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Journal Club 11

Finalmente um modelo murino adequado para o estudo da COVID-19!

Journal Club  14.10.2020 – Apresentadores: Júlia Teixeira de Castro e Jefferson Elias Oliveira

Revisado por Isabel Kinney Ferreira de Miranda Santos e Beatriz Rosetti Ferreira

 

Estamos vivendo uma das maiores pandemias da história da humanidade, causada pelo Coronavírus da Síndrome Respiratória Aguda Grave 2 (SARS-CoV-2), ou novo coronavírus. Já foi mostrado que a infecção se dá pela ligação da proteína spike (S) do vírus à enzima conversora de angiotensina humana 2 (hACE2), principalmente nos pulmões (1). As pessoas infectadas apresentam quadros clínicos diversos, variando de ausência de sintomas até casos graves, com intensa inflamação e disfunção pulmonares, que necessitam de cuidados intensivos (2). O maior desafio dos pesquisadores é desenvolver vacinas e terapias antivirais eficazes, mas para isso, conhecer a resposta imune ao vírus é essencial. Modelos animais utilizando camundongos, furoes e primatas não são adequados para mimetizar a infecção em humanos, uma vez que a infecção nesses animais é branda e de curta duração (3,4). Outras estratégias com camundongos já foram desenvolvidas, como a indução da expressão transitória de hACE2 via adenovírus e expressão de hACE2 pelo promotor ACE2 de camundongo, porém não foram eficazes na indução da doença na forma grave que ocorre em humanos (5–7).

O trabalho publicado recentemente por Winkler e colaboradores avaliou um modelo de camundongos transgênicos que expressam o receptor da ACE2 conduzido pelo promotor do gene citoqueratina-18 (K18) (K18-hACE2) (8). O primeiro resultado do grupo mostrou que esses camundongos têm uma significante redução de peso, e carga viral presente nos pulmões durante os sete primeiros dias da infecção, evidenciando que os camundongos são suscetíveis à infecção pelo SARS-CoV-2. O vírus também foi encontrado no coração, cérebro, rins, baço e colón em alguns dos camundongos infectados, porém, somente nos pulmões foi observado intenso recrutamento celular.

Para avaliar se a infecção pelo SARS-CoV-2 induz alterações funcionais nos camundongos transgênicos, Winkler e colaboradores avaliaram alguns parâmetros químicos, hematológicos e pulmonares. Interessantemente, os camundongos infectados com o vírus apresentaram redução nos níveis plasmáticos de cloro no 7º dia após a infecção (d.p.i) quando comparado aos animais não infectados. Por outro lado, os níveis plasmáticos de bicarbonato estavam elevados no 7º d.p.i., provavelmente devido a prejuízo na troca gasosa que ocorre nos pulmões. O hematócrito, a hemoglobina e o tempo de protrombina também estavam aumentados no 7º d.p.i. A avaliação das propriedades biofísicas dos pulmões mostrou redução na complacência, distensibilidade e função pulmonares, causada pelo intenso recrutamento de células imunes, como macrófagos, células dendríticas, neutrófilos e células T ativadas. A produção de citocinas pró-inflamatórias e quimiocinas foi maior no 7º d.p.i., período no qual foram identificados grande número de genes diferencialmente expressos, principalmente aqueles relacionados à sinalização de NF-κB, IFN tipo I e II e vias de ativação de leucócitos. Interessantemente, o papel dos IFNs ainda é controverso na infecção por COVID-19, inclusive, já foi mostrado que essa citocina induz uma isoforma truncada de ACE2 (9), e que a sinalização do IFN tipo I parece ser pró-inflamatória e não antiviral (10).

Apesar de algumas limitações, como a expressão do transgene hACE2 não ser fisiológica em vários aspectos, e a impossibilidade de avaliar as comorbidades associadas, como hipertensão e diabetes, o modelo de camundongos transgênicos que expressam o receptor da ACE2 conduzido pelo promotor do gene K18 mostrou-se eficiente. O modelo é capaz de suportar intensa carga viral de SARS-CoV-2, que leva a infiltração de células imunes e inflamação nos pulmões, podendo ser um modelo interessante para avaliação da eficácia de terapias para o tratamento da COVID-19.

 

REFERÊNCIAS

  1. Hamming I, Timens W, Bulthuis MLC, Lely AT, Navis GJ, van Goor H. Tissue distribution of ACE2 protein, the functional receptor for SARS coronavirus. A first step in understanding SARS pathogenesis. J Pathol (2004) 203:631–637. doi:10.1002/path.1570
  2. Ziegler CGK, Allon SJ, Nyquist SK, Mbano IM, Miao VN, Tzouanas CN, Cao Y, Yousif AS, Bals J, Hauser BM, et al. SARS-CoV-2 Receptor ACE2 Is an Interferon-Stimulated Gene in Human Airway Epithelial Cells and Is Detected in Specific Cell Subsets across Tissues. Cell (2020) 181:1016-1035.e19. doi:10.1016/j.cell.2020.04.035
  3. Rockx B, Kuiken T, Herfst S, Bestebroer T, Lamers MM, Oude Munnink BB, de Meulder D, van Amerongen G, van den Brand J, Okba NMA, et al. Comparative pathogenesis of COVID-19, MERS, and SARS in a nonhuman primate model. Science (2020) 368:1012–1015. doi:10.1126/science.abb7314
  4. Cleary SJ, Pitchford SC, Amison RT, Carrington R, Robaina Cabrera CL, Magnen M, Looney MR, Gray E, Page CP. Animal models of mechanisms of SARS-CoV-2 infection and COVID-19 pathology. Br J Pharmacol (2020) 177:4851–4865. doi:10.1111/bph.15143
  5. Letko M, Marzi A, Munster V. Functional assessment of cell entry and receptor usage for SARS-CoV-2 and other lineage B betacoronaviruses. Nat Microbiol (2020) 5:562–569. doi:10.1038/s41564-020-0688-y
  6. Hassan AO, Case JB, Winkler ES, Thackray LB, Kafai NM, Bailey AL, McCune BT, Fox JM, Chen RE, Alsoussi WB, et al. A SARS-CoV-2 Infection Model in Mice Demonstrates Protection by Neutralizing Antibodies. Cell (2020) 182:744-753.e4. doi:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.011
  7. Jiang R-D, Liu M-Q, Chen Y, Shan C, Zhou Y-W, Shen X-R, Li Q, Zhang L, Zhu Y, Si H-R, et al. Pathogenesis of SARS-CoV-2 in Transgenic Mice Expressing Human Angiotensin-Converting Enzyme 2. Cell (2020) 182:50-58.e8. doi:10.1016/j.cell.2020.05.027
  8. Winkler ES, Bailey AL, Kafai NM, Nair S, McCune BT, Yu J, Fox JM, Chen RE, Earnest JT, Keeler SP, et al. SARS-CoV-2 infection of human ACE2-transgenic mice causes severe lung inflammation and impaired function. Nat Immunol (2020) 21:1327–1335. doi:10.1038/s41590-020-0778-2
  9. Onabajo OO, Banday AR, Stanifer ML, Yan W, Obajemu A, Santer DM, Florez-Vargas O, Piontkivska H, Vargas JM, Ring TJ, et al. Interferons and viruses induce a novel truncated ACE2 isoform and not the full-length SARS-CoV-2 receptor. Nat Genet (2020) doi:10.1038/s41588-020-00731-9
  10. Channappanavar R, Fehr AR, Vijay R, Mack M, Zhao J, Meyerholz DK, Perlman S. Dysregulated Type I Interferon and Inflammatory Monocyte-Macrophage Responses Cause Lethal Pneumonia in SARS-CoV-Infected Mice. Cell Host Microbe (2016) 19:181–193. doi:10.1016/j.chom.2016.01.007