Tropismo oculare della SARS

Jul 23, 2023

Nature Communications volume 13, numero articolo: 7675 (2022) Citare questo articolo

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Sebbene siano riportate manifestazioni oculari nei pazienti con COVID-19, manca il consenso sul tropismo oculare della SARS-CoV-2. Qui, infettiamo i topi transgenici K18-hACE2 con SARS-CoV-2 utilizzando vari percorsi. Osserviamo manifestazioni oculari e infiammazione della retina con produzione di citochine proinfiammatorie negli occhi di topi infetti per via intranasale (IN). L'infezione intratracheale (IT) provoca la diffusione del virus dai polmoni al cervello e agli occhi attraverso i nervi trigemino e ottici. Le invasioni oculari e neuronali vengono confermate utilizzando l'infezione intracerebrale (IC). In particolare, il virus della disfunzione erettile (ED) non causa infezioni polmonari e diventa non rilevabile con il tempo. La distribuzione oculare e neurotropica del virus in vivo è evidente nell’imaging a fluorescenza con un clone infettivo di SARS-CoV-2-mCherry. Le caratteristiche oculari tropiche e neuroinvasive di SARS-CoV-2 sono confermate nei criceti siriani selvatici. I nostri dati possono migliorare la comprensione della trasmissione virale e delle caratteristiche cliniche della SARS-CoV-2 e aiutare a migliorare le procedure di controllo del COVID-19.

Diversi virus respiratori, come gli adenovirus della specie D e i virus influenzali del sottotipo H7, mostrano tropismo oculare e causano malattie oculari nell’uomo1. Sebbene manifestazioni e anomalie oculari siano state comunemente riportate nei pazienti con COVID-192,3, il tropismo oculare e le patologie della SARS-CoV-2 rimangono poco chiari. L'RNA virale non è stato rilevato utilizzando l'analisi PCR quantitativa a trascrizione inversa (RT-qPCR) dei tamponi congiuntivali di tre pazienti con COVID-19 e congiuntivite bilaterale4 e in 16 campioni di umore acqueo e vitreo provenienti da casi post mortem5. Al contrario, uno studio trasversale in Italia ha riportato la presenza di RNA virale nei tamponi congiuntivali di 52 su 91 pazienti con COVID-19, con un alto tasso di rilevamento nei pazienti con malattia grave6. Anche altri studi trasversali condotti in Cina7 e Brasile8 ed esami post mortem9,10 hanno riportato il rilevamento di RNA virale in tamponi congiuntivali o nell'umore acqueo di pazienti con o senza manifestazioni oculari.

Poiché la superficie oculare rappresenta un’ulteriore superficie della mucosa esposta agli aerosol infettivi, gli occhi sono considerati una potenziale via di trasmissione della SARS-CoV-2. Infatti, il recettore SARS-CoV-2 è espresso sulla superficie oculare umana11,12. Deng et al. ha dimostrato che SARS-CoV-2 è potenzialmente entrato attraverso la congiuntiva nei macachi rhesus dopo l’inoculazione congiuntivale13. Inoltre, SARS-CoV-2 può infettare le cellule epiteliali oculari derivate da cellule staminali embrionali umane14 e le cellule epiteliali congiuntivali umane15. Pertanto, è necessario studiare se gli occhi possano fungere da siti di ingresso del virus primario o secondario per guidare strategie preventive o terapeutiche contro la trasmissione della SARS-CoV-2.

In questo lavoro, valutiamo il tropismo oculare e la possibile trasmissione oculare di SARS-CoV-2 utilizzando topi transgenici K18-hACE2 e criceti siriani selvatici. Utilizzando varie vie di inoculazione, dimostriamo il tropismo oculare di SARS-CoV-2 attraverso l’invasione neuronale del trigemino (TN) e dei nervi ottici (ON) nel modello murino. Utilizzando cloni infettivi di SARS-CoV-2-mCherry e un sistema di imaging a fluorescenza, esaminiamo la distribuzione oculare e neurotropica del virus in vivo. Inoltre, forniamo prove delle caratteristiche tropiche oculari e neuroinvasive di SARS-CoV-2 nei criceti selvatici.

Uno studio precedente ha riportato che l'infezione degli occhi da virus Zika (ZIKV) ha portato allo sviluppo di congiuntivite e panuveite e ha causato infiammazione nei tessuti uveali di un modello murino16. Per indagare se la patogenesi della malattia oculare è causata in risposta all’infezione da SARS-CoV-2 nei topi K18-hACE2, abbiamo infettato per via intranasale (IN) topi con 104 unità formanti placca (PFU) del virus o lo stesso volume di soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) (gruppo simulato). Coerentemente con i risultati precedenti17, abbiamo osservato una perdita di peso del 20% a 7 giorni dopo l'infezione (dpi; Fig. 1a) e una mortalità a 8 dpi (Fig. 1b). In particolare, a 6 dpi, lacrimazione e secrezione oculare si sono verificate nel 25% dei topi infetti (Fig. 1c). Abbiamo quindi valutato la presenza di SARS-CoV-2 negli occhi dei topi dopo l’infezione da IN. A 6 dpi, la carica virale nei polmoni e negli occhi, comprese le appendici, è stata valutata mediante dosaggio della placca. Il titolo virale infettivo ottenuto dagli occhi era alto quanto quello del polmone (~ 106 PFU/g; Fig. 1d). Considerando il rilevamento di RNA virali nelle lacrime di pazienti con SARS-CoV18 e SARS-CoV-219, abbiamo valutato le copie di RNA virale nella ghiandola lacrimale a 6 dpi mediante RT-qPCR mirata al gene del nucleocapside virale (Fig. 1e). È interessante notare che la carica virale della ghiandola lacrimale era significativamente inferiore a quella degli occhi ed era simile a quella della milza (~104 copie di RNA virale per microgrammo di RNA totale), uno dei tessuti trascurabilmente suscettibili all'infezione20. Questi risultati sono stati confermati anche nei topi femmine K18-hACE2, indicando che il virus mancava di specificità sessuale o di genere (Figura 1 supplementare). Successivamente abbiamo esaminato le sezioni retiniche di topi infetti da IN a 6 dpi per rilevare la proteina virale del picco (S) mediante colorazione con immunofluorescenza. La proteina ACE2 è stata osservata nella retina (Figura 2 supplementare). La proteina S è stata osservata principalmente nello strato di cellule gangliari della retina che consiste di cellule gangliari retiniche, i cui assoni formano il nervo ottico, il chiasma e il tratto (Fig. 1f). Abbiamo anche osservato la co-localizzazione della proteina S e della γ-sinucleina, un marcatore delle cellule gangliari della retina21, nello strato di cellule gangliari, indicando che le cellule infette erano probabilmente cellule gangliari della retina (Figura 3 supplementare). Questi risultati hanno dimostrato la presenza di SARS-CoV-2 infettivo negli occhi, suggerendo che gli occhi fossero il bersaglio dell’infezione da SARS-CoV-2 possibilmente attraverso l’invasione neuronale.