Warum allergisches Asthma vor schwerem COVID schützen kann

Asthma ist eine Lungenerkrankung, die sporadische Atemnot verursacht. Sie beginnt oft in der Kindheit, kann aber auch bei Erwachsenen auftreten und betrifft Menschen jeden Alters. Derzeit gibt es keine Heilung, aber die Behandlung kann helfen, die Symptome zu kontrollieren. Die Krankheit wird durch Entzündungen und Verengungen der Bronchien (Kanäle, durch die Luft in die Lunge eintritt und sie verlässt) verursacht.

SARS-CoV-2 ist der dritte Coronavirus-Ausbruch, der die menschliche Bevölkerung seit Beginn des 21. Jahrhunderts betrifft. 2002 gingen SARS-CoV und 2012 MERS-CoV voraus. Die klinischen Symptome von COVID-19 sind bei Infizierten sehr unterschiedlich, von asymptomatischen Erkrankungen über schwere Atemwegserkrankungen bis hin zum Tod in fast 2% der Fälle. Bei der überwiegenden Mehrheit der mit der Ómicron-Variante infizierten Personen treten leichte Erkältungssymptome, mäßige grippeähnliche Symptome oder keine Symptome auf. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Pandemie bald enden wird, da neue Varianten latent sind.

Forscher der University of North Carolina (UNC) in Chapel Hill haben kürzlich in einer Studie die biologischen Gründe für das Fortschreiten der Krankheit aufgedeckt und warum die Population der Asthmapatienten geringer ist anfällig für schweres COVID-19.

Die Wissenschaftler wandelten ihre Schlussfolgerungen in ein Papier um, das in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde. Sie zeigen die Bedeutung eines bekannten Zytokins namens Interleukin-13 (IL-13) für den Schutz der Zellen vor SARS-CoV-2. Dies erklärt das Rätsel, warum Menschen mit allergischem Asthma trotz chronischer Lungenerkrankung besser abschneiden als die Allgemeinbevölkerung. Sie konnten dies nicht für Personen mit anderen Beschwerden wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) oder Emphysem nachweisen, bei denen ein sehr hohes Risiko für schweres COVID besteht.

„Wir wussten, dass es einen biomechanischen Grund geben musste, warum Menschen mit allergischem Asthma besser vor schweren Krankheiten geschützt zu sein schienen“, erklärte die Hauptautorin Camille Ehre, Assistenzprofessorin für Pädiatrie an der University of North Carolina School of Medicine. Unser Forschungsteam entdeckte eine Reihe signifikanter zellulärer Veränderungen, insbesondere aufgrund von IL-13, was uns zu dem Schluss führte, dass es bei bestimmten Patientenpopulationen eine einzigartige Rolle bei der Abwehr von SARS-CoV-2-Infektionen spielt.“

Obwohl Zytokine wie IL-13 nicht als Therapie eingesetzt werden können, da sie Entzündungen auslösen, ist es wichtig, die natürlichen molekularen Signalwege zu verstehen, mit denen sich Zellen vor dem Eindringen von Krankheitserregern schützen, da diese Studien das Potenzial haben, neue therapeutische Ziele aufzuzeigen.

Es gibt viele Gesundheitsfaktoren, die das Risiko einer Person für schweres COVID erhöhen, einschließlich chronischer Lungenerkrankungen wie COPD. Während der Pandemie stellten Epidemiologen jedoch fest, dass Personen mit allergischem Asthma weniger anfällig für schwere Erkrankungen waren.

„Dies sind Patienten mit Asthma, das durch Allergene wie Schimmel, Pollen und Schuppen verursacht wird“, erklärte Ehre, die auch Mitglied des UNC Children's Research Institute ist. Um herauszufinden, warum sie weniger anfällig sind, haben wir spezifische zelluläre Mechanismen in Primärkulturen menschlicher Epithelzellen der Atemwege untersucht.“

Die Forscher verwendeten die genetische Analyse von Kulturen menschlicher Atemwegszellen, die mit SARS-CoV-2 infiziert waren, um zu schlussfolgern, dass die Expression des menschlichen ACE2-Proteins die infizierten Zelltypen und die Menge des in dieser Zellpopulation gefundenen Virus (auch als Viruslast bekannt) bestimmt.

Anschließend identifizierten die Wissenschaftler mithilfe der Elektronenmikroskopie einen intensiven Virusexodus aus infizierten Haarzellen, die für die Bewegung von Schleim entlang der Oberfläche der Atemwege verantwortlich sind. MS zeigte auch Veränderungen in menschlichen Zellen aufgrund einer Virusinfektion. Und diese Mutationen gipfeln in Haarzellen, die die Oberfläche der Atemwege abbrechen. „Diese Ablösung bietet ein großes Virusreservoir für die Ausbreitung und Übertragung von SARS-CoV-2“, erklärte Ehre. Es scheint auch das Potenzial für infizierte Zellen zu erhöhen, in tieferes Lungengewebe zu gelangen.“

Bei der Untersuchung stellten die Spezialisten fest, dass infizierte Atemwegszellen enthüllten, dass ein wichtiges Schleimprotein namens MUC5AC in ihnen erschöpft war, wahrscheinlich weil die Proteine sezerniert wurden, um eindringende Viren einzufangen. Die Viruslast nahm jedoch weiter zu, da die für die Produktion von MUC5AC verantwortlichen Zellen von einer weit verbreiteten Virusinfektion überfordert waren.

Wissenschaftler wussten bereits aus epidemiologischen Studien, dass Patienten mit allergischem Asthma, von denen bekannt ist, dass sie MUC5AC überproduzieren, weniger anfällig für schweres COVID waren. Ehre und seine Kollegen wussten auch, dass das Zytokin IL-13 die MUC5AC-Sekretion in der Lunge erhöhte, als Asthmapatienten mit einem Allergen konfrontiert wurden. Deshalb beschlossen sie, die Atemwege von Asthmatikern nachzuahmen, indem sie andere mit IL-13 behandelten.

Anschließend maßen sie die Virustiter, die virale mRNA, die Clearance-Rate und die Gesamtzahl der infizierten Zellen. Beide wurden deutlich reduziert. Sie fanden heraus, dass dies auch dann noch zutrifft, wenn Schleim aus Kulturen entfernt wurde, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren an der Schutzwirkung von IL-13 gegen SARS-CoV-2 beteiligt waren.

Die Analyse der RNA-Sequenzierung ergab, dass IL-13 Gene hochregulierte, die antivirale Prozesse steuern, die für die Immunabwehr der Atemwege wichtig sind. Sie zeigten auch, dass IL-13 die Virusmenge in den Zellen und die Übertragung des Virus von Zelle zu Zelle reduzierte.

Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass IL-13 den Eintritt von Viren in Zellen, die Replikation in Zellen und die Ausbreitung des Virus signifikant beeinflusste, was die Fähigkeit des Virus einschränkte, seinen tiefsten Weg in die Atemwege zu finden und schwere Krankheiten auszulösen. „Wir glauben, dass diese Forschung noch mehr zeigt, wie wichtig es ist, eine SARS-CoV-2-Infektion so schnell wie möglich zu behandeln“, schloss Ehre.

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