Изчерпателен кръвен анализ на Коронавирус идентифицира белезите за тежестта на заболяването

Изследователи от Обединеното кралство представиха интегриран атлас на кръвта multi-omics, който очертава имунния отговор на гостоприемника при пациенти с коронавирусна болест 2019 (COVID-19) с различна тежест, предоставяйки уникален справочен ресурс за интерпретация на набори от данни, генерирани от интервенционни проучвания.

Чрез консорциума COvid-19 Multi-omics Blood ATlas (COMBAT) Дейвид Ахерн от Университета в Оксфорд и колеги характеризира COVID-19 с различна тежест и идентифицира имунни подписи и корелати на отговора на гостоприемника.

Екипът казва, че интегративните подходи като тези, които се прилагат тук, са от съществено значение за по-доброто диференциране на пациентите с COVID-19 според тежестта на заболяването, основната патофизиология и инфекциозна етиология.

„Нашите базирани на системи интегративен подход и кръвен атлас ще информират за бъдещо разработване на лекарства, дизайн на клинични изпитвания и персонализирани медицински подходи за COVID-19“, пишат изследователите.

Предварителна версия на изследователския документ е достъпна на medRxiv* сървър, докато статията е подложена на партньорска проверка.

Изследване: Кръвният атлас на COVID-19 определя отличителните белези на тежестта и специфичността на заболяването. Кредит за изображение: NIAID

Патофизиологията на COVID-19 е силно хетерогенна между пациентите

Патофизиологията, предизвикана от инфекция с тежък остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2) – агентът, който причинява COVID-19 – включва сложно взаимодействие между белодробната патология и неадаптивните реакции на имунната система.

Тежкият COVID-19 се характеризира с хипоксия и може да прогресира до синдром на остър респираторен дистрес, полиорганна недостатъчност и смърт.

Предразполагащите фактори за тежко заболяване включват възраст, пол, етническа принадлежност, затлъстяване и съпътстващи заболявания.

Понастоящем целевите прецизни лечебни подходи са ограничени от непълно разбиране на клиничната хетерогенност сред пациентите и на потенциално медикаментозните имунни медиатори на заболяването.

Допълнителните подходи за композиция на единични клетки разкриват отклонение в специфични клетъчни популации по клинична група и тежест (A) Дизайн на изследването, модалности на анализа и работен поток. Таблицата показва броя на изследваните пациенти, като броят на пробите е в скоби, където са анализирани повече от една проба. * Категориите на тежест по СЗО показват броя на пациентите по време на вземане на проби ** изследвана единична сдвоена реконвалесцентна проба

Допълнителните подходи за композиция на единични клетки разкриват отклонение в специфични клетъчни популации по клинична група и тежест (A) Дизайн на проучването, методи за анализ и работен процес. Таблицата показва броя на изследваните пациенти, като броят на пробите е в скоби, където са анализирани повече от една проба. * Категориите на тежест по СЗО показват броя на пациентите по време на вземане на проби ** единична сдвоена реконвалесцентна проба, изследвана за n = 16 пациенти с COVID-19 и n = 3 пациенти със сепсис; *** 10 анализирани проби (8 проби за сдвоени остър реконвалесцентен COVID-19 и 2 здрави). (BG) Основни клетъчни популации в цяла кръв за клинични сравнителни групи, изследвани чрез единична клетъчна цитометрия (CyTOF), показваща (B, C) за неизчерпани проби (3 893 390 клетки) (B) клетъчни честоти (C) PCA със стрелки, показващи драйвери на вариация по клетъчна популация и (D) анализ на диференциалното изобилие на CD66 + изчерпана цяла кръв (7 118 158 клетки, анализирани) чрез мултимодална идентификация и анотиране на PBMC субпопулации от група пациенти (E) въз основа на пресичане на CITE-seq данни (F, G) UMAP показва съвместна визуализация на набори от данни CITE-seq и CyTOF (като се използват данни CITE-seq като референция) (F) насложени CITE-seq (ADT) и масови цитометрични (G) анотации на клетки, прехвърлени между наборите от данни и оцветени по тип на клетката, когато съответстват (94,5% на клетките) или несъответстващи (сиви). (HK) CITE-seq композиционен анализ на малки подмножества (H, I) PCA за хоспитализирани случаи на COVID-19 (H) PC1 срещу PC2 (I) анализ на натоварванията на малки подмножества на PC1. (J) Диференциален анализ на изобилието между клинични групи (K) Ковариатен анализ за клинични, демографски и експериментални променливи за хоспитализирани случаи на COVID-19 (с BOV коригиран ANOVA тест за значимост).

Какво направиха изследователите?

Сега, чрез консорциума (COMBAT), Ahern и колеги са използвали изчерпателен мулти-омичен кръвен атлас при пациенти с различна тежест на COVID-19, за да идентифицират клетки, медиатори и пътища, които са отличителни белези на нарастващата тежест на заболяването.

За да характеризират отговора на периферната кръв към COVID-19, изследователите са анализирали проспективна кохорта от възрастни пациенти с потвърдена инфекция с SARS-CoV-2, които са представени пред клинични служби през февруари и март 2020 г. – в началото на пандемията в Обединеното кралство и преди всяка прилагане на одобрени лечения или ваксинация.

Екипът набра потенциална кохорта от 116 пациенти, хоспитализирани с COVID-19 в Оксфордските университетски болници. Пробите бяха взети по време на остър прием и от 28 дни след изписването от болница на реконвалесцентни индивиди.

Резултатите от тези проби бяха сравнени с тези от възстановяване на случаи на COVID-19 в общността, които не се нуждаеха от хоспитализация, здрави доброволци, съобразени с възрастта, случаи на грип, изискващи интензивно лечение, и пациенти с сепсис от всички причини.

Какво откриха?

Цялостният мултимодален анализ на множество добре дефинирани кохорти на пациенти и здрави доброволци идентифицира кръвни белези на тежестта и специфичността на COVID-19, включващи определени популации на имунни клетки, компоненти на вродения и адаптивен имунитет и свързаност с възпалителния отговор.

Екипът намери доказателства за повишени нива на активиран CD8 + Т клетки и естествени популации на клетки убийци в случаите на COVID-19 и неуспешно клоново разширение в CD8 + T ефектор и клетки на централната памет с нарастване на тежестта на заболяването.

Протеомният анализ идентифицира специфични плазмени нива на цитокини и хемокини като биомаркери на тежко заболяване, като доказателства за следното са отличителни белези: възпаление в остра фаза, активиране на комплемента, фибринови съсиреци, протеази, серумен амилоид, некроза на тъканите, ендоцитоза, медиирана от рецептора и транспорт на холестерол.

Подписът на плазмените протеини може да се използва за стратификация на пациентите

Проучването разкрива подписи на плазмените протеини, които могат да се използват за стратифициране на хоспитализирани пациенти с остър COVID-19 в подфенотипи на заболяването, с членство в клъстери, свързано с диференциална 28-дневна смъртност.

„Стратификацията на пациента е важна, като се има предвид наблюдаваната клинична хетерогенност в рамките на тежка COVID-19. Подобна променливост в исторически план е била основната причина за клинични изпитвания за целенасочена имунна терапия при други тежки инфекции “, пише екипът.

Изследователите също така установиха, че съотношението на интегрин алфа 4 (CD49d) към левкозиалин (CD43) е специфично повишено при пациенти с COVID-19, включително при възстановяване и по време на възстановяване.

Доказано е, че намалената експресия на CD43 води до задържане на неутрофили в кръвния поток и повишено прилепване към стените на съдовете, което може да бъде свързано с усилената тромбоза, наблюдавана при пациенти с COVID-19.

Съотношението CD49d: CD43 може да е информативен индекс за неутрофилни активности, специфични за COVID-19, предполагат Ahern и колеги.

Повишеното регулиране на пътя на AP-1 p38 MAPK беше специфична характеристика на COVID-19

Анализът също така идентифицира регулирането на AP-1 p38 MAPK пътя като специфична характеристика на болестта COVID-19 в различни имунни подгрупи.

„В комбинация с доказателства за пролиферация и отговор на цитокини в тези популации, това подкрепя системната имунна активация и пролиферация като отличителен белег, специфичен за COVID-19“, пишат изследователите.

Екипът казва, че тази констатация е в съответствие с последните доказателства, че барицитиниб подобрява възстановяването на хоспитализирани пациенти. Доказано е, че това лекарство действа над АР-1 и контролира възпалението на макрофагите и набирането на неутрофили при COVID-19.

Какви са последиците от констатациите?

Изследователите казват, че представеният тук интегриран атлас на мулти-омики предоставя уникален референтен ресурс за репликация и мета-анализ за интерпретиране на набори от данни, генерирани от интервенционни опити, и включва инструменти за директна визуализация (https://mlv.combat.ox.ac.uk/).

„Интегративните подходи, каквито сме приложили тук, са от съществено значение за по-доброто диференциране на пациентите с COVID-19 според тежестта на заболяването, в основата на патофизиологията и инфекциозната етиология“, пише Ahern и колеги.

„Това ще бъде важно, тъй като търсим нови терапевтични цели и възможността за прецизен медицински подход към лечението, който е подходящо планиран и насочен към пациентите, които най-вероятно ще се възползват от определена интервенция“, заключава екипът.

*Важно съобщение

medRxiv публикува предварителни научни доклади, които не са рецензирани и следователно не трябва да се считат за убедителни, да ръководят клиничната практика / свързаното със здравето поведение или да се третират като установена информация.