A Biosafety Level 2 Mouse Model for Studying Betacoronavirus-Induced Acute Lung Damage and Systemic Manifestations.

The emergence of life-threatening zoonotic diseases caused by betacoronaviruses, including the ongoing coronavirus disease 19 (COVID-19) pandemic, has highlighted the need for developing preclinical models mirroring respiratory and systemic pathophysiological manifestations seen in infected humans. Here, we showed that C57BL/6J wild-type mice intranasally inoculated with the murine betacoronavirus murine hepatitis coronavirus 3 (MHV-3) develop a robust inflammatory response leading to acute lung injuries, including alveolar edema, hemorrhage, and fibrin thrombi. Although such histopathological changes seemed to resolve as the infection advanced, they efficiently impaired respiratory function, as the infected mice displayed restricted lung distention and increased respiratory frequency and ventilation. Following respiratory manifestation, the MHV-3 infection became systemic, and a high virus burden could be detected in multiple organs along with morphological changes. The systemic manifestation of MHV-3 infection was also marked by a sharp drop in the number of circulating platelets and lymphocytes, besides the augmented concentration of the proinflammatory cytokines interleukin 1 beta (IL-1ß), IL-6, IL-12, gamma interferon (IFN-γ), and tumor necrosis factor (TNF), thereby mirroring some clinical features observed in moderate and severe cases of COVID-19. Importantly, both respiratory and systemic changes triggered by MHV-3 infection were greatly prevented by blocking TNF signaling, either via genetic or pharmacologic approaches. In line with this, TNF blockage also diminished the infection-mediated release of proinflammatory cytokines and virus replication of human epithelial lung cells infected with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Collectively, results show that MHV-3 respiratory infection leads to a large range of clinical manifestations in mice and may constitute an attractive, lower-cost, biosafety level 2 (BSL2) in vivo platform for evaluating the respiratory and multiorgan involvement of betacoronavirus infections. IMPORTANCE Mouse models have long been used as valuable in vivo platforms to investigate the pathogenesis of viral infections and effective countermeasures. The natural resistance of mice to the novel betacoronavirus SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19, has launched a race toward the characterization of SARS-CoV-2 infection in other animals (e.g., hamsters, cats, ferrets, bats, and monkeys), as well as adaptation of the mouse model, by modifying either the host or the virus. In the present study, we utilized a natural pathogen of mice, MHV, as a prototype to model betacoronavirus-induced acute lung injure and multiorgan involvement under biosafety level 2 conditions. We showed that C57BL/6J mice intranasally inoculated with MHV-3 develops severe disease, which includes acute lung damage and respiratory distress that precede systemic inflammation and death. Accordingly, the proposed animal model may provide a useful tool for studies regarding betacoronavirus respiratory infection and related diseases.

Integrin αDß2 (CD11d/CD18) mediates experimental malaria-associated acute respiratory distress syndrome (MA-ARDS).

BACKGROUND: Malaria-associated acute respiratory distress syndrome (MA-ARDS) is a potentially lethal complication of clinical malaria. Acute lung injury in MA-ARDS shares features with ARDS triggered by other causes, including alveolar inflammation and increased alveolar-capillary permeability, leading to leak of protein-rich pulmonary oedema fluid. Mechanisms and physiologic alterations in MA-ARDS can be examined in murine models of this syndrome. Integrin αDß2 is a member of the leukocyte, or ß2 (CD18), sub-family of integrins, and emerging observations indicate that it has important activities in leukocyte adhesion, accumulation and signalling. The goal was to perform analysis of the lungs of mice wild type C57Bl/6 (a D (+/+) ) and Knockout C57Bl/6 (a D (-/-) ) with malaria-associated acute lung injury to better determine the relevancy of the murine models and investigate the mechanism of disease. METHODS: C57BL/6 wild type (a D (+/+) ) and deficient for CD11d sub-unit (a D (-/-) ) mice were monitored after infection with 10(5) Plasmodium berghei ANKA. CD11d subunit expression RNA was measured by real-time polymerase chain reaction, vascular barrier integrity by Evans blue dye (EBD) exclusion and cytokines by ELISA. Protein and leukocytes were measured in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) samples. Tissue cellularity was measured by the point-counting technique, F4/80 and VCAM-1 expression by immunohistochemistry. Respiratory function was analysed by non-invasive BUXCO and mechanical ventilation. RESULTS: Alveolar inflammation, vascular and interstitial accumulation of monocytes and macrophages, and disrupted alveolar-capillary barrier function with exudation of protein-rich pulmonary oedema fluid were present in P. berghei-infected wild type mice and were improved in αDß2-deficient animals. Key pro-inflammatory cytokines were also decreased in lung tissue from α D (-/-) mice, providing a mechanistic explanation for reduced alveolar-capillary inflammation and leak. CONCLUSIONS: The results indicate that αDß2 is an important inflammatory effector molecule in P. berghei-induced MA-ARDS, and that leukocyte integrins regulate critical inflammatory and pathophysiologic events in this model of complicated malaria. Genetic deletion of integrin subunit αD in mice, leading to deficiency of integrin αDß2, alters lung inflammation and acute lung injury in a mouse model of MA-ARDS caused by P. berghei.

Simvastatin Downregulates the SARS-CoV-2-Induced Inflammatory Response and Impairs Viral Infection Through Disruption of Lipid Rafts.

Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is currently a worldwide emergency caused by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). In observational clinical studies, statins have been identified as beneficial to hospitalized patients with COVID-19. However, experimental evidence of underlying statins protection against SARS-CoV-2 remains elusive. Here we reported for the first-time experimental evidence of the protective effects of simvastatin treatment both in vitro and in vivo. We found that treatment with simvastatin significantly reduced the viral replication and lung damage in vivo, delaying SARS-CoV-2-associated physiopathology and mortality in the K18-hACE2-transgenic mice model. Moreover, simvastatin also downregulated the inflammation triggered by SARS-CoV-2 infection in pulmonary tissue and in human neutrophils, peripheral blood monocytes, and lung epithelial Calu-3 cells in vitro, showing its potential to modulate the inflammatory response both at the site of infection and systemically. Additionally, we also observed that simvastatin affected the course of SARS-CoV-2 infection through displacing ACE2 on cell membrane lipid rafts. In conclusion, our results show that simvastatin exhibits early protective effects on SARS-CoV-2 infection by inhibiting virus cell entry and inflammatory cytokine production, through mechanisms at least in part dependent on lipid rafts disruption.

A influenza grave experimental é dependente da necroptose de macrófago

O vírus da gripe A é uma das principais preocupações com a saúde pública hoje, afetando 20% da população mundial, gerando cerca de 5 milhões de casos graves e aproximadamente 500.000 mortes anualmente. Embora na maioria dos casos, o sistema imune dos hospedeiros, seja capaz de controlar e debelar a doença, existe uma parcela extremamente significativa da população afetada, em que a doença não consegue ser restringida, e nesses casos pode até mesmo evoluir para o óbito. Apesar da urgência na saúde pública, os mecanismos envolvidos nessa morbidade e mortalidade ainda não foram completamente elucidados. Vários estudos mostram que o vírus da gripe, bem como suas proteínas, por exemplo, a hemaglutinina (HA), geram apoptose das células pulmonares, o que potencializa os efeitos deletérios nos alvéolos pulmonares, destruindo a barreira alvéolo-capilar e induzindo uma resposta inflamatória robusta. Além disso, os macrófagos presentes neste ambiente, uma vez infectados, contribuem para potencializar essa resposta inflamatória, com a produção de várias citocinas pró-inflamatórias, um fenômeno que contribui ainda mais para esta morte celular maciça. No entanto, dados recentes mostraram que, em várias infecções virais, incluindo infecções por vírus da gripe, além da indução de apoptose, podem gerar a necroptose. A necroptose é uma via de morte celular independente da ativação de caspases Aqui demonstramos que a gripe induz a necroptose em macrófagos humanos e murinos. As análises mecânicas revelaram que a infecção e HA induzem o aumento dos níveis de moléculas da via de necroptose, sendo este fenômeno resultante da produção de TNF-\03B1, através da ativação de TLR4. Nossos dados sugerem que a indução de TNF-\03B1 pelo vírus e hemaglutinina não só contribui para o aumento do processo de recrutamento, mas induz um perfil de resposta pró-inflamatória em macrófagos, contribuindo para uma potencialização da resposta inflamatória. O tratamento anti-TNF (Etanercept) foi capaz de minimizar o processo inflamatório no tecido pulmonar, além de prevenir a necroptose em células presentes no líquido alveolar. Esses dados juntos sugerem, portanto, que o tratamento anti-TNF-\03B1 pode ser uma alternativa promissora para o tratamento da infecção por vírus da gripe.

O papel da integrina CD11d/CD18 na diferenciação e ativação de acrófagos: Efeitos de heme e hemozoína sintética na resposta imune

A malária é uma doença parasitária causada por protozoários do gênero Plasmodium e representa um grande problema de saúde pública. Sabe-se que metade da população mundial vive em áreas endêmicas, onde esta doença gera cerca de 500 milhões de casos clínicos e em torno de 1 milhão de mortes anualmente. O processo infeccioso da malária é desencadeado por uma resposta imunoinflamatória exacerbada do hospedeiro caracterizada por migração e acúmulo de leucócitos, produção de citocinas pró-inflamatórias e mediadores químicos. Neste processo, as leucointegrinas exercem um papel extremamente importante mediando a adesão, migração e sinalização celular. Neste grupo de integrinas, a CD11d/CD18, que foi descrita mais recentemente está envolvida em diversos eventos patológicos como aterosclerose, dano neuronal e outros. Resultados preliminares de nosso grupo mostraram que animais deficientes (CD11d-/-) para esta integrina apresentam uma maior sobrevida à infecção com Plasmodium berghei Anka (PbA). Entretanto, ainda não se conhece o papel desta integrina na fisiopatologia da malária. O presente trabalho mostrou que a integrina CD11d/CD18 é dinamicamente expressa em macrófagos diferenciados da medula óssea de animais infectados com PbA. Ensaios in vitro com essas células, demonstraram que esta integrina não afeta a capacidade proliferativa dessas células. Além disso, avaliamos parâmetros importantes para a ativação celular, como produção de espécies reativas de oxigênio e citocinas pró- e anti-inflamatórias. Observamos que macrófagos de animais CD11d-/- produzem quantidades significantemente mais baixas de malondialdeído e de TNF- , e níveis altos de IL-10 em relação aos macrófagos de animais CD11d+/+. Além disso, a produção de prostaglandina E2 foi significantemente diminuída em macrófagos provenientes de animais CD11d-/-. Esses dados indicam que a integrina possui um papel importante na modulação da resposta imune. Verificamos ainda que macrófagos de animais CD11d-/- apresentaram uma diminuição na sua capacidade fagocítica de hemácias parasitadas em relação aos macrófagos de animais CD11d+/+. Entretanto, a ausência desta integrina não afetou a capacidade destes macrófagos de fagocitar hemozoína sintética (sHz). Estes resultados juntos sugerem que a integrina CD11d está envolvida no processo de ativação celular dos macrófagos, modulando a resposta imune do hospedeiro na fisiopatologia da malária, o que torna esta molécula um potencial alvo para ações terapêuticas.

O papel da integrina CD11d/CD18 na diferenciação e ativação de macrófagos: efeitos de heme e hemozoina sintética na resposta imune / The role of integrin CD11d/CD18 differentiation and activation of macrophages: effects of heme and synthetic hemozoina in immune response

A malária é uma doença parasitária causada por protozoários do gênero Plasmodium e representa um grande problema de saúde pública. Sabe-se que metade da população mundial vive em áreas endêmicas, onde esta doença gera cerca de 500 milhões de casos clínicos e em torno de 1 milhão de mortes anualmente. O processo infeccioso da malária é desencadeado por uma resposta imunoinflamatória exacerbada do hospedeiro caracterizada por migração e acúmulo de leucócitos, produção de citocinas pró-inflamatórias e mediadores químicos. Neste processo, as leucointegrinas exercem um papel extremamente importante mediando a adesão, migração e sinalização celular. Neste grupo de integrinas, a CD11d/CD18, que foi descrita mais recentemente está envolvida em diversos eventos patológicos como aterosclerose, dano neuronal e outros. Resultados preliminares de nosso grupo mostraram que animais deficientes (CD11d-/-) para esta integrina apresentam uma maior sobrevida à infecção com Plasmodium berghei Anka (PbA).

Entretanto, ainda não se conhece o papel desta integrina na fisiopatologia da malária. O presente trabalho mostrou que a integrina CD11d/CD18 é dinamicamente expressa em macrófagos diferenciados da medula óssea de animais infectados com PbA. Ensaios in vitro com essas células, demonstraram que esta integrina não afeta a capacidade proliferativa dessas células. Além disso, avaliamos parâmetros importantes para a ativação celular, como produção de espécies reativas de oxigênio e citocinas pró- e anti-inflamatórias. Observamos que macrófagos de animais CD11d-/- produzem quantidades significantemente mais baixas de malondialdeído e de TNF-_, e níveis altos de IL-10 em relação aos macrófagos de animais CD11d+/+. Além disso, a produção de prostaglandina E2 foi significantemente diminuída em macrófagos provenientes de animais CD11d-/-. Esses dados indicam que a integrina possui um papel importante na modulação da resposta imune. Verificamos ainda que macrófagos de animais CD11d-/- apresentaram uma diminuição na sua capacidade fagocítica de hemácias parasitadas em relação aos macrófagos de animais CD11d+/+. Entretanto, a ausência desta integrina não afetou a capacidade destes macrófagos de fagocitar hemozoína sintética (sHz). Estes resultados juntos sugerem que a integrina CD11d está envolvida no processo de ativação celular dos macrófagos, modulando a resposta imune do hospedeiro na fisiopatologia da malária, o que torna esta molécula um potencial alvo para ações terapêuticas (AU)