Динамические изменения цитокинов при COVID-19 и в пост-ковидном периоде

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Цитокины играют ключевую роль в патогенезе COVID-19 и его осложнений. Течение этой инфекции характеризуется гиперактивным иммунным ответом, известным как «цитокиновый шторм», который может приводить к значительным повреждениям тканей и органов.

Цель – изучить динамику уровней интерлейкинов (ИЛ) у больных COVID-19 с основным акцентом на иммунных ответах во время острой инфекции и их ассоциации с тяжестью заболевания и постковидными последствиями.

Материал и методы. С помощью мультиплексного анализа изучены уровни ИЛ у 294 пациентов с различными степенями тяжести COVID-19.

Результаты. Установлено, что в острой фазе COVID-19 уровни ИЛ-1α, ИЛ-1β и ИЛ-2 были увеличены, причем уровень ИЛ-1β заметно снижался в тяжелых случаях. Содержание ИЛ-7 оказалось повышенным у пациентов с тяжелыми случаями заболевания, в то время как ИЛ-8 оставался снижен во время острой фазы. Изменения концентрации ИЛ-10 были различными в группах пациентов с разной тяжестью COVID-19. Уровни ИЛ-2 положительно коррелировали с артериальной гипертензией, а уровни ИЛ-7 продемонстрировали отрицательную корреляцию с этим заболеванием. Уровни ИЛ-10 и ИЛ-8 коррелировали отрицательно с наличием штамма омикрон, но положительно – со штаммом дельта. Также концентрации этих цитокинов положительно коррелировали с тяжелыми случаями COVID-19 и отрицательно – с легкими.

Заключение. Повышенные уровни противовоспалительных ИЛ в острой фазе COVID-19 могут свидетельствовать об усиленном воспалительном ответе, тогда как изменения уровней антивоспалительных ИЛ могут указывать на реализацию регуляторных механизмов, направленных на смягчение воспаления. В период после COVID-19 у пациентов могут развиваться осложнения, такие как артериальная гипертензия и сахарный диабет 2-го типа, каждое из которых связаны с уникальными цитокиновыми профилями. Понимание динамики ИЛ расширяет представления о патогенезе COVID-19 и может улучшить разработку точных медицинских вмешательств для улучшения исходов у пациентов.

Об авторах

Каракоз Нуржановна Мусабай

Некоммерческое акционерное общество «Медицинский университет Астана»

Автор, ответственный за переписку.
Email: mussabay.k@amu.kz
ORCID iD: 0000-0001-7440-4014

магистр биологических наук, старший преподаватель кафедры микробиологии и вирусологии им. Ш.И. Сарбасова

Казахстан, г. Астана

Елизавета Александровна Виноградова

Автономная организация образования «Назарбаев Университет»

Email: st.paulmississippi@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-1845-2726

магистр, старший научный сотрудник Лаборатории микробиома Центра наук о жизни ЧУ National Laboratory

Казахстан, г. Астана

Марат Утеуович Дусмагамбетов

Некоммерческое акционерное общество «Медицинский университет Астана»

Email: dusmagambetov.m@amu.kz
ORCID iD: 0000-0003-2395-6032
Казахстан, г. Астана

Махаббат Сансызбаевна Бекбосынова

Heart Center

Email: cardiacsurgeryres@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2834-617X

д. м. н., врач-кардиолог высшей категории, заместитель председателя правления

Казахстан, г. Астана

Айнур Толепбергеновна Тауекелова

Heart Center

Email: tauekelovaajnura@gmail.com
Казахстан, г. Астана

Самат Серикович Кожахметов

Автономная организация образования «Назарбаев Университет»

Email: skozhakhmetov@nu.edu.kz
ORCID iD: 0000-0001-9668-0327

к. биол. н., ассоциированный профессор, старший научный сотрудник Лаборатории микробиома Центра наук о жизни ЧУ National Laboratory

Казахстан, г. Астана

Алмагуль Рахимберлиевна Кушугулова

Автономная организация образования «Назарбаев Университет»

Email: akushugulova@nu.edu.kz
ORCID iD: 0000-0001-9479-0899

д. м. н., профессор, руководитель Лаборатории микробиома Центра наук о жизни ЧУ National Laboratory

Казахстан, г. Астана

Список литературы

  1. Pasrija R., Naime M. The deregulated immune reaction and cytokines release storm (CRS) in COVID-19 disease. Int Immunopharmacol. 2021; 90: 107225. https://doi.org/10.1016/j.intimp.2020.107225. PMID: 33302033. PMCID: PMC7691139.
  2. Mehta P., McAuley D.F., Brown M. et al. COVID-19: Consider cytokine storm syndromes and immunosuppression. Lancet. 2020; 395(10229): 1033–34. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(20)30628-0. PMID: 32192578. PMCID: PMC7270045.
  3. Tanveer A., Akhtar B., Sharif A. et al. Pathogenic role of cytokines in COVID-19, its association with contributing co-morbidities and possible therapeutic regimens. Inflammopharmacology. 2022; 30(5): 1503–16. https://doi.org/10.1007/s10787-022-01040-9. PMID: 35948809. PMCID: PMC9365214.
  4. Bekbossynova M., Tauekelova A., Sailybayeva A. et al. Unraveling acute and post-COVID cytokine patterns to anticipate future challenges. J Clin Med. 2023; 12(16): 5224. https://doi.org/10.3390/jcm12165224. PMID: 37629267. PMCID: PMC10455949.
  5. Mussabay K., Kozhakhmetov S., Dusmagambetov M. et al. Gut microbiome and cytokine profiles in post-COVID syndrome. Viruses. 2024; 16(5): 722. https://doi.org/10.3390/v16050722. PMID: 38793604. PMCID: PMC11126011.
  6. Siu K., Yuen K., Castano Rodriguez C. et al. Severe acute respiratory syndrome Coronavirus ORF3a protein activates the NLRP3 inflammasome by promoting TRAF3 dependent ubiquitination of ASC. FASEB J. 2019; 33(8): 8865–77. https://doi.org/10.1096/fj.201802418r. PMID: 31034780. PMCID: PMC6662968.
  7. DeDiego M.L., Nieto-Torres J.L., Regla-Nava J.A. et al. Inhibition of NF-κB-mediated inflammation in severe acute respiratory syndrome coronavirus-infected mice increases survival. J Virol. 2014; 88(2): 913–24. https://doi.org/10.1128/jvi.02576-13. PMID: 24198408. PMCID: PMC3911641.
  8. Dinarello C.A., van der Meer J.W.M. Treating inflammation by blocking interleukin-1 in humans. Semin Immunol. 2013; 25(6): 469–84. https://doi.org/10.1016/j.smim.2013.10.008. PMID: 24275598. PMCID: PMC3953875.
  9. McKinstry K.K., Alam F., Flores-Malavet V. et al. Memory CD4 T cell-derived IL-2 synergizes with viral infection to exacerbate lung inflammation. PLoS Pathog. 2019; 15(8): e1007989. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007989. PMID: 31412088. PMCID: PMC6693742.
  10. Zheng Y.-Y., Ma Y.-T., Zhang J.-Y., Xie X. COVID-19 and the cardiovascular system. Nat Rev Cardiol. 2020; 17(5): 259–60. https://doi.org/10.1038/s41569-020-0360-5. PMID: 32139904. PMCID: PMC7095524.
  11. Adamo S., Chevrier S., Cervia C. et al. Profound dysregulation of T cell homeostasis and function in patients with severe COVID-19. Allergy. 2021; 76(9): 2866–81. https://doi.org/10.1111/all.14866. PMID: 33884644. PMCID: PMC8251365.
  12. Bulow Anderberg S., Luther T., Berglund M. et al. Increased levels of plasma cytokines and correlations to organ failure and 30-day mortality in critically ill Covid-19 patients. Cytokine. 2021; 138: 155389. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2020.155389. PMID: 33348065. PMCID: PMC7833204.
  13. Huang C., Wang Y., Li X. et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020; 395: 497–506. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(20)30183-5. PMID: 31986264. PMCID: PMC7159299.
  14. Diao B., Wang C., Tan Y. et al. Reduction and functional exhaustion of t cells in patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19). Front Immunol. 2020; 11: 827. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.00827. PMID: 32425950. PMCID: PMC7205903.
  15. Zhao Y., Qin L., Zhang P. et al. Longitudinal COVID-19 profiling associates IL-1RA and IL-10 with disease severity and RANTES with mild disease. JCI Insight. 2020; 5(13): 139834. https://doi.org/10.1172/jci.insight.139834. PMID: 32501293. PMCID: PMC7406242.
  16. Fields J.K., Günther S., Sundberg E.J. Structural basis of IL-1 family cytokine signaling. Front Immunol. 2019; 10: 1412. https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.01412. PMID: 31281320. PMCID: PMC6596353.
  17. Herold T., Jurinovic V., Arnreich C. et al. Elevated levels of IL-6 and CRP predict the need for mechanical ventilation in COVID-19. J Allergy Clin Immun. 2020; 146(1): 128–136.e4. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2020.05.008. PMID: 32425269. PMCID: PMC7233239.
  18. van de Veerdonk F.L., Netea M.G. Blocking IL-1 to prevent respiratory failure in COVID-19. Crit Care. 2020; 24(1): 445. https://doi.org/10.1186/s13054-020-03166-0. PMID: 32682440. PMCID: PMC7411343.
  19. Jamilloux Y., Henry T., Belot A. et al. Should we stimulate or suppress immune responses in COVID-19? Cytokine and anti-cytokine interventions. Autoimmun Rev. 2020; 19(7): 102567. https://doi.org/10.1016/j.autrev.2020.102567. PMID: 32376392. PMCID: PMC7196557.
  20. Ma A., Zhang L., Ye X. et al. High levels of circulating IL-8 and soluble IL-2R are associated with prolonged illness in patients with severe COVID-19. Front Immunol. 2021; 12: 626235. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.626235. PMID: 33584733. PMCID: PMC7878368.
  21. Chi Y., Ge Y., Wu B. et al. Serum cytokine and chemokine profile in relation to the severity of coronavirus disease 2019 in China. J Infect Dis. 2020; 222(5): 746–54. https://doi.org/10.1093/infdis/jiaa363. PMID: 32563194. PMCID: PMC7337752.
  22. Chang Y., Bai M., You Q. Associations between serum interleukins (IL-1β, IL-2, IL-4, IL-6, IL-8, and IL-10) and disease severity of COVID-19: A systematic review and meta-analysis. Biomed Res Int. 2022; 2022: 2755246. https://doi.org/10.1155/2022/2755246. PMID: 35540724. PMCID: PMC9079324.
  23. Pittman R.N. Regulation of tissue oxygenation. San Rafael (CA): Morgan & Claypool Life Sciences; 2011. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54104/ (date of access – 28.08.2024).
  24. Murakami M., Kamimura D., Hirano T. Pleiotropy and specificity: Insights from the interleukin 6 family of cytokines. Immunity. 2019; 50(4): 812–31. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2019.03.027. PMID: 30995501.
  25. Hirano T., Murakami M. COVID-19: A new virus, but a familiar receptor and cytokine release syndrome. Immunity. 2020; 52(5): 731–33. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.04.003. PMID: 32325025. PMCID: PMC7175868.
  26. Blanco-Melo D., Nilsson-Payant B.E., Liu W.C. et al. Imbalanced host response to SARS-CoV-2 drives development of COVID-19. Cell. 2020; 181(5): 1036–45.e9. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.026. PMID: 32416070. PMCID: PMC7227586.
  27. Yang L., Xie X., Tu Z. et al. The signal pathways and treatment of cytokine storm in COVID-19. Signal Transduct Target Ther. 2021; 6: 255. https://doi.org/10.1038/s41392-021-00679-0. PMID: 34234112. PMCID: PMC8261820.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Диаграмма box plot уровней экспрессии интерлейкинов в динамике от точек Т0-Т5 у исследованных пациентов

Скачать (561KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Корреляционный анализ между уровнями цитокинов, тяжестью заболевания, штаммами вируса и клиническими данными у исследованных пациентов с COVID-19

Скачать (617KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Корреляция тепловой карты: А - корреляция между тяжестью заболевания и результатами лабораторного анализа крови; В - корреляция между тяжестью заболевания и уровнями цитокинов

Скачать (575KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Анализ важности признаков цитокинов

Скачать (668KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Патофизиология инфекции COVID-19

Скачать (1MB)
Метаданные

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».