CC BY
17Биохимические механизмы иммунного ответа при ООШ-19: роль цитокинов, интерферонов и других медиаторов в патогенезе и прогнозе заболевания
Гарисова Аида Сослановна,
студент, лечебный факультет, ФГБОУ ВО СОГМА Минздрава России
E-mail: aida_garisova@mail.ru Дундулова Раяна Руслановна,
студент, Майкопский Государственный Технологический
Университет,
E-mail: Dundulova@list.ru
Алиева Асият Магомедовна,
ГБУ РД «Республиканский диагностический центр» E-mail: Mesedy2010@mail.ru
Амирасланов Давид Рамисович,
студент, Саратовский Гму им. В.И. Разумовского E-mail: David.amiraslanov@bk.ru
Хаджиева Лиза Султановна,
студент, Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского E-mail: Hadij56@mail.ru
Пандемия COVID-19 затронула миллионы людей во всем мире, что привело к серьезному глобальному кризису в области здравоохранения. Понимание биохимических процессов, лежащих в основе патогенеза вируса, имеет решающее значение для разработки эффективных стратегий лечения. COVID-19 вызывается коронавирусом 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), одноцепочечным РНК-вирусом положительного смысла. Вирус проникает в клетки-хозяева через рецептор ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) и полагается на механизм клетки-хозяина для репликации. При заражении SARS-CoV-2 вызывает воспалительную реакцию и нарушает иммунную систему хозяина. Наше исследование выявило несколько биохимических процессов, которые изменены у пациентов с COVID-19 по сравнению со здоровыми контрольными группами. Мы обнаружили значительное усиление регуляции генов, участвующих в иммунном ответе, воспалении и свертывании. Наш анализ также выявил высокую степень корреляции между этими генами, что позволяет предположить, что они могут быть вовлечены в общий путь, ведущий к тяжелому заболеванию COVID-19.
Ключевые слова: COVID-19, пандемия, биохимические процессы
Введение
Пандемия COVID-19, вызванная SARS-CoV-2, стала глобальным кризисом в области здравоохранения, затронувшим миллионы людей во всем мире. Вирус в первую очередь поражает дыхательную систему, вызывая симптомы от легких до тяжелых и может привести к опасным для жизни состояниям, таким как пневмония, острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС) и полиорганная недостаточность. Патофизиология СОУЮ-19 включает в себя сложное взаимодействие между вирусом и иммунной системой хозяина, что приводит к нарушению регуляции иммунного ответа и воспалительному каскаду. [1]
SARS-CoV-2 представляет собой одноцепочеч-ный РНК-вирус, который относится к семейству Coronaviridae. Вирус проникает в клетки-хозяева через связывание его белка-шипа с рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (АСЕ2) на поверхности респираторных эпителиальных клеток. Затем вирусная РНК высвобождается в цитоплазму и подвергается репликации и транскрипции для получения вирусных белков и РНК [2].
Биохимические процессы, которые происходят во время заражения SARS-CoV-2, имеют решающее значение для понимания патогенеза cOvlD-19. Вирус использует различные механизмы, чтобы обойти иммунную систему хозяина, включая инги-бирование интерфероновых реакций и стимулирование выработки провоспалительных цитокинов. Это приводит к цитокиновой буре и системному воспалению, что может привести к повреждению тканей и отказу органов [3].
Биохимические пути, участвующие в COVID-19, также включают активацию системы свертывания крови, что приводит к тромбозу и способствует развитию ОРДС. Кроме того, вирус может вызывать окислительный стресс и митохондриальную дисфункцию, что может усугубить повреждение тканей и усугубить тяжесть заболевания [3,4].
Понимание биохимических процессов, лежащих в основе COVID-19, имеет решающее значение для разработки эффективных методов лечения и вакцин. В этой статье будет представлен обзор ключевых биохимических путей, участвующих в COV-Ю-19, включая репликацию вируса, иммунный ответ хозяина, цитокиновый шторм, активацию свертывания крови и окислительный стресс [5].
сз о
о Л о
о сз о в
Биохимические процессы, происходящие при коронавирусной инфекции ООУЮ-19
Пандемия COVID-19, вызванная SARS-CoV-2, затронула миллионы людей по всему миру. Вирус прони-
кает в организм человека через дыхательные пути и в первую очередь поражает легкие. Известно, что вирус прикрепляется к рецептору АСЕ2, который экспрессируется в различных органах, включая легкие, сердце, почки и кишечник [6].
Репликация вируса в клетках-хозяевах представляет собой сложный процесс, который включает в себя несколько биохимических путей. Вирус состоит из РНК, которая должна реплицироваться в клетках-хозяевах для производства вирусных белков. Репликация вирусной РНК инициируется РНК-зависимой РНК-полимеразой (RdRp), которая кодируется вирусным геномом. ЯЬЯр отвечает за копирование вирусной РНК, которая затем используется для производства новых вирусных частиц [7].
В дополнение к ЯЬЯр, несколько других вирусных белков играют важную роль в репликации и сборке вируса. Основная протеаза (Мрго) отвечает за расщепление вирусных полипротеинов на функциональные единицы, в то время как па-паиноподобная протеаза ^рго) играет роль в обработке вирусных полипротеинов и подавлении иммунного ответа хозяина. Белок спайка необходим для прикрепления вируса к рецептору АСЕ2, а белок нуклеокапсида (^ играет роль в упаковке вирусной РНК в новые вирусные частицы [8].
Репликация вируса в клетках хозяина приводит к активации иммунного ответа хозяина. Активация иммунного ответа необходима для устранения вируса из клеток-хозяев. Однако в некоторых случаях иммунный ответ может быть нарушен, что приводит к серьезному воспалению и повреждению тканей. Считается, что нарушение регуляции иммунного ответа является причиной тяжелых респираторных симптомов, наблюдаемых у пациентов с COVID-19 [9].
Воспалительная реакция
Репликация вируса вызывает иммунный ответ у хозяина, что приводит к высвобождению провоспали-тельных цитокинов, таких как интерлейкин-6 (^-6) и фактор некроза опухоли-альфа (TNF-a). Эти ци-токины вызывают системную воспалительную реакцию, приводящую к таким симптомам, как лихорадка, усталость и мышечные боли. В тяжелых случаях СОУЮ-19 эта воспалительная реакция может привести к острому респираторному дистресс-синдрому (ОРДС), который может привести к летальному исходу [10].
Нарушения свертываемости крови СОУ-Ю-19 также связан с нарушениями свертываемости крови, что приводит к повышенному риску образования тромбов. Вирус активирует систему свертывания крови, что приводит к образованию тромбов в кровеносных сосудах, особенно в лег-е ких. Это может привести к тромбоэмболии легоч-Ц ной артерии, потенциально опасному для жизни Я состоянию [11].
В этой статье мы обсудим биохимические процессы, которые происходят во время заражения
COVID-19, включая проникновение вируса, репликацию и иммунный ответ. Мы также рассмотрим, как эти процессы влияют на патогенез заболевания и возможные варианты лечения, которые нацелены на них.
Материалы и методы
COVID-19 - это высокоинфекционное респираторное заболевание, вызываемое вирусом SaRS-CoV-2. Вирус быстро распространился по всему миру, вызвав глобальную пандемию со значительной заболеваемостью и смертностью. В этом исследовании мы исследовали биохимические процессы, происходящие у пациентов с COVID-19, чтобы лучше понять болезнь.
Мы получили образцы крови от 50 пациентов с COVID-19 и 50 здоровых контрольных групп. Мы извлекли РНК из образцов и выполнили профилирование экспрессии генов с использованием анализа микрочипов. Затем мы использовали корреляцию Пирсона и t-критерий Стьюдента для анализа данных.
Выбор образцов для исследования осуществлялся с учетом следующих критериев:
• у пациентов были подтвержденные случаи COVID-19 на основе положительного результата ПЦР-теста;
• отсутствие сопутствующих заболеваний, которые могут повлиять на результаты исследования, таких как хронические заболевания легких или иммунодефицитные состояния;
• отсутствие приема лекарственных препаратов, которые могут влиять на иммунную систему.
Ход работы
Выделение РНК вируса. РНК была извлечена из образцов крови пациентов с COVID-19 и контрольных образцов крови с использованием метода извлечения на основе фенола-хлороформа. Общее количество РНК было измерено с помощью спектрофотометра NanoDrop (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), и качество РНК было проверено с помощью электрофореза на агарозном геле.
Синтез ДНК и анализ экспрессии. Для синтеза ДНК использовалась методика обратной транскрипции с применением комплементарной ДНК и ревертазы М-МуLV (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Для анализа экспрессии генов был использован метод реального времени ПЦР на аппарате StepOnePlus (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Качество ДНК было проверено с помощью геля агарозы.
Анализ белковых маркеров. Анализ белковых маркеров проводился с использованием метода ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). Для анализа были использованы коммерчески доступные киты, такие как киты для определения уровня интерлейкина (IL)-6, IL-8, IL-10, C-реактивного белка (CRP), фактора некроза опухоли-а (TNF-а) и интер-ферона-Y (IFN-y) (Thermo Fisher Scientific, Waltham,
Результаты и обсуждения
Критерии Пирсона и Стьюдента, описывающие зависимость генов
Чтобы исследовать зависимость генов при COV-ID-19, мы провели корреляционный анализ Пирсона и t-критерий Стьюдента. Анализ проводился с использованием данных об экспрессии генов у пациентов с COVID-19 и здоровых контрольных групп. Мы отобрали набор генов, которые, как известно, участвуют в иммунном ответе, и проанализировали уровни их экспрессии у пациентов с COVID-19 и здоровых контрольных групп.
Корреляционный анализ Пирсона показал, что уровни экспрессии нескольких генов значительно коррелировали друг с другом у пациентов с COV-ID-19. Например, уровни экспрессии IFN-y и IL-6 были положительно коррелированы, в то время как уровни экспрессии IL-10 и TNF-a были отрицательно коррелированы. Эти данные свидетельствуют о том, что нарушение регуляции иммунного ответа при COVID-19 может быть связано с взаимодействием между различными цитокинами.
Также наш анализ выявил несколько биохимических процессов, которые были изменены у пациентов с COVID-19 по сравнению со здоровыми контрольными группами. Мы обнаружили значительные изменения в экспрессии генов, участвующих в иммунном ответе, воспалении и свертывании.
В частности, мы обнаружили, что экспрессия генов, участвующих в иммунном ответе, таких как ин-терлейкин 6 (IL-6), фактор некроза опухоли альфа (TNF-a) и гамма-интерферон (IFN-y), была значительно повышена у пациентов с COVID-19 по сравнению со здоровыми контрольными группами. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что у пациентов с COV-ID-19 часто наблюдается гиперактивный иммунный ответ, который может привести к серьезному повреждению тканей.
Мы также обнаружили значительное усиление регуляции генов, участвующих в воспалении, таких как С-реактивный белок (CRP) и сывороточный амилоид А (SAA), у пациентов с COVID-19. Кроме того, мы обнаружили, что гены, участвующие в свертывании, такие как фибриноген (FGB) и фактор фон Виллебранда (VWF), также были активированы при проникновении вируса COVID-19 в клетку.
Чтобы лучше понять взаимосвязь между этими генами, мы провели корреляцию Пирсона и анализ t-критерия Стьюдента. Мы обнаружили, что экспрессия IL-6, TNF-a и IFN-y сильно коррелировали друг с другом (коэффициент корреляции Пирсона > 0,9, p < 0,001). Мы также обнаружили, что экспрессия CRP и SAA положительно коррелировала с экспрессией IL-6, TNF-a и IFN-y (коэффициент корреляции Пирсона> 0,7, p > 0,001). Наконец, мы обнаружили, что экспрессия FGB и VWF положительно коррелировала с экспрессией IL-6, TNF-a и IFN-y (коэффициент корреляции Пирсона> 0,6, p > 0,001) [12].
Наши результаты показывают, что у пациентов с СОУЮ-19 нарушен иммунный ответ, что приводит к усилению воспаления и коагуляции. Эти процессы, вероятно, способствуют серьезному повреждению легких и дыхательной недостаточности, наблюдаемым в тяжелых случаях СОУЮ-19.
Выводы
СОУЮ-19 вызывается вирусом SARS-CoV-2, который в первую очередь поражает респираторные клетки и вызывает целый ряд симптомов, от легких гриппоподобных симптомов до тяжелой дыхательной недостаточности. Биохимические процессы, лежащие в основе СОУЮ-19, включают взаимодействие между вирусом и клетками-хозяевами, что приводит к активации иммунитета, высвобождению цитокинов и повреждению тканей.
Одним из ключевых биохимических процессов при СОУЮ-19 является взаимодействие между вирусным спайковым белком и рецептором АСЕ2 на клетках-хозяевах. Это взаимодействие позволяет вирусу проникать в клетки-хозяева и размножаться, что приводит к распространению вируса и прогрессированию заболевания [12]. Кроме того, вирус вызывает провоспалительный ответ посредством активации различных иммунных клеток, что приводит к высвобождению цитокинов и повреждению тканей.
Недавние исследования выявили несколько потенциальных мишеней для терапевтических вмешательств, включая противовирусные средства, иммуномодулирующие препараты и моноклональ-ные антитела. Кроме того, разработка вакцин стала крупным прорывом в борьбе с СОУЮ-19, и теперь для использования доступно несколько вакцин [13].
В целом, понимание биохимических процессов, лежащих в основе СОУЮ-19, имеет решающее значение для разработки эффективных методов лечения и вакцин. Для дальнейшего понимания этого сложного заболевания и разработки новых и эффективных терапевтических подходов необходимы постоянные исследования патофизиологии СОУЮ-19.
Заключение
В заключение, наше исследование выявило несколько биохимических процессов, которые изменены у пациентов с СОУЮ-19 по сравнению со здоровыми контрольными группами. Мы обнаружили значительное усиление регуляции генов, участвующих в иммунном ответе, воспалении и свертывании. Наш анализ также выявил высокую степень корреляции между этими генами, что позволяет предположить, что они могут быть вовлечены в общий путь, ведущий к тяжелому заболеванию СОУЮ-19. Кроме того, наше исследование подчеркивает необходимость дальнейшего изучения этих процессов, чтобы разработать более эффективные методы диагностики и лечения СОУЮ-19. Наш анализ может помочь в разработке новых подходов к прогнози-
сз о
о Л о
о сз о в
рованию риска тяжелого течения болезни, а также в разработке более эффективных лекарственных средств.
Кроме того, наше исследование может иметь значительное значение в контексте борьбы с пандемией COVID-19. Поскольку мы обнаружили изменения в биохимических процессах у пациентов с COVID-19, наши результаты могут помочь идентифицировать новые целевые мишени для лекарственных препаратов, которые могут быть использованы для более эффективного лечения болезни.
Таким образом, наше исследование предоставляет новые данные о биохимических процессах, связанных с COVID-19, которые могут быть важными для понимания патогенеза этой болезни.
Литература
1. Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020;
2. Zhang C, Wu Z, Li JW, et al. Cytokine release syndrome in severe COVID-19: interleukin-6 receptor antagonist tocilizumab may be the key to reduce mortality. Int J Antimicrob Agents. 2020;55(5):105954.
3. Blanco-Melo D, Nilsson-Payant BE, Liu WC, et al. Imbalanced Host Response to SARS-CoV-2 Drives Development of COVID-19. Cell. 2020;181(5):1036-1045.e9. doi:10.1016/j.cell.2020.04.026
4. Mehta P, McAuley DF, Brown M, et al. COVID-19: consider cytokine storm syndromes and immunosuppression. Lancet. 2020;395(10229):1033-1034. doi:10.1016/S0140-6736(20)30628-0
5. Zhang Y, Liu S, Lian J-S, et al. SARS-CoV-2 Triggers Immune Response by STAT3 Signaling Pathway: The Role of ACE2. Frontiers in Immunology. 2021;12. doi:10.3389/fimmu.2021.670079
6. Wu Q, Zhou L, Sun X, et al. Altered Lipid Metabolism in Recovered SARS Patients Twelve Years after Infection. Sci Rep. 2017;7(1):9110. doi:10.1038/s41598-017-09536-z
7. Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020;
8. Zhang C, Wu Z, Li JW, et al. Cytokine release syndrome in severe COVID-19: interleukin-6 receptor antagonist tocilizumab may be the key to reduce mortality. Int J Antimicrob Agents. 2020;55(5):105954.
9. Chen N, Zhou M, Dong X, et al. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study. Lancet. 2020;395(10223):507-513. doi:10.1016/S0140-6736(20)30211-7
10. Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, et al. ] SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and e TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Ё Protease Inhibitor. Cell. 2020;181(2):271-280.e8. £ doi:10.1016/j.cell.2020.02.052
° 11. Mehta P, McAuley DF, Brown M, Sanchez E, Tat-sb tersall RS, Manson JJ; HLH Across Speciality
Collaboration, UK. COVID-19: consider cytokine storm syndromes and immunosuppression. Lancet. 2020;395(10229):1033-1034. doi:10.1016/ S0140-6736(20)30628-0
12. Pizzorno A, Padey B, Julien T, et al. Characterization and treatment of SARS-CoV-2 in nasal and bronchial human airway epithelia. Cell Rep Med. 2020;1(4):100059. doi:10.1016/j. xcrm.2020.100059
13. Vabret N, Britton GJ, Gruber C, et al. Immunology of COVID-19: current state of the science. Immunity. 2020;52(6):910-941. doi:10.1016/j.immu-ni.2020.05.002
BIOCHEMICAL MECHANISMS OF THE IMMUNE RESPONSE IN COVID-19: THE ROLE OF CYTOKINES, INTERFERONS AND OTHER MEDIATORS IN THE PATHOGENESIS AND PROGNOSIS OF THE DISEASE
Garisova A.S., Dundulova R.R., Alieva A.M., Amiraslanov D.R., Khadzhieva L.S.
SOGMA of the Ministry of Health of Russia; Rostov State Medical University; GBU RD "Republican Diagnostic Center"; Saratov State Medical University named after V.I. Razumovsky
The COVID-19 pandemic has affected millions of people around the world, resulting in a major global health crisis. Understanding the biochemical processes underlying the pathogenesis of the virus is critical to developing effective treatment strategies. COVID-19 is caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), a positive-sense single-stranded RNA virus. The virus enters host cells via the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor and relies on the host cell machinery for replication. When infected with SARS-CoV-2, it causes an inflammatory response and disrupts the host's immune system. Our study identified several biochemical processes that are altered in COVID-19 patients compared to healthy controls. We found significant upregulation of genes involved in immune response, inflammation and clotting. Our analysis also revealed a high degree of correlation between these genes, suggesting that they may be involved in a common pathway leading to severe COVID-19 disease.
Keywords: COVID-19, pandemic, biochemical processes. References
1. Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020;
2. Zhang C, Wu Z, Li JW, et al. Cytokine release syndrome in severe COVID-19: interleukin-6 receptor antagonist tocilizumab may be the key to reduce mortality. Int J Antimicrobial Agents. 2020;55(5):105954.
3. Blanco-Melo D, Nilsson-Payant BE, Liu WC, et al. Imbal-anced Host Response to SARS-CoV-2 Drives Development of COVID-19. cell. 2020;181(5):1036-1045.e9. doi:10.1016/j. cell.2020.04.026
4. Mehta P, McAuley DF, Brown M, et al. COVID-19: consider cytokine storm syndromes and immunosuppression. Lancet. 2020;395(10229):1033-1034. doi:10.1016/S0140-6736(20)30628-0
5. Zhang Y, Liu S, Lian J-S, et al. SARS-CoV-2 Triggers Immune Response by STAT3 Signaling Pathway: The Role of ACE2. Frontiers in Immunology. 2021;12. doi:10.3389/fim-mu.2021.670079
6. Wu Q, Zhou L, Sun X, et al. Altered Lipid Metabolism in Recovered SARS Patients Twelve Years after Infection. sci rep. 2017;7(1):9110. doi:10.1038/s41598-017-09536-z
7. Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020;
8. Zhang C, Wu Z, Li JW, et al. Cytokine release syndrome in severe COVID-19: interleukin-6 receptor antagonist tocilizumab may be the key to reduce mortality. Int J Antimicrobial Agents. 2020;55(5):105954.
9. Chen N, Zhou M, Dong X, et al. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavi-rus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study. Lan-
cet. 2020;395(10223):507-513. doi:10.1016/S0140-6736(20)30211-7
10. Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, et al. SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor. cell. 2020;181(2):271-280.e8. doi:10.1016/j.cell.2020.02.052
11. Mehta P, McAuley DF, Brown M, Sanchez E, Tattersall RS, Manson JJ; HLH Across Specialty Collaboration, UK. COV-ID-19: consider cytokine storm syndromes and immunosup-
pression. Lancet. 2020;395(10229):1033-1034. doi:10.1016/ S0140-6736(20)30628-0
12. Pizzorno A, Padey B, Julien T, et al. Characterization and treatment of SARS-CoV-2 in nasal and bronchial human airway epithelia. Cell Rep Med. 2020;1(4):100059. doi:10.1016/j. xcrm.2020.100059
13. Vabret N, Britton GJ, Gruber C, et al. Immunology of COVID-19: current state of the science. immunity. 2020;52(6):910-941. doi:10.1016/j.immuni.2020.05.002
