PROSAIC-19 - COVID-19 感染人群的前瞻性纵向评估 (PROSAIC-19)

介绍

1.1 背景

由 SARS-CoV-2 感染引起的 2019 年冠状病毒病 (COVID-19) 是一种新的快速传播的传染病，没有经过证实的治疗方案。 该病毒会引起一系列疾病，从轻微的鼻炎症状到需要通气支持的严重呼吸系统损害。 英国公共卫生部的指南确定了几个有患重病风险的人群，包括老年人和患有慢性肺病的人。 此外，关于皮质类固醇的作用也存在争议，一些医院指南建议使用皮质类固醇，尽管世卫组织的指南与此相矛盾，因为担心它们可能会损害抗病毒免疫力并使疾病恶化。 对某些感染 COVID-19 的个体导致疾病严重程度的机制知之甚少。 我们迫切需要了解这些机制，以促进新型有效疗法和疫苗的快速开发

1. 对严重 COVID-19 疾病的免疫易感性

SARS-CoV-2 可以通过几种推定的机制在易感人群中引发更严重的疾病。 这些包括：

1. 先天抗病毒免疫反应受损

   病毒进入后，对呼吸道病毒的先天免疫反应涉及 I 型和 III 型干扰素 (IFN) 的诱导。 这启动了一个级联反应，触发了一系列干扰素刺激基因的表达，这些基因表达的蛋白质协同作用以限制病毒复制。 慢性肺病，特别是哮喘、囊性纤维化 (CF) 和 COPD 与干扰素对鼻病毒和流感等常见病毒的诱导受损或失调有关，SARS-CoV-2 可能会发生类似的失调。 吸入型干扰素-β 目前正在试验中作为哮喘和慢性阻塞性肺病的抗病毒疗法。

2. 对病毒感染的过度炎症反应

   流感和呼吸道合胞病毒 (RSV) 等常见呼吸道病毒感染可促进由抗体和 T 细胞反应介导的病毒病理学。 早期证据表明，严重的 COVID-19 疾病与过度炎症有关，这种特征可能由病毒负荷直接驱动或由于免疫系统的独立过度激活而发生。 包括 SARS-CoV 在内的人类冠状病毒感染可通过多种不同机制诱导肺部免疫病理学，包括人类巨噬细胞对 SARS-CoV 感染的抗体增强。 与轻度/中度疾病相比，在严重的 SARS-CoV 疾病中，表达促炎细胞因子的 CD4 和 CD8 显着增加。

   因此，人们对重新利用现有免疫抑制疗法治疗重症 COVID-19 的潜在作用产生了相当大的兴趣。 导致 COVID-19 过度炎症的关键介质和途径尚不清楚，对这些过程的进一步阐明将为重新利用现有疗法或开发有效治疗的新方法提供信息。 基线失调的 T 细胞反应的含义，例如在慢性肺病（例如肺部疾病）中所见的那些。 哮喘、慢性阻塞性肺病、囊性纤维化）也不清楚，需要进一步的机制理解。 因此，目前尚不清楚目前临床试验中的免疫抑制疗法对这些大量易感患者是有益还是有害。

3. COVID-19 干扰素依赖性内皮功能失调

   急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) 的特征是静水性肺水肿、肺血管阻力升高和凝血病，内皮功能受到破坏，内皮衍生的血管活性激素释放失调。 ARDS 患者内皮素-1 的循环水平升高 [16]，这可能是由于血管生成素-1 可能调节肺部的产量增加和清除率降低。

   严重的 SARS-CoV-2 感染与细胞因子风暴有关。 许多关键炎症细胞因子（包括 IFN-γ、TNF-α、IP10、IL-8 和 IL-10）血清水平升高以及 IL-6 水平升高与死亡率密切相关。 IL-6 释放由 IFN-γ 和 TNF-α 协同诱导，在正反馈机制中，低剂量的 IL-6 强烈增强细胞对 IFN-α 的反应并调节干扰素刺激的基因表达。 在实验性小鼠模型中，我们发现鼻病毒感染和 IFN 共刺激会导致支气管肺泡灌洗液中 IL-6 水平升高（Singanayagam 等人，未发表的观察结果）。 这些数据表明，在重症 COVID-19 患者中，会发生过度炎症过程，我们假设通过失调和不受控制的 IFN 产生，包括 IP10 和 ET-1 在内的关键血管炎症干扰素刺激基因会导致更糟糕的结果，增加实质和肺血管炎。 这导致了一种二分法，即需要初始 IFN 诱导来限制病毒复制，但后期不受控制的生产会恶化病理生理学。 这得到了新出现的临床数据的支持，这些数据表明 SARS-CoV-2 重症监护患者具有独特的表型，其特征是严重缺氧且肺顺应性接近正常。

4. 改变的病毒进入受体表达：最近的数据表明 SARS-CoV-2 利用血管紧张素转换酶 (ACE)2 作为病毒附着的受体，还利用蛋白酶 TMPRSS2 切割刺突 (S) 蛋白，使病毒与细胞融合膜。 ACE2 和 TMPRSS2 经常在肺上皮中共同表达。 最近的一项研究还表明，ACE2 是一种干扰素刺激基因 (ISG)（即 直接由抗病毒反应诱导），因此，SARS-CoV-2 可能会上调其自身的受体来传播感染。 最近的数据表明，吸烟者和慢性阻塞性肺病 (COPD) 患者的肺部 ACE2 表达增加，这表明慢性肺部疾病可能会促进 SARS-CoV-2 的更大感染。 相反，ACE2 的表达可在酸吸入或败血症的情况下防止急性肺损伤，因此，如果 SARS-CoV 诱导的 ACE2 在慢性肺病中受损，则可能导致不良后果。
5. 继发性细菌和/或真菌感染增加

在早期病例系列中，在患有严重 COVID-19 疾病的受试者中更频繁地观察到继发感染。 继发性细菌感染是鼻病毒、流感或呼吸道合胞病毒后公认的现象，并且可能由一系列可能的机制机械驱动，包括巨噬细胞吞噬作用或中性粒细胞弹性蛋白酶介导的抗微生物肽裂解。 这些过程可能会因使用皮质类固醇而恶化28，值得注意的是，更大比例的 COVID-19 后继发感染患者服用了类固醇。

在严重急性呼吸综合征冠状病毒 (SARS-CoV-2003) 和中东呼吸综合征冠状病毒 (MERS-CoV) 中也观察到了与曲霉菌病一致的侵袭性真菌病，以及 COVID-19 患者尸检的轶事报道我国提示曲霉菌肺部感染发生。 这些数据是早期预警信号，表明随着大流行的进展，继发性侵袭性真菌感染可能对 COVID-19 患者造成越来越严重的并发症。 了解免疫对继发性细菌/真菌感染易感性的机制基础以及预防这些继发性感染的能力可能是改善疾病预后的关键一步。

1.2 当前研究的基本原理

在这项研究中，研究人员将分析确诊为 COVID-19 的个体的血液和气道样本，以了解导致严重疾病的免疫机制。 我们将阐明导致高风险个体（例如慢性肺病患者）出现更严重病理的具体机制。 通过详细的免疫分析，我们将确定关键途径和药物靶点，以在未来的临床干预研究中加以利用。

假设：

1. 包括慢性肺病患者在内的高危人群对 SARS-CoV-2 的抗病毒免疫反应受损，增加了病毒引起的炎症。
2. 干扰素依赖性内皮功能障碍驱动 SARS-CoV-2 感染的致病性。
3. 慢性肺病对继发性细菌和真菌感染的易感性与先天免疫功能的选择性通路缺陷有关。

2.学习目标

主要目标：

1. 了解有肺部疾病史的患者导致 COVID-19 疾病的免疫机制

次要目标

1. 确定 SARS-CoV-2 感染中保护和肺病理的免疫相关性。
2. 使用来自 COVID-19 患者的病毒刺激血源性内皮细胞分析轻度和重度 COVID-19 患者和离体的内皮功能。
3. 评估 COVID-19 期间发生的上/下呼吸道微生物群和真菌群的变化。
4. 与患有 COVID-19 且无慢性肺病的患者相比，评估患有 COVID-19 和慢性肺病的患者对病毒、细菌和真菌刺激的体外外周血免疫反应。
5. 分析 COVID-19 感染对慢性肺病患者生活质量的影响。

3. 研究设计

通过一项为期 24 个月的前瞻性纵向多中心（Royal Brompton & Harefield NHS Trust Chelsea and Westminster NHS Foundation Trusts 和 Imperial College Healthcare NHS Trusts）观察性研究，研究团队将分析血液、痰液和鼻腔样本以及无创 EndoPAT 设备测试总共 230 个科目。 研究小组将获取外周血、痰液、鼻腔灌洗液、刷牙和鼻腔合成吸收基质 (SAM) 样本，并在就诊当天、住院期间每周一次以及随后的门诊就诊期间进行无创 EndoPAT 检测在 12 个月的随访期内出院。 研究小组将收集临床信息，包括人口统计学、常规实验室检查、临床症状评分和结果。 链接的伪匿名放射成像也将被传输以供分析。

自发咳出的痰液、鼻腔灌洗液、刷牙液和鼻腔合成吸收基质 (SAM) 样本将如前所述采集和处理，并储存在 -800°C 下用于下游分析，包括 ELISA/MSD、病毒载量测量和微生物组分析。 静脉血（60mls）将被放入肝素锂管和PAXgene RNA管中，并转移到帝国理工学院（RBH）进行处理和储存。 提取 PBMC 用于体外刺激测定，分离全血 (1ml) 和血清 (2ml) 并储存在 -80oC 以供进一步分析。 PAXgene 管将储存在-80°C，用于进一步的宿主基因测序分析。 进一步的免疫学分析使用酵母表面展示进行血清抗体分析，单 B 细胞分选以生成单克隆抗体和 ELISPOT 以分析 CD4 和 CD8 T 细胞 ELISPOT 到 SARS CoV-2 肽库。 将使用细胞因子分析、PBMC 细胞因子对病毒（或病毒 PRR 激动剂）的反应、真菌刺激、用于血清抗体分析的酵母表面展示、单记忆 B 细胞表达克隆进行进一步的深度免疫学分析。 CD4 和 CD8 T 细胞 ELISPOT 将如前所述进行。 非侵入性 EndoPAT 测试也将如前所述进行。