Даже несмотря на то, что пандемия COVID-19 продолжает распространяться по всему миру, вызывая более 600 000 смертей менее чем за семь месяцев, ученые продолжают искать причины различий в степени тяжести заболевания от человека к человеку. У многих пациентов с COVID-19 развивается фатальный острый респираторный дистресс-синдром с преувеличенным воспалительным иммунным ответом в легких.

<img alt=" Витамин D "height =" 687 "src =" http://www.news-medical.net/image.axd?picture=2020%2f7%2fshutterstock_465164366.jpg "title =" Витамин D "width = "1000" />

Изображение предоставлено: Татьяна Байбакова / Shutterstock.com

Новое исследование, опубликованное на сервере препринтов bioRxiv * в июле 2020 года, показывает, что витамин D участвует в естественной иммунорегуляторной петле, чтобы отключить провоспалительные к подавляющим Th1 ответам во время острого COVID-19. Это открытие могло бы помочь регулировать гиперплазию и снизить тяжесть клинических проявлений после инфекции SARS-CoV-2.

Ненормальное воспаление, тяжелое течение COVID-19

Накапливаются доказательства того, что аберрантная воспалительная реакция частично ответственна за тяжелый COVID-19. Терапия дексаметазоном, сильнодействующим кортикостероидом, оказалась успешной в снижении смертности при тяжелом течении COVID-19, вероятно, благодаря его способности подавлять воспаление.

В настоящем исследовании используются данные секвенирования одноклеточной РНК из жидкости бронхоальвеолярного лаважа (BALF) и мононуклеарных клеток периферической крови (МКПК) пациентов с COVID-19 для понимания основного процесса заболевания.

Как у SARS, так и у MERS, которые являются более ранними вспышками респираторных инфекций, вызванных патогенными коронавирусами, иммунитет вырабатывался T-хелперными (Th) клетками памяти CD4 в дыхательных путях, опосредованными интерфероном (IFN) -γ. Тот же тип ответа также наблюдается при заболевании SARS-CoV-2 у людей, и устойчивый интенсивный ответ Th1 характерно наблюдается при тяжелом COVID-19.

Легкие пациента COVID-19 показывают ответы Th1

Чтобы проверить гипотезу о том, что преувеличенное воспаление, наблюдаемое в этом состоянии, сильно зависит от ответов Th1, исследователи сосредоточились на CD4 Т-клетках в пределах BALF.

Они обнаружили, что процент CD4-клеток в общей популяции Т-клеток не различался между пациентами и контрольной группой. Однако у пациентов клетки CD4 имели более высокую экспрессию более 300 генов и пониженную экспрессию более 130 генов. Эти гены обычно экспрессируются в клеточных путях с участием IFN-γ и комплемента.

Эти клетки CD4 были поляризованы по направлению к линии Th1, а не Th2 или Th17. Интересно, что такой же сдвиг не наблюдался в РВМС, что указывает на локальное явление, происходящее в Th-клетках, специфически нацеленных на вирус в месте воспаления легких.

Дополнение и регулирование иммунитета

Предыдущие исследования той же команды показали, что комплемент является одним из наиболее активных путей в CD4 Т-клетках, проникающих в легочную ткань, и что он мощно стимулируется SARS-CoV-2, особенно фактором комплемента 3 (C3) в эпителий легкого. Другие исследования показывают, что легочная ткань в COVID-19 является очагом активности комплемента.

C3 расщепляется на фрагменты активации, среди которых C3b связывается с Т-клетками через рецепторы CD46. У пациентов с COVID-19 в легких есть Т-клетки CD4, несущие CD46, и когда он связан с C3b, устанавливается аутокринная петля, которая приводит к скоординированному увеличению дифференцировки Th1, а затем к подавлению активности Т-клеток синхронно с Стимуляция Т-клеточных рецепторов.

В отношении цитокинов, когда связывание лигандов активирует Т-клетки с рецепторами CD3 и CD46, они продуцируют IFN-γ и впоследствии IL-10, в конечном итоге настраивая первый на подавляющий ответ IL-10. Этот ответ виден только в человеческих CD4 T-клетках, но не в мышиных T-клетках.

Исследователи говорят, что этот сдвиг отмечает изменение от фенотипа эффекторных Т-клеток, которое требуется для клиренса вируса, к Т-клеткам, секретирующим IL-10, которые помогают ограничить повреждение органов, вторичное к воспалительному ответу, и являются нормальной частью Т клеточный ответ.

В подтверждение этого объяснения мыши, не продуцирующие IL-10, инфицированные патогенными трипаносомами, быстро очищают паразитов, но умирают от дисфункции органов, связанной с чрезмерным воспалением, вызванным клетками Th1.

Тогда возник вопрос, была ли тяжелая форма COVID-19 связана с неудачей подавления Th1. Данные BALF RNA-seq показывают, что, хотя Th1-связанные гены активируются у пациентов с COVID-19, уровни IL-10 в четыре раза ниже, что еще раз подтверждает идею о том, что это подавление действительно не работает

.

Изображение предоставлено: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.07.18.210161v1.full.pdf

Th1 и витамин D

Исследование также выявило тот факт, что активированные клетки CD4, индуцированные связыванием CD3 и CD46, имели около 2000 дифференциально экспрессированных генов (DEG), связанных с факторами транскрипции. CD46 индуцирует 24 транскрипционных фактора, и одним из них является рецептор витамина D (VDR).

Последний был идентифицирован как один из наиболее высоко экспрессируемых транскрипционных факторов, регулирующих DEG, экспрессируемый T-клетками CD4 в БАЛ у пациентов со здоровыми донорами.

Кроме того, другой фермент, называемый CYP27B1, также экспрессируется на высоких уровнях, и его также называют витамином D 1α-гидроксилаза, конечным активатором витамина D за его физиологическую роль в организме.

Способность комплемента индуцировать экспрессию как VDR, так и фермента, активирующего витамин D, T-клетками посредством связывания CD46, вероятно, указывает на аутокринную или паракринную петлю, что означает, что T-клетки активируют VDR и отвечают на него.

Ответы витамина D и цитокинов

Витамин D выполняет множество функций в организме, включая иммунную регуляцию в определенных клеточных популяциях и в определенных условиях. Его дефицит связан с более высокой распространенностью инфекционных и аутоиммунных заболеваний, все из которых связаны с ключевым присутствием витамина D.

Исследование показало, что витамин D активирует VDR, индуцирует гены, такие как CTLA4 (который модифицирует C3 в клетке для связывания CD46), CD38 и CYP24A1, и подавляет цитокины как типа 1, так и типа 3. Он также индуцирует IL-10 и IL-6 с другими генами, такими как JUN, BACH2 и STAT3. Он также может индуцировать дифференцировку мощных супрессивных клеток, называемых регуляторными Т-клетками типа 1.

В настоящем исследовании наиболее заметным эффектом витамина D было дозозависимое увеличение экспрессии генов цитокинов Th-клетками, особенно IL-6, что обычно способствует воспалению. Витамин D вызывал репрессию IFN-γ и IL-17 и индукцию IL-10 и IL-6. Впервые было показано, что витамин D индуцирует IL-6.

IL-6 стимулирует IL-10 в присутствии витамина D

IL-6 и IL-10 показали сильную корреляцию, указывая на то, что один может зависеть от другого. Эксперименты показали, что опосредованная рецептором IL-6 передача сигналов IL-6 приводит к продукции IL-10 Th-клетками.

Когда было добавлено блокирующее IL-6R антитело тоцилизумаб, продукция IL-10 значительно снизилась. Однако, если IL-6 предоставляется Th-клеткам без витамина D, результатом является выработка провоспалительного IL-17. Поэтому IL-6 может быть превращен в противовоспалительную роль в присутствии витамина D благодаря способности последнего индуцировать IL-10.

Витамин D и другие факторы транскрипции

Пути передачи сигналов цитокинов часто зависят от фосфорилирования, поэтому текущий эксперимент был расширен для изучения наличия и влияния этого процесса.

Исследователи обнаружили, что витамин D индуцирует другие факторы транскрипции, такие как STAT3, а также его фосфорилирование с помощью IL-6. Фосфорилирование STAT3 усиливает продукцию IL-10. Когда tocilizumab был добавлен для блокирования рецептора IL-6, STAT3 индуцировался, но не фосфорилировался.

Витамин D изменяет размер пиков супер-энхансера посредством эпигенетических изменений. Супер-энхансеры являются доменами генов, усиливающих регуляцию, которые необходимы для регуляции многих важных генов. Таким образом, он изменяет экспрессию BACH2, STAT3, а также IL-10.

Витамин D вызывает выработку и фосфорилирование белка под названием c-JUN без помощи IL-6. Это участвует в транскрипции ДНК и, вероятно, также участвует в регуляции генов витамином D. BACH2 является другим жизненно важным транскрипционным фактором, который регулирует иммунную функцию, и его дефицит связан с аутоиммунным заболеванием у людей.

Витамин D индуцирует экспрессию BACH2 в Th-клетках, и эта молекула обеспечивает большую часть своей иммунорегуляторной функции. Среди наиболее часто индуцируемых BACH2 генов имеются гены, кодирующие рецептор IL-6. Следовательно, нормальный уровень BACH2 необходим для регуляции генов, индуцированных витамином D. При дефиците это предотвращает индукцию IL-6R и передачу сигналов STAT-3, которые вызывают выработку IL-10.

Витамин D и стероиды

Наконец, многие из генов, регулируемых витамином D, также являются общими для активности кортикостероидов. Следовательно, дексаметазон может быть обязан своим благотворным эффектом отчасти благодаря усилению действия витамина D за счет активизации VDR.

У пациентов с тяжелой формой COVID-19 может быть полезным добавление VitD к другим иммуномодулирующим агентам ».

Высоких доз стероидов можно было бы избежать, добавив также витамин D, что помогает обратить вспять подавление иммуномодуляции, опосредованной витамином D, в тяжелой стадии COVID-19.

* Важное замечание

bioRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются и, следовательно, не должны рассматриваться как убедительные, направлять клиническую практику / поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.