Riepilogo La funzione olfattiva compromessa è un sintomo comune di COVID-19, ma la sua eziologia è sconosciuta. Una questione chiave è se SARS-CoV-2 (CoV-2), l’agente causale di COVID-19, influisca direttamente sull’olfatto, infettando i neuroni sensoriali olfattivi o i loro bersagli nel bulbo olfattivo, o indirettamente, attraverso il disturbo delle cellule di supporto. Qui identifichiamo i tipi di cellule nell’epitelio olfattivo e nel bulbo olfattivo che esprimono molecole di ingresso cellulare SARS-CoV-2. Il sequenziamento massiccio ha dimostrato che il topo, i primati non umani e la mucosa olfattiva umana esprimono due geni chiave coinvolti nell’ingresso del CoV-2, ACE2 e TMPRSS2. Tuttavia, il sequenziamento di singole cellule ha rivelato che l’ACE2 è espresso nelle cellule di supporto, nelle cellule staminali e nelle cellule perivascolari, piuttosto che nei neuroni. L’immunocolorazione ha confermato questi risultati e ha rivelato un’espressione diffusa della proteina ACE2 nelle cellule supportate dall’epitelio olfattivo localizzate dorsalmente e nei periciti del bulbo olfattivo nel topo. Questi risultati suggeriscono che l’infezione da CoV-2 di tipi di cellule non neuronali porta ad anosmia e relative alterazioni nella percezione degli odori nei pazienti con COVID-19. |
Come il COVID-19 provoca la perdita dell’olfatto Harvard Medical School. Di Kevin Jiang
La perdita temporanea dell’olfatto, o anosmia, è il principale sintomo neurologico e uno dei primi e più comunemente segnalati indicatori di COVID-19. Gli studi suggeriscono che sia un migliore predittore di malattia rispetto ad altri sintomi ben noti come febbre e tosse, ma i meccanismi alla base della perdita dell’olfatto nei pazienti affetti da COVID-19 non sono chiari.
Ora, un team internazionale di ricercatori guidati da neuroscienziati della Harvard Medical School ha identificato i tipi di cellule olfattive nella cavità nasale superiore più vulnerabili all’infezione da SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19.
Sorprendentemente, i neuroni sensoriali che rilevano e trasmettono l’olfatto al cervello non sono tra i tipi di cellule vulnerabili.
In un rapporto pubblicato su Science Advances, il gruppo di ricerca ha scoperto che i neuroni sensoriali olfattivi non esprimono il gene che codifica per la proteina del recettore ACE2, che SARS-CoV-2 utilizza per entrare nelle cellule umane. Invece, l’ACE2 è espresso nelle cellule che forniscono supporto metabolico e strutturale ai neuroni sensoriali olfattivi, così come in alcune popolazioni di vasi sanguigni e cellule staminali.
I risultati suggeriscono che l’infezione di tipi di cellule non neuronali può essere responsabile dell’anosmia nei pazienti con COVID-19 e aiutano a orientare gli sforzi per comprendere meglio la progressione della malattia.
"I nostri risultati indicano che il nuovo coronavirus modifica il senso dell’olfatto nei pazienti non infettando direttamente i neuroni, ma influenzando la funzione delle cellule di supporto", ha affermato l’autore senior dello studio, Sandeep Robert Datta, professore associato di neurobiologia. presso l’Istituto Blavatnik dell’HMS.
Ciò implica che, nella maggior parte dei casi, è improbabile che l’infezione da SARS-CoV-2 danneggi in modo permanente i circuiti neurali olfattivi e causi anosmia persistente, ha aggiunto Datta, una condizione associata a una varietà di problemi di salute mentale. e sociali, in particolare depressione e ansia.
"Penso che sia una buona notizia, perché una volta che l’infezione si risolve, i neuroni olfattivi non sembrano aver bisogno di essere sostituiti o ricostruiti da zero", ha detto. "Ma abbiamo bisogno di più dati e di una migliore comprensione dei meccanismi sottostanti per confermare questa conclusione."
La maggior parte dei pazienti affetti da COVID-19 presenta un certo livello di anosmia, il più delle volte temporaneo. Le analisi delle cartelle cliniche elettroniche indicano che i pazienti con COVID-19 hanno 27 volte più probabilità di avere una perdita dell’olfatto, ma solo da 2,2 a 2,6 volte più probabilità di avere febbre, tosse o mancanza di respiro, rispetto ai pazienti senza COVID-19.
Alcuni studi hanno suggerito che l’anosmia nel COVID-19 differisce dall’anosmia causata da altre infezioni virali, inclusi altri coronavirus.
Ad esempio, i pazienti affetti da COVID-19 in genere recuperano il senso dell’olfatto nel corso di settimane, molto più velocemente dei mesi necessari per riprendersi dall’anosmia causata da un sottoinsieme di infezioni virali note per danneggiare direttamente i neuroni sensoriali olfattivi. .
Inoltre, molti virus causano una temporanea perdita dell’olfatto innescando problemi alle vie respiratorie superiori, come la congestione nasale. Alcuni pazienti affetti da COVID-19, tuttavia, presentano anosmia senza ostruzione nasale .
Identificare la vulnerabilità
Nello studio attuale, Datta e colleghi hanno cercato di comprendere meglio come il senso dell’olfatto viene alterato nei pazienti COVID-19 identificando i tipi di cellule più vulnerabili all’infezione da SARS-CoV-2.
Hanno iniziato analizzando i set di dati esistenti di sequenziamento di singole cellule che, in totale, hanno catalogato i geni espressi da centinaia di migliaia di singole cellule nelle cavità nasali superiori di esseri umani, topi e primati non umani.
animazione ace2: Rick Groleau
Il team si è concentrato sul gene ACE2 , ampiamente presente nelle cellule del tratto respiratorio umano, che codifica la principale proteina recettore mirata a SARS-CoV-2 per entrare nelle cellule umane. Hanno anche esaminato un altro gene, TMPRSS2 , che codifica per un enzima ritenuto importante per l’ingresso del SARS-CoV-2 nella cellula.
Le analisi hanno rivelato che sia ACE2 che TMPRSS2 sono espressi dalle cellule dell’epitelio olfattivo, un tessuto specializzato nella parte superiore della cavità nasale responsabile del rilevamento degli odori che ospita neuroni sensoriali olfattivi e una varietà di cellule di supporto.
Tuttavia, nessuno dei geni era espresso dai neuroni sensoriali olfattivi. Invece, questi neuroni esprimevano geni associati alla capacità di altri coronavirus di entrare nelle cellule.
I ricercatori hanno scoperto che due specifici tipi di cellule nell’epitelio olfattivo esprimevano ACE2 a livelli simili a quelli osservati nelle cellule del tratto respiratorio inferiore, gli obiettivi più comuni della SARS-CoV-2, suggerendo una vulnerabilità alle infezioni.
Tra queste figurano le cellule sostenitrici, che avvolgono i neuroni sensoriali e si ritiene forniscano supporto strutturale e metabolico , e le cellule basali, che agiscono come cellule staminali che rigenerano l’epitelio olfattivo dopo il danno. La presenza di proteine codificate da entrambi i geni in queste cellule è stata confermata mediante immunocolorazione.
In ulteriori esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che le cellule staminali epiteliali olfattive esprimevano la proteina ACE2 a livelli più elevati dopo il danno indotto artificialmente, rispetto alle cellule staminali a riposo. Ciò potrebbe suggerire un’ulteriore vulnerabilità alla SARS-CoV-2, ma non è chiaro se ciò sia importante per il decorso clinico dell’anosmia nei pazienti COVID-19, hanno affermato gli autori.
Bulbo olfattivo ed epitelio. Cellule importanti: In alto a destra: un pericito (arancione chiaro) avvolge un vaso sanguigno (rosso). In basso a destra: neuroni sensoriali olfattivi (rosso chiaro, arancione) circondati da cellule sostenitrici (marrone chiaro) e cellule basali (giallo chiaro e arancione). Immagine: Brann et. al., 2020.
Datta e i suoi colleghi hanno anche analizzato l’espressione genetica in quasi 50.000 singole cellule del bulbo olfattivo del topo, la struttura nel proencefalo che riceve segnali dai neuroni sensoriali olfattivi ed è responsabile dell’elaborazione iniziale dell’odore.
I neuroni del bulbo olfattivo non esprimevano ACE2.
Il gene e la proteina associata erano presenti solo nelle cellule dei vasi sanguigni, in particolare nei periciti, che sono coinvolti nella regolazione della pressione sanguigna, nel mantenimento della barriera ematoencefalica e nelle risposte infiammatorie. Nessun tipo di cellula del bulbo olfattivo esprimeva il gene TMPRSS2.
Indizio di perdita dell’olfatto
Insieme, questi dati suggeriscono che l’anosmia correlata al COVID-19 può derivare da una perdita temporanea della funzione cellulare di supporto nell’epitelio olfattivo, che causa indirettamente cambiamenti nei neuroni sensoriali olfattivi, hanno affermato gli autori.
"Tuttavia, non comprendiamo ancora appieno quali siano questi cambiamenti", ha detto Datta. "Le cellule staminali sono state in gran parte ignorate e sembra che dobbiamo prestare loro attenzione, in modo simile a come apprezziamo sempre di più il ruolo critico che le cellule gliali svolgono nel cervello."
I risultati offrono anche indizi interessanti sui problemi neurologici associati a COVID-19. Le osservazioni sono coerenti con l’ipotesi che SARS-CoV-2 non infetti direttamente i neuroni, ma piuttosto possa interferire con la funzione cerebrale influenzando le cellule vascolari del sistema nervoso, hanno affermato gli autori. Ciò richiede ulteriori ricerche per verificare, hanno aggiunto.
I risultati dello studio ora aiutano ad accelerare gli sforzi per comprendere meglio la perdita dell’olfatto nei pazienti affetti da COVID-19, il che a sua volta potrebbe portare a trattamenti per l’anosmia e allo sviluppo di una migliore diagnostica basata sull’olfatto per la malattia.
"L’anosmia sembra un fenomeno curioso, ma può essere devastante per la piccola frazione di persone in cui persiste", ha detto Datta. “Può avere gravi conseguenze psicologiche e potrebbe rappresentare un grave problema di salute pubblica se avessimo una popolazione in crescita con perdita permanente dell’olfatto”.
Il team spera inoltre che i dati possano aiutare ad aprire la strada a domande sulla progressione della malattia, ad esempio se il naso funge da serbatoio per SARS-CoV-2 . Tali sforzi richiederanno studi in strutture che consentano esperimenti con coronavirus vivi e analisi di dati autoptici umani, hanno affermato gli autori, che sono ancora difficili da ottenere. Tuttavia, lo spirito collaborativo della ricerca scientifica nell’era della pandemia richiede ottimismo.
“Abbiamo iniziato questo lavoro perché il mio laboratorio aveva un paio di set di dati pronti da analizzare quando la pandemia ha colpito e abbiamo pubblicato una prestampa iniziale”, ha detto Datta. “Quello che è successo dopo è stato sorprendente, ricercatori di tutto il mondo si sono offerti di condividere e unire i loro dati con noi in una sorta di consorzio globale improvvisato. "Questo è stato un vero risultato di collaborazione."
I primi coautori dello studio sono David Brann, Tatsuya Tsukahara e Caleb Weinreb. Altri autori includono Marcela Lipovsek, Koen Van den Berge, Boying Gong, Rebecca Chance, Iain Macaulay, Hsin-jung Chou, Russell Fletcher, Diya Das, Kelly Street, Hector Roux de Bezieux, Yoon-Gi Choi, Davide Risso, Sandrine Dudoit , Elizabeth Purdom, Jonathan Mill, Ralph Abi Hachem, Hiroaki Matsunami, Darren Logan, Bradley Goldstein, Matthew Grubb e John Ngai.
Lo studio è stato sostenuto da sovvenzioni del National Institutes of Health (sovvenzioni RO11DC016222 e U19 NS112953) e della Simons Collaboration on the Global Brain. Ulteriori informazioni sui finanziamenti sono reperibili nel testo completo del documento. DOI: 10.1126/sciadv.abc1564
