Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI964110.15789/2220-7619-AII-9641ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleAlteration in innate immune cues assessed by analyzing peripheral blood immune system in post-covid patientsИзменения врожденных факторов иммунной системы по данным изучения иммунной системы периферической крови у постковидных пациентовDobryninaMaria A.ДобрынинаМария Александровна
Russian Federation

PhD (Medicine), Researcher, Laboratory of Immunology of the Inflammation; Associate Professor, Department of Internal Medicine, Medical and Biological University of Innovation and Continuing Education

к.м.н., научный сотрудник лаборатории иммунологии воспаления ; доцент кафедры терапии Медико-биологического университета инноваций и непрерывного образования

mzurochka@mail.ruZurochkaAleksandr V.ЗурочкаАлександр Владимирович
Russian Federation

DSc (Medicine), Professor, Honored Scientist of the Russian Federation, Leading Researcher; Head of the Biotechnology Laboratory, Russian-Chinese Center

д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, ведущий научный сотрудник лаборатории иммунологии воспаления ; зав. лабораторией биотехнологий Научно-образовательного Российско-Китайского Центра системной патологии

av_zurochka@mail.ruKomelkovaMariia V.КомельковаМария Владимировна
Russian Federation

DSc (Biology), Head of the Laboratory of Systemic Pathology and Promising Medicines, Russian-Chinese Center

д.б.н., зав. лабораторией системной патологии и перспективных лекарственных средств Научно-образовательного Российско-Китайского Центра системной патологии

mkomelkova@mail.ruZurochkaVladimir A.ЗурочкаВладимир Александрович
Russian Federation

DSc (Medicine), Senior Researcher; Senior Researcher, Biotechnology Laboratory, Russian-Chinese Center

д.м.н., старший научный сотрудник лаборатории иммунологии воспаления ; старший научный сотрудник лабораториии биотехнологий Научно-образовательного Российско-Китайского Центра системной патологии

v_zurochka@mail.ruPraskurnichiyEvgeny A.ПраскурничийЕвгений Аркадьевич
Russian Federation

DSc (Medicine), Professor, Head of the Department of Internal Medicine, Medical and Biological University of Innovation and Continuing Education

д.м.н., профессор, зав. кафедрой терапии Медико-биологического университета инноваций и непрерывного образования

praskurnichey@mail.ruRyabovaLiana V.РябоваЛиана Валентиновна
Russian Federation

DSc (Medicine), Associate Professor, Professor of the Department of Life Safety, Disaster Medicine, Emergency Medicine

д.м.н., доцент, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности, медицины катастроф, скорой и неотложной медицинской помощи

lianarabowa@rambler.ruSarapultsevAlexey P.СарапульцевАлексей Петрович
Russian Federation

DSc (Biology), Leading Researcher, Laboratory of Immunopathophysiology; Head of the Russian-Chinese Center

д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории иммунопатофизиологии ; руководитель Научно-образовательного Российско-Китайского Центра системной патологии

a.sarapultsev@gmail.comInstitute of Immunology and Physiology, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesФГБУН Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения Российской академии наукState Research Center of the Russian Federation — Federal Medical Biophysical Center named after A.I. Burnazyan of the Federal Medical and Biological Agency of the Russian FederationФГБУ Государственный научный центр Российской Федерации — Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна Федерального медико-биологического агентства Российской ФедерацииSouth Ural State University (National Research University)ФГАОУ ВО Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)South Ural State Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationФГБОУ ВО Южно-Уральский государственный медицинский университет Министерства Здравоохранения Российской Федерации11102023301120231358648720405202303102023Copyright ©; 2023, Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Komelkova M.V., Zurochka V.A., Praskurnichiy E.A., Ryabova L.V., Sarapultsev A.P.Copyright ©; 2023, Добрынина М.А., Зурочка А.В., Комелькова М.В., Зурочка В.А., Праскурничий Е.А., Рябова Л.В., Сарапульцев А.П.2023Dobrynina M.A., Zurochka A.V., Komelkova M.V., Zurochka V.A., Praskurnichiy E.A., Ryabova L.V., Sarapultsev A.P.Добрынина М.А., Зурочка А.В., Комелькова М.В., Зурочка В.А., Праскурничий Е.А., Рябова Л.В., Сарапульцев А.П.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/9641

The COVID-19 pandemic, caused by the SARS-CoV-2 virus, has led to global morbidity and mortality. Some patients fully recover from COVID-19, whereas around 45% subjects suffer from various persistent symptoms (fatigue, cognitive impairment, impaired thermoregulation, skin diseases, etc.) for at least four months after SARS-CoV-2 infection regardless of disease severity. Such persistent post-infection effects are known as long-COVID, post-acute effects of COVID-19, or post-COVID state. SARS-CoV-2 infection is accompanied by damage to the innate immune system. Considering the role of natural killer cells and the activation of the complement system in COVID-19 as well as the regulatory properties related to CD46 and its potential involvement in cell virus entry, we found necessary to study immune system parameters associated with impairment of these innate immune cues on various leukocyte subpopulations in post-COVID patients. We studied 92 immune system parameters, including: pan-leukocyte markers for gated lymphocytes, phenotyping of T cells, T-helper inducers, cytotoxic T-lymphocytes, NK- and TNK-cells, T-regulatory cells/suppressors, B-lymphocytes, including B-memory cells, activated helpers, early activation of lymphocytes, activated T-lymphocytes, and late lymphocyte activation markers. Levels of total IgM, IgG, IgA, specific IgM, IgG to coronavirus COVID-19, C1-inhibitor, C3a, and C5a complement components were measured by enzyme immunoassay using Multiscan FC Thermoscientific enzyme immunoassay analyzer (China) and Vector Best reagent kits (Russia). A complete blood count was conducted to study 25 parameters: leukocyte, erythrocyte, and platelet hematopoietic lineages as well as the quantitative and qualitative composition of hematopoietic lineages. Our study results showed that in some patients, six months after suffering from COVID-19, there was a decrease in the level of NK cells (48%) and CD46+ pan-leukocyte marker cells (64.5%). A decrease in NK cell levels was accompanied by increased level of total T- and B-lymphocytes, and altered platelet and erythroid hematopoietic lineages. In patients with reduced CD46 expression on T-lymphocytes, both their total count and NK cell count were significantly reduced. Our data also suggest that CD46 might be potentially involved in development of SARS-CoV-2 infection and the post-COVID state. Thus, in 50–65% of patients who have experienced SARS-CoV-2 infection, damage to the innate immune system persists after six months being accompanied by impaired erythroid and platelet hematopoietic lineages. The data obtained indicate a need for using immunocorrective therapy in such patients.

Пандемия новой коронавирусной инфекции COVID-19, вызванная вирусом SARS-CoV-2, привела к глобальной заболеваемости и смертности во всем мире. Известно, что часть пациентов полностью выздоравливают от COVID-19, тогда как около 45% людей, вне зависимости от тяжести перенесенного заболевания, страдают от различных симптомов (усталость, когнитивные нарушения, нарушение терморегуляции, кожные заболевания и пр.), которые сохраняются не менее четырех месяцев после заражения SARS-CoV-2. Подобные стойкие постинфекционные последствия известны под названиями «long-COVID», «постострые последствия COVID-19», «постковидное состояние». SARS-CoV-2-инфекция сопровождается повреждением врожденной иммунной системы. Учитывая роль натуральных киллеров и активации системы комплемента при COVID-19, регуляторные свойства CD46 и его потенциальную вовлеченность в процессы проникновения вируса в клетку, мы сочли необходимым изучить параметры иммунной системы, связанные с нарушением этих факторов врожденного иммунитета на различных субпопуляциях лейкоцитов у постковидных пациентов. Было изучено 92 параметра иммунной системы, влючающие: панлейкоцитарные маркеры для гейтирования лимфоцитов, типирование Т-лимфоцитов, Т-хелперов индукторов, цитотоксических Т-лимфоцитов, NK- и TNK-клеток, Т-регуляторных клеток/супрессоров, В-лимфоцитов, включая В-клетки памяти, активированных хелперов, раннюю активацию лимфоцитов (активированные Т-лимфоциты — поздняя активация лимфоцитов). Определение уровня общих IgM, IgG, IgA, специфических IgM, IgG к коронавирусу COVID-19, C1-ингибитора, С3а и С5а компонентов комплемента проводилось методом иммуноферментного анализа на иммуноферментном анализаторе «Multiscan FC Thermoscientific» (КНР) с использованием наборов реагентов производства ЗАО «Вектор-Бест» (Россия). Также было исследовано 25 параметров крови: лейкоцитарный, эритроцитарный и тромбоцитарный ростки кроветворения, изучен их количественный и качественный состав. Результаты исследования показали, что у части пациентов спустя 6 месяцев после перенесенного COVID-19 выявлено снижение уровня NK-клеток (48%) и клеток, имеющих панлейкоцитарный маркер CD46+ (64,5%). Снижение уровня NK-клеток сопровождалось повышением уровня общих Т- и В-лимфоцитов, нарушением тромбоцитарного и эритроидного ростков кроветворения. У пациентов со сниженной экспрессией CD46+ на Т-лимфоцитах значительно снижено как общее количество этих клеток, так и NK-клеток. Полученные нами данные также указывают на возможное участие CD46 и в развитии инфекции SARS-CoV-2 и постковидного состояния. Таким образом, у 50–65% пациентов, перенесших SARS-CoV-2-инфекцию, через 6 месяцев сохраняется повреждение врожденных систем иммунитета, при этом такое нарушением сопровождается и нарушениями эритроидного и тромбоцитарного ростка кроветворения. Полученные данные свидетельствуют о необходимости проведения у таких больных иммунокорригирующей терапии.

SARS-CoV-2 infectionpost-COVID patientsimmune systemnatural killer cells (NK cells)T cellsT lymphocytesTNK lymphocytesB lymphocytesCD46SARS-CoV-2 инфекцияпостковидные пациентыиммунная системанатуральные киллеры (NK-клетки)Т-клеткиТ-лимфоцитыТNK-лимфоцитыВ-лимфоцитыCD46Зурочка А.В., Хайдуков С.В., Кудрявцев И.В., Черешнев В.А. Проточная цитометрия в биомедицинских исследованиях. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2018. 720 с. [Zurochka A.V., Khaidukov S.V., Kudryavtsev I.V., Chereshnev V.A. Flow cytometry in biomedical research. Ekaterinburg: RIO Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2018. 720 p. (In Russ.)]Хайдуков С.В., Байдун Л.А., Зурочка А.В., Тотолян А.А. Стандартизованная технология «Исследование субпопуляционного состава лимфоцитов периферической крови с применением проточных цитофлюориметров-анализаторов» // Российский иммунологический журнал. 2014. Т. 8, № 4 (17). С. 974–992. [Khaydukov S.V., Baidun L.A., Zurochka A.V., Totolian A.A. Standardized technology «Study of the subpopulation composition of peripheral blood lymphocytes using flow cytofluorometer-analyzers». Rossiiskii immunologicheskii zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2014, vol. 8, no. 4 (17), pp. 974–992. (In Russ.)]Agergaard J., Ullahammer W.M., Gunst J.D., Østergaard L., Schiøttz-Christensen B. Characteristics of a Danish post-COVID cohort referred for examination due to persistent symptoms six months after mild acute COVID-19. J. Clin. Med., 2022, vol. 11, no. 24: 7338. doi: 10.3390/jcm11247338Ashraf U.M., Abokor A.A., Edwards J.M., Waigi E.W., Royfman R.S., Hasan S.A., Smedlund K.B., Hardy A.M.G., Chakravarti R., Koch L.G. SARS-CoV-2, ACE2 expression, and systemic organ invasion. Physiol. Genomics., 2021, vol. 53. no. 2, pp. 51–60. doi: 10.1152/physiolgenomics.00087.2020Cheong J.G., Ravishankar A., Sharma S., Parkhurst C.N., Grassmann S.A., Wingert C.K., Laurent P., Ma S., Paddock L., Miranda I.C., Karakaslar E.O., Nehar-Belaid D., Thibodeau A., Bale M.J., Kartha V.K., Yee J.K., Mays M.Y., Jiang C., Daman A.W., Martinez de Paz A., Ahimovic D., Ramos V., Lercher A., Nielsen E., Alvarez-Mulett S., Zheng L., Earl A., Yallowitz A., Robbins L., LaFond E., Weidman K.L., Racine-Brzostek S., Yang H.S., Price D.R., Leyre L., Rendeiro A.F., Ravichandran H., Kim J., Borczuk A.C., Rice C.M., Jones R.B., Schenck E.J., Kaner R.J., Chadburn A., Zhao Z., Pascual V., Elemento O., Schwartz R.E., Buenrostro J.D., Niec R.E., Barrat F.J., Lief L., Sun J.C., Ucar D., Josefowicz S.Z. Epigenetic memory of coronavirus infection in innate immune cells and their progenitors. Cell, 2023, vol. 186, no. 18, pp. 3882–3902.e24. doi: 10.1016/j.cell.2023.07.019Costa L.B., Perez L.G., Palmeira V.A., Macedo E., Cordeiro T., Ribeiro V.T., Lanza K., Simões E., Silva A.C. Insights on SARS-CoV-2 molecular interactions with the renin-angiotensin system. Front. Cell Dev. Biol., 2020, vol. 8: 559841. doi: 10.3389/fcell.2020.559841D’Alessandro M., Bergantini L., Cameli P., Curatola G., Remediani L., Sestini P., Bargagli E.; Siena COVID Unit. Peripheral biomarkers’ panel for severe COVID-19 patients. J. Med. Virol., 2021, vol. 93, no. 3, pp. 1230–1232. doi: 10.1002/jmv.26577Hawkins E.D., Oliaro J. CD46 signaling in T cells: linking pathogens with polarity. FEBS Lett., 2010, vol. 584, no. 24, pp. 4838–4844. doi: 10.1016/j.febslet.2010.09.003Iba T., Levy J.H. Thrombosis and thrombocytopenia in COVID-19 and after COVID-19 vaccination. Trends Cardiovasc. Med., 2022, vol. 32, no. 5, pp. 249–256. doi: 10.1016/j.tcm.2022.02.008Koch J., Uckeley Z.M., Doldan P., Stanifer M., Boulant S., Lozach P.Y. TMPRSS2 expression dictates the entry route used by SARS-CoV-2 to infect host cells. EMBO J., 2021, vol. 40, no. 16: e107821. doi: 10.15252/embj.2021107821Le Friec G., Sheppard D., Whiteman P., Karsten C.M., Shamoun S.A., Laing A., Bugeon L., Dallman M.J., Melchionna T., Chillakuri C., Smith R.A., Drouet C., Couzi L., Fremeaux-Bacchi V., Köhl J., Waddington S.N., McDonnell J.M., Baker A., Handford P.A., Lea S.M., Kemper C. The CD46-Jagged1 interaction is critical for human TH1 immunity. Nat. Immunol., 2012, vol. 13, no. 12, pp. 1213–1221. doi: 10.1038/ni.2454Leowattana W., Leowattana T., Leowattana P. Circulating angiotensin converting enzyme 2 and COVID-19. World J. Clin. Cases, 2022, vol. 10, no. 34, pp. 12470–12483. doi: 10.12998/wjcc.v10.i34.12470Li M., Guo W., Dong Y., Wang X., Dai D., Liu X., Wu Y., Li M., Zhang W., Zhou H., Zhang Z., Lin L., Kang Z., Yu T., Tian C., Qin R., Gui Y., Jiang F., Fan H., Heissmeyer V., Sarapultsev A., Wang L., Luo S., Hu D. Elevated exhaustion levels of NK and CD8+ T cells as indicators for progression and prognosis of COVID-19 disease. Front. Immunol., 2020, vol. 11: 580237. doi: 10.3389/fimmu.2020.580237Liszewski M.K., Atkinson J.P. Membrane cofactor protein (MCP; CD46): deficiency states and pathogen connections. Curr. Opin. Immunol., 2021, vol. 72, pp. 126–134. doi: 10.1016/j.coi.2021.04.005Liu W., Li H. COVID-19: attacks the 1-beta chain of hemoglobin to disrupt respiratory function and escape immunity by capsid-like system. ChemRxiv. Cambridge: Cambridge Open Engage, 2023. doi: 10.26434/chemrxiv-2021-dtpv3-v12Masselli E., Vaccarezza M., Carubbi C., Pozzi G., Presta V., Mirandola P., Vitale M. NK cells: a double edge sword against SARS-CoV-2. Adv. Biol. Regul., 2020, vol. 77: 100737. doi: 10.1016/j.jbior.2020.100737Mitsuyama Y., Yamakawa K., Kayano K., Maruyama M., Wada T., Fujimi S. Prolonged enhancement of cytotoxic T lymphocytes in the post-recovery state of severe COVID-19. J. Intensive Care, 2021, vol. 9, no. 1: 76. doi: 10.1186/s40560-021-00591-3Munblit D., Nicholson T., Akrami A., Apfelbacher C., Chen J., De Groote W., Diaz J.V., Gorst S.L., Harman N., Kokorina A., Olliaro P., Parr C., Preller J., Schiess N., Schmitt J., Seylanova N., Simpson F., Tong A., Needham D.M., Williamson P.R., PC-COS project steering committee. A core outcome set for post-COVID-19 condition in adults for use in clinical practice and research: an international Delphi consensus study. Lancet Respir. Med., 2022, vol. 10, no. 7, pp. 715–724. doi: 10.1016/S2213-2600(22)00169-2Ni Choileain S., Astier A.L. CD46 processing: a means of expression. Immunobiology, 2012, vol. 217, no. 2, pp. 169–175. doi: 10.1016/ j.imbio.2011.06.003Oliaro J., Pasam A., Waterhouse N.J., Browne K.A., Ludford-Menting M.J., Trapani J.A., Russell S.M. Ligation of the cell surface receptor, CD46, alters T cell polarity and response to antigen presentation. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2006, vol. 103, no. 49, pp. 18685–18690. doi: 10.1073/pnas.0602458103O’Mahoney L.L., Routen A., Gillies C., Ekezie W., Welford A., Zhang A., Karamchandani U., Simms-Williams N., Cassambai S., Ardavani A., Wilkinson T.J., Hawthorne G., Curtis F., Kingsnorth A.P., Almaqhawi A., Ward T., Ayoubkhani D., Banerjee A., Calvert M., Shafran R., Stephenson T., Sterne J., Ward H., Evans R.A., Zaccardi F., Wright S., Khunti K. The prevalence and long-term health effects of long Covid among hospitalised and non-hospitalised populations: a systematic review and meta-analysis. EClinicalMedicine, 2022, vol. 55: 101762. doi: 10.1016/j.eclinm.2022.101762Pasini E., Corsetti G., Romano C., Scarabelli T.M., Chen-Scarabelli C., Saravolatz L., Dioguardi F.S. Serum metabolic profile in patients with long-Covid (PASC) syndrome: clinical implications. Front. Med. (Lausanne), 2021, vol. 8: 714426. doi: 10.3389/fmed.2021.714426Persson B.D., John L., Rafie K., Strebl M., Frängsmyr L., Ballmann M.Z., Mindler K., Havenga M., Lemckert A., Stehle T., Carlson L.A., Arnberg N. Human species D adenovirus hexon capsid protein mediates cell entry through a direct interaction with CD46. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2021, vol. 118, no. 3: e2020732118. doi: 10.1073/pnas.2020732118Rendeiro A.F., Casano J., Vorkas C.K., Singh H., Morales A., DeSimone R.A., Ellsworth G.B., Soave R., Kapadia S.N., Saito K., Brown C.D., Hsu J., Kyriakides C., Chiu S., Cappelli L.V., Cacciapuoti M.T., Tam W., Galluzzi L., Simonson P.D., Elemento O., Salvatore M., Inghirami G. Profiling of immune dysfunction in COVID-19 patients allows early prediction of disease progression. Life Sci. Alliance, 2020, vol. 4, no. 2: e202000955. doi: 10.26508/lsa.202000955Ruenjaiman V., Sodsai P., Kueanjinda P., Bunrasmee W., Klinchanhom S., Reantragoon R., Tunvirachaisakul C., Manothummetha K., Mejun N., Liengswangwong K., Torvorapanit P., Paitoonpong L., Putcharoen O., Palaga T., Hirankarn N.; study team. Impact of SARS-CoV-2 infection on the profiles and responses of innate immune cells after recovery. J. Microbiol. Immunol. Infect., 2022, vol. 55, no. 6, pt. 1, pp. 993–1004. doi: 10.1016/j.jmii.2022.09.001Soriano J.B., Murthy S., Marshall J.C., Relan P., Diaz J.V., WHO Clinical Case Definition Working Group on Post-COVID-19 Condition. A clinical case definition of post-COVID-19 condition by a Delphi consensus. Lancet Infect. Dis., 2022, vol. 22, no. 4, pp. e102–e107. doi: 10.1016/S1473-3099(21)00703-9Steenblock C., Toepfner N., Beuschlein F., Perakakis N., Mohan Anjana R., Mohan V., Mahapatra N.R., Bornstein S.R. SARS-CoV-2 infection and its effects on the endocrine system. Best Pract. Res. Clin. Endocrinol. Metab., 2023: 101761. doi: 10.1016/j.beem.2023.101761Stein K.R., Gardner T.J., Hernandez R.E., Kraus T.A., Duty J.A., Ubarretxena-Belandia I., Moran T.M., Tortorella D. CD46 facilitates entry and dissemination of human cytomegalovirus. Nat. Commun., 2019, vol. 10, no. 1:2699. doi: 10.1038/s41467-019-10587-1Sumbalova Z., Kucharska J., Palacka P., Rausova Z., Langsjoen P.H., Langsjoen A.M., Gvozdjakova A. Platelet mitochondrial function and endogenous coenzyme Q10 levels are reduced in patients after COVID-19. BratislLekListy, 2022, vol. 123, no. 1, pp. 9–15. doi: 10.4149/BLL_2022_002Verdecchia P., Cavallini C., Spanevello A., Angeli F. The pivotal link between ACE2 deficiency and SARS-CoV-2 infection. Eur. J. Intern. Med., 2020, vol. 76, pp. 14–20. doi: 10.1016/j.ejim.2020.04.037Wang C., Yu C., Jing H., Wu X., Novakovic V.A., Xie R., Shi J. Long COVID: the nature of thrombotic sequelae determines the necessity of early anticoagulation. Front. Cell Infect. Microbiol., 2022, vol. 12: 861703. doi: 10.3389/fcimb.2022.861703Wenzhong L., Hualan L. COVID-19: attacks the 1-beta chain of hemoglobin and captures the porphyrin to inhibit human heme metabolism. ChemRxiv. Cambridge: Cambridge Open Engage, 2020. doi: 10.26434/chemrxiv.11938173.v9.Wu Y., Huang X., Sun J., Xie T., Lei Y., Muhammad J., Li X., Zeng X., Zhou F., Qin H., Shao L., Zhang Q. Clinical characteristics and immune injury mechanisms in 71 patients with COVID-19. mSphere, 2020, vol. 5, no. 4: e00362-20. doi: 10.1128/mSphere.00362-20