Во время репликации SARS-CoV-2 использует ферменты протеазы хозяина для ковалентного связывания сахаров с боковыми цепями аспарагина вблизи поверхности белка [268]. Субъединица S1 RBD связывается с ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2), чему способствует расщепление фурином [272, 273]. Протеолитическое расщепление S-гликопротеина также определяет возможность межвидового скрещивания вируса, например, от летучих мышей к человеку [276].
Белки коронавируса могут расщепляться одной или несколькими протеазами хозяева на основе штамма вируса и типов клеток, включая трипсин, катепсин, TMPRSS-2, TMPRSS-4 или трипсиноподобную протеазу дыхательных путей человека (HAT) [267, 269]. Было обнаружено, что TMPRSS2 является кофактором для проникновения SARS-CoV-2 в здоровые клетки. Протеаза TMPRSS2 способствует «ферментативному расщеплению» S1 и S2. Протеазы фурин и катепсин B и L способствуют высвобождению капсидных вирионов, проникших в клетку (Bergmann et al, 2020, [231]). Однако, специфические протеазы, которые способствуют проникновению вируса в SARS-CoV-2, остаются неустановленными [267, 269, 270].
Слияние SARS-CoV-2 с клетками легких в решающей степени зависит от сайта расщепления S1/S2 фуриновой протеазой [270], ферментом, принадлежащим к семейству субтилизин-подобных пропротеинконвертаз, и его мотивом RXXR, который тесно связан с последовательностью консенсуса фурина RX (K/R) R [621]. Фурин расщепляет белки-предшественники и способствует их переводу в биологически активное состояние [271]. Кроме того, добавление остатка аргинина к этому мотиву сильно усиливает образование синцития в клетках-хозяевах, что указывает на то, что вставка RRAR в эту область может усиливать клеточное распространение и патогенность SARS-CoV-2 [621, 622].
Когда геном вируса проникает в клетки, рибосомы хозяина переводят вирусную РНК в белки РНК-полимеразы. Затем эта РНК-полимераза повторно считывает положительную цепь для создания одноцепочечных цепей РНК с отрицательным смыслом (ssRNA-). Цепи ssRNA- затем используются РНК-полимеразой в качестве матрицы для создания дополнительных цепей ssRNA+. Небольшие нити РНК считываются рибосомами хозяина в эндоплазматическом ретикулуме для создания структурных компонентов вируса. Эти структурные компоненты затем переносятся из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи. В аппарате Гольджи геномы ssRNA+ упаковываются в нуклеокапсиды для создания новых частиц вирионов. [266] Эти дочерние вирусы затем высвобождаются из клетки-хозяина посредством экзоцитоза через секреторные везикулы. Репликация вируса в альвеолярных клетках опосредует повреждение и вызывает воспалительную реакцию в тканях. [266]
Цикл репликации вируса в клетках респираторного тракта: прикрепление вируса к клетке-хозяину и проникновение путем слияния мембран или эндоцитоза высвобождение вирусного генома в цитоплазму трансляция вирусных протеин-полимераз (pp1a и pp1b) репликация РНК субгеномная транскрипция трансляция структурных белков вируса белки S, E и M связываются с нуклеокапсидом образование зрелого вириона экзоцитоз. [232]
Схематический патогенез COVID-19
Существование вирусного генома в иммунных клетках было обнаружено у пациентов с COVID-19, что позволяет предположить, что иммунная система является биологической мишенью вируса, проявляющего необходимую «патогенную подпись» иммунной дисрегуляции. [389]
Иммунопатогенез COVID-19 предполагает модель межмолекулярной и межклеточной «иммунной асинхронии», основанную на нарушении регуляции времени, местоположения, качества и количества иммунного ответа. [390,391]
Ряд генов, сцепленных с Х-хромосомой (таких, как IL13, IL4, IL10, XIST, TLR7, FOXP3) и генов, сцепленных с Y (SRY, SOX9), могут лежать в основе иммунных реакций с половой диморфностью [916].
Иммунное обнаружение SARS-CoV-2
Было показано, что как отсутствие, так и вмешательство в работу toll-подобного рецептора 2 (TLR2) снижают провоспалительную реакцию на SARS-CoV-2, что позволяет предположить, что TLR2 является одним из модельных распознающих рецепторов (PRR), которые распознают вирус. Также было показано, что TLR7 активируется в ответ на SARS-CoV-2, а аномалии в гене TLR7 коррелируют с тяжелым течением COVID-19. [662, 663]
SARS-CoV-2 избегает врожденного иммунитета
У SARS-CoV-2 есть стратегии, позволяющие избежать обнаружения или воздействия иммунной системы. [665667]
Врожденный иммунный ответ играет важную роль в первичной защите и является одной из отправных точек иммунного уклонения от SARS-CoV-2. [448]
Предварительные данные свидетельствуют об очень значительном снижении инвариантных Т-клеток, ассоциированных со слизистой оболочкой (MAIT), у пациентов с COVID-19 [660]. Текущие наблюдения показывают, что SARS-CoV-2 особенно подходит для уклонения от иммунного ответа на ранней стадии инфекции. Большинство механизмов связаны с неадекватным ответом IFN 1 типа, массивной продукцией воспалительных цитокинов и, возможно, дефектом функций NK-клеток. Предварительные данные также свидетельствуют об уклонении от адаптивного иммунитета, на что указывает истощение Т-лимфоцитов [655].
Было показано, что белок Orf6 SARS-CoV нарушает транспорт кариоферина [656] и, следовательно, ингибирует импорт факторов транскрипции, таких как STAT1, в ядро, что приводит к ингибированию ответа IFN. Точно так же белок Orf3b SARS-CoV ингибирует фосфорилирование регуляторного фактора интерферона 3 (IRF3) [657], белка, участвующего в активации IFN-α/β.
Ответ CD8+, CD4+ Т-клеток и плазматических клеток. Роль IFN и интерлейкинов
CD4+ Т-клетки играли более важную роль в процессе «здоровье-болезнь», чем В-клетки и CD8+ Т-лимфоциты. Преобладающими субпопуляциями Т-хелперных (Th) лимфоцитов у пациентов в критическом состоянии являются Th1, Th2, Th17 и Т-регуляторные (Treg) клетки, тогда как в легких случаях наблюдается приток Th1, Th2, Th17 и фолликулярных Т-хелперных (Tfh) клеток. Эти клетки отвечают за секрецию цитокинов, включая интерлейкин (IL) -6, IL-4, IL-10, IL-7, IL-22, IL-21, IL-15, IL-1α, IL-23, IL-5, IL-13, IL-2, IL-17, фактор некроза опухоли-альфа (TNF-α), CXC-мотивирующий лиганд (CXCL) 8, CXCL9 и фактор роста опухоли бета (TGF-β); первые 8 упомянутых выше медиаторов воспаления коррелировали с клиническими преимуществами, в то время как другие с плохим прогнозом. Некоторые маркеры CD8+ Т-лимфоцитов связаны с тяжестью заболевания, например, человеческий лейкоцитарный антиген (HLA-DR) и белок 1 запрограммированной гибели клеток (PD-1). Среди антител, продуцируемых SARS-CoV-2, иммуноглобулин (Ig) A выделялся своим мощным высвобождением, связанным с более тяжелой клинической формой. [546]
Ответ IFN является важной первой линией защиты от вирусов. Для многих респираторных вирусов, включая SARS-CoV-1, IFN типов I и III (так называемые «врожденные» IFN), по-видимому, играют роль в ограничении инфекции [861], устанавливая клеточное состояние вирусной резистентности и активируя адаптивный иммунный ответ. [862]
Недавние данные также указывают на возможное нарушение регуляции IFN I и III типов в ответ на SARS-CoV-2. [863,864] Blanco-Melo et al. [864], анализируя профили транскриптома различных типов клеток, показали, что инфекция SARS-CoV-2 вызывает очень низкую экспрессию IFN I и IFN III и ограниченный ответ со стороны IFN-стимулированных генов, и индуцирует нормальную экспрессию хемокинов и генов провоспалительных цитокинов. Другое исследование выявило нарушение ответа IFN I типа у пациентов с COVID-19 в тяжелом или критическом состоянии, сопровождающееся высокой вирусной нагрузкой в крови и чрезмерной воспалительной реакцией, вызванной NF-kB (ядерным фактором kB), что связано с увеличением фактора некроза опухоли TNF-α и интерлейкина (IL) -6. [865]