PROSAIC-19 - COVID-19 감염 코호트의 전향적 종단 평가 (PROSAIC-19)

소개

1.1 배경

SARS-CoV-2 감염으로 인한 코로나바이러스 질병 2019(COVID-19)는 입증된 치료 옵션이 없는 빠르게 확산되는 신종 전염병입니다. 이 바이러스는 경미한 코리잘 증상에서 환기 지원이 필요한 심각한 호흡기 손상에 이르는 다양한 질병을 유발합니다. Public Health England의 지침은 노인과 만성 폐 질환이 있는 개인을 포함하여 심각한 질병의 위험이 있는 여러 그룹을 식별합니다. 또한 코르티코스테로이드가 항바이러스 면역을 손상시키고 질병을 악화시킬 수 있다는 우려로 인해 코르티코스테로이드의 사용을 권장하는 WHO 지침에도 불구하고 코르티코스테로이드의 역할에 대한 논쟁이 있습니다. COVID-19에 감염된 특정 개인의 질병 중증도를 유발하는 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 새롭고 효과적인 치료법과 백신의 신속한 개발을 촉진하기 위해 이러한 메커니즘을 이해하는 것이 시급합니다.

1. 코로나19 중증질환에 대한 면역감수성

SARS-CoV-2가 소인이 있는 개인의 질병 중증도를 높일 수 있는 몇 가지 추정 메커니즘이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

1. 선천적 항 바이러스 면역 반응 장애

   바이러스 유입 후, 호흡기 바이러스에 대한 선천적 면역 반응은 유형 I 및 III 인터페론(IFN)의 유도를 포함합니다. 이것은 바이러스 복제를 제한하기 위해 함께 작용하는 단백질을 발현하는 다양한 인터페론 자극 유전자의 발현을 유발하는 캐스케이드를 시작합니다. 만성 폐 질환, 특히 천식, 낭포성 섬유증(CF) 및 COPD는 라이노바이러스 및 인플루엔자와 같은 일반적으로 접하는 바이러스에 대한 인터페론의 장애 또는 조절 장애 유도와 관련이 있으며 유사한 조절 장애가 SARS-CoV-2에서 발생할 수 있습니다. 흡입형 인터페론-β는 현재 천식 및 COPD에 대한 항바이러스 요법으로 시험 중입니다.

2. 바이러스 감염에 대한 과장된 염증 반응

   인플루엔자 및 호흡기 세포융합 바이러스(RSV)와 같은 일반적인 호흡기 바이러스 감염은 항체 및 T 세포 반응에 의해 매개되는 바이러스 병리를 촉진할 수 있습니다. 초기 증거는 중증 COVID-19 질병이 바이러스 부하에 의해 직접적으로 유발되거나 면역 체계의 독립적인 과잉 활성화로 인해 발생할 수 있는 기능인 과염증과 관련이 있음을 시사합니다. SARS-CoV를 포함한 인간 코로나바이러스 감염은 인간 대식세포에 의한 SARS-CoV 감염의 항체 강화를 비롯한 다양한 메커니즘을 통해 폐에서 면역병리를 유발할 수 있습니다. 경증/중등도 질병에 비해 중증 SARS-CoV 질병에서 CD4 및 CD8 발현 전 염증성 사이토카인의 상당한 증가가 나타났습니다.

   이에 따라 중증 코로나19 치료를 위해 기존 면역억제 요법을 용도 변경하는 잠재적 역할에 상당한 관심이 쏠리고 있다. COVID-19에서 과염증을 유발하는 주요 매개체와 경로는 불분명하며 이러한 과정에 대한 더 많은 설명은 기존 치료법의 용도 변경 또는 효과적인 치료법에 대한 새로운 접근법 개발에 정보를 제공할 것입니다. 만성 폐 질환(예: 천식, COPD, 낭포성 섬유증)은 다시 불분명하며 기계론적 이해가 더 필요합니다. 따라서 현재 임상 시험 중인 면역억제 요법이 이러한 대규모 감수성 환자 집단에서 유익한지 유해한지는 아직 불분명합니다.

3. COVID-19에 대한 조절 장애 인터페론 의존성 내피 기능

   급성 호흡곤란 증후군(ARDS)은 정수압 폐부종, 상승된 폐혈관 저항 및 응고병증을 특징으로 하며, 내피 유래 혈관활성 호르몬의 조절 장애로 내피 기능이 파괴됩니다. 엔도텔린-1의 순환 수준은 ARDS[16] 환자에서 증가하는데, 이는 아마도 안지오포이에틴-1에 의해 잠재적으로 조절되는 폐의 증가된 생산 및 감소된 청소율 때문일 것입니다.

   중증 SARS-CoV-2 감염은 사이토카인 폭풍과 관련이 있습니다. IFN-감마, TNF-알파, IP10, IL-8 및 IL-10을 포함하는 다수의 주요 염증성 사이토카인의 상승된 혈청 수준 및 상승된 IL-6 수준은 사망률과 밀접한 관련이 있습니다. IL-6 방출은 IFN-감마 및 TNF-알파에 의해 상승적으로 유도되며 양성 피드백 메커니즘에서 저용량의 IL-6은 IFN-알파에 대한 세포 반응을 강력하게 향상시키고 인터페론 자극 유전자 발현을 조절합니다. 실험 쥐 모델에서 우리는 IFN 동시 자극으로 라이노바이러스에 감염되면 기관지폐포 세척액 수준의 IL-6이 상승한다는 것을 발견했습니다(Singanayagam et al, 미공개 관찰). 이 데이터는 중증 COVID-19 환자에서 과염증 과정이 뒤따른다는 것을 시사하며 우리는 조절되지 않고 확인되지 않은 IFN 생산을 통해 IP10 및 ET-1을 포함한 주요 혈관 염증성 인터페론 자극 유전자가 실질 및 폐혈관 증가로 더 나쁜 결과를 유도한다고 가정합니다. 염증. 이로 인해 바이러스 복제를 제한하기 위해 초기 IFN 유도가 필요하지만 확인되지 않은 늦은 생산이 병리생리학을 악화시킬 수 있는 이분법이 발생합니다. 이것은 SARS-CoV-2 중환자 치료 환자에게 거의 정상적인 폐 순응도를 보이는 심각한 저산소증을 특징으로 하는 독특한 표현형을 제안하는 새로운 임상 데이터에 의해 뒷받침됩니다.

4. 변경된 바이러스 진입 수용체 발현: 최근 데이터에 따르면 SARS-CoV-2는 안지오텐신 전환 효소(ACE)2를 바이러스 부착용 수용체로 사용하고 또한 스파이크(S) 단백질을 절단하여 바이러스와 세포의 융합을 허용하는 프로테아제 TMPRSS2를 사용합니다. 막. ACE2와 TMPRSS2는 종종 폐 상피에서 공동 발현됩니다. 최근 연구에 따르면 ACE2는 인터페론 자극 유전자(ISG)(즉, 항바이러스 반응에 의해 직접 유도됨) 따라서 SARS-CoV-2는 자체 수용체를 상향 조절하여 감염을 전파할 수 있습니다. 최근 데이터에 따르면 흡연자와 만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 환자는 폐에서 ACE2 발현이 증가하여 만성 폐질환이 SARS-CoV-2에 더 많이 감염될 수 있음을 시사합니다. 반대로 ACE2 발현은 산성 흡인 또는 패혈증과 관련하여 급성 폐 손상을 예방하므로 SARS-CoV에 의한 ACE2 유도가 만성 폐 질환에서 손상되면 불리한 결과를 초래할 수 있습니다.
5. 2차 세균 및/또는 진균 감염 증가

초기 사례 시리즈에서 중증 COVID-19 질환을 앓는 피험자에게서 2차 감염이 더 자주 관찰되었습니다. 2차 세균 감염은 라이노바이러스, 인플루엔자 또는 호흡기 세포융합 바이러스에 이어 잘 알려진 현상이며 대식세포 식균 작용 또는 항미생물 펩타이드의 호중구 엘라스타제 매개 절단을 포함한 가능한 메커니즘 범위에 의해 기계적으로 구동될 수 있습니다. 이러한 과정은 코르티코스테로이드28 사용으로 악화될 수 있으며, 특히 COVID-19 이후 2차 감염 환자의 더 많은 비율이 스테로이드를 처방받았습니다.

중증급성호흡기증후군 코로나바이러스(SARS-CoV-2003) 및 중동호흡기증후군 코로나바이러스(MERS-CoV)에서도 아스페르길루스증과 일치하는 침습성 진균 질환이 관찰되었으며, 중국은 Aspergillus 폐 감염이 발생한다고 제안합니다. 이 데이터는 팬데믹이 진행됨에 따라 2차 침습성 진균 감염이 COVID-19에 걸린 환자에게 점점 더 심각한 합병증을 나타낼 수 있다는 조기 경고 신호입니다. 2차 세균/진균 감염에 대한 면역 감수성에 대한 기계론적 기초와 이러한 2차 감염을 예방하는 능력을 이해하는 것은 질병의 결과를 개선하는 데 중요한 단계가 될 수 있습니다.

1.2 현재 연구의 근거

이 연구에서 조사관은 COVID-19가 확인된 개인의 혈액 및 기도 샘플을 분석하여 심각한 질병으로 이어지는 면역 메커니즘을 이해합니다. 우리는 만성 폐 질환이 있는 사람과 같은 고위험 개인에서 더 심각한 병리를 유발하는 특정 메커니즘을 밝힐 것입니다. 상세한 면역 프로파일링을 통해 우리는 향후 임상 개입 연구에서 활용할 주요 경로와 약물 가능한 표적을 식별할 것입니다.

가설:

1. 만성 폐 질환이 있는 개인을 포함한 고위험 개인은 SARS-CoV-2에 대한 항바이러스 면역 반응을 손상시켜 바이러스 유발 염증을 증가시킵니다.
2. 인터페론 의존성 내피 기능 장애는 SARS-CoV-2 감염에서 병원성을 유발합니다.
3. 만성 폐 질환에서 이차 세균 및 진균 감염에 대한 감수성은 선천 면역 기능의 선택적 경로 결함과 관련이 있습니다.

2. 연구 목적

기본 목표:

1. 폐 질환 병력이 있는 환자의 COVID-19 질병을 유발하는 면역 메커니즘 이해

보조 목표

1. SARS-CoV-2 감염에서 보호 및 폐 병리학의 면역 상관관계를 식별합니다.
2. COVID-19 환자의 바이러스 자극 혈액 유래 내피 세포를 사용하여 경증 및 중증 COVID-19 환자 및 체외 내피 기능 분석.
3. COVID-19 동안 발생하는 상기도/하기도 미생물군 및 진균군의 변화 평가.
4. COVID-19 및 만성 폐 질환이 없는 환자와 비교하여 COVID-19 및 만성 폐 질환 환자의 바이러스, 박테리아 및 진균 자극에 대한 생체 외 말초 혈액 면역 반응 평가.
5. 만성 폐 질환에서 COVID-19 감염이 삶의 질에 미치는 영향 분석.

3. 연구 설계

연구팀은 24개월 전향적 종단 다기관(Royal Brompton & Harefield NHS Trust Chelsea and Westminster NHS Foundation Trusts, Imperial College Healthcare NHS Trusts) 관찰 연구를 통해 비침습적 EndoPAT 장치 테스트와 함께 혈액, 가래 및 비강 샘플링을 분석할 예정입니다. 총 pf 230 과목. 연구팀은 말초혈액, 가래, 비세척액, 칫솔질, 비강 합성흡수기질(SAM) 샘플을 채취해 내원 당일과 입원 기간 중 매주 간격으로 비침습적 EndoPAT 검사를 실시할 예정이다. 12개월 후속 조치 기간 동안 방전. 연구 팀은 인구 통계, 일상적인 실험실 조사, 임상 증상 점수 및 결과를 포함한 임상 정보를 수집합니다. 연결된 의사 익명 방사선 영상도 분석을 위해 전송됩니다.

자발적으로 배출된 객담, 비강 세척액, 칫솔질 및 비강 합성 흡수 매트릭스(SAM) 샘플을 이전에 설명한 대로 채취 및 처리하고 ELISA/MSD, 바이러스 부하 측정 및 미생물 분석을 포함한 다운스트림 분석을 위해 -800C에 저장합니다. 정맥혈(60ml)을 리튬 헤파린 튜브 및 PAXgene RNA 튜브에 넣고 처리 및 보관을 위해 Imperial College(RBH)로 옮깁니다. PBMC는 체외 자극 분석을 위해 추출되고 전혈(1ml) 및 혈청(2ml)은 분리되어 추가 분석을 위해 -80oC에 보관됩니다. PAXgene 튜브는 추가 숙주 유전자 시퀀싱 분석을 위해 -80C에 보관됩니다. 혈청 항체 프로파일링을 위한 효모 표면 디스플레이, 단일 클론 항체 생성을 위한 단일 B 세포 분류 및 SARS CoV-2 펩티드 풀에 대한 CD4 및 CD8 T 세포 ELISPOT 분석을 위한 ELISPOT을 사용한 추가 면역학적 분석. 사이토카인 분석, 바이러스(또는 바이러스 PRR 작용제)에 대한 PBMC 사이토카인 반응, 진균 자극, 혈청 항체 프로파일링을 위한 효모 표면 디스플레이, 단일 메모리 B 세포 발현 클로닝을 사용한 추가 심층 면역학적 프로파일링이 수행될 것입니다. CD4 및 CD8 T 세포 ELISPOT은 이전에 설명한 대로 수행됩니다. 비침습적 EndoPAT 테스트도 이전에 설명한 대로 수행됩니다.