SARS-CoV-2はハムスターの成熟および未成熟な嗅覚ニューロンに感染し、損傷を与える

SARS-CoV-2 infects and damages the mature and immature olfactory sensory neurons of hamsters.

• Anna Jinxia Zhang
• Andrew Chak-Yiu Lee
• Hin Chu
• Jasper Fuk-Woo Chan
• Zhimeng Fan
• Can Li
• Feifei Liu
• Yanxia Chen
• Shuofeng Yuan
• Vincent Kwok-Man Poon
• Chris Chung-Sing Chan
• Jian-Piao Cai
• Kenneth Lap-Kei Wu
• Siddharth Sridhar
• Ying-Shing Chan
• Kwok-Yung Yuen

抄録

背景:

コロナウイルス病2019（COVID-19）は、主に急性気道感染症である。特徴的に、COVID-19患者のかなりの割合が、重症化して長期化する可能性のある、基礎となるメカニズムが不明確な嗅覚機能障害を発症する。嗅覚機能障害の原因となる、導電性障害につながる嗅孔の炎症性閉塞、嗅神経細胞機能に影響を及ぼす炎症性サイトカイン、嗅神経細胞やそれを支持する細胞の破壊、嗅球への直接侵襲などの役割は不明である。

BACKGROUND: Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) is primarily an acute respiratory tract infection. Distinctively, a substantial proportion of COVID-19 patients develop olfactory dysfunction of uncertain underlying mechanism which can be severe and prolonged. The roles of inflammatory obstruction of the olfactory clefts leading to conductive impairment, inflammatory cytokines affecting olfactory neuronal function, destruction of olfactory neurons or their supporting cells, and direct invasion of olfactory bulbs, in causing olfactory dysfunction are uncertain.

方法:

本研究では、SARS-CoV-2が鼻咽頭の嗅上皮（OE）からゴールデンシリアハムスターの嗅球に至るまで、どのような場所で発生しているかを調べた。

METHODS: In this study, we investigated the location for the pathogenesis of SARS-CoV-2 from the olfactory epithelium (OE) of the nasopharynx to the olfactory bulb of golden Syrian hamsters.

結果:

SARS-CoV-2を鼻腔内に接種した後、炎症性細胞の浸潤と炎症性サイトカイン/ケモカイン反応が鼻甲骨組織で検出され、感染後2～4日目にピークを迎え、感染後2日目に最も高いウイルス負荷が検出された。鼻咽頭偽柱状繊毛状呼吸器上皮細胞に加えて、嗅覚マーカー蛋白質（OMP）で標識されたより表在性の成熟した嗅覚ニューロンでもSARS-CoV-2ウイルス抗原が検出された。その結果、嗅球はアポトーシスに陥り、重度の破壊を受けた。感染の全過程において、SARS-CoV-2ウイルス抗原は嗅球から検出されなかった。

RESULTS: After intranasal inoculation with SARS-CoV-2, inflammatory cell infiltration and proinflammatory cytokine/chemokine responses were detected in the nasal turbinate tissues which peaked between 2 to 4 days post-infection with the highest viral load detected at day 2 post-infection. Besides the nasopharyngeal pseudo-columnar ciliated respiratory epithelial cells, SARS-CoV-2 viral antigens were also detected in the more superficial mature olfactory sensory neurons labeled by olfactory marker protein (OMP), the less mature olfactory neurons labelled by Tuj1 at more basal position, and the sustentacular cells which provide metabolic and physical support for the olfactory neurons, resulting in apoptosis and severe destruction of the OE. During the whole course of infection, SARS-CoV-2 viral antigens were not detected in the olfactory bulb.

結論:

OEでの急性炎症に加えて、SARS-CoV-2による成熟・未成熟の嗅神経細胞やそれを支持するustentacular細胞の感染が、SARS-CoVでは報告されていないCOVID-19の特異的な嗅覚機能障害に寄与している可能性がある。

CONCLUSIONS: Besides acute inflammation at OE, infection of mature and immature olfactory neurons, and the supporting sustentacular cells by SARS-CoV-2 may contribute to the unique olfactory dysfunction of COVID-19 which is not reported with SARS-CoV.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press for the Infectious Diseases Society of America. All rights reserved. For permissions, e-mail: journals.permissions@oup.com.