Уровень белка в носу может предсказать риск COVID-19

Новое исследование предполагает, что повышенная экспрессия ACE2 и TMPRSS2 в носовой полости значительно увеличивает риск будущего заражения SARS-CoV-2, при этом определенные виды микробиома носа влияют на эту экспрессию.

Недавнее исследование eBioMedicine определяет потенциал измерения уровней трансмембранной сериновой протеазы 2 (TMPRSS2) и ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) в носовой полости для прогнозирования риска будущего заболевания коронавирусом 2019 года (COVID-19), а также того, модулирует ли назальный микробиом хозяина экспрессию этих белков.

Проникновение коронавируса 2, вызывающего тяжелый острый респираторный синдром (SARS-CoV-2), в клетки опосредовано связыванием вируса с рецептором ACE2 в респираторном эпителии, что сопровождается расщеплением вирусного шиповидного белка TMPRSS2.

Носовая полость, которая часто является первым местом воздействия патогена, демонстрирует высокий уровень экспрессии ACE2. Носовая полость также является домом для носового микробиома, который состоит из отдельных типов состояний носовых сообществ (CST). Каждый CST характеризуется различным доминирующим видом, среди которых могут быть Enterobacteriaceae, Moraxella, Staphylococcus epidermidis, виды Corynebacterium, Staphylococcus aureus и Dolosigranulum.

На сегодняшний день остается неясным, как определенные факторы в микробиоме носа влияют на восприимчивость хозяина к инфекции SARS-CoV-2. Аналогичным образом, лишь немногие исследования изучали роль назальной экспрессии ACE2 и TMPRSS2 в будущем риске COVID-19.

Два ретроспективных исследования случай-контроль были проведены в Вашингтоне, округ Колумбия, с использованием 1548 самостоятельно собранных образцов носовых мазков. Носовые мазки были собраны в ходе популяционного надзорного тестирования взрослых, проживающих в общинах.

Первое ретроспективное исследование случай-контроль, поперечное исследование с 111 случаями и 343 контролями и продольное исследование, состоящее из 97 случаев и 286 контролей. Также было проведено исследование назального микробиома 428 случаев.

Случаи, включавшие людей с положительным результатом теста на SARS-CoV-2, были сопоставлены с контрольной группой на основе даты теста и возраста. Образцы до заражения были проанализированы, и для оценки экспрессии назального ACE2/TMPRSS2 была использована качественная полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (RT-qPCR).

Носовой микробиом был охарактеризован с помощью 16S рибосомальной рибонуклеиновой кислоты (рРНК) на основе гена qPCR и секвенирования. Модели машинного обучения и регрессионного анализа также использовались для определения того, может ли экспрессия TMPRSS2 и ACE2 в носовой полости предсказывать COVID-19.

Тест непосредственно перед положительным тестом на SARS-CoV-2 (t -1) проводился в среднем за 12 дней до положительного теста на SARS-CoV-2 (t 0 ). Уровни назального ACE2 и TMPRSS2 среди случаев в t -1 были выше, чем в контрольной группе.

На основе значений точек пересечения (Cp) были идентифицированы три региона, которые предсказывали будущую инфекцию SARS-CoV-2. Низкий регион не демонстрировал никакой экспрессии ACE2 или TMPRSS2, тогда как ACE2 не был обнаружен, а значения Cp TMPRSS2 были выше 32 в среднем регионе. Высокие регионы демонстрировали экспрессию ACE2 или значения Cp TMPRSS2 32 или ниже.

По сравнению с контрольной группой, повышенные назальные уровни ACE2 и TMPRSS2 были связаны с 3,6-кратным увеличением риска заражения SARS-CoV-2. Мужчины также с большей вероятностью демонстрировали большую экспрессию ACE2 и TMPRSS2, чем женщины.

В продольном исследовании, рассматривавшем пять временных точек (t -5 до t -1), случаи выражали отчетливые продольные назальные паттерны ACE2/TMPRSS2 до вирусной инфекции. Случаи с большей вероятностью переключались между категориями экспрессии, демонстрировали устойчиво высокие категории экспрессии в разные временные точки и имели нестабильную экспрессию ACE2/TMPRSS2.

В исследовании микробиома носа 428 человек 27% относились к высокой категории, 51% - к средней и 22% - к низкой. Был выявлен новый носовой CST, в котором доминировала Haemophilus influenzae, в то время как CST, в котором доминировала Enterobacteriaceae, отсутствовал.

Наиболее распространенным видом CST был Corynebacterium -доминируемый, наряду с Cutibacterium -, Staphylococcus epidermidis -, Dolosigranulum -, и S. aureus -доминируемый вид CST. Наименее распространенными видами CST были H. influenza -доминируемый CST и Moraxella catarrhalis/nonliquefaciens -доминируемый CST. CST существенно не различались по категориям назальной экспрессии.

D. pigrum, M. cataralis/nonliquefaciens, H. influenzae и S. aureus существенно влияли на назальную экспрессию генов ACE2/TMPRSS2.

Высокая абсолютная численность D. pigrum была связана с более низкой экспрессией ACE2/TMPRSS2 в носу. Благотворное влияние D. pigrum, вероятно, было обусловлено его абсолютной численностью, а не его пропорциональной численностью с другими бактериями.

Для сравнения, обилие M. catarrhalis/nonliquefaciens, H. influenzae и S. aureus было связано с повышенным риском заражения SARS-CoV-2.

Взрослые с более высокими уровнями экспрессии ACE2 и TMPRSS2 в носу имели значительно большую вероятность заражения инфекцией SARS-CoV-2 в ближайшем будущем. Необходимы дальнейшие исследования для изучения связи между инфекцией SARS-CoV-2 и микробиомом носа, чтобы разработать новые стратегии профилактики или лечения COVID-19.