Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI1787110.15789/2220-7619-ABT-17871ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleAssociation between toll-like receptor genes polymorphism (TLR2, TLR4, and TLR6) and SARS-CoV-2 infection in the West Siberian region of RussiaАссоциация полиморфизма генов толл-подобных рецепторов (TLR-2, TLR-4 и TLR-6) с инфекцией SARS-CoV-2 в Западно-Сибирском регионе Россииhttps://orcid.org/0000-0001-5898-950XShevchenkoAlla V.ШевченкоАлла Владимировна
Russian Federation

DSc (Biology), Leading Researcher, Laboratory of Clinical Immunogenetics

д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории клиничеcкой иммуногенетики

shalla64@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7290-1631ProkofievV. F.ПрокофьевВ. Ф.
Russian Federation

PhD (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Clinical Immunogenetics

к.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории клиничеcкой иммуногенетики

vf_prok@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7385-6270KonenkovV. I.КоненковВ. И.
Russian Federation

DSc (Medicine), Professor, RAS Full Member, Head of the Laboratory of Clinical Immunogenetics, Principal Investigator

д.м.н., профессор, академик РАН, руководитель лаборатории клинической иммуногенетики, научный руководитель

vikonenkov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0423-5021KarasevaA. A.КарасеваА. А.
Russian Federation

Junior Researcher, Laboratory of Genetic and Environmental Determinants of the Human Life Cycle

младший научный сотрудник лаборатории генетических и средовых детерминант жизненного цикла человека

Sas96@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7875-1566AfanasevaA. D.АфанасьеваА. Д.
Russian Federation

PhD (Medicine), Head of the Laboratory of Genetic and Environmental Determinants of the Human Life Cycle

к.м.н, зав. лабораторией генетических и средовых детерминант жизненного цикла человека

alena.dmytryevna@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1348-0253LogvinenkoI. I.ЛогвиненкоИ. И.
Russian Federation

DSc (Medicine), Professor, Head Researcher, Laboratory of Preventive Medicine

д.м.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории профилактической медицины

111157@mail.ruResearch Institute of Clinical and Experimental Lymphology — Branch of the Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesНаучно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии — филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»Research Institute of Internal and Preventive Medicine — Branch of the Institute of Cytology and Genetics, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesНаучно-исследовательский институт терапии и профилактической медицины — филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»09062025081220251558888982802202518052025Copyright ©; 2025, Shevchenko A.V., Prokofiev V.F., Konenkov V.I., Karaseva A.A., Afanaseva A.D., Logvinenko I.I.Copyright ©; 2025, Шевченко А.В., Прокофьев В.Ф., Коненков В.И., Карасева А.А., Афанасьева А.Д., Логвиненко И.И.2025Shevchenko A.V., Prokofiev V.F., Konenkov V.I., Karaseva A.A., Afanaseva A.D., Logvinenko I.I.Шевченко А.В., Прокофьев В.Ф., Коненков В.И., Карасева А.А., Афанасьева А.Д., Логвиненко И.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/17871

The presence of preceding cardiovascular disease (CVD) is an important risk factor for the severe clinical course of COVID-19. In addition, COVID-19 is often aggravated by cardiovascular complications. The relationship between COVID-19 and the cardiovascular system is very complex and has not been studied. When infected with SARS-CoV-2, the innate immune response is activated through the toll-like receptors (TLRs) family. And TLR role in the pathogenesis of cardiovascular diseases is important. The aim of the study was to conduct the comprehensive comparative analysis by assessing toll-like receptor TLR2 (rs5743708), TLR4 (rs4986790, rs4986791), TLR6 (rs5743810), TLR6 (rs5743810) gene polymorphism in COVID-19 convalescent patients to identify markers for disease susceptibility, severity of the course and development of cardiovascular complications. 260 patients with COVID-19 of varying severity degrees were examined. Groups with mild, moderate, and severe disease, groups with history of cardiovascular issues, and COVID-19 convalescent patients newly diagnosed with them were identified. Single nucleotide polymorphisms TLR2 (rs5743708), TLR4 (rs4986790, rs4986791), TLR6 (rs5743810) were analyzed by real-time PCR. Statistical was carried out by using SPSS 23.0 software. Gene allele and genotype rates were assessed by using a two-way Fisher criterion, and in cases of multiple comparisons, the Bonferroni correction. An increase of TLR2G and TLR2GG was revealed in COVID-19 patients. Heterozygosity in this position was significantly reduced in the group of patients. No differences in the frequencies of genotypes between groups with different disease severity was observed. TLR2-753 ArgArg:TLR4-299 AspGly:TLR4-399 ThrThr were decreased in patients with a combined moderate-severe vs. mild COVID-19. CVD patients with TLR4-299 AspAsp, TLR4-299 AspAsp:TLR4-399ThrThr were significantly more likely to suffer from severe COVID-19. The complex TLR4-299 AspGly:TLR4-399 ThrThr and TLR2-753 ArgArg:TLR4-299 AspGly:TLR4-399 ThrThr are associated with a milder disease course. Six complexes were identified, the frequency of which is significantly higher in COVID-19 convalescent patients with cardiovascular complications. These data confirm that the TLR polymorphism affects COVID-19 development and clinical diversity.

Наличие предшествующего сердечно-сосудистого заболевания является важным фактором риска тяжелого клинического течения COVID-19. Кроме того, COVID-19 часто усугубляется сердечно-сосудистыми осложнениями. Взаимосвязь между COVID-19 и сердечно-сосудистой системой представляется весьма сложной и не изученной. При заражении SARS-CoV-2 активируется врожденный иммунный ответ через семейство толл-подобных рецепторов (TLR). С другой стороны, важна роль TLR в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний. Цель исследования — проведение комплексного сравнительного анализа полиморфизма генов толл-подобных рецепторов TLR2 (rs5743708), TLR4 (rs4986790, rs4986791), TLR6 (rs5743810), у пациентов, перенесших COVID-19 для выявления маркеров восприимчивости к развитию заболевания, тяжести течения и развитию сердечно-сосудистых осложнений. Обследовано 260 пациентов перенесших COVID-19 с разной степенью тяжести. Выделены группы с легкой, средней, тяжелой степенью течения заболевания, группы с сердечно-сосудистыми проблемами в анамнезе и вновь выявленными после перенесенного заболевания. Однонуклеотидный полиморфизм TLR2 (rs5743708), TLR4 (rs4986790, rs4986791), TLR6 (rs5743810) анализировали методом полимеразной цепной реакции в реальном времени. Статистическая обработка проводилась с использованием программного пакета SPSS 23.0. Анализ частот аллелей и генотипов рассчитывали с использованием двухстороннего точного критерия Фишера, в случаях множественных сравнений вводилась поправка Бонферрони. Выявлено увеличение частоты TLR2 G аллельного варианта и GG генотипа у пациентов, перенесших инфекционное заболевание относительно популяционной группы. Гетерозиготность в данной позиции значимо снижена в группе переболевших. Не выявлено различий частот генотипов между группами с разной степенью течения заболевания. Однако при анализе комплексов показано снижение частоты TLR2-753 ArgArg:TLR4-299 AspGly:TLR4-399 ThrThr у пациентов с объединенной среднетяжелой формой течения заболевания относительно перенесших его в легкой форме. Пациенты с ССЗ при наличии TLR4-299 AspAsp и комплекса TLR4-299 AspAsp:TLR4-399ThrThr достоверно чаще переносили COVID-19 в более тяжелой форме. Комплексные маркеры TLR4-299 AspGly:TLR4-399 ThrThr и TLR2-753 ArgArg:TLR4-299 AspGly:TLR4-399 ThrThr ассоциированы с более легким течением инфекционного процесса. Выявлено шесть комплексов, частота которых значимо выше у пациентов с развитием сердечно-сосудистых осложнений после перенесенного COVID-19. Полученные данные подтверждают, что однонуклеотидный полиморфизм генов толл-подобных рецепторов влияет на развитие и клинический полиморфизм характера течения COVID-19. Наши исследования свидетельствуют о необходимости перехода от оценки значимости отдельных генетических вариантов к разработке полигенных показателей риска с учетом межгенных взаимодействий, которые лучше подходят для оценки риска и прогрессирования заболевания путем одновременного анализа нескольких генетических вариантов и учетом популяционных особенностей анализируемых групп.

COVID-19toll-like receptor genesTLR-2TLR-4TLR-6molecular markerseverity of coursCOVID-19гены толл-подобных рецепторовTLR-2TLR-4TLR-6молекулярный маркертяжесть теченияЕвдокимов А.В., Суслова Т.А., Беляева С.В., Бурмистрова А.Л., Сташкевич Д.С. Полиморфизм генов TLR и течение двусторонней пневмонии при COVID-19 // Медицинский академический журнал. 2021. Т. 21, № 4. C. 57–66. [Evdokimov A.V., Suslova T.A., Belyaeva S.V., Burmistrova A.L., Stashkevich D.S. Polymorphism of TLR genes and the course of COVID-19 bilateral pneumonia. Meditsinskii akademicheskii zhurnal = Medical Academic Journal, 2021, vol. 21, no. 4, pp. 57–66. (In Russ.)] doi: 10.17816/MAJ90324Наркевич А.Н., Виноградов К.А., Гржибовский А.М. Множественные сравнения в биомедицинских исследованиях: проблема и способы решения // Экология человека. 2020. № 10. С. 55–64. [Narkevich A.N., Vinogradov K.A., Grjibovski A.M. Multiple Comparisons in Biomedical Research: the Problem and its Solutions. Ekologiya cheloveka = Human Ecology, 2020, no. 10, pp. 55–64. (In Russ.)] doi: 10.33396/1728-0869-2020-10-55-64Профилактика, диагностика и лечение новой коронавирусной инфекции (COVID-19). Временные методические рекомендации. Версия 15 от 22.02.2022. М., 2022. 233 с. [Prevention, diagnosis and treatment of new coronavirus infection (COVID-19): Interim guidelines. Version 15 dated 22.02.2022. Moscow, 2022. 233 p. (In Russ.)]Решетникова И.Д., Тюрин Ю.А., Мустафин И.Г., Агафонова Е.В., Шайхразиева Н.Д. Изучение молекулярно-генетических и иммунологических предикторов течения COVID-19 в группе риска «медицинские работники» // Инфекция и иммунитет. 2024. Т. 14, № 2. C. 289–298. [Reshetnikova I.D., Tyurin Yu.A., Mustafin I.G., Agafonova E.V., Shaikhrazieva N.D. Assessing molecular genetic and immunological predictors of COVID-19 course in healthcare worker risk group. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2024, vol. 14, no. 2, pp. 289–298. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-AMG-10359Aboudounya M.M., Heads R.J. COVID-19 and Toll-like receptor 4 (TLR4): SARS-CoV-2 may bind and activate TLR4 to increase ACE2 expression, facilitating entry and causing hyperinflammation. Mediat. Inflamm., 2021, vol. 2021: 8874339. doi: 10.1155/2021/8874339Akira S., Takeda K., Kaisho T. Toll-like receptors: critical proteins linking innate and acquired immunity. Nat. Immunol., 2001, vol. 2, no. 8, pp. 675–680. doi: 10.1038/90609Alhabibi A.M., Hassan A.S., Abd Elbaky N.M., Eid H.A., Khalifa M.A., Wahab M.A., Althoqapy A.A., Abdou A.E., Zakaria D.M., Nassef E.M., Kasim S.A., Saleh O.I., Elsheikh A.A., Lotfy M., Sayed A. Impact of Toll-Like Receptor 2 and 9 Gene Polymorphisms on COVID-19: Susceptibility, Severity, and Thrombosis. J. Inflamm. Res., 2023, vol. 17, no. 16, pp. 665–675. doi: 10.2147/JIR.S394927Ali H.N., Niranji S.S., Al-Jaf S.M.A. Association of Toll-like receptor-4 polymorphism with SARS-CoV-2 infection in Kurdish Population. Hum. Gene, 2022, vol. 34: 201115. doi: 10.1016/j.humgen.2022.201115Bagheri B., Feyzabadi Z.K., Nouri A., Azadfallah A., Ari M.M., Hemmati M., Darban M., Toosi P.A., Banihashemian S.Z. Atherosclerosis and Toll-Like Receptor4 (TLR4), Lectin-Like Oxidized Low-Density Lipoprotein-1 (LOX-1), and Proprotein Convertase Subtilisin/Kexin Type9 (PCSK9). Mediat. Inflamm., 2024, vol. 2024: 5830491. doi: 10.1155/2024/5830491Bakaros E., Voulgaridi I., Paliatsa V., Gatselis N., Germanidis G., Asvestopoulou E., Alexiou S., Botsfari E., Lygoura V., Tsachouridou O., Mimtsoudis I., Tseroni M., Sarrou S., Mouchtouri V.A., Dadouli K., Kalala F., Metallidis S., Dalekos G., Hadjichristodoulou C., Speletas M. Innate Immune Gene Polymorphisms and COVID-19 Prognosis. Viruses, 2023, vol. 15, no. 9, pp. 1784–1799. doi: 10.3390/v15091784Bavishi C., Bonow R.O., Trivedi V., Abbott J.D., Messerli F.H., Bhatt D.L. Acute myocardial injury in patients hospitalized with COVID-19 infection: A review. Prog. Cardiovasc. Dis., 2020, vol. 63, no. 5, pp. 682–689. doi: 10.1016/j.pcad.2020.05.013Brandão S.C.S., de Ramos J.O.X., Dompieri L.T., Godoi E.T.A.M., Figueiredo J.L., Sarinho E.S.C., Chelvanambi S., Aikawa M. Is Toll-like receptor 4 involved in the severity of COVID-19 pathology in patients with cardiometabolic comorbidities? Cytokine Growth Factor Rev., 2021, vol. 58, pp. 102–110. doi: 10.1016/j.cytogfr.2020.09.002Chen R., Gu N., Gao Y., Cen W. TLR4 Asp299Gly (rs4986790) polymorphism and coronary artery disease: a meta-analysis. PeerJ., 2015, vol. 3: e1412. doi: 10.7717/peerj.1412Choudhury A., Mukherjee S. In Silico Studies on the Comparative Characterization of the Interactions of SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein with ACE-2 Receptor Homologs and Human TLRs. J. Med. Virol., 2020, vol. 92, no. 9, pp. 2105–2113. doi: 10.1002/jmv.25987Duan T., Du Y., Xing C., Wang H.Y., Wang R.-F. Toll-Like Receptor Signaling and Its Role in Cell-Mediated Immunity. Front. Immunol., 2022, vol. 13: 812774. doi: 10.3389/fimmu.2022.812774Flores-Gonzalez J., Chavez-Galan L., Falfán-Valencia R., Roldán I.B., Fricke-Galindo I., Veronica-Aguilar A., Martínez-Morales A., Hernández-Zenteno R.J., Guzmán-Guzmán I.P., Pérez-Rubio G. Variant rs4986790 of toll-like receptor 4 affects the signaling and induces cell dysfunction in patients with severe COVID-19. Int. J. Infect. Dis., 2024, vol. 138, pp. 102–109. doi: 10.1016/j.ijid.2023.11.032Fore F., Indriputri C., Mamutse J., Nugraha J. TLR10 and its unique antiinflammatory properties and potential use as a target in therapeutics. Immune Netw., 2020, vol. 20, no. 3: e21. doi: 10.4110/in.2020.20.e21Hold G.L., Berry S., Saunders K.A., Drew J., Mayer C., Brookes H., Gay N.J., El-Omar E.M., Bryant C.E. The TLR4 D299G and T399I SNPs are constitutively active to up-regulate expression of trif-dependent genes. PLoS One, 2014, vol. 9: e111460. doi: 10.1371/journal.pone.0111460Hua Z., Hou B. TLR Signaling in B-Cell Development and Activation. Cell Mol. Immunol., 2013, vol. 10, no. 2, pp. 103–106. doi: 10.1038/cmi.2012.6118Kemerley A., Gupta A., Thirunavukkarasu M., Maloney M., Burgwardt S., Maulik N. COVID-19 Associated Cardiovascular Disease — Risks, Prevention and Management: Heart at Risk Due to COVID-19. Curr. Issues Mol. Biol., 2024, vol. 46, no. 3, pp. 1904–1920. doi: 10.3390/cimb46030124Kiechl S., Lorenz E., Reindl M., Wiedermann C.J., Oberhollenzer F., Bonora E., Willeit J., Schwartz D.A. Toll-like Receptor 4 Polymorphisms and Atherogenesis. N. Engl. J. Med., 2002, vol. 347, no. 3, pp. 185–192. doi: 10.1056/NEJMoa012673Lester S.N., Li K. Toll-like receptors in antiviral innate immunity. J. Mol. Biol., 2014, vol. 426, no. 6, pp. 1246–1264. doi: 10.1016/j.jmb.2013.11.024McClure R., Massari P. TLR-Dependent Human Mucosal Epithelial Cell Responses to Microbial Pathogens. Front. Immunol., 2014, vol. 5: 386. doi: 10.3389/fimmu.2014.00386Mukherjee S., Bayry J. The Yin and Yang of TLR4 in COVID-19. Cytokine Growth Factor Rev., 2024, vol. 82, pp. 70–85. doi: 10.1016/j.cytogfr.2024.10.001Ntchana A., Shrestha S., Pippin M. Cardiovascular Complications of COVID-19: A Scoping Review of Evidence. Cureus, 2023, vol. 15, no. 11: e48275. doi: 10.7759/cureus.48275Sharma S., Garg I., Ashraf M.Z. TLR signalling and association of TLR polymorphism with cardiovascular diseases. Vascul. Pharmacol., 2016, vol. 87, pp. 30–37. doi: 10.1016/j.vph.2016.10.008Sutmuller R.P.M., Morgan M.E., Netea M.G., Grauer O., Adema G.J. Toll-Like Receptors on Regulatory T Cells: Expanding Immune Regulation. Trends Immunol., 2006, vol. 27, no. 8, pp. 387–393. doi: 10.1016/j.it.2006.06.005Taha S.I., Shata A.K., Baioumy S.A., Fouad S.H., Anis S.G., Mossad I.M., Moustafa N.M., Abdou D.M., Youssef M.K. Toll-Like Receptor 4 Polymorphisms (896A/G and 1196C/T) as an Indicator of COVID-19 Severity in a Convenience Sample of Egyptian Patients. J. Inflamm. Res., 2021, vol. 14, pp. 6293–6303. doi: 10.2147/JIR.S343246Taha S.I., Shata A.K., El-Sehsah E.M., Mohamed M.F., Moustafa N.M., Youssef M.K. Comparison of COVID-19 characteristics in Egyptian patients according to their Toll-Like Receptor-4 (Asp299Gly) polymorphism. Infez. Med., 2022, vol. 30, pp. 96–103. doi: 10.53854/liim-3001-11Tapping R.I., Omueti K.O., Johnson C.M. Genetic polymorphisms within the human Toll-like receptor 2 subfamily. Biochem. Soc. Trans., 2007, vol. 35, no. 6, pp. 1445–1448. doi: 10.1042/BST0351445Vidal-Perez R., Brandão M., Pazdernik M., Kresoja K.P., Carpenito M., Maeda S., Casado-Arroyo R., Muscoli S., Pöss J., Fontes-Carvalho R., Vazquez-Rodriguez J.M. Cardiovascular disease and COVID-19, a deadly combination: A review about direct and indirect impact of a pandemic. World J. Clin. Cases, 2022, vol. 10, no. 27, pp. 9556–9572. doi: 10.12998/wjcc.v10.i27.9556Xie X., Shi X., Liu M. The Roles of TLR Gene Polymorphisms in Atherosclerosis: A Systematic Review and Meta-Analysis of 35,317 Subjects. Scand. J. Immunol., 2017, vol. 86, no. 1, pp. 50–58. doi: 10.1111/sji.12560Zacher C., Schönfelder K., Rohn H., Siffert W., Möhlendick B. The single nucleotide polymorphism rs4986790 (c.896A>G) in the gene TLR4 as a protective factor in corona virus disease 2019 (COVID-19). Front. Immunol., 2024, vol. 15: 1355193. doi: 10.3389/fimmu.2024.1355193Zhang K., Zhang L., Zhou B., Wang Y., Song Y., Rao L., Zhang L. Lack of association between TLR4 Asp299Gly polymorphism and atherosclerosis: evidence from meta-analysis. Thromb. Res., 2012, vol. 130, no. 4, pp. e203-e208. doi: 10.1016/j.thromres.2012.07.008Zhang Y., Liu J., Wang C., Liu J., Lu W. Toll-Like receptors gene polymorphisms in autoimmune disease. Front. Immunol., 2021, vol. 12: 672346. doi: 10.3389/fimmu.2021.672346Zhao Y., Kuang M., Li J., Zhu L., Jia Z., Guo X., Hu Y., Kong J., Yin H., Wang X., You F. Publisher Correction: SARS-CoV-2 Spike Protein Interacts with and Activates TLR4. Cell Res., 2021, vol. 31: 825. doi: 10.1038/s41422-021-00501-0Zheng M., Karki R., Williams E.P., Yang D., Fitzpatrick E., Vogel P., Jonsson C.B., Kanneganti T.D. TLR2 Senses the SARS-CoV-2 Envelope Protein to Produce Inflammatory Cytokines. Nat. Immunol., 2021, vol. 22, pp. 829–838. doi: 10.1038/s41590-021-00937-xZiakas P.D., Prodromou M.L., Khoury J., Zintzaras E., Mylonakis E. The role of TLR4 896 A>G and 1196 C>T in susceptibility to infections: a review and meta-analysis of genetic association studies. PLoS One, 2013, vol. 8, no. 11: e81047. doi: 10.1371/journal.pone.0081047