23 août 2023 | COVID-19

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Les auteurs américains ont cherché à savoir si le SARS-CoV-2 infectait directement les plaques d’athérosclérose dans le système vasculaire coronaire. Les résultats ont démontré que le SARS-CoV-2 est capable d’infecter et de se répliquer dans les macrophages des lésions coronariennes athérosclérotiques, favorisant ainsi l’inflammation de la plaque.

Les auteurs ont noté que les complications cliniques du COVID-19 comprennent, entre autres, des événements cardiovasculaires ischémiques tels que l’infarctus aigu du myocarde et l’accident vasculaire cérébral dus à la rupture de plaques d’athérosclérose chroniquement enflammées .Ils ont émis l’hypothèse qu’une puissante activation des macrophages qui infiltrent les vaisseaux artériels, en réponse au virus SARS-CoV-2, pourrait stimuler l’inflammation de la plaque.Par conséquent, cela augmente le risque d’infarctus aigu du myocarde et d’accident vasculaire cérébral chez les patients atteints de la maladie COVID-19.

À propos de l’étude

Les chercheurs ont analysé des échantillons d’artères coronaires prélevés lors d’autopsies chezhuit personnes décédées chez qui le diagnostic de COVID-19 avait été confirmé par RT-PCR.L’âge moyen des individus était de 69,6 ans (59-84 ans) et 75 % des patients étaient des hommes (6/8). La maladie coronarienne (8/8), l’infarctus du myocarde (1/8) et l’accident vasculaire cérébral ischémique (1/8) ont été enregistrés dans cette cohorte, ainsi que de nombreux facteurs de risque cardiovasculaire, tels que l’hypertension (8/8), le surpoids ou l’obésité (7/8), l’hyperlipidémie (7/8), le diabète de type 2 (6/8) et l’insuffisance rénale chronique (4/8).

Un pathologiste cardiovasculaire clinique a classé les sections d’artères coronaires provenant de toutes les autopsies en épaississement intimal adaptatif, épaississement intimal pathologique, plaque fibrocalcifiée et fibroathéromes. L’infiltration macrophagique a été identifiée à l’aide d’une coloration immunohistochimique pour le CD68. Un réseau neuronal d’intelligence artificielle a été utilisé pour distinguer la paroi artérielle coronaire de la graisse périvasculaire dans chaque échantillon.

Résultats

Les résultats ont montré que le SARS-CoV-2 était détectable et répliqué dans des lésions athérosclérotiques provenant d’ échantillons d’artères coronaires obtenus chez des patients décédés d’une forme grave de COVID-19. Dans les échantillons de la paroi artérielle coronaire de tous les patients, l’ARN viral du SARS-CoV-2 codant pour la protéine spike a été trouvé dans différentes lésions, y compris l’épaississement intimal adaptatif, l’épaississement intimal pathologique, la plaque fibrocalcifiée et le fibroathérome. Cependant, la réplication du SARS-CoV-2 était la plus élevée dans l’épaississement pathologique de l’intima, qui est une lésion précoce qui évolue vers une plaque d’athérosclérose plus avancée.

Perivascular fat contained a significantly lower amount of the spike protein than the corresponding arterial wall across all samples. It is noteworthy that the vascular and perivascular fat tissue of COVID-19 patients who had acute cardiovascular manifestations accumulated more SARS-CoV-2 viral RNA encoding S protein compared to patients who did not experience cardiovascular complications.

The analysis of the main SARS-CoV-2 receptors and co-factors in the human vasculature revealed that the aorta, coronary, and tibial arteries displayed a similar expression pattern for ACE2, neuropilins (NRP1, NRP2), FURIN, Cathepsin B , and Cathepsin L, compared to the lung. The expression of ACE2 was low in the aorta and tibial artery, but higher in the coronary artery, comparable to the expression of ACE2 in the lung. This suggests that the coronary vasculature may be more susceptible to SARS-CoV-2 viral infection than other vascular beds.

Further analysis showed that SARS-CoV-2 was capable to infect and replicate in macrophages in the coronary vasculature of patients with COVID-19. CD68+ cells expressing the SARS-CoV-2 S protein were significantly higher in the pathological intimal thickening of coronary arteries than in the associated perivascular fat. In addition, pathological intimal thickening contained significantly more cells than other types of lesions and 4.8-fold more cells than corresponding perivascular tissue.

The SARS-CoV-2 infection of human primary macrophages in vitro revealed that cholesterol-loaded macrophages (foam cells), were more susceptible to infection than other macrophages, with a significant accumulation of viral nucleoprotein in these cells. Also, the SARS-CoV-2 preferentially replicated in foam cells compared to other macrophages, leading to accumulation of SARS-CoV-2 viral RNA and viral proteins. This suggests that foam cells are more permissive and susceptible to SARS-CoV-2. It should be noted that atherosclerosis is characterized by the accumulation of foam cells at all stages of the disease, from early pathological intimal thickening to late fibroatheroma lesions.

Increased SARS-CoV-2 entry in cholesterol-loaded macrophages was dependent on neuropilin-1 (NRP-1). NRP-1 blocking reduced the infection of foam cells and other macrophages in vitro, and this effect was twofold greater in foam cells. Furthermore, the viral replication was reduced. This suggests that NRP-1 plays a key role in mediating the SARS-CoV-2 infection of these cells.

Myeloid cells were then divided into two clusters of dendritic cells, three clusters of monocytes/macrophages, one cluster of mixed myeloid cells, and four clusters of macrophages/foam cells. CD16+ monocytes, inflammatory monocyte/macrophages, IL1B dendritic cells, and CD36+ mixed myeloid cells were exclusively present in carotid samples, whereas LYVE1+ macrophages were present in coronary tissue. SPP1+ macrophages were found in both tissues. TREM2 high macrophages were enriched in coronary tissue, while VCAN+ monocytes/macrophages and CD1c+ dendritic cells were enriched in carotid samples.

The plaque assay confirmed a progressive decrease in viral titer in conditioned media from infected macrophages and foam cells over 48 hours. The observed decrease in the levels of SARS-CoV-2 viral RNA showed that even though foam cells and other macrophages were susceptible to SARS-CoV-2 infection, neither macrophages nor foam cells were capable of sustaining a productive viral infection.

Although viral replication was abortive in macrophages and foam cells, it promoted a strong inflammatory response characterized by release of cytokines implicated in the pathogenesis of atherosclerosis and increased risk of cardiovascular events. The most upregulated genes were those involved with antiviral response including interferon (IFN) signaling pathways and antiviral processes by type I and II IFN signaling, the OAS antiviral response, negative regulation of viral replication and viral life cycle, as well as complement activation and cytokine signaling. The ISG15 antiviral signaling, which reduces IFN signaling and is implicated in the hyperinflammatory response associated with COVID-19 severity, was also upregulated in both cell types. Both types of infected macrophages significantly upregulated several pro-inflammatory and proatherogenic cytokine and chemokine genes, including CCL7, TNFSF10, CXCL10, CCL7, and CCL3. The upregulation of genes involved in lipid metabolism was also observed, indicating a reprogramming of lipid metabolism in macrophages in response to the virus.

Researchers also quantified the secretion of cytokines and chemokines that were released in conditioned media. Following infection of foam cells and other macrophages, numerous pro-inflammatory and pro-atherogenic cytokines were released, including IL-6, CCL7, IL-1β, β-NGF, IL-3, LIF, MIF, CXCL-9, IFN-α, and IFN-γ.  The proatherogenic cytokine IL-18 was significantly released by infected macrophages but not foam cells, whereas IFN-α2, a type I IFN response cytokine that inhibits viral replication, was significantly released by infected foam cells but not macrophages. The production of IL-6 is associated with ischemic cardiovascular events, whereas the inhibition of IL-1β reduces secondary cardiovascular events in high-risk individuals following myocardial infarction.

Enfin, un modèle ex vivo d’infection virale d’explants vasculaires humains a démontré que les plaques d’athérosclérose pouvaient être directement infectées par le SARS-CoV-2. L’infection du tissu vasculaire par le SARS-CoV-2 a déclenché une réponse inflammatoire et induit la libération de cytokines pro-athérogènes clés IL-6 et IL-1β, comme cela a été observé dans les macrophages et les cellules spumeuses en culture. Le titre viral a diminué avec le temps, sans qu’aucune particule infectieuse ne soit détectable. Cela suggère une réplication avortée dans les explants vasculaires, similaire aux résultats observés avec les cellules spumeuses et les macrophages in vitro.

Selon les auteurs, cette étude constitue la première preuve que le SARS-CoV-2 se réplique dans les macrophages à l’intérieur des plaques d’athérosclérose dans les coronaires humaines. Étant donné que l’inflammation de la plaque favorise la progression de la maladie et contribue à la rupture de la plaque, ces résultats fournissent la base moléculaire de la façon dont l’infection des lésions coronaires par le SARS-CoV-2 peut contribuer aux manifestations cardiovasculaires aiguës de la maladie COVID-19.Une réponse immunitaire hyperactivée pourrait augmenter le risque à long terme d’événements cardiovasculaires ischémiques chez les patients atteints du COVID-19 et présentant une athérosclérose sous-jacente .

Les auteurs soulignent que l’étude s’est concentrée sur un petit groupe de personnes âgées présentant un COVID-19, une athérosclérose préexistante et de nombreux facteurs de risque cardiovasculaire, de sorte que ces observations ne peuvent pas être extrapolées à des personnes plus jeunes et en bonne santé.

Référence du journal

Eberhardt N, et al. L ‘infection par le SARS-CoV-2 déclenche des réponses inflammatoires pro-athérogènes dans les vaisseaux coronaires humains.

Les résultats de l’étude ont été publiés sur un serveur de préimpression et font actuellement l’objet d’une évaluation par les pairs. https://doi.org/10.1101/2023.08.14.553245