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Resumo A função olfatória prejudicada é um sintoma comum de COVID-19, mas sua etiologia é desconhecida. Uma questão chave é se o SARS-CoV-2 (CoV-2), o agente causador do COVID-19, afeta o olfato diretamente, infectando os neurônios sensoriais olfatórios ou seus alvos no bulbo olfatório, ou indiretamente, através da perturbação do suporte células. No artigo, os autores identificaram os tipos de células no epitélio olfatório e no bulbo olfatório que expressam as moléculas de entrada do SARS-CoV-2. O sequenciamento em massa demonstrou que na mucosa olfatória do camundongo, houve expressão dos 2 principais genes envolvidos na entrada de CoV-2, ACE2 e TMPRSS2. No entanto, o sequenciamento de uma única célula revelou que ACE2 é expresso em células de suporte, células-tronco e células perivasculares, ao invés de neurônios. A imunocoloração confirmou esses resultados e revelou uma expressão generalizada da proteína ACE2 nas células sustentáveis do epitélio olfatório localizado dorsalmente e nos pericitos do bulbo olfatório no camundongo. Esses achados sugerem que a infecção por CoV-2 de tipos de células não neuronais leva à anosmia e distúrbios relacionados na percepção do odor em pacientes com COVID-19. |
A perda temporária do olfato, ou anosmia, é o principal sintoma neurológico e um dos primeiros e mais comumente relatados indicadores de COVID-19. Estudos sugerem que é um melhor preditor de doença do que outros sintomas bem conhecidos, como febre e tosse, mas os mecanismos subjacentes da perda do olfato em pacientes com COVID-19 não foram claros.
Agora, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por neurocientistas da Harvard Medical School identificou os tipos de células olfativas na cavidade nasal superior mais vulneráveis à infecção pelo SARS-CoV-2, o vírus que causa COVID-19.
Surpreendentemente, os neurônios sensoriais que detectam e transmitem o sentido do olfato ao cérebro não estão entre os tipos de células vulneráveis.
Em um relatório publicado na Science Advances, a equipe de pesquisa descobriu que os neurônios sensoriais olfativos não expressam o gene que codifica a proteína do receptor ACE2, que o SARS-CoV-2 usa para entrar nas células humanas. Em vez disso, a ACE2 é expressa em células que fornecem suporte metabólico e estrutural para neurônios sensoriais olfativos, bem como certas células-tronco e populações de vasos sanguíneos.
Os resultados sugerem que a infecção de tipos de células não neuronais pode ser responsável pela anosmia em pacientes com COVID-19 e ajudam a informar os esforços para melhor compreender a progressão da doença.
"Nossas descobertas indicam que o novo coronavírus muda o sentido do olfato em pacientes, não infectando diretamente os neurônios, mas afetando a função das células de suporte", disse o autor sênior do estudo, Sandeep Robert Datta, professor associado de neurobiologia do Instituto HMS Blavatnik.
Isso implica que, na maioria dos casos, é improvável que a infecção por SARS-CoV-2 danifique permanentemente os circuitos neurais olfatórios e leve à anosmia persistente, acrescentou Datta, uma condição que está associada a uma variedade de problemas de saúde mental e social, particularmente depressão e ansiedade.
"Acho que é uma boa notícia, porque uma vez que a infecção passa, os neurônios olfativos não parecem precisar ser substituídos ou reconstruídos do zero", disse ele. "Mas precisamos de mais dados e uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes para confirmar esta conclusão."
A maioria dos pacientes com COVID-19 apresenta algum nível de anosmia, na maioria das vezes temporária. A análise de registros médicos eletrônicos indica que os pacientes com COVID-19 têm 27 vezes mais probabilidade de ter perda do olfato, mas apenas 2,2 a 2,6 vezes mais probabilidade de ter febre, tosse ou falta de ar, em comparação com pacientes sem COVID-19.
Alguns estudos sugeriram que a anosmia em COVID-19 difere da anosmia causada por outras infecções virais, incluindo outros coronavírus.
Por exemplo, os pacientes com COVID-19 geralmente recuperam o olfato ao longo de semanas, muito mais rápido do que os meses que pode levar para se recuperar da anosmia causada por um subconjunto de infecções virais conhecidas por danificar diretamente os neurônios sensoriais olfatórios.
Além disso, muitos vírus causam uma perda temporária do olfato, desencadeando problemas respiratórios superiores, como congestão nasal. Alguns pacientes com COVID-19, entretanto, apresentam anosmia sem obstrução nasal.
| Identificar a vulnerabilidade |
No estudo atual, Datta e colaboradores decidiram entender melhor como o sentido do olfato é prejudicado em pacientes com COVID-19, identificando os tipos de células mais vulneráveis à infecção por SARS-CoV-2.
Eles analisaram os conjuntos de dados de sequenciamento de uma única célula que, no total, catalogaram os genes expressos por centenas de milhares de células individuais nas cavidades nasais superiores de humanos, camundongos e primatas não humanos.
A equipe se concentrou no gene ACE2, amplamente encontrado nas células do trato respiratório humano, que codifica a principal proteína receptora que o SARS-CoV-2 tem como alvo para entrar nas células humanas. Eles também analisaram outro gene, o TMPRSS2, que codifica uma enzima considerada importante para a entrada do SARS-CoV-2 na célula.
As análises revelaram que tanto ACE2 quanto TMPRSS2 são expressos por células no epitélio olfatório, um tecido especializado no teto da cavidade nasal responsável pela detecção de odores que abriga neurônios sensoriais olfatórios e uma variedade de células de suporte.
No entanto, nenhum dos genes foi expresso por neurônios sensoriais olfativos. Em vez disso, esses neurônios expressaram genes associados à capacidade de outros coronavírus de entrar nas células.
Os pesquisadores descobriram que dois tipos específicos de células no epitélio olfatório expressavam ACE2 em níveis semelhantes aos observados nas células do trato respiratório inferior, os alvos mais comuns do SARS-CoV-2, sugerindo uma vulnerabilidade à infecção.
Estas incluíram células sustentáveis, que envolvem neurônios sensoriais e acredita-se que forneçam suporte estrutural e metabólico, e células basais, que agem como células-tronco que regeneram o epitélio olfatório após o dano. A presença de proteínas codificadas por ambos os genes nessas células foi confirmada por imunocoloração.
Em experimentos adicionais, os pesquisadores descobriram que as células-tronco epiteliais olfativas expressaram a proteína ACE2 em níveis mais elevados após o dano induzido artificialmente, em comparação com as células-tronco em repouso. Isso pode sugerir uma vulnerabilidade adicional ao SARS-CoV-2, mas não está claro se isso é importante para o curso clínico da anosmia em pacientes com COVID-19, disseram os autores.
Figura 1: Bulbo olfatório e epitélio. Células importantes: canto superior direito: um pericito (laranja claro) envolve um vaso sanguíneo (vermelho). Em baixo à direita: neurônios sensoriais olfativos (vermelho claro, laranja) rodeados por células sustentáveis (castanho) e células basais (amarelo claro e laranja). Imagem: Brann et. al., 2020.
Datta e colaboradores também analisaram a expressão gênica em quase 50.000 células individuais no bulbo olfatório do camundongo, a estrutura do prosencéfalo que recebe sinais dos neurônios sensoriais olfatórios e é responsável pelo processamento inicial do odor.
Os neurônios do bulbo olfatório não expressaram ACE2.
O gene e a proteína associada estavam presentes apenas nas células dos vasos sanguíneos, particularmente pericitos, que estão envolvidos na regulação da pressão arterial, manutenção da barreira hematoencefálica e respostas inflamatórias. Nenhum tipo de célula do bulbo olfatório expressou o gene TMPRSS2.
| Pista para perda de cheiro |
Os dados sugerem que a anosmia relacionada ao COVID-19 pode surgir de uma perda temporária da função das células de suporte no epitélio olfatório, causando indiretamente alterações nos neurônios sensoriais olfatórios, disseram os autores.
"No entanto, ainda não entendemos totalmente quais são essas mudanças", disse Datta. "As células de sustentabilidade foram amplamente ignoradas e parece que precisamos prestar atenção a elas, da mesma forma que apreciamos cada vez mais o papel crítico que as células gliais desempenham no cérebro."
Os resultados também oferecem pistas interessantes sobre os problemas neurológicos associados ao COVID-19. As observações são consistentes com a hipótese de que o SARS-CoV-2 não infecta diretamente os neurônios, mas pode interferir na função cerebral ao afetar as células vasculares do sistema nervoso, disseram os autores. Isso requer mais pesquisas para verificar, acrescentaram.
Os resultados do estudo agora ajudam a acelerar os esforços para entender melhor a perda do olfato em pacientes com COVID-19, o que, por sua vez, pode levar a tratamentos para anosmia e ao desenvolvimento de diagnósticos de doenças baseados no olfato.
"Anosmia parece um fenômeno curioso, mas pode ser devastador para a pequena fração de pessoas nas quais persiste", disse Datta. "Isso pode ter consequências psicológicas graves e pode ser um grande problema de saúde pública se tivermos uma população crescente com perda permanente do olfato."
A equipe também espera que os dados possam ajudar a abrir caminho para questões sobre a progressão da doença, como se o nariz atua como um reservatório para SARS-CoV-2. Tais esforços exigirão estudos em instalações que permitam experimentos com coronavírus vivos e análises de dados de autópsias humanas, disseram os autores, que ainda são difíceis de conseguir. No entanto, o espírito colaborativo da pesquisa científica da era da pandemia exige otimismo.
"Começamos este trabalho porque meu laboratório tinha alguns dados prontos para analisar quando a pandemia aconteceu e publicamos um pre-print inicial", disse Datta. “O que aconteceu depois disso foi incrível, pesquisadores de todo o mundo se ofereceram para compartilhar e mesclar seus dados conosco em uma espécie de consórcio global improvisado. Esta foi uma verdadeira conquista colaborativa. "
Os primeiros co-autores do estudo são David Brann, Tatsuya Tsukahara e Caleb Weinreb. Outros autores incluem Marcela Lipovsek, Koen Van den Berge, Boying Gong, Rebecca Chance, Iain Macaulay, Hsin-jung Chou, Russell Fletcher, Diya Das, Kelly Street, Hector Roux de Bezieux, Yoon-Gi Choi, Davide Risso, Sandrine Dudoit, Elizabeth Purdom, Jonathan Mill, Ralph Abi Hachem, Hiroaki Matsunami, Darren Logan, Bradley Goldstein, Matthew Grubb e John Ngai.
O estudo foi financiado por doações dos Institutos Nacionais de Saúde (bolsas RO11DC016222 e U19 NS112953) e da Simons Collaboration on the Global Brain. Informações adicionais sobre financiamento podem ser encontradas no texto completo do documento. DOI: 10.1126 / sciadv.abc1564