Neutrophils play a major role in the destruction of the olfactory epithelium during SARS-CoV-2 infection in hamsters

Abstract

The loss of smell (anosmia) related to SARS-CoV-2 infection is one of the most common symptoms of COVID-19. Olfaction starts in the olfactory epithelium mainly composed of olfactory sensory neurons surrounded by supporting cells called sustentacular cells. It is now clear that the loss of smell is related to the massive infection by SARS-CoV-2 of the sustentacular cells in the olfactory epithelium leading to its desquamation. However, the molecular mechanism behind the destabilization of the olfactory epithelium is less clear. Using golden Syrian hamsters infected with an early circulating SARS-CoV-2 strain harboring the D614G mutation in the spike protein; we show here that rather than being related to a first wave of apoptosis as proposed in previous studies, the innate immune cells play a major role in the destruction of the olfactory epithelium. We observed that while apoptosis remains at a low level in the damaged area of the infected epithelium, the latter is invaded by Iba1 + cells, neutrophils and macrophages. By depleting the neutrophil population or blocking the activity of neutrophil elastase-like proteinases, we could reduce the damage induced by the SARS-CoV-2 infection. Surprisingly, the impairment of neutrophil activity led to a decrease in SARS-CoV-2 infection levels in the olfactory epithelium. Our results indicate a counterproductive role of neutrophils leading to the release of infected cells in the lumen of the nasal cavity and thereby enhanced spreading of the virus in the early phase of the SARS-CoV-2 infection. Supplementary Information The online version contains supplementary material available at 10.1007/s00018-022-04643-1.

Odorat et virus respiratoires :une relation révélée par la Covid-19

“…Cette apoptose serait une réaction de défense contre l'invasion, en limitant la neuroinvasion du virus par le rail olfactif. Pourtant, dans les zones infectées de l'épithélium olfactif, les cellules apoptotiques ne sont pas plus nombreuses que dans un tissu non infecté [32]. Par contre, un marquage important de cellule en apoptose, dont des neurones olfactifs, est retrouvé dans la lumière de la cavité nasale [32].…”

“…Pourtant, dans les zones infectées de l'épithélium olfactif, les cellules apoptotiques ne sont pas plus nombreuses que dans un tissu non infecté [32]. Par contre, un marquage important de cellule en apoptose, dont des neurones olfactifs, est retrouvé dans la lumière de la cavité nasale [32]. Un autre mécanisme que l'apoptose serait donc à la base de la destruction de l'épithélium, des cellules fonctionnelles étant libérées dans la lumière de la cavité nasale.…”

“…Néanmoins, en libérant les cellules infectées dans la lumière de la cavité nasale, la propagation du virus est favorisée. Ce qui semble contre-productif pour l'hôte infecté [32] (Figure 5B). Au-delà de ces pertes importantes de neurones olfactifs, de nombreux neurones se retrouvent déciliés dans des zones pourtant non infectées [30,35].…”

“…Lors des événements précoces de l'infection, de nombreuses cellules se retrouvent, suite à la destruction de l'épithélium olfactif, dans la lumière de la cavité nasale [32,35]. Bien que certaines zones de l'épithélium ne soient pas encore touchées par l'infection, elles deviennent alors beaucoup moins accessibles au flux d'air, limitant l'arrivée des odeurs au niveau des neurones olfactifs (Figure 5C).…”

“…De nombreuses cellules, dont les neurones olfactifs, se désolidarisent en effet de la lame basale de l'épithélium [20]. Cet évènement est extrêmement rapide puisqu'il apparaît dès 24 h après l'infection [32]. La durée du cycle viral du SARS-CoV-2 étant estimée à environ 10 heures [33], cela suggère que l'infection virale pourrait être directement responsable de la déstructuration des zones infectées.…”