Blood cytokines as potential predictors of the development of SARS-CoV-2 associated pneumonia in patients with stage II ESSENTIAL hypertension

Full Text

Введение

Поиск предикторов тяжелого течения COVID-19 был актуален как в период пандемии, так и в настоящее время [1]. Так в 2024 г. опубликованы данные комплексного биоинформационного исследования с результатом научного поиска ключевых биомаркеров для предварительной клинической верификации тяжести течения COVID-19 [5]. По данным PubMed в 2023 г. опубликовано более 1700 статей, посвященных COVID-19 и значению цитокинов в патогенезе данного заболевания, 2024 — 512 статей (запрос от 27.03.2024). Необходимо отметить, что исследователи подчеркивают схожие принципы цитокинового регулирования тяжести течения COVID-19 и гриппа [4], так как в настоящее время мы анализируем иммунопатогенез повторных случаев новой коронавирусной инфекции. Результаты, отражающие цитокиновые закономерностей острого периода и реконвалесценции COVID-19, в будущем могут быть проспективно проанализированы уже у лиц с вирусом гриппа (тип А). Выделение именно среди пациентов с ЭАГ лиц высоким риском развития SARS-CoV-2-ассоциированной пневмонии значимо, так как у данной категории запуск коронавирусом на фоне вовлечения в патологический процесс комплекса легкое-сосудистая сеть и через систему цитокинов повышения экспрессии натрий-глюкозного котранспортера 2-го типа (SGLT2) определяет более значимые осложнения из-за стратегии старения эндотелия со вторичной адгезией, агрегации тромбоцитов и выработкой тромбина [7]. С учетом вышеизложенного, целью исследования стал анализ связи уровней цитокинов у пациентов с ЭАГ до SARS-CoV-2-инфицирования с частотой развития коронавирусной пневмонии.

Материалы и методы

С учетом обозначенной цели из базы данных 290 пациентов с ЭАГ II стадии, которые находятся под наблюдением в течение 8–12 лет с ежегодном забором крови для определения уровней цитокинов, отобраны лица, перенесшие COVID-19 (легкое течение без пневмонии и среднетяжелое, пневмония КТ 1–2, КТ-3), забор крови для очередного анализа уровней цитокинов за 2–6 месяцев до COVID-19. На основании этого сформированы две группы: 1 группа — перенесшие COVID-19 без пневмонии и 2 группа — с пневмонией. В группе с пневмонией было проведено деление с учетом степени поражения ткани легкого: 2а–1а — 1 степень по данным компьютерной томографии, 2б — 2 степень, 2в – 3 степень по данным КТ.

Общие критерии внесения клинико-лабораторных данных больных в научную работу в 1–2 группы (группы пациентов с ЭАГ): 54–60 лет, ЭАГ II стадии, наличие информированного согласия больного, новая коронавирусная инфекция подтверждена на основе актуальных клинических рекомендаций по профилактике, диагностике и лечению COVID-19 с учетом данных ПЦР при наличие РНК SARS-CoV-2 и определении IgM/IgA и Ig G к SARS-CoV-2 в динамике. Для первой группы дополнительно: COVID-19 легкое течение без пневмонии в анамнезе, для второй группы — COVID-19 среднетяжелое течение с пневмонией в анамнезе.

Критерии не включения клинико-лабораторных данных больных в научную работу в 1–2 группы (группы пациентов с ЭАГ): ассоциированные клинические состояния (инфаркт миокарда, коронарная реваскуляризация, острое/транзиторное нарушения мозгового кровообращения и др.), СД 1/2 типа, аллергические/аутоиммунные заболевания, психические заболевания, отсутствие полного курса вакцинации (Спутник V).

Критерии для группы контроля (пациенты без ЭАГ) — 3–4 группы: мужчины и женщины в возрасте 59–65 лет, новая коронавирусная инфекция (COVID-19) в анамнезе (подтвержденная методом ПЦР и данными серологического исследования), наличие письменного согласия на обследование. Для первой третьей группы дополнительно: COVID-19 легкое течение без пневмонии в анамнезе, для четвертой группы — COVID-19 среднетяжелое течение с пневмонией в анамнезе.

Критерии не включения в группу контроля: ЭАГ, ассоциированные клинические состояния (инфаркт миокарда, коронарная реваскуляризация, острое/транзиторное нарушения мозгового кровообращения и др.), СД 1/2 типа, аллергические/аутоиммунные заболевания, психические заболевания, отсутствие полного курса вакцинации (Спутник V).

Анализировались данные цитокинов при заборе крови за 2–6 месяцев до COVID-19. Сыворотку хранили при температуре –30°С. Определение IL-1β, IL-1α, IL-1ra, IL-18, IL-18 BP, IL-37, IL-6, sIL-6r, M-CSF, VEGF-A, IL-34 и HMGB1 проводили методом ИФА на базе кафедры иммунологии, микробиологии, вирусологии с курсом клинической иммунологии и аллергологии (лаборатория иммуноферментного анализа — лицензия № 13.01.04.0001. Л.000005.06.11, бессрочная), с использованием иммуноферментного анализатора «Personal Lab™» (Adaltis, Италия). Учитывая включение пациентов из общей базы данных больных, находящихся под наблюдением длительное время, у 6 пациентов 1 группы, 8 пациентов — 2 группы, 4 пациентов — 3 группы, 6 пациентов — 4 группы был проведен анализ циркадианных ритмов содержания цитокинов в сыворотке крови (забор крови в 8:00, 13:00, 20:00, 00:00) в течение 3 суток в тот же временной промежуток, что и для всех пациентов группы наблюдения.

Анализ полученных результатов проведен с помощью Stat Soft Statistica 13.5. Данные представлены в виде медианы (Ме) и персинтилей (Q_0,25–Q_0,75). Распределение данных отличалось от распределения Гаусса–Лапласа, что обосновало при сравнении зависимых выборок использование критерий Вилкоксона, несвязанных выборок — критерий Манна–Уитни. Использовали построение регрессионной модели Кокса с применением однофакторного и многофакторного анализов для выделения независимого цитокинового критерия, ассоциированного с повышением риска развития пневмонии на фоне SARS-CoV-2-инфицирования. Проведен интраквартильный анализ с расчетом риска развития пневмонии в зависимости от уровня цитокина, рассчитано отношение рисков.

Соблюдение этических стандартов: исследование одобрено этическим комитетом Мордовского государственного университета имени Н.П. Ога рева (протокол № 12 от 14 декабря 2008 г., протокол № 85 от 27 мая 2020 г.). Все пациенты подписали добровольное информированное согласие. Получение биологического материала (кровь) произведено с учетом положений Хельсинской декларации ВМА (2013 г.), протокола Конвенции Совета Европы о правах человека и биомедицине (1999) и дополнительного протокола к Конвенции по правам человека и биомедицине в области биомедицинских исследований (2005).

Результаты и обсуждение

Пациенты с ЭАГ и COVID-19 c пневмонией (КТ 1–2) после SARS-CoV-2-инфицирования за 2–6 месяцев до инфекционного заболевания имели достоверно более высокие уровни в сыворотке крови: IL-1α (p < 0,05) и снижение IL-37 (p < 0,001) (табл. 1), у пациентов без гипертензии подобных изменений выявлено не было (табл. 1), но зарегистрировано увеличение в сыворотке крови IL-18 (p < 0,01).

 

Таблица 1. Сравнительная характеристика уровней цитокинов (пг/мл) в сыворотке крови больных ЭАГ II стадии до перенесенного COVID-19 (Ме [Q25%–Q75%]) в зависимости от формирования пневмонии в последующем

Table 1. Comparative characteristics of cytokine levels (pg/ml) in the blood serum of patients with stage II EH before COVID-19 (Me [Q25%–Q75%]) depending on the formation of pneumonia in the future

	Пациенты с ЭАГ II стадии/Patients with stage II EH		Пациенты без ЭАГ/Patients without EH
	без пневмонии without pneumonia	с пневмонией with pneumonia	без пневмонии without pneumonia	с пневмонией with pneumonia
	1	2	3	4
	N = 119	N = 81	N = 42	N = 68
IL-1β	18,7 [13, 2–22, 1]	19,3 [14–21, 3]	5,12 [4, 83–5, 32]	5,38 [4, 97–5, 44]
IL-1α	13,2 [10, 6–15, 5]	16,7#1 [12, 1–19, 7]	3,22 [3, 04–3, 41]	3,14 [2, 97–3, 24]
IL-1ra	698 [602–754]	612 [524–690]	697 [584–791]	657 [504–731]
IL-18	301 [243–352]	304 [321–358]	162 [145–197]	234 [177–267]^1
IL-18 BP	5980 [5311–6720]	5410 [4963–6465]	4880 [3510–5670]	4768 [3640–5721]
IL-37	68,7 [54, 7–68, 9]	52,7*1 [48, 1–60, 3]	80 [68, 7–93, 3]	77,1 [63, 3–95, 7]
IL-6	23,7 [22, 2–25, 1]	24,1 [25, 9–27, 8]	3,04 [1, 7–3, 21]	2,91 [1, 79–3, 28]
sIL-6r	2435 [2007–2860]	2161 [1812–2208]	671 [445–867]	712 [483–855]
M-CSF	320 [197–371]	361 [364–389]	187 [127–236]	191 [139–230]
VEGF-A	230 [171–369]	260 [201–417]	156 [107–198]	162 [115–203]
IL-34	147 [121–169]	142 [93–177]	95,3 [75, 1–112]	101 [66,3–10⁸]
HMGB1	2506 [1780–2930]	2430 [1420–2890]	1200 [980–1930]	1310 [880–1730]

Примечание. * — уровень достоверности p < 0,001, ^ — p < 0,01, ^# — p < 0,05 (применяли критерий Манна–Уитни для несвязанных совокупностей).

Note. * — The significance level p < 0.001, ^ — p < 0,01, ^# — p < 0,05 (used the Mann–Whitney test for independent samples).

 

При проведении многофакторного корреляционного анализа статистически независимая связь между частотой развития вирусной пневмонии у данной категории пациентов была подтверждена только для IL-37 при уровне менее 60,2 пг/мл (коэффициент регрессии — 2,21, стандартная ошибка — 0,28, t-критерий — 6,12, относительный риск — 2,52, критерий Вальда — 7,92, р = 0,006). Данная тенденция продемонстрирована и в рамках интерквартильного анализа (табл. 2). При проведении ROC-анализа: специфичность — 0,65, чувствительность — 0,71, χ² = 25,4 (p < 0,001), нормированное значение Пирсона = 0,47 (связь относительно сильная). Ранее опубликованы данные о связи раннего роста IL-37 в крови с благоприятными клиническими исходами при коронавирусной болезни 2019 г., а введение IL-37 в эксперименте ослабляло воспаление легких у трансгенных мышей с ангиотензинпревращающим ферментом 2 человека, инфицированных коронавирусом с тяжелым острым респираторным синдромом [3], что может подтверждать выявленные нашей группой исследователей изменения о негативном влиянии низких уровней данного цитокина, но в представленном исследовании подчеркивается их большая актуальность при артериальной гипертензии, так данные пациенты характеризуются более низкими базовыми концентрациями в крови IL-37.

При анализе предикторных данных с учетом степени поражения легких выявлена аналогичная закономерность с увеличением отличий содержания IL-37 и IL-1α при повышении площади поражения легкого (рис.). Так пациенты с 3 степенью поражения легких характеризовались более низкими анамнестическими уровнями IL-37 — менее 35 пг/мл, что несколько отличается от данных Li A. [6], который обозначает критичным уровень данного цитокина менее 20 пг/мл, но уже во время острого периода COVID-19 при тяжелом течении инфекционного заболевания. На основе этого может быть выдвинута патогенетичес кая теория о еще более выраженном падении концентрации IL-37 в крови больных ЭАГ после SARS-CoV-2-инфицирования.

Выявлено, что пациенты с ЭАГ II стадией и перенесшие COVID-19 c пневмонией КТ III, характеризовались идентичным спектром цитокинов с достоверным отличием содержания в крови в «доковидный» период (3–6 месяцев до SARS-CoV-2-инфицирования) IL-1α (p < 0,01) и снижение IL-37 (p < 0,001) при сравнении с пациентами с ЭАГ, но с COVID-19 без пневмонии. Полученные данные обосновали интер квартильный анализ содержания в сыворотки крови больных ЭАГ IL-1α и IL-37 и частоты формирования SARS-CoV-2-ассоциированной пневмонии (табл. 2).

 

Таблица 2. Содержание в крови больных с ЭАГ IL-37 до перенесенного COVID-19 и частота SARS-CoV-2-ассоциированной пневмонии в последующие 2–6 месяцев наблюдения

Table 2. Level of IL-37 in the blood of patients with EH before COVID-19 and the frequency of SARS-CoV-2-associated pneumonia in the next 2–6 months of observation

IL-37, пг/мл IL-37, pg/ml	I квартиль I quartile (31,3–54,7)	II квартиль II quartile (54,8–60,1)	III квартиль III quartile (60,2–67,3)	IV квартиль IV quartile (67,4–89,9)
	N = 50	N = 50	N = 50	N = 50
Число пациентов с пневмонией Number of patients with pneumonia	33	25	12	11
Абсолютный риск/Absolute risk	66%	50%	24%	22%
	58%		23%
Относительный риск/Relative risk	I+II/III+IV квартили 2,52 [1, 69–3, 74]*

Примечание. * — р < 0,05 при сравнении абсолютных рисков, если интервал не включает 1.

Note. * — p < 0.05 when comparing absolute risks if the interval does not include 1.

 

В нашем исследовании получены данные о связи уровня IL-37 c формированием пневмонии у больных с ЭАГ II стадии после SARS-CoV-2, а в ранее опубликованных данных рассматривается IL-37 как фактор повышения рис ка COVID-19 вне зависимости от поражения легких [2]. Низкие продуценты IL-37 были более склонны к развитию COVID-19 (отношение шансов = 2,66; 95% доверительный интервал = 1,51–4,70; скорректированная вероятность = 0,015) [2]. В нашем исследовании данная тенденция не регистрировалась, а у пациентов без ЭАГ не было выявлено никаких достоверных связей между количественными характеристиками IL-37 и особенностями течения новой коронавирусной инфекции.

При изучении циркадианных ритмов содержания цитокинов в сыворотке крови у пациентов анализируемых групп с расчетом силы корреляционных связей анамнестических вечерних уровней IL-37 у больных с ЭАГ II стадии в 19:00–20:00 с частотой развития пневмонии на фоне SARS-CoV-2-инфицирования обладает большей специфичностью и чувствительностью (специ фичность — 0,75, чувствительность — 0,82), чем утренних концентраций. Учитывая, что данные о циркадианных ритмах получены на ограниченной по количеству больных группе, необходимо дальнейшее наблюдение, которое проводится нашей научной группой.

 

Рисунок. Анамнестические уровни цитокинов у пациентов с ЭАГ II с учетом степени поражения легкого на фоне COVID-19

Figure. Anamnestic levels of cytokines in patients with EAH II, taking into account the degree of lung damage due to COVID-19

 

Полученные данные подчеркивают значимость научной и, возможно, в последующем клинико-диагностической ценности изучения количественных характеристик цитокинов только при наличии у пациентов концентраций до наступления заболевания, что позволяет с большей патогенетической значимостью анализировать предикторные связи, а также динамические показатели. IL-37 обладает клинико-диагностической перспективностью в аспекте предикции вирусной пневмонии включая и патологический процесс на фоне гриппа, а не только COVID-19. В литературе сообщалось, что интерлейкин-37 (IL-37) подавляет чрезмерные иммунные реакции в том числе от дисбаланса макрофаг-зависимого ответа, что принципиально для альвеолярных макрофагов [8].

Полученные данные подтверждают гипотезу о патогенетической значимости IL-37 зависимых цитокиновых звеньев иммунного реагирования при SARS-CoV-2-инфицировании пациентов с ЭАГ II стадии и частоте вовлечения в патологический процесс ткани легкого. Необходимо отметить, что пациенты с ЭАГ патогенетически неоднородны, в том числе по особенностям цитокинового регулирования. Изучения данного направления позволит персонализировать цитокиновые фенотипы данного заболевания и при апробации цитокиновой терапии основываться на этих характеристиках при отборе пациентов для включения в исследование и повышения его эффективности.

About the authors

Olga A. Radaeva

National Research Mordovia State University

Author for correspondence.
Email: radaevamed@mail.ru

DSc (Medicine), Associate Professor, Head of the Department of Immunology, Microbiology and Virology with a course in Clinical Immunology and Allergology

Россия, 430032, Republic of Mordovia, Saransk, Ulyanov str., 26a

A. S. Simbirtsev

State Research Institute of Highly Pure Biopreparations

Email: radaevamed@mail.ru

RAS Corresponding Member, DSc (Medicine), Professor, Head Researcher, State Research Institute of Highly Pure Biopreparations

Россия, St. Petersburg

M. S. Iskandyarova

National Research Mordovia State University

Email: radaevamed@mail.ru

Senior Lecturer, Department of Immunology, Microbiology and Virology with a course in Clinical Immunology and Allergology

Россия, 430032, Saransk, Ulyanov str., 26a

E. V. Negodnova

National Research Mordovia State University

Email: radaevamed@mail.ru

Senior Lecturer, Department of Immunology, Microbiology and Virology with a course in Clinical Immunology and Allergology

Россия, 430032, Saransk, Ulyanov str., 26a

V. V. Kulyapkin

National Research Mordovia State University

Email: radaevamed@mail.ru

Applicant, Department of Immunology, Microbiology and Virology with a course in Clinical Immunology and Allergology

Россия, 430032, Saransk, Ulyanov str., 26a

K. A. Krasnoglazova

National Research Mordovia State University

Email: radaevamed@mail.ru

Assistant Professor, Department of Immunology, Microbiology and Virology with a course in Clinical Immunology and Allergology

Россия, 430032, Saransk, Ulyanov str., 26a

V. V. Eremeev

National Research Mordovia State University

Email: radaevamed@mail.ru

PhD Student, Department of Immunology, Microbiology and Virology with a course in Clinical Immunology and Allergology

Россия, 430032, Saransk, Ulyanov str., 26a

References

Supplementary files