Содержание
- Двухфазный характер болезни
- Проверка гипотезы о вирусном гипервоспалении
- Активность интерферонов I типа у пациентов разной степени тяжести
- Непрерывный воспалительный каскад в условиях нарушения выработки интерферона I типа
- Выводы и направления для дальнейших исследований
- Первоисточник
Двухфазный характер болезни
У большинства пациентов COVID-19 протекает в легкой или умеренной степени тяжести. Только у 5 – 10% заболевших развивается тяжелое или критическое состояние. В Китае интенсивная терапия, искусственная вентиляция легких, смерть произошли в 6.1% случаев. А во Франции уровень смертности составляет 0.70%. Высокие показатели дыхательной недостаточности зарегистрированы у людей младше 50 лет с сопутствующими заболеваниями: диабет, гипертония, избыточный вес. Доля критических случаев при заболевании COVID-19 выше, чем для сезонного гриппа.
Согласно клиническим наблюдениям болезнь чаще всего развивается в два этапа. Первый – легкая или умеренная степень тяжести.
На втором этапе происходит резкое увеличение в крови белков острой фазы воспаления. Это часть системной реакции на инфекцию. Наблюдается вторичное ухудшение дыхания, лимфоцитопения, помутнение в легких при компьютерной томографии (КТ), высокие протромбиновое время и уровень D-димера. Второй этап обычно начинается через 9 – 12 дней после появления первых симптомов заболевания.
Такое двухфазное развитие болезни является проявлением нарушения баланса между про- и противовоспалительными белками. В результате в легких накапливаются лейкоциты, вызывающие острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС).
Однако иммунологические особенности тяжелых состояний при COVID-19 пока мало изучены. Ученые из Парижского университета и института Пастера провели исследование в этой области.
Проверка гипотезы о вирусном гипервоспалении
Исследователи использовали комбинированный подход для проверки гипотезы о вызываемом вирусом гипервоспалении при тяжелых состояниях, ассоциированных с COVID-19. Опираясь на клинические и биологические данные, они проводили фенотипический анализ иммунных клеток, транскрипционный анализ цельной крови, и измеряли концентрацию цитокинов.
В исследовании участвовало 68 человек. С легкой или умеренной степенью тяжести болезни – 15 человек. Пациентов в тяжелом состоянии – 17 человек. В критическом – 18. Группа здоровых людей – 18 человек.
Для изучения зависимости лимфоцитопении от тяжести заболевания сравнивались популяции Т-клеток, NK-клеток, маркеры активации и истощения.
У пациентов с тяжелыми и критическими состояниями была снижена плотность CD3+ T-клеток, включая все их подмножества. Наиболее выраженное снижение наблюдалось для CD8+ T-клеток. Также в этой группе пациентов была снижена плотность NK-клеток.
У всех инфицированных пациентов был увеличен маркер активации Т-лимфоцитов CD38+ HLA-DR+. По мере нарастания тяжести заболевания увеличивалась экспрессия PD-1, маркера истощения Т-лифоцитов. Аналогичная зависимость наблюдалась и для NK-клеток.
Таким образом, лимфоцитопения пациентов в тяжелом и критическом состояниях частично связана с апоптозом Т-клеток.
Активность интерферонов I типа у пациентов разной степени тяжести
Интерфероны типа I (IFN-1) – основа противовирусного иммунитета. Они активируют несколько сотен генов. Продукты этих генов борются с вирусом на разных стадиях: вход в клетку, репликация, выход из клетки.
Для изучения иммунологических транскрипционных сигнатур, характеризующих тяжесть заболевания, ученые провели количественную оценку экспрессии соответствующих генов в периферических лейкоцитах.
У пациентов легкой и средней степени тяжести более активными были гены, кодирующие белки, ассоциированные с IFN-1 и IFN-2.
У тяжелобольных пациентов было наоборот. Наблюдалась высокая экспрессия генов, кодирующих воспалительный и врожденный иммунный ответ. Активация интерферон стимулированных генов (ISG) была снижена. Причем у пациентов в критическом состоянии подавленность регуляции ISG была наиболее сильной.
Интерферон бета (IFN-β) не обнаруживался в плазме крови у всех инфицированных пациентов. А уровень интерферона альфа-2 (IFN-α2) был ниже у пациентов в критическом состоянии по сравнению с пациентами в легком и среднем состоянии. Активность интерферона (IFN) в сыворотке крови также была значительно ниже у пациентов в критическом состоянии.
Цитопатический анализ in vitro показал, что низкий ответ IFN-1 предшествовал развитию дыхательной недостаточности и ОРДС в 95% случаев. Искусственная вентиляция легких потребовалась пациентам, у которых ISG и IFN-α2 в плазме крови были низкими.
Результаты серии анализов, сделанных в разные периоды болезни пациента, выявили четкую зависимость продукции IFN-α от тяжести заболевания. У пациентов в легкой и средней степени тяжести наблюдался стабильный высокий уровень IFN-α. Высокий, но короткий уровень IFN-α — у тяжелых пациентов. У критических — низкий уровень или отсутствие IFN-α.
Главным источником IFN-α в организме являются плазмоцитоидные дендритные клетки. Их количество у инфицированных пациентов вне зависимости от тяжести заболевания было ниже, чем у здоровых людей. Возможно, этот эффект связан с миграцией данных клеток в места заражений.
При стимуляции клеток цельной крови интерфероном альфа у инфицированных и здоровых людей наблюдалось сопоставимое увеличение показателя ISG. Можно предположить, что у пациентов с COVID-19 не был затронут потенциал ответа на IFN-1.
Непрерывный воспалительный каскад в условиях нарушения выработки IFN-1
Тяжелые случаи COVID-19 связаны с повышенной выработкой цитокинов — гиперцитокинемией. С возрастанием тяжести заболевания чаще активировались гены, связанные с цитокинами и хемокинами.
Замечено, что в цельной крови уровни РНК цитокинов не всегда коррелировали с уровнями белка в плазме.
Ключевой фактор воспаления интерлейкин-6 (IL-6) не обнаружен в периферической крови на уровне транскрипции. Однако обнаружены высокие уровни активной формы белка IL-6. Увеличена экспрессия IL-6 индуцированных генов: IL6R, SOCS3, STAT3. Активирован сигнальный путь IL-6.
Другой ключевой фактор воспаления: фактор некроза опухоли-альфа (ФНО-α). Он был умеренно активирован на уровне транскрипции. Однако значительно увеличен циркулирующий ФНО-α.
Возможно, что различия между количественными уровнями РНК и уровнями самого белка связаны с синтезом ФНО-α и IL-6 поврежденными клетками легких и эндотелия.
Обратная картина наблюдалась с IL-1. Были повышены уровни транскриптов IL1B, а активная форма белка IL-1 была низкой. Также не был обнаружен циркулирующий IL-1α.
По другим цитокинам картина также разнообразна. Обнаружены транскрипты IL-10 и белок IL-10 у пациентов с тяжелыми и критическими состояниями. IL-17A не обнаружен у всех инфицированных пациентов.
Изучение активации транскрипционных факторов, управляющих гипервоспалением, выявило зависимость от тяжести заболевания. У пациентов в тяжелом и критическом состояниях был значительно повышен уровень маркера некроза и повреждения клеток и связанного с ним рецептора протеинкиназа (RIPK-3).
Гипервоспаление связано с массовым притоком врожденных иммунных клеток, которые могут усугубить повреждение легких. Анализ активации хемокинов и хемокиновых рецепторов выявил, что рецептор CXCR2 значительно повышен у пациентов в тяжелом и критическом состояниях. А рецептор CXCL2 был без различий между группами. У инфицированных пациентов был также повышен моноцитарный хемотоксический фактор CCL2.
Выводы и направления для дальнейших исследований
Данное исследование обнаружило слабый ответ IFN-1 у пациентов с тяжелыми и критическими состояниями, высокое содержание вирусов в крови, избыточный воспалительный ответ. Показано, что SARS-CoV-2 обладает способностью подавлять производство интерферона организмом.
Отличительной чертой тяжелого COVID-19 является дефицит IFN-1. У инфицированных пациентов не выявлено циркулирующего IFN-β. А наиболее тяжелые случаи связаны с нарушенной выработкой IFN-α .
Будет важно изучить динамику IFN-1 у инфицированных людей. Для улучшения прогноза в сложных случаях нужно оценить уровень продукции IFN-1 в начале заболевания. Происходит ли задержка продукции IFN-1? Исчерпана ли продукция IFN-1 после первоначального пика?
Однако необходимо тщательно тестировать возможность восполнения дефицита IFN-1 с помощью инъекций. Противовоспалительная терапия антагонистами IL-6 и ФНО-α также требует дополнительных исследований.
Данное исследование основано на анализе крови. Возможно, иммунный ответ в легких будет отличаться.
