Aus diesem Grund haben Menschen mit allergischem Asthma ein geringeres COVID-19-Risiko

Wissenschaftler entdecken eine überraschend positive Seite für einige Menschen mit Asthma: Sie sind weniger anfällig für COVID-19.

Dieselben Proteine ​​des Immunsystems, die eine übermäßige Schleimproduktion und das Schließen der Atemwege bei Menschen mit auslösen Allergisches Asthma kann einen Schutzschild errichten um gefährdete Atemwegszellen, berichten Forscher in der Ausgabe vom 19. April Proceedings of the National Academy of Sciences. Der Befund hilft zu erklären, warum Menschen mit allergischem Asthma weniger anfällig für COVID-19 zu sein scheinen als Menschen mit verwandten Lungenerkrankungen, und könnte schließlich zu neuen Behandlungen für das Coronavirus führen.

Asthma ist eine Atmungsstörung, die durch eine Entzündung der Atemwege gekennzeichnet ist. Die Folge sind Husten, Keuchen und Kurzatmigkeit. Über 8 Prozent der Menschen in den Vereinigten Staaten haben Asthmamit ungefähr 60 Prozent von ihnen haben allergisches Asthma. Allergische Asthmasymptome werden durch Allergene wie Pollen oder Tierhaare ausgelöst. Andere Arten von Asthma können durch Bewegung, Wetter oder das Einatmen von Reizstoffen wie starken Parfüms, Reinigungsdämpfen oder Luftverschmutzung ausgelöst werden.

Normalerweise ist Asthma eine schlechte Nachricht, wenn es um Erkältungen und Grippe geht. Zu Beginn der Pandemie sagten die meisten Experten voraus, dass Coronavirus-Infektionen und Asthma eine gefährliche Mischung sein würden, sagt Luke Bonser, Zellbiologe an der University of California in San Francisco, der nicht an der Studie beteiligt war. Und das gilt für Menschen, deren Asthma nicht durch Allergien ausgelöst wird, und für Menschen mit verwandten Lungenerkrankungen wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung oder COPD. Diese Bedingungen setzen Menschen einem hohen Risiko für schweres COVID-19 aus.

Aber als die Pandemie fortschritt, stellten die Forscher fest, dass Menschen mit allergischem Asthma nicht so oft wie erwartet schweres COVID-19 entwickelten. Hier ist ein Blick darauf, warum das so sein kann.

Proteinschutz

Was allergisches Asthma von anderen Arten von Asthma und COPD unterscheidet, ist ein Protein namens Interleukin-13 oder IL-13.

Normalerweise hilft IL-13 dem Körper, Parasiten wie Würmer abzuwehren. Bestimmte T-Zellen pumpen das Protein aus, und der Körper reagiert, indem er klebrigen Schleim ausstößt und die Atemwege verengt. Dies fängt die Würmer ein und hält sie an Ort und Stelle, bis andere Zellen des Immunsystems zum Töten hereinkommen können.

“Im Falle von [allergic] Asthma, der Körper macht einen Fehler. Es verwechselt eine harmlose Substanz wie Pollen mit einem Wurm“, sagt Burton Dickey, Pneumologe am MD Anderson Cancer Center in Houston, der nicht an der Studie beteiligt war.

Es war jedoch nicht klar, wie IL-13 Menschen mit allergischem Asthma vor SARS-CoV-2 schützt, dem Coronavirus, das COVID-19 verursacht. Um dies herauszufinden, züchteten die Pathophysiologin Camille Ehre von der medizinischen Fakultät der Universität von North Carolina in Chapel Hill und Kollegen Zellen aus der Auskleidung der Atemwege von sechs Lungenspendern. Einige der Zellen wurden mit IL-13 behandelt, um allergisches Asthma nachzuahmen. Dann infizierten die Forscher einen Teil der Zellen mit SARS-CoV-2.

Probleme mit dem Rasen

Als nächstes stand auf der To-Do-Liste, zu vergleichen, wie sich Zellen, die nicht mit IL-13 behandelt wurden, verhalten, wenn sie gesund sind und wenn sie mit dem Coronavirus infiziert sind.

Nicht infizierte Zellen wuchsen auf Rasenflächen, die üppigen Wiesen ähneln, wo die Büschel welliger Wedel eigentlich haarähnliche Vorsprünge namens Zilien sind, die von den Spitzen der Atemwegszellen wachsen, bestätigte das Team. Cilias Bewegungen helfen dabei, Schleim und alles, was im Schleim steckt, aus der Lunge zu befördern.

Gesunde menschliche Atemwegszellen mit Schleim, dargestellt in kolorierter elektronenmikroskopischer Aufnahme
Gesunde menschliche Zellen (pink markiert) aus der Auskleidung der Atemwege wachsen in dieser kolorierten elektronenmikroskopischen Aufnahme auf „Rasen“, die mit etwas Schleim (grün) durchzogen sind.C. Ehre, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)

Mit dem Coronavirus infizierte Zellen sahen ganz anders aus. Der üppige Rasen war jetzt mit Schleim bedeckt, und kahle Stellen erschienen, als infizierte Zellen starben. Die dem Untergang geweihten Zellen werden aus dem Zilienrasen herausgedrückt und blähen sich auf wie ein Ballon. Das Aufblähen geschieht teilweise, weil Kammern, sogenannte Vakuolen, in den infizierten Zellen mit Viren verstopft werden. „Er ist nur voller Viren, und dann wird er aus dem Club geworfen, explodiert und setzt all diese Viren frei“, sagt Dickey.

absterbende menschliche Atemwegszellen gegen gesunde Zellen und mit Schleim bedeckt
Während einer Coronavirus-Infektion werden in dieser kolorierten elektronenmikroskopischen Aufnahme absterbende Zellen der Atemwegsschleimhaut (blau markiert) aus Bereichen gesunder Zellen (rosa) ausgestoßen, die mit Schleim (grün) bedeckt sind.C. Ehre, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)

Aber nicht alle Zellen im infizierten Rasen waren gleichermaßen betroffen. Betrachtet man die Zellen von der Seite, konnten die Forscher erkennen, dass Zellen mit Flimmerhärchen mit dem Coronavirus infiziert waren. Aber schleimproduzierende Zellen namens Becherzellen, die keine Flimmerhärchen haben, wurden selten infiziert. Das könnte daran liegen, dass ein Protein namens ACE2 die Oberfläche von Flimmerzellen viel häufiger ziert als Becherzellen. ACE2 ist das Protein, das das Coronavirus als Tür in die Zellen verwendet.

menschliche Atemwegszellen, oben mit haarähnlichen Zilien, blau dargestellt mit viraler RNA
Atemwegszellen, die von haarähnlichen Zilien gekrönt sind (von der Seite gesehen), sind eher mit dem Coronavirus (virale RNA blau markiert) infiziert als Zellen, die keine Zilien haben.C. Ehre, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)

Eine klebrige Lösung

Als Forscher die Zellen mit IL-13 übergossen, bevor sie das Coronavirus hinzufügten, waren die Ergebnisse auffallend anders.

Der Rasen aus wogenden Zilien auf den behandelten Zellen war größtenteils intakt, mit weit weniger Ballons aus sterbenden Zellen, die über die Oberfläche emporstiegen. Aber die Wedel wogten nicht so stark wie in unbehandelten Zellen. Das liegt daran, dass IL-13 das Zilienschlagen reduziert, fanden die Forscher heraus. Weniger aktive Flimmerhärchen könnten bedeuten, dass virusbeladener Schleim länger haften bleibt. „Das kann ein zweischneidiges Schwert in der Lunge sein, weil man den Schleim entfernen, aber nicht verteilen will“, sagt Ehre.

Mikroskopische Aufnahmen von unbehandelten Atemwegszellen
Unbehandelte Atemwegszellen, 96 Stunden nach einer Coronavirus-InfektionKenza Araba, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)
Mit dem Immunsystemprotein Interleukin-13 behandelte Atemwegszellen 96 Stunden nach einer Coronavirus-Infektion
Mit dem Immunsystemprotein Interleukin-13 behandelte Atemwegszellen 96 Stunden nach einer Coronavirus-InfektionKenza Araba, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)

Beim Zählen der Zellen unter dem Mikroskop stellten die Forscher fest, dass weit weniger der infizierten Zellen, die mit IL-3 behandelt wurden, den Heuschnupfen bekamen. Während die unbehandelten Zellen etwa vier Tage nach der Infektion etwa 700 eigene ausgestoßen hatten, wurden nur etwa 100 behandelte Zellen herausgeschmissen. Die Bilder zeigten, dass IL-13 die Zellen wirklich vor einer Infektion schützte. Aber wie, war noch eine unbeantwortete Frage.

Eine Sache, die IL-13 bewirkt, ist die Stimulierung von Zellen, die die Atemwege auskleiden, um eine Art klebrigen Schleims auszustoßen, der Viren einfangen kann, bevor sie Zellen infizieren können. Das Team stellte fest, dass unbehandelte Zellen kurz nach der Infektion mit dem Coronavirus einen Ausbruch des Schleims freisetzten, wodurch die Vorräte des klebrigen Materials aufgebraucht wurden. Aber die mit IL-13 behandelten Zellen waren immer noch gut mit Schleim gefüllt.

Mikroskopbild von mit SARS-CoV-2 infizierten menschlichen Atemwegszellen, das erschöpfte Schleimspeicher zeigt
Seitenansicht von unbehandelten Atemwegszellen (blau markierte DNA), die mit SARS-CoV-2 (grün) infiziert sind und die Schleimvorräte (rot) schnell abbauen.Kenza Araba, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)
Seitenansicht menschlicher Atemwegszellen, die mit dem Immunsystemprotein Interleukin-13 behandelt wurden und viel Schleim und seltene SARS-CoV-2-Infektionen zeigen
Seitenansicht von Atemwegszellen (blau markierte DNA), die mit dem Immunsystemprotein Interleukin-13 behandelt wurden. Diese Zellen produzieren viel Schleim (rot) und werden selten von SARS-CoV-2 (grün) infiziert.Kenza Araba, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)

All dieser zusätzliche Schleim aus den behandelten Zellen könnte Viren einfangen und sie aus der Lunge vertreiben, bevor großer Schaden angerichtet wird. Aber auch Menschen mit nichtallergischem Asthma und COPD bilden viel Schleim und sind nicht vor dem Virus geschützt. Also entfernten Ehre und Kollegen den Schleim, um zu sehen, wie es den Atemwegszellen ohne diese Schleimfalle erging.

Selbst ohne den Schleim war IL-13 immer noch schützend.

Türen verbarrikadieren

Bei der Untersuchung von Mustern der Genaktivität stellte das Team fest, dass IL-13 die Zellen auch dazu veranlasste, weniger ACE2 zu produzieren, das Protein, das SARS-CoV-2 als Tor in die Zellen beschlagnahmt. „Das macht es dem Virus viel schwerer, seine Tür zu finden, um in die Zellen einzudringen“, sagt Ehre.

Dieses Ergebnis stimmt mit früheren Erkenntnissen von Bonser und Kollegen überein. „Es ist großartig, dieselben Daten in mehreren verschiedenen Studien replizieren zu können“, sagt er. Und die neue Studie untersucht den Schutzmechanismus von IL-13 genauer als frühere Forschungen.

Mit IL-13 behandelte Zellen drosseln auch die Aktivität von Genen, die an der Herstellung von proteinproduzierenden Fabriken namens Ribosomen beteiligt sind, entdeckten die Forscher. Das kann die virale Replikation in Zellen einschränken. Aber auch die Aktivität einiger Gene war hochgedreht. Dazu gehören mehrere Gene, die an der Herstellung von Keratansulfat beteiligt sind, einem langen, mit Zucker übersäten Protein, das in Knorpeln und der Hornhaut der Augen vorkommt. „Es ist im Körper vorhanden, um einen Schild zu bilden“, sagt Ehre.

Das scheint es auch für Atemwegszellen zu tun. Auf den mit IL-13 behandelten Zellen entwickelte sich eine dicke Schicht Keratansulfat, die sie gegen eine Coronavirus-Infektion schützte.

Seitenansicht menschlicher Atemwegszellen mit Keratansulfat und sichtbaren SARS-CoV-2-Infektionen
Seitenansicht unbehandelter Atemwegszellen (blau markierte DNA). Diese Zellen produzieren wenig Keratansulfat (rosa) und sind leicht mit SARS-CoV-2 (grün) infiziert.Kendall Shaffer, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)
mit IL-13 behandelte menschliche Atemwegszellen, die fast keine Coronavirus-Infektionen und eine dicke Schicht Keratansulfat zeigen
Seitenansicht von mit IL-13 behandelten Atemwegszellen (blau markierte DNA), die sich mit einer dicken Schicht Keratansulfat (rosa) vor dem Coronavirus (grün) schützen.Kendall Shaffer, CB Morrison et al/PNAS 2022 (CC BY 4.0)

Welcher dieser Schutzmechanismen am wichtigsten ist oder ob es sich um eine Kombination aus allen handelt, ist eines der vielen Dinge, die noch erforscht werden müssen, sagt Ehre. „Dieses Papier ist nicht das letzte Papier, das alles herausfindet. Es gibt noch viel zu tun.“

Das Wissen um noch mehr Details darüber, wie IL-13 zum Schutz vor dem Coronavirus wirkt, könnte zu neuen Behandlungen führen, sagt Bonser. Aber IL-13 selbst wird wahrscheinlich nicht als Medikament verwendet, da es Entzündungen, übermäßigen Schleim, Husten und Atemnot auslöst.

Leider bedeutet der zusätzliche Schutz nicht, dass Menschen mit allergischem Asthma sich keine Sorgen machen müssen, COVID-19 zu bekommen, sagt Dickey. „Menschen mit Asthma hatten sehr schlechte Ergebnisse. Dies ist kein Virus, mit dem Sie ein Risiko eingehen möchten“, sagt er. Aber es ist in Ordnung, sich ein wenig auf der positiven Seite zu sonnen. „Es macht keinen Spaß, Asthma zu haben, also muss man für jede seltene Gelegenheit dankbar sein, bei der es etwas Nützliches bewirkt.“


Source: Science News by www.sciencenews.org.

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