W niedawnym badaniu opublikowanym w PNASnaukowcy wyjaśnili zaburzenia immunologiczne i genetyczne u pacjentów z długą chorobą koronawirusową (COVID) ze zwłóknieniem płuc.

Tło

Długi COVID przedstawia spektrum objawów klinicznych, wśród których zwłóknienie płuc jest jednym z najpoważniejszych. Badania wykazały podwyższoną ekspresję klaster zróżnicowania 47 (CD47), interleukina-6 (IŁ-6) i Jun protoonkogen, Podjednostka czynnika transkrypcyjnego AP-1 (CZERWIEC) ekspresja wśród pacjentów ze zwłóknieniem płuc wywołanym przez COVID 2019 (COVID-19). Jednak dokładne mechanizmy patofizjologiczne rozwoju zwłóknienia płuc u pacjentów z długotrwałym COVID są niejasne.

O badaniu

W niniejszym badaniu naukowcy modelowali zwłóknienie płuc w długim COVID i profilowali odpowiedzi immunologiczne za pomocą myszy JUN za pomocą jednokomórkowej cytometrii masowej.

Zespół przeanalizował profile transkryptomiczne pojedynczych komórek tkanek płuc zakażonych koronawirusem zespołu ostrej niewydolności oddechowej 2 (SARS-CoV-2), aby wykryć wrodzone immunologiczne mediatory zwłóknienia płuc wywołanego przez COVID. Za pomocą spektrometrii mas i analiz histopatologicznych oceniono wrodzone zmiany immunologiczne dotyczące progresji włóknienia płuc.

Analizie poddano tkanki płuc grup pacjentów opublikowanych w GEO GSE122960, GSE149878, GSE158127 i GSE163919. Łącznie przeanalizowano 251 612 transkryptomów jednokomórkowych od pięciu długich pacjentów z COVID i 20 kontroli za pomocą jednolitego przybliżenia i projekcji rozmaitości (UMAP) oraz oceniono zróżnicowaną ekspresję genów między dwiema grupami.

Różnie eksprymowane biomarkery w analizie sekwencjonowania kwasu rybonukleinowego pojedynczych komórek (scRNA-seq) zostały zweryfikowane za pomocą analiz immunofluorescencyjnych długich tkanek płucnych COVID-19 z markerami COVID-19. Markery immunofluorescencyjne obejmowały białko nukleokapsydu (N) SARS-CoV-2, elastazę neutrofilową (NE), CD3, CD11b, CD20, CD31, CD68, czynnik terminacji transkrypcji-1 (TTF-1), kolagen I, mezotelina, białko specyficzne dla fibroblastów -1 (FSP-1) i aktyna mięśni gładkich (SMA).

Aby podsumować patofizjologię zwłóknienia płuc w długim COVID, zespół wygenerował mysi model, w którym rozwinęło się zwłóknienie płuc w odpowiedzi na transdukcję pseudotypu SARS-CoV-2. Ponadto skuteczność terapeutyczną hamowania IL-6/CD47 w leczeniu zwłóknienia płuc po COVID-19 oceniono na humanizowanym mysim modelu SARS-CoV-2-dodatnim.

Wyniki

Przewlekła aktywacja immunologiczna przypominała stany po COVID-19 lub długi COVID u ludzi, charakteryzujące się podwyższonymi poziomami IL-6, CD47 i fosforylowanego-JUN (pJUN), korelującymi z nasileniem zwłóknienia płuc i liczbą patogennych fibroblasty. Późniejsze leczenie humanizowanych myszy ze zwłóknieniem płuc wywołanym przez COVID-19, poprzez połączone hamowanie zwłóknienia i stanu zapalnego, wyeliminowało zwłóknienie, przywracając wrodzoną równowagę immunologiczną.

Odkrycia wskazują, że inhibitory CD47/IL-6 mogą leczyć zwłóknienie płuc u pacjentów z długotrwałym COVID-19. Dojrzałe neutrofile i pochodzące z monocytów makrofagi typu pęcherzykowego (MoAM) były znacznie podwyższone wraz z większą ekspresją IL-6 w tkankach SARS-CoV-2-dodatnich. COVID-19 modulował profibrotyczne sygnatury genetyczne, w tym CD47 i JUN, wśród fibroblastów. W tkankach zwłóknionych płuc podwyższone poziomy CD68 i CD163, co wskazuje na profibrotyczne makrofagi, oraz podwyższone poziomy mieloperoksydazy i CD15, wskazujące na aktywowane neutrofile, obserwowano w obszarach zwłóknieniowych bogatych w kolagen.

Wśród ludzi patogenne zwłóknienie płuc w fazie po ostrym COVID-19 zostało podsumowane w mysim modelu zwłóknienia płuc wywołanego przez COVID-19 i modelu ludzkiego narządu płucnego. Liczba białych krwinek, obejmująca neutrofile, limfocyty T i makrofagi, była znacząco zmieniona w tkankach płucnych i fibroblastach pacjentów z długim COVID ze zwłóknieniem płuc, oskrzelikami pęcherzykowymi i ekspansją tkanki śródmiąższowej wywołanej zwłóknieniem.

Odkrycia wskazują, że kompartment leukocytów makrofagów jest szczególnie dotknięty długotrwałym COVID, z utratą większości makrofagów płucnych i różnicowaniem monocytów w makrofagi pęcherzykowe podczas zwłóknienia płuc. Zespół obserwował wzbogacenie białko aktywatorowe-1 (AP-1) i tych zaangażowanych w cytokiny i chemokiny związane z dojrzewaniem neutrofili wśród pacjentów z długim COVID ze zwłóknieniem płuc.

Ponadto analiza bazy danych szlaków Elsevier wykazała regulację w górę genów związanych z aktywacją neutrofilów w długiej grupie z COVID. Odkrycia podkreśliły kluczową rolę podwyższonego MoAM, dojrzałych neutrofili i makrofagów pęcherzykowych (TRAM) w uszkodzonych tkankach w tkankach płucnych w fazie po ostrym przebiegu COVID-19. Zapalenie wywołane SARS-CoV-2 obejmowało wydzielanie IL-6 przez MOAM i dojrzałe neutrofile oraz podwyższone poziomy AP-1 wśród aktywnych fibroblastów w celu progresji stanu zapalnego i zwłóknienia u pacjentów z długim COVID poprzez wrodzone interakcje immunologiczne.

Dlatego początek zwłóknienia płuc w długim COVID nastąpił po rozległym nacieku immunologicznym i aktywacji fibroblastów profibrotycznych. Odkrycia wskazują, że leczenie przeciwciałami anty-CD47/IL-6 może skutecznie leczyć zwłóknienie płuc u pacjentów z długim przebiegiem COVID, potwierdzone cytometrią analizą czasu lotu (CyTOF), oraz obniżać poziomy SMA i FSP-1 po terapii. Badanie histopatologiczne po 14 dniach terapii wykazało znaczne przywrócenie prawidłowej morfologii tkanki płucnej z mniejszym odkładaniem macierzy zewnątrzkomórkowej/kolagenu.

Odkrycia wyjaśniły zmiany immunopatologiczne zwłóknienia płuc i pośredniczony przez oś CD47-IL-6-JUN wzrost zwłóknienia płuc w długim przebiegu COVID. Neutrofile, makrofagi i monocyty były najczęściej obserwowanymi komórkami wrodzonego układu odpornościowego w długich płucach grupy COVID-19, a związek między liczbą komórek immunologicznych a postępem zwłóknienia związanym z COVID-19 wskazuje, że wspomniane wcześniej wrodzone komórki odpornościowe są typu natychmiastowego komórki efektorowe odpowiedzialne za przewlekłe zapalenie płuc u pacjentów z długotrwałym COVID.

Wniosek

Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badania zwróciły uwagę na patofizjologię zwłóknienia płuc u pacjentów z długotrwałym COVID przy użyciu systemowych analiz biologicznych i mechanistycznych, terapeutycznych i histopatologicznych na żywo z wykorzystaniem humanizowanych myszy ze zwłóknieniem płuc wywołanym przez COVID-19. Odkrycia wskazują, że inhibitory anty-CD47/IL-6 mogą leczyć zwłóknienie płuc u pacjentów z długotrwałym COVID-19.