Viral Interference Between Human Rhinovirus and SARS-CoV-2 in Nasal Epithelium depending on Chronic Rhinosinusitis Subtypes : Interferon-associated viral interference by CRS Subtypes = 만성 비부비동염 아형에 따른 인간 리노바이러스와 SARS-CoV-2 간 바이러스 간섭

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Respiratory viral co-infections influence viral dynamics, disease severity, and mucosal immune responses. Human rhinovirus (HRV), a prevalent respiratory virus that frequently co-circulating with SARS-CoV-2, is known to induce strong interferon (IFN) responses capable of suppressing other respiratory viruses. However, the interaction between HRV and SARS-CoV-2 in human nasal epithelial cells (HNECs) remains incompletely understood, particularly in the context of chronic rhinosinusitis (CRS). CRS without nasal polyps (CRSsNP) and CRS with nasal polyps (CRSwNP) exhibit distinct patterns of inflammation and host antiviral responses that may differentially influence the outcome of viral co-infection.
Methods: We used well-differentiated primary human nasal epithelial cells (HNECs) derived from healthy controls and CRS patients, including CRSsNP and CRSwNP. HNECs were infected with SARS-CoV-2 (Omicron BA.5) and human rhinovirus (HRV16) under single, simultaneous, and sequential infection conditions. Viral RNA levels, expression of viral entry receptors (full-length ACE2 and ICAM-1), and host antiviral responses (IFN-β, IFN-λ1, IFN-λ2, and dACE2) were quantified by RT-qPCR at 0, 2, and 5 days post infection (dpi).
Results: HRV consistently suppressed SARS-CoV-2 under all co-infection conditions, with the strongest inhibition observed when HRV infection preceded SARS-CoV-2. In contrast, SARS-CoV-2 exerted minimal effects on HRV, with only modest reductions observed when it preceded HRV. During simultaneous co-infection, SARS-CoV-2 and HRV RNA levels were positively correlated, suggesting co-regulation by shared epithelial antiviral responses rather than direct viral interference. CRS subtype-specific differences were also evident, with controls generally exhibiting lower SARS-CoV-2 loads than CRS groups, consistent with lower full-length ACE2 and higher IFN-λ1 expression at baseline. CRSsNP showed robust interferon responses across conditions, while non-eosinophilic CRS (non-ECRS) exhibited the highest viral loads of both viruses, along with strong type I and III interferon induction and elevated full-length ACE2 expression following infection.
Conclusion: Our findings highlight that viral interference is not solely determined by intrinsic viral properties, but is also modulated by infection conditions and CRS-associated differences in epithelial immunity, offering new insights into virus-host interactions in the inflamed upper airway.

국문 초록 (Abstract)

배경: 상기도에서 발생하는 호흡기 바이러스 공감염은 바이러스 증식 양상, 질병 경과, 숙주 면역 반응에 영향을 미친다. 인간 리노바이러스(HRV)는 SARS-CoV-2와 함께 유행하는 대표적인 호흡기 바이러스로, 강한 인터페론(IFN) 반응을 유도하는 것으로 알려져 있으며, 다른 호흡기 바이러스 증식 억제에 관여하는 것으로 보고되어 왔다. 그러나 만성 비부비동염(CRS) 환자 유래 비강 상피세포(HNECs)에서 HRV와 SARS-CoV-2 간 상호작용은 아직 명확히 규명되지 않았다. 만성 비부비동염(CRS)의 아형들, 특히 비용종 없는 만성 비부비동염(CRSsNP)과 비용종 동반 만성 비부비동염(CRSwNP)는 서로 다른 염증 반응 및 항바이러스 반응 특성을 보이며, 이러한 차이는 바이러스 공감염의 결과에 상이한 영향을 미칠 수 있다.
방법: 본 연구에서는 건강한 대조군 및 만성 비부비동염 환자(CRSsNP, CRSwNP)로부터 유래한 HNECs에 SARS-CoV-2(Omicron BA.5)와 HRV(HRV16)를 단독, 동시, 또는 순차적으로 감염시켰다. 바이러스 RNA, 바이러스 수용체(full-length ACE2, ICAM-1), 그리고 숙주의 항바이러스 면역 관련 인자 (IFN-β, IFN-λ1, IFN-λ2, dACE2)의 발현을 감염 후 0일, 2일, 5일에 RT-qPCR을 통해 측정하였다.
결과: HRV는 모든 공감염 조건에서 SARS-CoV-2를 억제하였으며, 특히 HRV가 선행 감염되었을 때 억제 효과가 가장 강했다. 반면, SARS-CoV-2가 HRV에 미치는 영향은 미미했고, SARS-CoV-2가 선행 감염된 경우에만 HRV를 소폭 억제하였다. 한편, 동시 감염시 SARS-CoV-2와 HRV RNA간 양의 상관관계가 나타났으며, 이는 두 바이러스가 공동 숙주 상피세포의 항바이러스 반응에 의해 함께 조절되었을 가능성을 시사한다. CRS 아형에 따른 차이도 뚜렷하게 나타났다. 대조군은 대부분의 감염 조건에서 CRS군 보다 SARS-CoV-2 바이러스 부하가 낮았으며, 이는 기저상태에서의 낮은 full-length ACE2 발현과 높은 IFN-λ1 발현이 관련이 있을 것이라 생각된다. CRSsNP는 강력한 인터페론 반응이 관찰되었다. 한편, 비호산구성 CRS(non-ECRS)는 HRV와 SARS-CoV-2 부하가 모두 높았으며, 바이러스 감염에 의해 유도된 강한 제 1형 및 3형 인터페론 반응과 full-length ACE2 증가가 동반되었다.
결론: 본 연구는 바이러스 간섭이 바이러스 자체 특성뿐 아니라 감염 조건 및 CRS 상피세포 면역 특성에 따라 조절된다는 점을 보여준다. 이는 염증성 상기도 환경에서의 바이러스-숙주 상호작용에 대한 이해를 확장하며, CRS 환자군에서의 감염 대응 전략 수립에 기초 자료를 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• Introduction 1
• Methods 7
• Results 14
• Discussion 38
• References 52
• Supplementary 61
• Abstract in Korean 77