SARS-CoV-2 infection in the lungs of human ACE2 transgenic mice causes severe inflammation, immune cell infiltration, and compromised respiratory function

免疫系统 生物 免疫学 先天免疫系统 炎症 病毒学 转基因小鼠 冠状病毒 弥漫性肺泡损伤 疾病 转基因 医学 传染病(医学专业) 基因 病理 2019年冠状病毒病(COVID-19) 生物化学 内科学 急性呼吸窘迫
作者
Emma S. Winkler,Adam L. Bailey,Natasha M. Kafai,Sharmila Nair,Broc T. McCune,Jinsheng Yu,Julie M. Fox,Rita E. Chen,James T. Earnest,Shamus P. Keeler,Jon H. Ritter,Liang-I Kang,Sarah Dort,Annette Robichaud,Richard D. Head,Michael J. Holtzman,Michael Diamond
标识
DOI:10.1101/2020.07.09.196188
摘要

ABSTRACT Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus -2 (SARS-CoV-2) emerged in late 2019 and has spread worldwide resulting in the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) pandemic. Although animal models have been evaluated for SARS-CoV-2 infection, none have recapitulated the severe lung disease phenotypes seen in hospitalized human cases. Here, we evaluate heterozygous transgenic mice expressing the human ACE2 receptor driven by the epithelial cell cytokeratin-18 gene promoter (K18-hACE2) as a model of SARS-CoV-2 infection. Intranasal inoculation of SARS-CoV-2 in K18-hACE2 mice results in high levels of viral infection in lung tissues with additional spread to other organs. Remarkably, a decline in pulmonary function, as measured by static and dynamic tests of respiratory capacity, occurs 4 days after peak viral titer and correlates with an inflammatory response marked by infiltration into the lung of monocytes, neutrophils, and activated T cells resulting in pneumonia. Cytokine profiling and RNA sequencing analysis of SARS-CoV-2-infected lung tissues show a massively upregulated innate immune response with prominent signatures of NF-kB-dependent, type I and II interferon signaling, and leukocyte activation pathways. Thus, the K18-hACE2 model of SARS-CoV-2 infection recapitulates many features of severe COVID-19 infection in humans and can be used to define the mechanistic basis of lung disease and test immune and antiviral-based countermeasures.

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