PROSAIC-19 – Tuleva pitkittäinen arvio COVID-19-tartunnan saaneessa kohortissa (PROSAIC-19)

JOHDANTO

1.1 TAUSTA

SARS-CoV-2-infektion aiheuttama koronavirustauti 2019 (COVID-19) on uusi nopeasti leviävä tartuntatauti, jolla ei ole todistettuja hoitovaihtoehtoja. Virus aiheuttaa erilaisia ​​sairauksia, jotka vaihtelevat lievistä nuha-oireista vakaviin hengityselinhoitotukea vaativiin hengitysvaikeuksiin. Englannin kansanterveysalan ohjeissa yksilöidään useita ryhmiä, jotka ovat vaarassa sairastua vakavaan sairauteen, mukaan lukien vanhukset ja kroonista keuhkosairautta sairastavat henkilöt. Lisäksi keskustelua käydään myös kortikosteroidien roolista, ja joissakin sairaalan ohjeissa suositellaan niiden käyttöä, vaikka WHO:n ohjeet ovat ristiriidassa tämän kanssa, koska pelätään, että ne voivat heikentää antiviraalista immuniteettia ja pahentaa sairauksia. Tiettyjen COVID-19-tartunnan saaneiden henkilöiden sairauden vaikeusastetta aiheuttavia mekanismeja ymmärretään huonosti. Meidän on kiireellisesti ymmärrettävä nämä mekanismit helpottaaksemme uusien tehokkaiden hoitomuotojen ja rokotteiden nopeaa kehitystä

1. Immuuniherkkyys vakavalle COVID-19-taudille

On olemassa useita oletettuja mekanismeja, joiden kautta SARS-CoV-2 voi pahentaa sairauden vakavuutta altistuneilla yksilöillä. Nämä sisältävät:

1. Heikentynyt synnynnäinen virusten vastainen immuunivaste

   Viruksen sisäänpääsyn jälkeen synnynnäinen immuunivaste hengitystieviruksille sisältää tyypin I ja III interferonien (IFN) induktion. Tämä käynnistää kaskadin, joka laukaisee useiden interferonin stimuloimien geenien ilmentymisen, jotka ilmentävät proteiineja, jotka toimivat yhdessä rajoittaen viruksen replikaatiota. Krooniset keuhkosairaudet, erityisesti astma, kystinen fibroosi (CF) ja keuhkoahtaumatauti liittyvät interferonin heikentyneeseen tai säätelemättömään induktioon yleisesti esiintyviin viruksiin, kuten rinovirukseen ja influenssaan, ja samanlaista säätelyhäiriötä voi esiintyä SARS-CoV-2:n yhteydessä. Inhaloitavaa β-interferonia testataan tällä hetkellä astman ja keuhkoahtaumataudin viruslääkkeinä.

2. Liialliset tulehdusvasteet virusinfektioon

   Yleiset hengitysteiden virusinfektiot, kuten influenssa ja hengitysteiden synsyyttivirus (RSV), voivat edistää vasta-aineiden ja T-soluvasteiden välittämää viruspatologiaa. Varhaiset todisteet viittaavat siihen, että vakava COVID-19-tauti liittyy hypertulehdukseen, joka voi johtua suoraan virustaakasta tai johtua immuunijärjestelmän itsenäisestä hyperaktivaatiosta. Ihmisen koronavirusinfektiot, mukaan lukien SARS-CoV, voivat indusoida immunopatologiaa keuhkoissa useiden eri mekanismien kautta, mukaan lukien ihmisen makrofagien aiheuttama SARS-CoV-infektion vasta-ainetehostus. CD4:ää ja CD8:aa ilmentävien proinflammatoristen sytokiinien määrä on lisääntynyt merkittävästi vaikeassa SARS-CoV-taudissa verrattuna lievään/keskivaikeaan sairauteen.

   Näin ollen on ollut huomattavaa kiinnostusta olemassa olevien immunosuppressiivisten hoitojen uudelleenkäyttöön vaikean COVID-19:n hoitoon. Tärkeimmät välittäjät ja reitit, jotka aiheuttavat hyperinflammaatiota COVID-19:ssä, ovat epäselviä, ja näiden prosessien laajempi selvittäminen antaa tietoja olemassa olevien hoitomuotojen uudelleenkäytöstä tai uusien lähestymistapojen kehittämisestä tehokkaaseen hoitoon. Vaikutus perustason epäsäännöllisille T-soluvasteille, kuten kroonisissa keuhkosairaudissa havaittuihin (esim. astma, keuhkoahtaumatauti, kystinen fibroosi) on jälleen epäselvä ja vaatii lisää mekanistista ymmärrystä. Sellaisenaan on toistaiseksi epäselvää, ovatko tällä hetkellä kliinisissä tutkimuksissa olevat immunosuppressiiviset hoidot hyödyllisiä vai haitallisia näille suurille alttiiden potilaiden ryhmille.

3. Interferonista riippuvainen endoteelin toimintahäiriö COVID-19:lle

   Akuutille hengitysvaikeusoireyhtymälle (ARDS) on tunnusomaista hydrostaattinen keuhkopöhö, kohonnut keuhkoverisuonivastus ja koagulopatia, endoteelin toiminta häiriintyy ja endoteelistä peräisin olevien vasoaktiivisten hormonien vapautuminen on säädelty. Verenkierron endoteliini-1:n tasot kohoavat potilailla, joilla on ARDS[16], mikä johtuu todennäköisesti lisääntyneestä tuotannosta ja vähentyneestä puhdistumasta keuhkoissa, joita angiopoietiini-1 mahdollisesti säätelee.

   Vakava SARS-CoV-2-infektio liittyy sytokiinimyrskyyn. Useiden keskeisten tulehdussytokiinien, mukaan lukien IFN-gamma, TNF-alfa, IP10, IL-8 ja IL-10, kohonneet seerumitasot ja IL-6:n kohonneet tasot liittyvät vahvasti kuolleisuuteen. IL-6:n vapautumista indusoivat synergistisesti IFN-gamma ja TNF-alfa, ja positiivisessa palautemekanismissa pieni annos IL-6:ta tehostaa voimakkaasti soluvasteita IFN-alfalle ja moduloi interferonin stimuloimaa geeniekspressiota. Kokeellisessa hiirimallissa havaitsimme, että rinovirusinfektio IFN-yhteisstimulaatiolla johtaa kohonneisiin bronkoalveolaarisiin huuhtelutasoihin IL-6:ta (Singanayagam et ai., julkaisemattomat havainnot). Nämä tiedot viittaavat siihen, että potilailla, joilla on vaikea COVID-19, seurauksena on hyperinflammatorinen prosessi, ja oletamme, että säätelemättömän ja valvomattoman IFN-tuotannon vuoksi keskeiset vaskulo-inflammatoriset interferonin stimuloimat geenit, mukaan lukien IP10 ja ET-1, johtavat huonompiin tuloksiin parenkymaalisten ja keuhkojen verisuonten lisääntyessä. tulehdus. Tämä johtaa dikotomiaan, jossa alkuvaiheen IFN-induktio vaaditaan viruksen replikaation rajoittamiseksi, mutta myöhäinen valvomaton tuotanto voi pahentaa patofysiologiaa. Tätä tukevat uudet kliiniset tiedot, jotka viittaavat ainutlaatuiseen fenotyyppiin SARS-CoV-2- tehohoitopotilailla, joille on ominaista vaikea hypoksia ja lähes normaali keuhkojen myöntyvyys.

4. Muuttunut viruksen sisäänpääsyreseptorin ilmentyminen: Viimeaikaiset tiedot osoittavat, että SARS-CoV-2 käyttää angiotensiiniä konvertoivaa entsyymiä (ACE)2:ta reseptorina viruksen kiinnittymiseen ja myös proteaasia TMPRSS2, joka pilkkoo piikki(S)-proteiinin mahdollistaen viruksen fuusion solujen kanssa kalvot. ACE2 ja TMPRSS2 ilmenevät usein yhdessä keuhkojen epiteelissä. Äskettäinen tutkimus osoitti myös, että ACE2 on interferonistimuloitu geeni (ISG) (ts. virusten vastaisen vasteen suoraan indusoima) ja siksi SARS-CoV-2 saattaa lisätä omaa reseptoriaan infektion levittämiseksi. Viimeaikaiset tiedot osoittavat, että tupakoijilla ja potilailla, joilla on krooninen obstruktiivinen keuhkosairaus (COPD), on lisääntynyt keuhkojen ACE2-ekspressio, mikä viittaa siihen, että krooninen keuhkosairaus saattaa helpottaa SARS-CoV-2-tartunnan lisääntymistä. Sitä vastoin ACE2:n ilmentyminen suojaa akuuttia keuhkovauriota vastaan ​​happoaspiraation tai sepsiksen yhteydessä, ja siksi, jos SARS-CoV:n aiheuttama ACE2-induktio on heikentynyt kroonisessa keuhkosairaudessa, tämä voi altistaa haitallisille seurauksille.
5. Lisääntynyt sekundaaristen bakteeri- ja/tai sieni-infektioiden määrä

Varhaisissa tapaussarjoissa toissijaisia ​​infektioita on havaittu useammin henkilöillä, joilla on vaikea COVID-19-tauti. Sekundaarinen bakteeri-infektio on hyvin tunnettu ilmiö rinoviruksen, influenssan tai hengitysteiden synsyyttiviruksen jälkeen, ja sitä voivat mekaanisesti ohjata monet mahdolliset mekanismit, mukaan lukien makrofagifagosytoosi tai neutrofiilien elastaasivälitteinen antimikrobisten peptidien pilkkoutuminen. Näitä prosesseja voi pahentaa kortikosteroidien käyttö28, ja etenkin suuremmalle osalle potilaista, joilla oli sekundaarisia infektioita COVID-19:n jälkeen, oli määrätty steroideja.

Aspergilloosin kanssa yhteensopivia invasiivisia sienitautia on havaittu myös sekä vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän koronaviruksen (SARS-CoV-2003) että Lähi-idän hengitystieoireyhtymän koronaviruksen (MERS-CoV) osalta, ja anekdoottisia raportteja COVID-19-potilaiden kuoleman jälkeisistä tapauksista. Kiina ehdottaa, että Aspergillus-keuhkoinfektioita esiintyy. Nämä tiedot ovat varhaisia ​​varoitusmerkkejä siitä, että sekundaariset invasiiviset sieni-infektiot voivat aiheuttaa pandemian edetessä yhä vakavampia komplikaatioita COVID-19-potilaille. Immuuniherkkyyden mekaanisen perustan ymmärtäminen sekundaariselle bakteeri-/sieni-infektiolle ja kyky estää näitä sekundaarisia infektioita voisi olla keskeinen askel kohti taudin tulosten parantamista.

1.2 PERUSTELUT NYKYISEEN TUTKIMUKSIIN

Tässä tutkimuksessa tutkijat analysoivat veri- ja hengitystienäytteitä henkilöiltä, ​​joilla on vahvistettu COVID-19, ymmärtääkseen immuunimekanismit, jotka johtavat vakavaan sairauteen. Selvitämme erityisiä mekanismeja, jotka johtavat vakavampaan patologiaan suuremman riskin henkilöillä, kuten kroonisesta keuhkosairaudesta kärsivillä. Yksityiskohtaisen immunoprofiloinnin avulla tunnistamme tärkeimmät reitit ja lääkkeiden käyttökohteet, joita voidaan hyödyntää tulevissa kliinisissä interventiotutkimuksissa.

Hypoteesit:

1. Suuren riskin yksilöillä, mukaan lukien kroonista keuhkosairautta sairastavilla henkilöillä, on heikentynyt antiviraalinen immuunivaste SARS-CoV-2:ta vastaan, mikä lisää viruksen aiheuttamaa tulehdusta.
2. Interferonista riippuvainen endoteelin toimintahäiriö ajaa patogeenisyyttä SARS-CoV-2-infektiossa.
3. Alttius sekundaarisille bakteeri- ja sieni-infektioille kroonisessa keuhkosairaudessa liittyy selektiivisiin polkuvioihin synnynnäisessä immuunitoiminnassa.

2. TUTKIMUKSEN TAVOITTEET

Ensisijainen tavoite:

1. Ymmärrä immuunimekanismit, jotka johtavat COVID-19-tautiin potilailla, joilla on ollut keuhkosairaus

Toissijaiset tavoitteet

1. Tunnista suojan immuunikorrelaatit ja keuhkojen patologia SARS-CoV-2-infektiossa.
2. Endoteelitoiminnan analyysi lievillä ja vaikeilla COVID-19-potilailla ja ex vivo käyttämällä viruksen stimuloimia veriperäisiä endoteelisoluja COVID-19-potilailta.
3. Ylempien/alempien hengitysteiden mikrobiston ja mykobiootan muutosten arviointi COVID-19:n aikana.
4. Ex vivo perifeerisen veren immuunivasteiden arviointi virus-, bakteeri- ja sieniärsykkeille potilailla, joilla on COVID-19 ja krooninen keuhkosairaus verrattuna potilaisiin, joilla on COVID-19 ja joilla ei ole kroonista keuhkosairautta.
5. Analyysi COVID-19-infektion vaikutuksista elämänlaatuun kroonisessa keuhkosairaudessa.

3. SUUNNITTELU

24 kuukautta kestävän potentiaalisen pitkittäisen monikeskustutkimuksen (Royal Brompton & Harefield NHS Trust Chelsea ja Westminster NHS Foundation Trust ja Imperial College Healthcare NHS Trusts) havainnointitutkimuksen avulla tutkimusryhmä analysoi veri-, yskös- ja nenänäytteenottoa sekä ei-invasiivista EndoPAT-laitetestausta. yhteensä pf 230 aihetta. Tutkimusryhmä ottaa perifeeristä verta, ysköstä, nenähuuhtelun, harjaukset ja nenän synteettistä absorptiomatriisia (SAM) näytteitä ja suorittaa non-invasiivisen EndoPAT-testin sairaalan esittelypäivänä ja viikoittain laitoshoidon aikana ja sen jälkeen avohoitokäyntien aikana. kotiutus 12 kuukauden seurantajakson aikana. Tutkimusryhmä kerää kliinistä tietoa, mukaan lukien demografiset tiedot, rutiinilaboratoriotutkimukset, kliinisten oireiden pisteet ja tulokset. Myös linkitetty pseudoanonymisoitu radiologiakuvaus siirretään analysoitavaksi.

Spontaanisti yskästynyt yskös, nenähuuhtelu, harjat ja nenän synteettinen absorptiivinen matriisi (SAM) otetaan ja käsitellään aiemmin kuvatulla tavalla ja säilytetään -800 C:ssa jatkoanalyysejä varten, mukaan lukien ELISA/MSD, viruskuormituksen mittaus ja mikrobiomianalyysi. Laskimoveri (60 ml) otetaan litiumhepariiniputkiin ja PAXgene RNA -putkiin ja siirretään Imperial Collegeen (RBH) käsittelyä ja varastointia varten. PBMC:t uutetaan in vitro -stimulaatiomäärityksiä varten ja kokoveri (1 ml) ja seerumi (2 ml) eristetään ja säilytetään -80 oC:ssa lisäanalyysiä varten. PAXgene-putkia säilytetään -80 C:ssa isännän geneettistä sekvensointianalyysiä varten. Lisäimmunologinen analyysi käyttäen hiivan pinnan näyttöä seerumin vasta-aineprofilointiin, yksittäisten B-solujen lajittelua monoklonaalisten vasta-aineiden luomiseksi ja ELISPOTia analysoimaan CD4- ja CD8-T-solujen ELISPOT SARS CoV-2 -peptidipooleihin. Lisätään syvää immunologista profilointia käyttämällä sytokiinianalyysiä, PBMC-sytokiinivastetta virukselle (tai viruksen PRR-agonistille), sieni-ärsykkeitä, hiivan pinnan näyttöä seerumin vasta-aineprofilointia varten, yhden muistin B-soluekspressiokloonausta. CD4- ja CD8-T-solujen ELISPOT suoritetaan kuten aiemmin on kuvattu. Ei-invasiivinen EndoPAT-testaus suoritetaan myös aiemmin kuvatulla tavalla.