие исследования также показали, что стимуляция LPS, как самостоятельно, так и в сочетании с компонентами, связанными с SARS-CoV-2, может усиливать воспалительные реакции и способствовать развитию фенотипов, напоминающих острое повреждение легких, что обосновывает использование LPS в качестве воспалительного стимула в исследованиях, связанных с COVID-1930,31,32. В настоящем исследовании в тканях легких модельной группы наблюдались значительно повышенные уровни IL-6, IL-1β и TNF-α, что позволяет предположить, что LPS функционирует как усилитель воспаления в контексте инфекции SARS-CoV-2, а не просто имитирует бактериальную коинфекцию. По сравнению с воспалительными моделями только на основе LPS, в которых отсутствует фон вирусной инфекции, комбинированная модель, созданная в данном исследовании, объединяет иммунные изменения, вызванные SARS-CoV-2, с LPS-опосредованной воспалительной активацией, обеспечивая тем самым более комплексную платформу для изучения повреждения легких, ассоциированного с COVID-19.
ИФН-I являются ключевыми эффекторными молекулами противовирусного иммунитета хозяина и осуществляют широкий спектр противовирусных функций, индуцируя большое количество интерферон-стимулированных генов (ISGs)33. Однако было показано, что SARS-CoV-2 противодействует сигнализации ИФН-I с помощью множества механизмов, включая вмешательство в передачу сигнала, опосредованную рецепторами распознавания паттернов (PRR), подавление активации интерферон-регулирующего фактора (IRF) и блокирование нижестоящего пути JAK-STAT, что приводит к нарушению противовирусной защиты хозяина14,34. В данном исследовании в тканях легких модельной группы наблюдалось значительное снижение уровней ИФН-α и ИФН-β, что указывает на то, что при синергетическом воздействии вирусной инфекции и стимуляции LPS у хозяина наблюдалась не только избыточная воспалительная активация, но и сопутствующее подавление противовирусного иммунитета. Такая иммунная дисрегуляция считается одной из ключевых иммунологических характеристик развития и прогрессирования COVID-198. Таким образом, данная модель частично воспроизводит этот сложный патологический процесс, представляя собой ценный экспериментальный инструмент для дальнейшего изучения иммунной дисрегуляции, связанной с COVID-19, и для разработки соответствующих терапевтических мер.
Модель COVID-19 на мышах, разработанная в данном исследовании на основе комбинированного введения SARS-CoV-2 и LPS, способна воспроизводить ключевые особенности патологии заболевания, включая повышенный уровень провоспалительных цитокинов и подавление сигналинга IFN-I, тем самым частично имитируя иммунный дисбаланс, наблюдаемый при повреждении легких, ассоциированном с COVID-19. По сравнению с моделями однократного вирусного заражения, этот комбинированный подход включает экзогенный стимул врожденного иммунитета для усиления релевантных заболеванию воспалительных реакций, что позволяет изучать патологические процессы, связанные с чрезмерным воспалением и нарушением противовирусного иммунитета. Соответственно, данная модель может быть ценной для оценки потенциальных противовоспалительных, иммуномодулирующих и стратегий восстановления легких in vivo, особенно тех, которые направлены на коррекцию иммунной дисрегуляции, а не только на подавление репликации вируса.
Тем не менее, следует признать несколько ограничений данного исследования. Во-первых, LPS индуцирует воспаление преимущественно через активацию TLR4, что не в полной мере отражает сложные взаимодействия между вирусом и хозяином при клиническом течении COVID-19 и может изменять воспалительный ответ. Во-вторых, хотя на этапе предварительной оптимизации проводились сравнительные эксперименты с группами, получавшими только SARS-CoV-2 и только LPS, эти данные не включены в рукопись. Будущие исследования позволят более детально оценить индивидуальные и комбинированные эффекты SARS-CoV-2 и LPS, чтобы точнее определить вклад каждого компонента. В-третьих, данная модель разработана для воспроизведения ключевых иммунопатологических особенностей поражения легких, связанных с COVID-19, в частности иммунно-воспалительной дисрегуляции, а не полного естественного течения инфекции SARS-CoV-2. Наконец, несмотря на то, что доза SARS-CoV-2 и концентрация LPS были определены на основе предварительных оптимизационных экспериментов, различия в линиях мышей, вариантах вируса, методах тестирования и экспериментальных условиях могут повлиять на воспроизводимость модели и потребовать дополнительной валидации в различных исследовательских условиях. При оптимизированных условиях, описанных в данном протоколе, общий показатель успешности создания модели составил примерно 90%; однако этот показатель может варьироваться в зависимости от конкретных условий эксперимента. В будущих исследованиях эту модель можно будет дополнительно оптимизировать, используя различные варианты SARS-CoV-2, генетически модифицированные линии мышей или передовые методы иммунного профилирования, такие как одноклеточный транскриптомный анализ, чтобы лучше охарактеризовать взаимодействия вируса и хозяина и выявить терапевтические мишени. Эти усилия могут способствовать повышению трансляционной значимости данной модели для исследований COVID-19.