Hjerteskade i COVID-19: en patologisk undersøgelse

Siden december 2019 har coronavirus sygdom 2019 (COVID-19) forårsaget af det alvorlige akutte respiratoriske syndrom coronavirus 2(SARS-CoV-2) resulteret i betydelig sygelighed og dødelighed i hele verden. Den 21. april 2020 har Italien og USA registreret henholdsvis over 187.000 og 855.000 tilfælde af bekræftet COVID-19 sygdom med en af ​​de højeste dødsrater i verden, som ligger på mere end 25.000 personer i Italien og 47.000 i USA. Epidemiologisk modellering fra flere grupper indikerer omfanget af problemet, med et potentiale for over 200.000 dødsfald alene i USA, med en stor procentdel af befolkningen inficeret. Dødelighed fra COVID-19 er forbundet med tilstedeværelsen af ​​alvorlig luftvejssygdom, selvom nyere undersøgelser viser, at 20%-30% af patienterne har tegn på COVID-19-associeret hjerteskade defineret som fald i ejektionsfraktion eller troponin I-stigning (1,2) . Anekdotisk evidens tyder på tilstedeværelsen af ​​unormale EKG-fund, der er forenelige med myokardieiskæmi, men hvorvidt dette er fra epikardiet koronar trombose, myocarditis eller mikrovaskulær trombose er fortsat usikkert, selvom alle er blevet postuleret (3). Uanset hvad har patienter med hjerteskade højere dødelighed end dem uden, og pludselig hjertedød er beskrevet hos nogle af disse patienter (1). To tredjedele af patienter med kardiovaskulær historie var mere tilbøjelige til at udvikle hjertekomplikationer (4). Isolerede rapporter har beskrevet fulminant myocarditis ved høj viral belastning med obduktionsfund i overensstemmelse med inflammatoriske mononukleære infiltrater (5). Der er dog aldrig blevet udført systematiske obduktionsundersøgelser af patienter, der dør af COVID-19. Papa Giovanni XXIII Hospital, Bergamo havde behandlet omkring 2000 patienter med COVID-19 og udført systematiske hjerteobduktioner fra en serie på 60 patienter, der døde eller præsenterede med/uden et billede af hjerteskade og var COVID-19 positive. Detaljerede kliniske data om alle disse patienter er tilgængelige.

Baggrund Meget om patogenesen af ​​SARS-CoV-2 og hjertet er stadig ukendt. Angiotensin (AT)-konverterende enzym 2 (ACE2) er kendt som den cellulære receptor for både SARS-CoV og SARS-CoV-2, men også som en endogen modregulator af renin-angiotensin-systemet (RAS). ACE2 udtrykkes allestedsnærværende med de højeste niveauer påvist i det kardiovaskulære system (kardiomyocytter, hjertefibroblaster, vaskulære glatte muskelceller og endotelceller) samt tarm, nyrer og lunger. Generelt øger tab af ACE2 modtageligheden for hjerte-kar-sygdomme såsom myokardieinfarkt og hypertension, mens funktionsforøgelse ACE2 har vist beskyttende roller i forskellige modeller for kardiovaskulær sygdom (6). Den bifunktionelle rolle af ACE2 som receptor for SARS-COV-2, men også som en beskyttende faktor mod hjerte-kar-sygdomme betyder, at der er behov for en omhyggelig forståelse af ACE2's rolle under SARS-CoV-2. I dette forslag vil efterforskere undersøge hjertevæv fra patienter, der dør af COVID-19, og undersøge effekten af ​​infektion på ekspressionen af ​​ACE2 på forskellige hjerteceller. Efterforskere vil også evaluere og validere denne hypotesemekanisme for viral indtræden af ​​ACE2 og trans-membran serinprotease, som fremmer indtrængen af ​​SARS-COV-2 i celler gennem en separat mekanisme.

Studiemål:

1. Beskriv de hjertepatologiske fund fra serier på 60 patienter, der dør af COVID-19 ved hjælp af hjerteprøver sendt til CVPath Institution fra Papa Giovanni XXIII Hospital, Bergamo, Italien for at studere korrelationerne mellem kliniske risikofaktorer og myokardiefund og forskellen fra anden viral myocarditis;
2. Forstå sammenhængen mellem viral belastning i hjertevæv og omfanget af skader set på myokardie histologiske snit; og
3. Co-lokaliser SARS-CoV-2 ved hjælp af RNAscope in situ hybridisering med dets indgangsreceptor ACE2 og serinprotease TMPRSS2 (type II transmembran serinprotease) i forskellige celletyper fundet i hjertet, såsom endotel, glat muskulatur, myokardie, fibroblastisk og inflammatoriske celler, for bedre at forstå sygdommens patogenes.

Metoder:

Undersøgelsen blev godkendt af etisk udvalg på Papa Giovanni XXIII Hospital og CVPath Institute IRB (Institutional Review Board).

Alle prøver fikseres i 10 % bufferet formalin. Hjerter vil blive sendt til CVPath i overensstemmelse med alle internationale forsendelsesbestemmelser og U.S. CDC (Centers for Disease Control and Prevention) retningslinjer (www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/guidance-postmortem) specimens.html). Prøven får en unik identifikator, og hjerterne vejes, efter at blodpropper er blevet fjernet fra hulrummene, og hjerteventriklerne skæres parallelt med den posteriore atrioventrikulære forbindelse for at bestemme fravær af nekrose eller fibrose. Lungeemboli og eventuelle højre ventrikulære abnormiteter vurderes for at udelukke enhver tilskrivelig dødsårsag. Hjertet vejes og røntgenfotograferes, og hvis der observeres nogen forkalkning, fjernes epikardiale kranspulsårer intakte væk fra hjertet, og segmenter afkalkes i henhold til omfanget af forkalkning. Resten af ​​arterierne underkastes paraffinindlejring med 3-4 mm intervaller for at udelukke enhver signifikant åreforkalkning (75 % tværsnitsarealstenose) eller enhver trombose.

I alt seks sektioner af myokardium (anterior, posterior og lateral LV (venstre ventrikel), ventrikulær septum, anterior og posterior væg af højre ventrikel) tages rutinemæssigt på tværs, indlejret i paraffin og farves med hæmatoxylin og eosin (H&E) for histologisk vurdering. Hvis der observeres specifik patologi, vil yderligere sektioner blive indsendt for at bestemme ætiologien af ​​fundene. Histologisk undersøgelse udføres for at udelukke enhver infiltrativ eller inflammatorisk proces eller enhver myofiberforstyrrelse i myokardiet, intramyokardiesygdom i små kar med interstitiel eller fokal fibrose. Tilstedeværelse af enhver kardiomyopatisk proces vil blive udelukket ved grov og histologisk undersøgelse. Hvis post-mortem-intervallet er kort, vil transmissionselektronmikroskopisk (TEM) undersøgelse blive udført for at bestemme tilstedeværelsen af ​​virus og den celletype, der huser virussen.

Korrelationer med obduktionsfund vil blive lavet med tilgængelige anonymiserede kliniske data, herunder EKG, ekkokardiografi og hjertekateterisering (hvor tilgængelig). De hjertepatologiske karakteristika af COVID-19 vil blive sammenlignet med 60 viral myocarditis tilfælde, der tidligere er blevet indsamlet i CVPath Registry. En RT-PCR (omvendt transkriptionspolymerasekædereaktion) specielt designet til SARS-CoV-2 vil blive udført på RNA ekstraheret fra myokardieprøver for at kvantificere mængden af ​​virus i myokardiet for hver prøve. RNA-prøver vil også blive taget fra kranspulsårerne. Beregnet viral belastning vil være korreleret med myokardieskadescore, herunder myokardienekrose, myokardieinfarkt, myokarditis, antal inflammatoriske celler, type osv.

RNAscope In-situ hybridisering. In situ påvisning af SARS-CoV-2 med ACE2 og TMPRSS2 i endotel (VE-cadherin), myokardie (Cx43 og Myh6), glat muskelcelle (SM22 alpha) og lymfocytter (CD3, CD4, CD8) vil blive udført ved hjælp af et RNAscope assay med RNAscope Probe-V-nCoV2019-S-sense og Probe-V-nCoV2019-S (Advanced Cell Diagnostics) efter producentens protokoller. Korrelation vil blive lavet med specifikke celletyper nævnt ved dobbelt immunofluorescens som tidligere beskrevet (7).

Denne undersøgelse vil resultere i en større forståelse af patologien ved hjerteskade hos patienter med COVID-19. Dette vil åbne døren for at udvikle nye terapeutiske muligheder for at behandle disse patienter under en epidemi af uovertruffen størrelse og omfang.