W niedawnym badaniu opublikowanym w Dziennik chorób zakaźnychnaukowcy zbadali skutki zapalenia trzech różnych wariantów jednonukleotydowych (SNV) genu antagonisty receptora interleukiny-1 (IL1RN) u pacjentów zakażonych koronawirusem 2 z ostrym zespołem ciężkiej niewydolności oddechowej (SARS-CoV-2). Ich retrospektywne badanie objęło prawie 2600 pacjentów z potwierdzoną ciężką chorobą koronawirusową 2019 (COVID-19) i wykazało, że haplotyp IL1RN CTA i jego rs419598 C/C SNV radykalnie osłabiają hiperzapalenie związane z COVID-19, charakterystyczne dla ciężkich infekcji SARS-CoV-2 .

Zaobserwowane wyniki były znacznie lepsze u mężczyzn w porównaniu z kobietami, przy czym u mężczyzn śmiertelność była o 15% mniejsza w porównaniu z kobietami o tej samej wartości SNV. Wyniki te były najbardziej ekstremalne w przypadku starszych mężczyzn, przy czym pacjenci z rs419598 C/C SNV w wieku powyżej 74 lat wykazywali o 80% mniejsze ryzyko zgonu w porównaniu z dobranymi pod względem wieku odpowiednikami niewyrażającymi SNV. Badanie to jest jednym z pierwszych, które wyjaśnia genetyczne uwarunkowania patologii COVID-19 i może stanowić podstawę do spersonalizowanych przyszłych interwencji przeciwko tej chorobie.

Badanie: Warianty genu antagonisty receptora interleukiny-1 (IL1RN) modulują zespół uwalniania cytokin i śmiertelność COVID-19. Źródło obrazu: Adao / Shutterstock

COVID-19 i zagrożenia związane z CRS

Choroba koronawirusowa 2019 (COVID-19) to jedna z najgorszych pandemii w historii ludzkości, odpowiedzialna za prawie 7 milionów zgonów na całym świecie i pozostawiająca setki milionów ocalałych z długotrwałymi objawami klinicznymi. W ciężkich przypadkach koronawirus 2 ostrego zespołu oddechowego (SARS-CoV-2) może skutkować niewydolnością wielonarządową, zespołem ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), a nawet śmiercią u 10–20% dotkniętych pacjentów.

Badania wykazały, że ciężkie objawy COVID-19 są często związane z podwyższonym poziomem cytokin w osoczu, szczególnie interleukiny 1β (IL-1β), IL-2 i IL-6. Niestety, wiele leków immunoterapeutycznych, w tym leki stosowane w leczeniu COVID-19, ma związek z nadekspresją tych IL, stanem podobnym do zespołu uwalniania cytokin (CRS). Wcześniejsze prace obecnej grupy badawczej wykazały, że haplotypy IL1RN zawierające warianty pojedynczych nukleotydów rs419598, rs315952 i rs9005 (SNV) mogą zmieniać nasilenie choroby zwyrodnieniowej stawów i reumatoidalnego zapalenia stawów poprzez łagodzenie nadmiernego zapalenia.

Niestety rola genetyki w patologii Covid-19 pozostaje słabo poznana. Niniejsze badanie ma na celu rzucić światło na tę lukę w wiedzy poprzez zbadanie roli IL1RN SNP w umiarkowanych i ciężkich zakażeniach COVID-19.

O badaniu

Poprzednie badania prowadzone przez obecną grupę zidentyfikowały powiązania wariantów genetycznych IL1RN ze skutkami choroby zwyrodnieniowej stawów i reumatoidalnego zapalenia stawów. Wykazano, że trzy SNV (rs419598, rs315952 i rs9005) poprawiły wyniki choroby poprzez mechanizmy redukcji hiperzapalenia. Niniejsze badanie ma na celu zbadanie, czy te same warianty genetyczne mogą poprawić wyniki leczenia COVID-19 ze względu na centralną rolę hiperzapalenia w ciężkiej patologii COVID-19.

Badanie jest retrospektywnym badaniem obserwacyjnym obejmującym dane od dorosłych (19+) pacjentów przyjętych do szpitala Tisch w stanie Nowy Jork, Stany Zjednoczone, w okresie od marca 2010 r. do marca 2021 r. Profile cytokin tych pacjentów porównano ze zdrowym wiekiem, płcią i Kontrole dopasowane do wskaźnika masy ciała (BMI) bez historii klinicznej narażenia na Covid-19. W celu potwierdzenia statusu i ciężkości zakażenia Covid-19 zastosowano testy reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkryptazą (RT-PCR) w czasie rzeczywistym. Źródła danych obejmowały dane socjodemograficzne (płeć, wiek, rasa i pochodzenie etniczne) oraz dane medyczne uzyskane z dokumentacji szpitalnej i wyrzuconych próbek krwi przeciwko Covid-19 (do ekstrakcji osocza). Generowanie danych obejmowało sekwencje całego genomu (mały zasięg) krwi uczestników. Do opisu typowych genotypów SNV dla każdej sekwencjonowanej próbki wykorzystano bazę danych gencove.org.

W tym badaniu skupiono się na trzech genotypach IL1RN, mianowicie rs419598, rs315952 i rs9005, które wyodrębniono z próbek osocza pacjentów podczas rutynowej opieki nad chorymi na COVID-19. Ponieważ jednak do rutynowej terapii nie włączono wielu interesujących cytokin, próbki osocza od 359 losowo wybranych uczestników badania i ich grup kontrolnych dobranych pod względem demograficznym dodatkowo pobrano i poddano multipleksowemu testowi immunoenzymatycznemu (ELISA).

„Cytokiny w osoczu IL-1β, IL-2 i IL-6 oznaczono za pomocą testu opracowanego przez ARUP Laboratories (Salt Lake City, UT) i zatwierdzonego przez Departament Zdrowia Stanu Nowy Jork”.

Statystyki podsumowujące wykorzystano do zestawienia i analizy zmiennych demograficznych i stanów śmiertelności w podziale na płeć, rasę/pochodzenie etniczne i wiek. W celu oceny wyników CRS i śmiertelności dla każdej kategorii obliczono jednoczynnikowe testy parametryczne. Porównania ryzyka śmiertelności dla różnych genotypów przeprowadzono przy użyciu wielowymiarowych regresji logistycznych, z uwzględnieniem płci i wieku.

Wyniki badań

Niniejsze badanie obejmowało dane od 2589 hospitalizowanych pacjentów i taką samą liczbę grup kontrolnych dopasowanych pod względem wieku, płci i BMI. Uczestnicy badania reprezentowali średni wiek 61,2 lat, średni BMI 30,43, a stanowili 53,3% mężczyźni.

„Dane dotyczące genotypów IL1RN rs419598, rs315952 i rs9005 były dostępne dla wszystkich pacjentów. Biomarkery odnotowane w elektronicznej dokumentacji szpitala klinicznego (EHR) dla IL-1β, IL-2 i IL-6 były dostępne odpowiednio dla 642, 645 i 1229 pacjentów, podczas gdy inne markery stanu zapalnego w osoczu były dostępne dla ponad 2000 pacjentów. ”

Analizy ELISA i cytokin wykazały, że w porównaniu ze zdrową grupą kontrolną pacjenci z Covid-19 wykazali znacząco podwyższony poziom cytokin (IL-1α, IL-5, IL-8, IL-17, IL-1β, IL-2, IL-1Ra , IL-6, czynnik martwicy nowotworu-α [TNF-α]interferon-α i czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego [VEGF]). Niepokojące jest to, że poziomy IL-6, IL-1Ra, IL-8 i IL-10 okazały się ponad 10 razy wyższe niż wartości wyjściowej grupy kontrolnej. Markery stanu zapalnego, w tym CRP, prokalcytonina, D-dimer i ferrytyna, były podobnie podwyższone.

Spośród włączonych pacjentów 397 (15,3%) zmarło w trakcie leczenia, a wiek (bezpośredni), płeć (mężczyźni o większym ryzyku) i BMI (bezpośrednie) wykazały związek ze śmiertelnością związaną z Covid-19.

„Biomarkery zapalne związane z RS były podwyższone zarówno u pacjentów, którzy przeżyli, jak i u pacjentów, którzy zmarli; jednakże u zmarłych pacjentów stwierdzono znacząco wyższy poziom IL-6, CRP, prokalcytoniny, ferrytyny i D-dimeru, a także obniżony poziom składników dopełniacza C3 i C4.

Co zaskakujące, nosiciele haplotypu IL1RN CTA-1/2 (jedna kopia haplotypu CTA lub dwie kopie) wykazali znacznie zmniejszone stężenia markerów stanu zapalnego (z wyjątkiem IL-1Ra, które było zwiększone u tych pacjentów) w porównaniu z pacjentami bez genotypu. Co zachęcające, stwierdzono, że haplotyp CTA powoduje 40% zmniejszenie ryzyka zgonu związanego z Covid-19 u mężczyzn w wieku powyżej 74 lat. Nie ujawniono jednak żadnego związku z BMI. Oceniając indywidualnie każdy IL1RN CTA SNV, pacjenci z rs419598 C/C SNV wykazali znacznie zmniejszone stężenia markerów stanu zapalnego w porównaniu z ich odpowiednikami C/T lub T/T.

Porównanie mężczyzn i kobiet pokazuje, że chociaż większość wyników dotyczących biomarkerów i śmiertelności jest nie do odróżnienia w zależności od płci, stwierdzono, że IL1RN rs419598 C/C SNV wiąże się ze zmniejszoną tendencją w zakresie śmiertelności u mężczyzn we wszystkich uwzględnionych grupach wiekowych. Szczególnie u mężczyzn w wieku powyżej 74 lat ten genotyp wiązał się z 80% spadkiem śmiertelności, co podkreśla rolę hiperzapalenia w ciężkiej progresji COVID-19.

Wnioski

W niniejszym badaniu podkreślono, że haplotyp IL1RN CTA, zwłaszcza w połączeniu z genotypem rs419598 C/C, znacznie zmniejszył CRS u pacjentów (niezależnie od płci) z ciężkimi zakażeniami COVID-19 i znacznie zmniejszył śmiertelność u mężczyzn.

„Pokazujemy, że wraz ze zmniejszoną produkcją cytokin prozapalnych, haplotyp IL1RN CTA i rs419598 C/C SNV są ​​powiązane ze zwiększonymi poziomami produktu genu przeciwzapalnego IL-1Ra. Nasze dane dostarczają dowodów genetycznych, że aktywacja inflamasomu i szlaku IL-1 jest proksymalna w ogólnoustrojowej kaskadzie zapalnej cytokin. Jego regulacja przez IL-1Ra, endogenne białko przeciwzapalne, oraz potencjalny przesłuch z IFN wymagają dalszego wyjaśnienia, aby pogłębić wiedzę i leczenie zakażenia SARS-CoV-2”.