PROSAIC-19 – Leendő longitudinális értékelés egy COVID-19-fertőzött kohorszban (PROSAIC-19)

BEVEZETÉS

1.1 HÁTTÉR

A SARS-CoV-2 fertőzés által okozott 2019-es koronavírus-betegség (COVID-19) egy új, gyorsan terjedő fertőző betegség, amelynek nincs bizonyított kezelési lehetősége. A vírus a betegségek széles skáláját okozza, az enyhe coryzalis tünetektől a lélegeztetési támogatást igénylő súlyos légzőszervi megbetegedésekig. A Public Health England útmutatása számos olyan csoportot azonosít, amelyeknél fennáll a súlyos betegségek kockázata, beleértve az időseket és a krónikus tüdőbetegségben szenvedőket. Ezenkívül vita folyik a kortikoszteroidok szerepéről is, mivel egyes kórházi irányelvek javasolják alkalmazásukat, annak ellenére, hogy a WHO útmutatása ennek ellentmond, mivel aggályok szerint ronthatják a vírusellenes immunitást és súlyosbíthatják a betegséget. A COVID-19-vel fertőzött egyes egyének betegségének súlyosságát befolyásoló mechanizmusok kevéssé ismertek. Sürgősen meg kell értenünk ezeket a mechanizmusokat, hogy elősegítsük új, hatékony terápiák és vakcinák gyors kifejlesztését

1. Immunérzékenység a súlyos COVID-19 betegséggel szemben

Számos feltételezett mechanizmus létezik, amelyeken keresztül a SARS-CoV-2 súlyosbíthatja a betegséget az arra hajlamos egyénekben. Ezek tartalmazzák:

1. Károsodott veleszületett vírusellenes immunválasz

   A vírus bejutását követően a légúti vírusokkal szembeni veleszületett immunválasz az I. és III. típusú interferonok (IFN) indukcióját foglalja magában. Ez egy kaszkádot indít el, amely egy sor interferon-stimulált gén expresszióját váltja ki, amelyek olyan fehérjéket expresszálnak, amelyek együttesen hatnak a vírus replikációjának korlátozására. A krónikus tüdőbetegségek, különösen az asztma, a cisztás fibrózis (CF) és a COPD az interferon gyengült vagy szabályozatlan indukciójával járnak olyan gyakran előforduló vírusokkal szemben, mint a rhinovírus és az influenza, és hasonló szabályozási zavarok fordulhatnak elő SARS-CoV-2 esetén. Az inhalációs β-interferont jelenleg tesztelik az asztma és a COPD vírusellenes terápiájaként.

2. Túlzott gyulladásos reakciók vírusfertőzésre

   A gyakori légúti vírusfertőzések, például az influenza és a légúti syncytial vírus (RSV) elősegíthetik az antitestek és T-sejtes válaszok által közvetített víruspatológiát. A korai bizonyítékok azt sugallják, hogy a súlyos COVID-19-betegség hipergyulladással áll összefüggésben, amely jellemző lehet közvetlenül a vírusteher által, vagy az immunrendszer független hiperaktiválódása miatt. A humán koronavírus fertőzések, köztük a SARS-CoV immunpatológiát indukálhatnak a tüdőben számos különböző mechanizmuson keresztül, beleértve a SARS-CoV fertőzés humán makrofágok általi antitest-erősítését. Súlyos SARS-CoV betegségben a CD4 és CD8 expresszáló gyulladásos citokinek számának jelentős növekedését mutatták ki az enyhe/közepes fokú betegséghez képest.

   Ennek megfelelően jelentős érdeklődés mutatkozott a meglévő immunszuppresszív terápiák újbóli felhasználásának lehetséges szerepe iránt a súlyos COVID-19 kezelésében. A COVID-19-ben a hipergyulladást előidéző ​​kulcsfontosságú mediátorok és útvonalak nem tisztázottak, és ezeknek a folyamatoknak a pontosabb feltárása a meglévő terápiák újrahasznosításához vagy a hatékony kezelés új megközelítéseinek kidolgozásához vezet. A kiindulási diszregulált T-sejtes válaszok következményei, mint például a krónikus tüdőbetegségben (pl. asztma, COPD, cisztás fibrózis) ismét nem világos, és további mechanikai megértést igényel. Mint ilyen, egyelőre nem világos, hogy a jelenleg klinikai vizsgálatok alatt álló immunszuppresszív terápiák előnyösek vagy károsak lesznek-e a fogékony betegek nagy csoportjában.

3. Az interferon-függő endothel funkció a COVID-19-hez képest szabályozatlan

   Az akut respirációs distressz szindrómát (ARDS) hidrosztatikus tüdőödéma, emelkedett pulmonalis vaszkuláris rezisztencia és koagulopátia jellemzi, az endothel funkció zavara az endothel eredetű vazoaktív hormonok szabályozatlan felszabadulásával. Az endothelin-1 keringési szintje megemelkedik az ARDS-ben szenvedő betegeknél[16], valószínűleg az angiopoietin-1 által potenciálisan szabályozott megnövekedett termelés és a tüdőben a csökkent clearance miatt.

   A súlyos SARS-CoV-2 fertőzés citokinviharral jár. Számos kulcsfontosságú gyulladásos citokin, köztük az IFN-gamma, a TNF-alfa, az IP10, az IL-8 és az IL-10 emelkedett szérumszintje, valamint az IL-6 emelkedett szintje erősen összefügg a mortalitással. Az IL-6 felszabadulását az IFN-gamma és a TNF-alfa szinergikusan indukálja, és pozitív visszacsatolási mechanizmusban az IL-6 alacsony dózisa erősen fokozza az IFN-alfára adott sejtválaszokat, és modulálja az interferon által stimulált génexpressziót. Egy kísérleti egérmodellben azt találtuk, hogy a rinovírussal való fertőzés IFN-kostimulációval az IL-6 emelkedett bronchoalveoláris mosóvízszintjéhez vezet (Singanayagam és munkatársai, nem publikált megfigyelések). Ezek az adatok arra utalnak, hogy a súlyos COVID-19-ben szenvedő betegeknél hipergyulladásos folyamat alakul ki, és feltételezzük, hogy a szabályozatlan és ellenőrizetlen IFN-termelés révén a kulcsfontosságú vasculo-inflammatorikus interferon-stimulált gének, köztük az IP10 és az ET-1, rosszabb eredményekhez vezetnek, megnövekedett parenchymalis és pulmonalis vascularis. gyulladás. Ez dichotómiát eredményez, amelyben kezdeti IFN-indukcióra van szükség a vírus replikációjának korlátozásához, de a késői ellenőrizetlen termelés ronthatja a patofiziológiát. Ezt alátámasztják az újonnan megjelenő klinikai adatok, amelyek egyedi fenotípusra utalnak a SARS-CoV-2 kritikus ellátásban szenvedő betegeknél, akiket súlyos hipoxia jellemez, közel normális tüdő-compliance-val.

4. Megváltozott vírusbejutási receptor expresszió: A legújabb adatok azt mutatják, hogy a SARS-CoV-2 angiotenzin-konvertáló enzimet (ACE)2 használ receptorként a vírusok megtapadásához, valamint a TMPRSS2 proteázt, amely hasítja a spike(S) fehérjét, hogy lehetővé tegye a vírus és a sejt fúzióját. membránok. Az ACE2 és a TMPRSS2 gyakran együtt expresszálódik a tüdőhámban. Egy nemrégiben készült tanulmány azt is kimutatta, hogy az ACE2 egy interferon által stimulált gén (ISG) (azaz. közvetlenül a vírusellenes válasz indukálja), és ezért a SARS-CoV-2 felerősítheti saját receptorát a fertőzés terjedése érdekében. A legújabb adatok azt mutatják, hogy a dohányosok és a krónikus obstruktív tüdőbetegségben (COPD) szenvedő alanyok fokozott pulmonális ACE2-expressziót mutatnak, ami arra utal, hogy a krónikus tüdőbetegség elősegítheti a SARS-CoV-2 fokozott fertőzését. Ezzel szemben az ACE2 expressziója véd az akut tüdőkárosodástól savszívás vagy szepszis esetén, ezért ha a SARS-CoV-k által okozott ACE2-indukció krónikus tüdőbetegségben károsodik, ez kedvezőtlen kimenetelre hajlamosíthat.
5. Fokozott másodlagos bakteriális és/vagy gombás fertőzések száma

A korai esetsorozatokban gyakrabban figyeltek meg másodlagos fertőzéseket súlyos COVID-19-betegségben szenvedő betegeknél. A másodlagos bakteriális fertőzés jól felismerhető jelenség a rhinovírus, influenza vagy légúti syncytialis vírus után, és mechanikailag számos lehetséges mechanizmus vezérelheti, beleértve a makrofág fagocitózist vagy az antimikrobiális peptidek neutrofil elasztáz által közvetített hasítását. Ezeket a folyamatokat ronthatja a kortikoszteroidok alkalmazása28, és különösen a COVID-19 után másodlagos fertőzésben szenvedő betegek nagyobb hányadának írtak fel szteroidot.

Az aspergillózissal konzisztens invazív gombás megbetegedést is megfigyeltek mind a súlyos akut légzőszervi szindróma koronavírus (SARS-CoV-2003), mind a közel-keleti légzőszervi szindróma koronavírus (MERS-CoV) esetében, és anekdotikus jelentések a COVID-19-ben szenvedő betegek halálozását követően. Kína azt sugallja, hogy Aspergillus tüdőfertőzések fordulnak elő. Ezek az adatok korai figyelmeztető jelek arra vonatkozóan, hogy a másodlagos invazív gombás fertőzések a járvány előrehaladtával egyre súlyosabb szövődményt jelenthetnek a COVID-19-fertőzött betegeknél. A másodlagos bakteriális/gombás fertőzésekkel szembeni immunérzékenység mechanikai alapjainak megértése és e másodlagos fertőzések megelőzésének képessége kulcsfontosságú lépés lehet a betegség kimenetelének javítása felé.

1.2 A JELENLEGI TANULMÁNY INDOKOLÁSA

Ebben a tanulmányban a kutatók vér- és légúti mintákat elemeznek olyan egyénektől, akiknél igazoltan COVID-19-fertőzött, hogy megértsék a súlyos betegséghez vezető immunmechanizmusokat. Meg fogjuk vizsgálni azokat a specifikus mechanizmusokat, amelyek súlyosabb patológiát váltanak ki nagyobb kockázatú egyéneknél, például krónikus tüdőbetegségben szenvedőknél. Részletes immunprofilozással azonosítjuk azokat a kulcsfontosságú útvonalakat és gyógyszeres célpontokat, amelyeket a jövőbeni klinikai beavatkozási vizsgálatok során kiaknázunk.

Hipotézisek:

1. A magas kockázatú egyének, köztük a krónikus tüdőbetegségben szenvedők, csökkent vírusellenes immunválaszt mutatnak a SARS-CoV-2-vel szemben, ami fokozza a vírus által kiváltott gyulladást.
2. Az interferonfüggő endothel diszfunkció a SARS-CoV-2 fertőzés patogenitását okozza.
3. Krónikus tüdőbetegségben a másodlagos bakteriális és gombás fertőzésekre való érzékenység a veleszületett immunfunkció szelektív útvonal-hibáihoz kapcsolódik.

2. TANULMÁNYI CÉLKITŰZÉSEK

Elsődleges feladat:

1. Ismerje meg a COVID-19 betegséget előidéző ​​immunmechanizmusokat olyan betegeknél, akiknek a kórtörténetében tüdőbetegség szerepel

Másodlagos célok

1. A SARS-CoV-2 fertőzés elleni védekezés és a tüdőpatológia immunrendszeri korrelációinak azonosítása.
2. Enyhe és súlyos COVID-19-betegek endotélfunkciójának elemzése, valamint ex vivo COVID-19-ben szenvedő betegek vírusstimulált véreredetű endothelsejtjeinek felhasználásával.
3. A felső/alsó légúti mikrobióta és mikobióta változásainak értékelése a COVID-19 során.
4. A vírusos, bakteriális és gombás ingerekre adott ex vivo perifériás vér immunválaszának értékelése COVID-19-ben és krónikus tüdőbetegségben szenvedő betegeknél, összehasonlítva a COVID-19-ben szenvedő és krónikus tüdőbetegségben nem szenvedő betegekkel.
5. A COVID-19 fertőzés életminőségre gyakorolt ​​hatásának elemzése krónikus tüdőbetegségben.

3. TANULMÁNYTERVEZÉS

Egy 24 hónapos prospektív longitudinális multicentrikus (Royal Brompton & Harefield NHS Trust Chelsea és Westminster NHS Foundation Trust, valamint Imperial College Healthcare NHS Trusts) megfigyelő vizsgálata során a kutatócsoport vér-, köpet- és orrmintavételezést fog elemezni a non-invazív EndoPAT eszköztesztek mellett. összesen pf 230 alany. A vizsgálati csoport perifériás vért, köpetet, orröblítést, fogmosást és nazális szintetikus abszorpciós mátrix (SAM) mintákat vesz, és non-invazív EndoPAT-tesztet végez a kórházi bemutatás napján és heti időközönként a fekvőbeteg-beállítások során, majd a járóbeteg-látogatások során. 12 hónapos követési időszak alatt. A kutatócsoport klinikai információkat gyűjt, beleértve a demográfiai adatokat, a rutin laboratóriumi vizsgálatokat, a klinikai tünetek pontszámait és eredményeit. A kapcsolódó, pszeudoanonimizált radiológiai képalkotást szintén átadják elemzés céljából.

A spontán köptető köpet, az orröblítés, a fogmosás és az orrszintetikus abszorpciós mátrix (SAM) mintákat vesznek és a korábban leírtak szerint dolgozzák fel, és -800 °C-on tárolják a downstream elemzésekhez, beleértve az ELISA/MSD-t, a vírusterhelés mérését és a mikrobiomelemzést. A vénás vért (60 ml) lítium-heparin csövekbe és PAXgene RNS csövekbe veszik, és az Imperial College-ba (RBH) szállítják feldolgozás és tárolás céljából. A PBMC-ket kivonják az in vitro stimulációs vizsgálatokhoz, és teljes vért (1 ml) és szérumot (2 ml) izolálnak és -80 oC-on tárolnak további elemzés céljából. A PAXgene csöveket -80 °C-on tárolják a gazdaszervezet további genetikai szekvenálási elemzéséhez. További immunológiai analízis élesztő felületi megjelenítéssel a szérum antitest-profilok meghatározásához, egy B-sejt szortírozás a monoklonális antitestek előállításához és ELISPOT a CD4 és CD8 T sejt ELISPOT SARS CoV-2 peptidkészletek elemzéséhez. További mély immunológiai profilalkotást, citokinanalízist, PBMC citokinválaszt vírusra (vagy vírus PRR agonistára), gombás ingereket, élesztő felületi megjelenítést a szérum antitest profilalkotáshoz, egyetlen memória B-sejt expressziós klónozást végeznek. A CD4 és CD8 T sejt ELISPOT-ját a korábban leírtak szerint hajtjuk végre. A nem invazív EndoPAT-tesztet is elvégzik a korábban leírtak szerint.