Evolution of nasal and olfactory infection characteristics of SARS-CoV-2 variants

嗅球 生物 嗅上皮 呼吸上皮 向性 免疫学 嗅粘膜 免疫系统 组织向性 嗅觉标记蛋白 嗅觉系统 纤毛 趋化因子 呼吸系统 病毒 细胞生物学 神经科学 中枢神经系统 解剖
作者
Mengfei Chen,Andrew Pekosz,Jason Villano,Wenjuan Shen,Ruifeng Zhou,Heather Kulaga,Zhexuan Li,Aleah Smith,Asiana Gurung,Sarah E. Beck,Kenneth W. Witwer,Joseph L. Mankowski,Murugappan Ramanathan,Nicholas R. Rowan,Andrew P. Lane
出处
期刊:Journal of Clinical Investigation [American Society for Clinical Investigation]
卷期号:134 (8) 被引量:1
标识
DOI:10.1172/jci174439
摘要

SARS-CoV-2 infection of the upper airway and the subsequent immune response are early, critical factors in COVID-19 pathogenesis. By studying infection of human biopsies in vitro and in a hamster model in vivo, we demonstrated a transition in nasal tropism from olfactory to respiratory epithelium as the virus evolved. Analyzing each variant revealed that SARS-CoV-2 WA1 or Delta infect a proportion of olfactory neurons in addition to the primary target sustentacular cells. The Delta variant possessed broader cellular invasion capacity into the submucosa, while Omicron displayed enhanced nasal respiratory infection and longer retention in the sinonasal epithelium. The olfactory neuronal infection by WA1 and the subsequent olfactory bulb transport via axon were more pronounced in younger hosts. In addition, the observed viral clearance delay and phagocytic dysfunction in aged olfactory mucosa were accompanied by a decline of phagocytosis related genes. Furthermore, robust basal stem cell activation contributed to neuroepithelial regeneration and restores ACE2 expression post-infection. Together, our study characterized the nasal tropism of SARS-CoV-2 strains, immune clearance, and regeneration post infection. The shifting characteristics of viral infection at the airway portal provides insight into the variability of COVID-19 clinical features, particularly long COVID, and may suggest differing strategies for early local intervention.

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