Balance of pro- and anti-inflammatory cytokines in young patients who passed active Immunization against SARS-CoV-2 during the COVID-19 Pandemic

Full Text

Введение

В 2019 г. началась пандемия COVID-19, изменившая мир [7]. Коронавирус SARS-CoV-2 стал причиной массовых заболеваний и смертей по всему миру, вынудив правительства многих стран ввести жесткие ограничения и меры безопасности для контроля его распространения [8]. В свете этого, чтобы предотвратить дальнейшее распространение вируса и защитить население, появилась необходимость в формировании коллективного иммунитета к COVID-19, который можно получить путем инфицирования или активной иммунизации [1]. Вакцинация является важным инструментом для создания коллективного иммунитета. Однако, стоит отметить, что процесс формирования поствакцинального иммунитета к COVID-19 — является предметом активного изучения, так как существует множество факторов, таких как индивидуальные особенности организма, предшествующие и сопутствующие заболевания, которые могут в значительной степени влиять на реакцию иммунитета и эффективность вакцинации [2]. Исходя из этого, большое количество работ посвящено данной проблематике, но остается ряд нерешенных вопросов. Например, какова роль некоторых патогенетически значимых про- и противовоспалительных цитокинов в формировании поствакцинального иммунитета или реакция иммунитета к вакцинации на фоне пандемии [2, 3].

Материалы и методы

В исследование включены 76 здоровых юношей в возрасте от 18 до 19 лет. Для проведения исследования производился двукратный забор сыворотки венозной крови: 1-й — до вакцинации от SARS-CoV-2; 2-й — через месяц после вакцинации от SARS-CoV-2. Препарат, используемый для вакцинации — «Спутник Лайт». Наблюдение за испытуемыми осуществлялось в течение 6 месяцев после вакцинации.

В сыворотках крови производилось определение уровня цитокинов (IL-1β, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, IL-17, IFNγ, TNFα) и антител IgM и IgG к COVID-19 путем проведения твердофазного ИФА с использованием тест-систем ЗАО «Вектор-Бест», г. Новосибирск.

Данные, полученные при анализе результатов до вакцинации, сравнивались с референсными значениями, ранее полученными в нашем регионе [4]. Показатели после вакцинации от SARS-CoV-2 сравнивались с исходными показателями до вакцинации, так как исследуемая группа состоит из здоровых молодых людей одного возраста, которые находились в одинаковых эпидемиологических условиях.

Статистическая обработка данных проведена с помощью электронных таблиц EXCEL 2013 и пакета программ STATISTICA 8.0 в операционной системе Windows 10. Нормальность распределения оценивалась по критерию Колмогорова-Смирнова. В случае несоответствия критериям нормальности для количественных данных вычислялись значения медианы (Me), нижнего (25%) и верхнего (75%) квартиля (Q₂₅–Q₇₅), а для качественных значения абсолютных (n) и относительных (%) частот. Выявления статистической взаимосвязи между переменными происходило с помощью расчета коэффициент ранговой корреляции Спирмена.

Результаты и обсуждение

До вакцинации нами определен уровень цитокинов в сыворотке крови и проведено сравнение их количественных значений с показателями контрольной группы людей аналогичного возраста, полученных в исследовании Крыловой Н.В. (2012): IL-1β (5,6 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 3,1–14,2) — ниже нормы у 82% (n = 62) включенных в исследование; IL-4 (1,02 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 0,75–1,28) — ниже нормы у 86% (n = 65); IL-6 (27,8 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 7,1–59,9) у 76% (n = 58) — выше нормы, у 19% (n = 19) — в пределах нормы, 5% (n = 4) — ниже нормы; IL-8 (29,9 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 19,51–32,14) и IL-17 (7,33 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 6,82–8,58) — выше нормы у всех пациентов (n = 76 (100%); IL-10 (4,47 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 1,84–14,75) у 50% (n = 38) — ниже нормы, у 25% (n = 19) — норма и у 25% (n = 19) — выше нормы; IFNγ (0,7 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 0,4–0,9) — ниже нормы у всех обследованных (n = 76 (100%)); TNFα (3,9 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 2,2–6,4) находился в норме у 92% (n = 70) включенных в исследование, а у 8% (n = 6) — ниже нормы (табл. 1 и 2).

 

Таблица 1. Распределение цитокинов в виде качественных, относительных частот среди условно здоровых людей, включенных в исследование: до вакцинации — по сравнению с группой контроля [4]; после вакцинации — по сравнению с исходными значениями до вакцинации

Table 1. Cytokines distribution in the form of qualitative, relative frequencies among conditionally healthy people included in the study: before vaccination — compared with the control group [4]; after vaccination — compared to initial values before vaccination

Показатели (пг/мл) Indices (pg/ml)	До вакцинации Before vaccination			После вакцинации от SARS-CoV-2 After vaccination against SARS-CoV-2
	↑	N	↓	↑ исх. значений ↑ ref. values	исх. значения ref. values	↓ исх. значений ↓ ref. values
IL-1β	5%	13%	82%	0%	5%	95%
IL-4	7%	7%	86%	8%	5%	87%
IL-6	76%	19%	5%	0%	0%	100%
IL-8	100%	0%	0%	0%	0%	100%
IL-10	25%	25%	50%	4%	5%	90%
IL-17	100%	0%	0%	8%	70%	22%
IFNγ	0%	0%	100%	0%	0%	100%
TNFα	17%	7%	76%	0%	0%	100%

Примечание. ↑ — выше нормальных значений; N — нормальные значения; ↓ –ниже нормальных значений; ↑ исх. значений — выше исходных значений; исх. значения — исходные значения; ↓ исх. значений — ниже исходных значений.

Note. ↑ — above normal values; N — normal values; ↓ –below normal values; ↑ Ref. values — higher than the initial values; Ref. values — initial values; ↓ Ref. values — below the initial values.

При анализе количественных показателей содержания цитокинов в сыворотке крови через 1 месяц после вакцинации от SARS-CoV-2 наблюдалось снижение уровней большинства про- и противовоспалительных цитокинов, таких как IL-1β, IL-4, IL-6, IL-8, IL-17, IFNγ, TNFα и только IL-10 незначительно повышался у 41% (n = 41) пациентов. Показатели уровней IL-6 (1,2 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 0,6–1,7), IL-8 (10,1 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 3,8–28,9), IFNγ (0,6 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 0,3–0,8) и TNFα (0,6 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 0,3–1,9) находились ниже нормы у всех пациентов (n = 76 (100%)); IL-1β (1,6 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 1,4–2,2) — ниже нормы у 95% (n = 72); IL-10 (5,84 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 1–9,99) — ниже нормы у 91% (n = 69); IL-4 (0,84 пг/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 0,59–1,12) — ниже нормы у 87% (n = 66) пациентов (табл. 1 и 2).

 

Таблица 2. Количественные показатели динамики уровней цитокинов (пг/мл) у условно здоровых людей, включенных в исследование, Me (Q₂₅–Q₇₅)

Table 2. Quantitative indices of cytokine levels dynamics (pg/ml) in conditionally healthy people included in the study, Me (Q₂₅–Q₇₅)

Показатели (пг/мл) Indices (pg/ml)	До вакцинации Before vaccination	После вакцинации от SARS-CoV-2 After vaccination against SARS-CoV-2
IL-1β	5,6 (3,1–14,2)	1,6 (1,4–2,2)
IL-4	1,02 (0,75–1,28)	0,84 (0,59–1,12)
IL-6	27,8 (7,1–59,9)	1,2 (0,6–1,7)
IL-8	29,9 (19,51–32,14)	10,1 (3,8–28,9)
IL-10	4,47 (1,84–14,75)	5,84 (1–9,99)
IL-17	7,33 (6,82–8,58)	7,1 (5,82–8,32)
IFNγ	0,7 (0,4–0,9)	0,6 (0,3–0,8)
TNFα	3,9 (2,2–6,4)	0,6 (0,3–1,9)

 

При анализе взаимосвязей до вакцинации задокументирована корреляция между ведущими про- и противовоспалительными цитокинами: сильная прямая корреляция между IL-8 и IL-1b; IL-8 и IL-6; IL-8 и TNFα; IL-1b и IL-6; IL-6 и TNFα и значимая обратная корреляционная связь между IL-10 и IL-1b, что согласуется с другими работами [9]. После вакцинации выявлены значимые корреляционные связи между теми же провоспалительными цитокинами, что и до вакцинации. Данные цитокины работают в синергизме и входят в одну группу. Также отмечались следующие корреляционные взаимосвязи — прямая корреляция между IL-10 до и IL-10 после вакцинации и обратная корреляция между TNFα до вакцинации и IL-10 после вакцинации (рис.).

 

Рисунок. Взаимосвязь уровней цитокинов до и после вакцинации от SARS-CoV-2

Figure. Relationship between cytokine levels before and after SARS-CoV-2 vaccination

 

Цитокины как биологически активные вещества влияют на одну из важнейших реакций организма — воспаление. Воспаление — это сложный разнонаправленный процесс, что и было отмечено при анализе динамики уровней про- и противовоспалителных цитокинов. Исходя из этого, был рассчитан коэффициент соотношения про- и противовоспалительных цитокинов «К» = (IL-1β + IL-6 + IL-8 + TNFα + IFNγ) / (IL-4 + IL-10). Значение коэффициента до вакцинации — 10,00 (Q₂₅–Q₇₅ = 5,17; 44,44), после вакцинации от SARS-CoV-2 — 5,18 (Q₂₅–Q₇₅ = 1,02; 11,11). В связи с полученными данными отмечено, что среднее значение коэффициента «К» после вакцинации от SARS-CoV-2 снизилось в 2 раза.

Исходя из полученных данных можно констатировать, что после вакцинации уровни провоспалительных цитокинов снизились, а на передний план вышли противовоспалительные биологически активные вещества.

До вакцинации от SARS-CoV-2 в исследуемой группе антитела Ig M и IgG к COVID-19 не определялись, что являлось одним из критериев включения в исследование. Через 1 месяц после вакцинации от COVID-19 уровни антител Ig G к SARS-CoV-2 у 98% испытуемых составили > 1000 BAU/мл (2096 BAU/мл (Q₂₅–Q₇₅ = 154,19–2971,25), а у отдельных пациентов значения превышали 4000 BAU/мл. Как известно, защитный уровень антител после вакцинации препаратом «Спутник Лайт» по данным разработчика — Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи составляет 150 BAU/мл. В исследуемой группе полученные значения превышали защитный уровень в 14 раз.

При анализе взаимосвязей антител и цитокинов в динамике была выявлена тенденция к обратной корреляции между антителами IgG к COVID-19 и IL-4 после вакцинации, что может быть связано с индивидуальными особенностями обследованных, их исходным состоянием [2]. Так как в литературных источниках описывают прямую взаимосвязь между повышением IL-4 и активацией иммунитета, что выражается в нарастании титров антител к COVID-19 [5].

В ходе наблюдения за исследуемой группой в течение 6 мес. после вакцинации от SARS-CoV-2 было зафиксировано 69 случаев острой респираторной вирусной инфекции (ОРВИ), что составило — 91%. Из них подтвержденных методом ПЦР случаев COVID-19 выявлено — 17% (n = 12). Все заболевания проходили в легкой форме, без осложнений и длились в среднем 2,38 (Q₂₅–Q₇₅ = 0,5–3,5) дней.

Выводы

До и после вакцинации от SARS-CoV-2 отмечались различные распределения уровней цитокинов с тенденцией к снижению, между большинством провоспалительных цитокинов (IL-1β, IL-6, IL-8, TNFα) были выявлены сильные корреляционные связи на всех этапах исследования, что свидетельствует об усилении напряженности иммунной системы в ответ на вакцинацию. Уровни антител IgG к COVID-19 превышали защитный — в более чем 14 раз у 98% людей, включенных в исследование. При этом IL-4, который считается одним из иммунологических индикаторов эффективности вакцинации [6], достоверно снижался и демонстрировал тенденцию к обратной корреляции с IgG к COVID-19. Коэффициент соотношения про- и противовоспалительных цитокинов «К» через 1 месяц после вакцинации от SARS-CoV-2 снижался в 2 раза.

About the authors

Yulia A. Li

Pacific State Medical University

Author for correspondence.
Email: julianochka160188@gmail.com

PhD (Medicine), Infectious Diseases Doctor, Major of Medical Service, Lecturer

Россия, Vladivostok, Ostryakova pr., 2

M. N. Dmitrachenko

Pacific State Medical University

Email: julianochka160188@gmail.com

Student

Россия, Vladivostok, Ostryakova pr., 2

E. V. Markelova

Pacific State Medical University

Email: julianochka160188@gmail.com

DSc (Medicine), Professor, Head of the Department of Normal and Pathological Physiology, Pacific State

Россия, Vladivostok, Ostryakova pr., 2

I. B. Korolev

Pacific State Medical University

Email: julianochka160188@gmail.com

PhD (Medicine), Colonel of Medical Service, Head of the Military Training Center of the Pacific

Россия, Vladivostok, Ostryakova pr., 2

M. P. Kostinov

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: julianochka160188@gmail.com

RAS Corresponding Member, DSc (Medicine), Professor, Head of the Laboratory of Vaccine Prophylaxis and Immunotherapy, Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Россия, Moscow; Moscow

L. I. Bondar

Regional Clinical Hospital No. 2, Center for the Prevention and Control of AIDS and Infectious Diseases

Email: julianochka160188@gmail.com

Clinical Laboratory Diagnostics Doctor

Россия, Vladivostok

References

Supplementary files