Два цитокина, CCL2 и CCL3, по-видимому, имеют решающее значение для переманивания иммунных клеток, называемых моноцитами, из кровотока в легкие, где клетки предпринимают сверхагрессивные попытки избавиться от вируса.
Нацеливание на эти специфические цитокины с помощью ингибиторов может успокоить иммунную реакцию и предотвратить повреждение легочной ткани. В настоящее время один препарат, блокирующий иммунный ответ на CCL2, изучается в клинических испытаниях на пациентах с тяжелой формой COVID-19.
Исследование также показало, что у выживших после тяжелой формы COVID-19 в легких было больше противовирусных Т-лимфоцитов, чем у умерших пациентов, что позволяет предположить, что эти Т-клетки могут иметь решающее значение для помощи пациентам в контроле над вирусом и предотвращения безудержного иммунного ответа.
Исследование, опубликованное 12 марта в журнале Immunity, является одним из первых, в котором изучается иммунный ответ, который проявляется в реальном времени в легких и кровотоке у пациентов, госпитализированных с тяжелой формой COVID-19.
Лечение тяжелой формы COVID-19 необходимо
У пациентов с тяжелой формой COVID-19 легкие повреждены, и пациенты нуждаются в дополнительном кислороде. Риск летального исхода более 40%.
«Мы хотели изучить иммунный ответ в легких при тяжелом заболевании, потому что именно эти реакции либо защищают орган, либо вызывают повреждение», – говорит Донна Фарбер, доктор философии, профессор микробиологии и иммунологии и Джордж Х. Хамфрис II, профессор хирургических наук отделения хирургии, который руководил исследованием. «Несмотря на то, что люди проходят вакцинацию, тяжелая форма COVID-19 остается значительным риском для некоторых людей, и нам необходимо найти способы лечения людей, у которых развивается тяжелое заболевание."
Многочисленные исследования COVID были сосредоточены на выявлении иммунных реакций в крови; некоторые исследовали образцы дыхательных путей за один раз или из вскрытий. В нескольких исследованиях изучался иммунный ответ на SARS-CoV-2 в дыхательных путях по мере развития ответа, потому что получение таких образцов от пациентов является сложной задачей. Но несколько лет назад колумбийские исследователи узнали, что они могут извлекать респираторные иммунные клетки из обычных ежедневных промывок солевым раствором эндотрахеальных трубок, которые соединяют интубированных пациентов с аппаратом ИВЛ.
Парные образцы дыхательных путей и крови показывают полный иммунный ответ в режиме реального времени
В этом новом исследовании ученые собрали респираторные иммунные клетки у 15 интубированных пациентов с COVID-19.
Каждый пациент провел от четырех до семи дней на аппарате ИВЛ, и ежедневно брали пробы дыхательных путей и крови.
Все образцы были исследованы на наличие цитокинов и различных типов иммунных клеток. У четырех пациентов исследователи измерили экспрессию генов в каждой иммунной клетке, чтобы получить подробную картину активности клеток.
«Кажется очевидным, что иммунный ответ в дыхательных путях приведет к заболеванию, вызванному респираторным вирусом, но мы не знали, каковы были процессы и как они работали вместе с систематическими реакциями», – говорит Фарбер. «Что нового здесь, так это то, что мы смогли одновременно брать пробы из дыхательных путей и крови с течением времени и составить более полную картину задействованных реакций и того, как локальные и системные реакции работают вместе."
Два цитокина вызывают повреждение легких
Хотя исследователи обнаружили повышенные уровни многих цитокинов в крови, гораздо больше типов цитокинов присутствовало в легких и на очень повышенных уровнях.
«Люди относятся к пациентам, у которых наблюдается цитокиновый шторм в крови, но то, что мы видим в легких, находится на другом уровне», – говорит Фарбер. "Иммунные клетки в легких вышли из-под контроля, высвобождая эти цитокины."
В крови не было обнаружено цитокинов, которые также не были обнаружены в легких, что позволяет предположить, что сигналы, вызывающие тяжелое воспаление, управляются цитокинами легких, а не системными.
«Было высказано предположение, что системные цитокины вызывают тяжелое заболевание, но наши результаты показывают, что воспалительные процессы, которые увековечивают болезнь, происходят из легких», – говорит Фарбер.
Цитокины CCL2 и CCL3, выделяемые легкими, оказались особенно важными при тяжелом заболевании, поскольку моноциты, попавшие в легкие, экспрессировали рецепторы этих молекул. «Обычно эти клетки никогда не попадают в дыхательные пути, но у пациентов с тяжелой формой COVID они накапливаются в легких и закупоривают альвеолярные пространства», – говорит Фарбер.
Полученные данные также могут объяснить, почему испытания других ингибиторов цитокинов, включая тоцилизумаб, показали переменную эффективность.
По словам Фарбера, тоцилизумаб ингибирует цитокин IL-6, уровень которого повышен у пациентов с тяжелой формой COVID, но, по-видимому, не является основным компонентом воспаления в легких.
У выживших высокий уровень Т-лимфоцитов в легких
Из 15 пациентов, участвовавших в исследовании, восемь умерли, и все выжившие были моложе 60 лет.
В легких выживших было значительно больше Т-клеток, которые мобилизуются в легкие для удаления вируса, и меньшая доля воспалительных макрофагов и моноцитов.
В целом, у молодых людей более устойчивый Т-клеточный ответ, в то время как у пожилых людей базовый уровень воспалительных клеток выше; оба фактора могут помочь объяснить, почему пожилые пациенты с тяжелой формой COVID чувствуют себя хуже.
Клеточные различия между выжившими и умершими пациентами потенциально могут привести к способу предсказать, у каких пациентов с большей вероятностью разовьется тяжелое заболевание, хотя различия проявляются только в легких, а не в крови. Важно отметить, что прогностическая ценность частот иммунных клеток дыхательных путей была лучше, чем стандартные клинические измерения поражения легких и органов.
«Наш следующий шаг – попытаться найти более доступный биомаркер, который предсказывает тяжелую форму COVID, чтобы мы могли попытаться раньше назначить лечение пациентам, которые подвержены наибольшему риску», – говорит Фарбер.
«Понимание иммунного ответа при тяжелой форме COVID на данный момент действительно важно, – добавляет Фарбер, – потому что мы можем увидеть это снова при следующей вспышке коронавируса. Это то, что коронавирусы делают в худшем случае; это их M.О."
Больше информации
Документ озаглавлен «Продольное профилирование респираторных и системных иммунных ответов выявляет воспаление легких, вызванное миелоидными клетками, при тяжелой форме COVID-19."
Другие авторы (все из Колумбии, если не указано иное): Питер А. Сабо, Праная Догра, Иисус Навин I. Грей, Стивен Б. Уэллс, Томас Дж. Коннорс, Стюарт П. Вайсберг, Изабела Крупска, Рей Мацумото, Майя М.L. Пун, Эмма Идзиковски, Шинейд Э. Моррис, Хлоя Пасин, Эндрю Дж. Йетс, Эми Ку, Майкл Чайт, Джулия Дэвис-Порада, Синьчжэн Ви.
Го, Цзин Чжоу (IsoPlexis Corporation), Мэтью Стейнл (IsoPlexis), Шон Маккей (IsoPlexis), Анджали Саки, Мэтью Р. Болдуин и Питер А. Симы.
Исследование поддержано U.S. Национальные институты здравоохранения (гранты AI128949, AI06697, R01AI093870, K23A1141686 и K08DK122130); грант Chan Zuckerberg Initiative COVID-19; докторская стипендия CRI-Irvington; и стипендия канадских институтов исследований в области здравоохранения.
Исследования, описанные в этой публикации, были выполнены в Ядре мониторинга иммунитета человека, Ядре анализа одиночных клеток Колумбии и Центре генома Сульцбергера Колумбийского университета, которые поддерживаются грантом поддержки онкологического центра NCI P30CA013696.
Цзин Чжоу, Мэтью Стейнл и Шон Маккей – сотрудники IsoPlexis.