Коронавирус SARS-CoV-2 может вызывать целый спектр заболеваний: от легкого заболевания верхних дыхательных путей до тяжелой дыхательной недостаточности, которая требует искусственной вентиляции легких. В группе риска тяжелого COVID-19 – люди с хроническими заболеваниями легких, такими как тяжелая астма и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).

Однако ХОБЛ меньше распространена среди госпитализированных лиц с COVID-19, чем такие заболевания как гипертония и диабет. Поэтому можно предположить, что люди с ХОБЛ лучше защищены от заражения коронавирусом.

Но если человек с ХОБЛ все же заразился коронавирусом SARS-CoV-2, у него выше риск тяжелого COVID-19 и смерти. Риск также повышен у людей с тяжелой астмой и курильщиков.

Ингаляционные кортикостероиды (ИКС) – препараты для лечения таких заболеваний дыхательных путей как ХОБЛ и астма. Эти препараты защищают от обострений, могут снизить риск заражения вирусом или подавить вызванное вирусом воспаление и предотвратить симптоматические проявления.

Однако исследования показали, что ИКС подавляют врожденный иммунный ответ на риновирус и инфекцию гриппа, что приводит к усилению репликации вируса, хотя в других исследованиях был зарегистрирован защитный эффект ИКС от сезонного коронавируса 229E и SARS-CoV-2.

Эти факты вызывают два вопроса:

  • Оказывают ли ИКС в целом защитный или пагубный эффект на иммунный ответ на SARS-CoV-2?
  • Защищают ли ИКС пациентов с ХОБЛ от COVID-19 или подвергают их повышенной опасности?

Как влияют ХОБЛ, астма и курение на экспрессию рецептора коронавируса ACE2

Два основных белка, с помощью которых SARS-CoV-2 проникает в слизистую дыхательных путей и вызывает инфекцию, – ACE2 и TMPRSS2. Чтобы прикрепиться к клетке, коронавирус SARS-CoV-2 использует клеточный рецептор ACE2. Но чтобы вирусная частица проникла в клетку, ее должен обработать белок TMPRSS2.

В эпителии дыхательных путей курильщиков и пациентов с ХОБЛ повышена экспрессия ACE2. Считается, что это предрасполагает их к неблагоприятному исходу COVID-19. При астме же ACE2, наоборот, подавляется. Этот эффект может быть связан как с действием цитокинов II типа, так и с использованием ИКС.

Ингаляционные кортикостероиды подавляют экспрессию интерферона I типа и ISG

Экспрессию ACE2 в дыхательных путях регулируют противовирусные механизмы. В клетках носового эпителия ACE2 экспрессируется совместно с иммунными генами, которые участвуют в передачи сигналов интерферона. Кроме того, недавно ученые выяснили, что ACE2 является интерферон-стимулированным геном (ISG) в клетках респираторного эпителия человека.

ИКС подавляют эпителиальную экспрессию интерферонов I типа и ISG в ряде моделей ХОБЛ in vitro и in vivo. Перед учеными возник вопрос: может ли вызванное ИКС подавление интерферона приводить к снижению уровня ACE2 в легких и, таким образом, влиять на предрасположенность к SARS-CoV-2 у пациентов с хроническим заболеванием легких?

Исследование взаимосвязи между использованием ингаляционных кортикостероидов и экспрессией ACE2

Британские ученые провели исследование на 40 пациентах с ХОБЛ в клинически стабильном состоянии. Пациентов разделили на две группы:

  • те, кто использовал ИКС либо в ингаляторе с одним агентом, либо в комбинации с бронходилататорами;
  • те, кто не использовал ИКС.

От 6 пациентов с ХОБЛ и 6 здоровых некурящих людей из контрольной группы ученые получили первичные бронхиальные эпителиальные клетки (BEC). Клетки обрабатывали 10 нМоль/л кортикостероидом флутиказона пропионатом (FP) или диметилсульфоксидом – веществом, использующимся в качестве носителя (VEH на рисунках).

Для исследования ученые также использовали мышей Ifnar – / – с нарушенной передачей сигналов интерферона. Мышам интраназально вводили кортикостероиды FP, будесонид или беклометазон в виде раствора, содержащего 20, 6.7 или 2 мкг действующего вещества, соответственно.

Мышей отбирали для анализа через 8, 24, 48 или 96 часов после введения FP. В некоторых экспериментах через 2 часа после введения FP мышам дополнительно вводили интраназально 50 мкл физраствора, содержащего 104 единиц рекомбинантного интерферона-бета (ИФН-бета).

У пациентов с ХОБЛ, которые принимают ингаляционные кортикостероиды, снижается легочная экспрессия ACE2

Исследования указывают на то, что экспрессия мРНК ACE2 в мокроте снижается у пациентов с бронхиальной астмой, принимающих ИКС. Однако неясно, происходит ли подобное подавление ACE2 при ХОБЛ.

Ученые отобрали по 18 пациентов из тех, кто использовал ИКС, и тех, кто не использовал, – всего 36 пациентов. Экспрессия мРНК ACE2 в клетках мокроты была обнаружена у 22 из 36 пациентов с ХОБЛ (61,1%). Так же, как и при астме, экспрессия ACE2 была значительно снижена у пациентов, принимавших ИКС, по сравнению с теми, кто не принимал (рис. 1, А).

Экспрессия клетками мокроты белка TMPRSS2, который SARS-CoV-2 использует для проникновения через слизистые оболочки, была обнаружена у всех испытуемых, без существенной разницы между принимавшими ИКС и теми, кто не принимал (рис. 1, B).

Рис.1. Экспрессия генов ACE2 и TMPRSS2 в мокроте пациентов с ХОБЛ

Точно так же альтернативный рецептор SARS-CoV CD147 (ген базигин, BSG) был обнаружен у всех субъектов, при этом не наблюдалось различий между принимавшими ИКС и теми, кто не принимал (рис. E2).

Рис. E2. Экспрессия гена BSG в мокроте пациентов с ХОБЛ

Введение ингаляционных кортикостероидов подавляет легочную экспрессию ACE2 у мышей

Чтобы отделить причину от следствия, ученые проверили на мышах, действительно ли экспериментальное легочное введение ИКС FP мышам подавляет экспрессию ACE2.

Однократное введение 20 мкг FP мышам (рис. 2, A) значительно подавляло экспрессию мРНК ACE2 в легких через 8 часов. 8 часов – это момент времени, в который происходит значительная активация глюкокортикоидного рецептора (GR).

Этот эффект сохранялся через 24 часа после введения, но исчезал через 48 часов (рис. 2, B).

Подавление ACE2 с помощью FP происходило дозозависимым образом с потерей подавления при 10-кратно более низкой концентрации (2 мкг) (рис. 2, C) – доза, при которой эффект активации GR также теряется.

В соответствии с эффектами, наблюдаемыми в мокроте человека, введение FP не влияло на экспрессию TMPRSS2 или BSG в легких мыши.

Ученые наблюдали аналогичное подавление экспрессии мРНК ACE2 в легких при введении 20 мкг других широко используемых ИКС – будесонида и беклометазона. Это означает, что влияние ИКС на ACE2 не зависит от класса препарата (рис. 2, D).

Рис. 2. Введение ИКС подавляет экспрессию ACE2 в легких мыши

Подавление ACE2 с помощью FP связано с подавлением интерферона I типа

ACE2 является стимулированным интерфероном геном в дыхательных путях и экспрессируется совместно с генами, связанными с интерфероном I типа (ИФН-I). Это значит, что ИФН-I может быть основным регулятором легочной экспрессии ACE2.

Так как у пациентов с ХОБЛ, принимающих ИКС, снижена экспрессия ИФН-бета в дыхательных путях, ученые предположили, что снижение экспрессии ACE2 с помощью FP может быть связано с его подавляющим эффектом на передачу сигналов интерферона I типа. Соответственно, введение рекомбинантного ИФН-бета (рис. 3, B) может обратить вспять вызванное FP подавление ACE2 (рис. 3, C). Этот факт указывает на то, что влияние FP на экспрессию ACE2 функционально связано с тем, что FP подавляет ИФН-I.

Рис. 3. Подавление ACE2 с помощью ИКС связано с подавлением интерферона I типа

У мышей Ifnar – / – снижена базальная экспрессия ACE2

Чтобы подтвердить функциональное значение интерферона I типа в регуляции легочного ACE2, ученые оценили базальные уровни легочной экспрессии у мышей с дефицитом передачи сигналов интерферона (Ifnar – / -).

По сравнению с контрольными мышами дикого типа, мыши Ifnar – / – имели небольшое, но статистически значимое снижение экспрессии мРНК ACE2 в легких (рис. 4, A) с сопутствующей тенденцией к снижению уровня белка ACE2 в легких (рис. 4, B). Эти наблюдения подтверждают ключевую регуляторную роль, которую играет передача сигналов ИФН-I в легочной экспрессии ACE2.

Рис. 4. Мыши с дефицитом рецепторов интерферона I типа имеют сниженную экспрессию ACE2 в легких

Ингаляционные кортикостероиды подавляют экспрессию ACE2 в бронхиальном эпителии

Рецептор ACE2 экспрессируется в основном в носовом и бронхиальном эпителии и отсутствует в иммунных клетках. FP подавляет иммунитет легочного эпителия.

Ученые оценили, подавлялась ли экспрессия ACE2 после введения ИКС в культивируемых первичных бронхиальных эпителиальных клетках (BEC), полученных от пациентов с ХОБЛ (рис. 5, A).

Результаты эксперимента:

  • Базальная экспрессия ACE2 была увеличена примерно в 3 раза в BEC от пациентов с ХОБЛ по сравнению с клетками здоровых некурящих (рис. 5, B).
  • Введение FP в клинически значимой концентрации 10 нМоль/л подавляло экспрессию ACE2 на 75% (рис. 5, C).
  • Введение FP в ХОБЛ BEC не влияло на экспрессию TMPRSS2 (Рис. E4).

Рис.5. Экспрессия ACE2 увеличивается при ХОБЛ и подавляется введением флутиказона в культивируемых эпителиальных клетках бронхов (BEC)

FP подавляет экспрессию ACE2 в легких мышей с ХОБЛ

Ученые использовали мышиную модель эмфиземы, вызванной эластазой – ферментом, расщепляющим белок. Эта модель воспроизводит многие характерные особенности заболевания у людей.

Экспрессию ACE2 в легких измеряли через 10 дней после введения эластазы – момент, когда устанавливаются признаки ХОБЛ-подобного заболевания, и еще через 7 дней.

У мышей, получавших эластазу, в 5 раз повышалась экспрессия ACE2 в легких через 10 дней с дальнейшим повышением более чем в 15 раз через 17 дней (рис. 6, B).

Введение однократной дозы FP через 10 дней ослабляло экспрессию мРНК ACE2 в легких (рис. 6, C) и снижало концентрации белка ACE2, измеренные через 24 часа (рис. 6, D), но не влияло на TMPRSS2.

Эти результаты подтверждают, что ИКС подавляют ACE2 в модели in vivo ХОБЛ-подобного заболевания.

Рис. 6. Экспрессия ACE2 увеличена в модели ХОБЛ у мышей и подавлена ​​введением флутиказона

Выводы

Рецептор ACE2, способствующий проникновению SARS-CoV-2 в дыхательные пути, активируется при ХОБЛ. Введение ИКС снижает легочную экспрессию ACE2. Снижение экспрессии ACE2 связано с тем, что ИКС подавляют интерферон I типа. Эти данные показывают, что использование терапии ИКС изменяет экспрессию рецептора входа SARS-CoV-2 и, таким образом, может способствовать изменению восприимчивости к COVID-19 у пациентов с ХОБЛ.

Точная роль ACE2 в патогенезе COVID-19 полностью не охарактеризована. Однако есть ряд фактов, которые указывают на важную роль ACE2 в проникновении вируса и патогенезе SARS-CoV:

  • При SARS-CoV-1 более высокая экспрессия ACE2 увеличивает восприимчивость к инфекции in vitro.
  • В исследованиях на животных сверхэкспрессия ACE2 усиливает проникновение SARS-CoV-1, антитела против ACE2 могут блокировать вирусную инвазию, а у мышей с дефицитом ACE2 наблюдается снижение легочной патологии.
  • ACE2 экспрессируется в основном в бокаловидных клетках носа и пневмоцитах II типа в дыхательных путях. Он активируется у людей в группах риска тяжелого заболевания: пожилых и пациентов с сахарным диабетом.

Подавление ACE2 может ухудшить исход заболевания:

  • В мышиных моделях аспирационной пневмонии и сепсиса генетическая делеция ACE2 усугубляет острое повреждение легких. Этот эффект частично устраняется введением рекомбинантного ACE2.
  • ACE2 разрушает ангиотензин II, который может управлять выработкой провоспалительных цитокинов. Это может быть вредным в контексте гипервоспаления, характерного для тяжелой формы COVID-19.

ХОБЛ может быть связана и с возможной защитой от заражения коронавирусом, и – в случае заражения – с повышенной склонностью к тяжелому COVID-19. Использование ИКС подавляет интерферон I типа, что приводит к усилению репликации вируса и повышает вероятность вторичной бактериальной инфекции. Введение рекомбинантного ИФН-бета в комбинации с FP может обратить вспять подавление экспрессии ACE2.

Понимание механизма, посредством которого ИКС подавляют экспрессию ACE2, важно для определения того, как этот эффект может быть использован в качестве защитного фактора или обращен вспять, если он является пагубным.

Источник

Inhaled corticosteroids downregulate the SARS-CoV-2 receptor ACE2 in COPD through suppression of type I interferon