По данным Всемирной организации здравоохранения, коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), возбудитель коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19), стал причиной более 623 миллионов инфекций и более 6,56 миллионов смертей. от 1 декабря 2021 года. По оценкам, примерно у 80% пациентов с COVID-19 наблюдаются бессимптомные, умеренные или легкие симптомы, а у 20% — тяжелое заболевание и смерть. Однако механизмы и молекулярные события того, как инфекция SARS-CoV-2 может привести к тяжелой пневмонии, до сих пор неизвестны.

Фон

Несколько исследований показали, что дисфункциональный иммунный ответ играет важную роль в развитии тяжелых симптомов COVID-19 . У пациентов с тяжелой формой COVID-19 наблюдались аномальные периферические иммунные активности наряду с цитокиновым штормом , возникающим в результате усиления провоспалительных хемокинов и цитокинов, а также кальпротектина. Кроме того, высокие уровни гипервоспалительных макрофагов, происходящих из моноцитов, были обнаружены в жидкости бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) пациентов с тяжелой формой COVID-19. Кроме того, у пациентов со средней степенью тяжести наблюдались высококлональные размноженные CD8+ Т-клетки.

Кроме того, известно, что клеточный метаболизм важен для правильного функционирования иммунных клеток как в здоровых, так и в болезненных условиях. Многие недавние клинические исследования показали, что COVID-19 вызывает изменение метаболитов плазмы. У пациентов с тяжелой формой COVID-19 наблюдались снижение содержания питательных веществ в крови и нарушение регуляции метаболических компонентов.

Кроме того, в периферической крови пациентов с острым COVID-19 наблюдались более высокие уровни Т-клеток, экспрессирующих потенциалзависимый анионный канал 1. Однако иммунометаболическая регуляция лейкоцитов в легких, которые являются наиболее пораженным органом, и ее связь с тяжестью заболевания и иммунной функцией до сих пор неясны.

Новое исследование, которое будет опубликовано в iScience, направлено на анализ иммунометаллобизма клеток ЖБАЛ у пациентов с COVID-19 от легкой до тяжелой степени с использованием вычислительных алгоритмов, которые количественно оценивают метаболические потоки и метаболические пути.

Об исследовании

Исследование включало сбор секвенирования одноклеточной РНК (scRNA-seq) из ЖБАЛ пациентов с тяжелым и легким течением COVID-19, а также здоровых людей из контрольной группы с последующим кластеризацией клеток и аннотацией. Сравнение активности метаболических путей между различными подмножествами клеток проводили с использованием вменения и нормализации данных наряду с расчетом активности метаболических путей. После этого были проведены дифференциальный анализ экспрессии генов, корреляционный анализ, анализ траекторий, анализ баланса потока отдельных клеток, визуализация экспрессии генов и расчет баллов определенных метаболических путей.

Solgar, Экстракт грибов рейши, шиитаке и грифолы курчавой, 50 вегетарианских капсул

Данные о метаболоме плазмы были собраны у пациентов с COVID-19 и у здоровых людей с последующей стимуляцией первичных макрофагов с помощью резиквимода (R848) агониста SARS-CoV-2 или TLR7/8. Анализ фагоцитоза и поглощения жирных кислот измерял макрофаги и жирные кислоты. Приготовление штаммов вируса SARS-CoV-2 проводили в клетках Vero-E6. Макрофаги, происходящие из моноцитов человека, были получены из мононуклеарных клеток периферической крови человека (РВМС) и стимулированы SARS-CoV-2. Наконец, были проведены выделение РНК, ПЦР в реальном времени и иммуноферментный анализ (ИФА).

Результаты исследования

В результатах сообщалось о 9 основных клеточных популяциях, включающих нейтрофилы, макрофаги, плазмоцитоидные дендритные клетки (pDC), миелоидные дендритные клетки (mDC), естественные клетки-киллеры (NK), плазматические клетки, B- и T-лимфоциты, а также эпителиальные клетки в иммунных клетках. от БАЛ пациентов с COVID-19. Было обнаружено, что клетки БАЛЖ делятся на легкие, здоровые и тяжелые на основе уровней экспрессии 1526 метаболических генов. Более того, большинство метаболических путей, таких как окислительное фосфорилирование, цитратный цикл (цикл ТСА) и гликолиз, не регулировались в mDC, B-клетках, pDC, NK-клетках, макрофагах и T-клетках из ЖБАЛ пациентов с легкой формой COVID-19. Тем не менее, большинство из этих путей были подавлены у тяжелых пациентов по сравнению с легкими пациентами.

71 из 85 метаболических путей были активизированы в макрофагах ЖБАЛ пациентов с легкой формой COVID-19. Однако сообщалось, что только 8 путей активировались в макрофагах из ЖБАЛ пациентов с тяжелой формой COVID-19, а 65 путей подавлялись. У пациентов с тяжелой формой COVID-19 наблюдалась активация только путей биосинтеза жирных кислот и путей гликолиза и их генов, в то время как у пациентов с легкой формой COVID-19 наблюдалась активация большинства метаболических путей и их генов.

Из 294 обнаруживаемых метаболических потоков 223 были снижены в макрофагах из ЖБАЛ пациентов с тяжелым течением COVID-19 по сравнению с пациентами с легким течением. Более того, из 18 обнаруженных кластеров макрофагов 8 включали макрофаги от пациентов с легкой формой COVID-19, а 9 включали макрофаги от пациентов с тяжелой формой. Было обнаружено, что макрофаги CD14+, полученные из легких (BALF-MC) пациентов с легким течением заболевания, демонстрируют высокие уровни экспрессии связанных с метаболизмом генов и активности метаболических путей по сравнению с таковыми у пациентов с тяжелым течением заболевания. Кроме того, метаболическая активность увеличивалась вдоль моноцитов CD14+ от МКПК (МКПК-МК) к траектории МКБАЛ у пациентов с легким течением заболевания.

Кроме того, гены, кодирующие провоспалительные хемокины и цитокины, были выше у тяжелых пациентов, в то время как гены эндоцитоза и презентации антигена были подавлены. Экспрессия ферментов, участвующих в метаболизме пирувата и глутамата, была ниже у пациентов с тяжелым течением COVID-19, что приводило к высокому уровню провоспалительных хемокинов и цитокинов. Макрофаги с ингибированным гликолизом показали пониженные уровни этих хемокинов и цитокинов. Кроме того, метаболизм липидов также был ниже у пациентов с тяжелым течением COVID-19.

Сигнальный путь гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисомы ядерного рецептора (PPARγ), который играет важную роль в метаболизме липидов и поддержании метаболического гомеостаза, также был ингибирован в макрофагах, полученных от пациентов с тяжелой формой COVID-19. Ингибирование сигнального пути PPARγ также было связано с повышенной продукцией воспалительных цитокинов и хемокинов. Наконец, сообщалось, что лечение розиглитазоном, одобренным FDA противодиабетическим препаратом, активирует путь PPARγ в макрофагах. Это также привело к снижению продукции провоспалительных цитокинов и увеличению экспрессии метаболических генов.

Таким образом, текущее исследование показало, что метаболический дисбаланс бронхоальвеолярных макрофагов может привести к гипервоспалению у пациентов с тяжелым течением COVID-19. Регуляция метаболизма такими препаратами, как розиглитазон, может помочь предотвратить цитокиновый шторм у таких пациентов. Кроме того, исследование также выявило нарушение регуляции иммунометаболизма как важную часть патогенеза COVID-19, что может быть использовано для разработки новых терапевтических средств против COVID-19.

Ограничения

Текущее исследование имеет определенные ограничения. Во-первых, вычислительные алгоритмы, использованные в исследовании, не учитывали посттрансляционную модуляцию и посттранскрипционную регуляцию. Во-вторых, все основные выводы исследования были сделаны  in vitro . В-третьих, влияние розиглитазона на PPARγ должно быть подтверждено с использованием клеток, генетически нокаутированных по PPARγ. В-четвертых, целевая функция вирусной биомассы (VBOF) не была добавлена ​​в исследование для определения метаболических потребностей вируса у хозяина. Наконец, для проверки действия росиглитазона использовались только человеческие макрофаги от здоровых доноров, в то время как его действие еще предстоит проверить в случаях тяжелого течения COVID-19 у пациентов с диабетом 2 типа.