Припокриване в провъзпалителните гени и пътища между COVID-19 и MIS-C

В скорошно проучване, публикувано в medRxiv* сървър за предварителен печат, изследователи в Съединените щати характеризираха диференцираните имунни отговори на гостоприемника при остра коронавирусна болест 2019 (COVID-19) и мултисистемен възпалителен синдром при деца (MIS-C), за да информират бъдещото развитие на нови биомаркери за двете заболявания.

Проучвания: Биомаркери на нуклеинова киселина за имунен отговор и увреждане на клетките и тъканите при деца с COVID-19 и MIS-C. Кредит на изображението: NIAID

Заден план

Към днешна дата COVID-19 и MIS-C, причинени от тежък остър респираторен синдром, коронавирус 2 (SARS-CoV-2), са взели повече животи на деца, отколкото педиатричната смъртност от грип. И двете от тези заболявания проявяват силно възпалителни състояния и имат различни признаци на клетъчно увреждане и клетъчна смърт, с повече хетерогенност и многоорганно участие, наблюдавани в MIS-C.

Освен това и двете от тези заболявания показват различни нива на експресия за някои гени, включително интерферон-стимулиран ген 15 (ISG15), сиалоадхезин (SIGLEC1) и бета променлива 11-2 на Т-клетъчния рецептор (TRBV11-2). Предишни проучвания също показват специфично понижаване на Т-клетъчно-медиираните пътища в MIS-C. Освен това, MIS-C има припокриващи се клинични симптоми с други възпалителни синдроми, като болестта на Кавазаки (KD), което затруднява диагностицирането му.

По-доброто разбиране на патогенезата на MIS-C е от решаващо значение за подобряване на неговата клинична диагноза и информиране за целенасочени интервенции с появата на нови варианти на SARS-CoV-2. Предишните анализи на MIS-C и COVID-19 разчитаха на секвениране на една клетка или насипна рибонуклеинова киселина (RNA-Seq) на цели кръвни клетки, които обикновено използват протеомни и базирани на цитокини анализи, имат по-малко маркери и липсват стандартизирани референтни данни.

Сигналите за свободна от плазмени клетки РНК (cfRNA) и ДНК без плазмени клетки (cfDNA) се получават от клетъчната смърт на циркулиращите клетки и периферните тъкани; като има предвид, че сигналът за клетъчна РНК на цялата кръв (wbRNA) произхожда предимно от циркулиращи левкоцити. За умиращи клетки, cfDNA позволява прецизно количествено определяне на броя на клетките, докато cfRNA позволява характеризирането на генната експресия и пътищата. Като цяло подходите, базирани на wbRNA-, cfRNA- и cfDNA, се допълват взаимно, за да осигурят пълна картина на динамичното взаимодействие между гостоприемника и патогена или между клетъчното активиране, пролиферация и клетъчна смърт.

Относно изследването

В настоящото проучване изследователите събраха кръвни и плазмени проби от деца в три педиатрични болници в Съединените щати (САЩ). Те стратифицираха всички проби по диагноза, време за събиране и тежест на заболяването. Те използваха плазмени проби за профилиране на cfRNA и cfDNA, използвайки секвениране от следващо поколение (NGS).

Дизайн на изследването и характеристики на пациента (A) Преглед на събирането и обработката на проби.  (B) Разпределение на пробите между аналитите.  (C) Разпределение на тежестта на заболяването за всяка група от проби.

Дизайн на изследването и характеристики на пациента (A) Преглед на събирането и обработката на проби. (B) Разпределение на пробите между аналитите. (C) Разпределение на тежестта на заболяването за всяка група от проби.

По същия начин те извършиха RNA-seq върху wbRNA и сравняваха wbRNA и cfRNA профили от 96 сдвоени проби в MIS-C и COVID-19. И накрая, те приложиха BayesPrism и атласа на човешките едноклетъчни транскриптоми Tabula Sapiens като референция за количествено определяне на клетъчните типове на произход (CTO) на cfRNA. Кохортното проучване включва 211 деца с диагноза COVID-19 или MIS-C и 26 контроли.

Резултати от проучването

Изследователите идентифицираха сигнатури, свързани с клетъчно нараняване и смърт, които разграничават MIS-C и COVID-19 и участието на по-рано недекларирани клетъчни типове в MIS-C, използвайки профилиране на плазмена cfRNA. Профилирането на плазмената cfDNA разкрива участието на множество органи в MIS-C в сравнение с COVID-19 и контролите. От друга страна, анализът на wbRNA разкри значително припокриване в провъзпалителните пътища между MIS-C и COVID-19. В допълнение, той разкрива провъзпалителни пътища, специфични за всяко болестно състояние. Заедно тези резултати дадоха нова представа за диференциалната патогенеза на MIS-C и COVID-19, за да информират разработването на най-малко инвазивните диагностични тестове както за остър COVID-19, така и за MIS-C.

Данните за cfRNA също разкриват обогатяване на невронни гени, свързани със синаптогенезата и натоварването на cfRNA от клетките на Schwann, което предполага, че увреждането на периферната нервна система може да възникне в MIS-C. Бъдещите проучвания трябва да изяснят механизмите, управляващи неврологичното участие в остър MIS-C и тяхната връзка с дългосрочното невроразвитие.

Освен това, наблюдаваното увеличение на cfRNA от ендотелни клетки и cfRNA подписи на пироптоза може да обясни припокриващите се клинични прояви между MIS-C и KD при остро болни деца. Изследователите също така наблюдават увеличаване на клетъчната смърт и високи нива на хетерогенност в тъканите на произход (TOO) на cfDNA в MIS-C в сравнение с COVID-19 и контролите, съответстващи на системното възпаление, наблюдавано в MIS-C.

Заключения

Настоящото голямо, многоболнично проучване на 416 кръвни проби от 237 пациенти съобщава за надлъжен анализ на COVID-19 и MIS-C чрез дълбоко секвениране на три нуклеинови киселини, cfRNA, wbRNA и cfDNA. Надлъжното вземане на проби от тези клетъчно-асоциирани и безклетъчни нуклеинови киселини в остър, пост-остър, един месец и три времеви точки след хоспитализация даде възможност за пълна представа за имунните отговори и увреждането на тъканите, свързани с MIS-C и COVID-19.

При профилирането на wbRNA изследователите наблюдават противоположна динамика на дезинтегрина и металопротеиназата с тромбоспондинови мотиви (ADAMTS2) в MIS-C и COVID-19. Докато повишените нива на ADAMTS2 се върнаха към изходното ниво в MIS-C след един месец след хоспитализацията, същото не се случи при пациенти с COVID-19. По подобен начин нивата на лектин-подобен рецептор на клетки-убийци от подсемейство В, член 1 (KLRB1) в MIS-C се възстановяват след един месец след хоспитализацията, но не и при COVID-19. Въпреки първоначалната тежест, повечето клинични симптоми на MIS-C отзвучават в рамките на няколко седмици, а биомаркерите на възпаление и нараняване се нормализират. При профилирането на cfRNA повечето измервания на биомаркери, като стойности на CTO, се запазват за един месец, но се връщат към изходното ниво след три месеца хоспитализация.

Като цяло резултатите от проучването демонстрират полезността на cfRNA и cfDNA като комплементарни биомаркери на нуклеинова киселина vis-a-vis конвенционални диагностични методи, базирани на wbRNA, цитокини и протеомика при диагностициране на сложни болестни състояния като MIS-C.

* Важно съобщение

medRxiv публикува предварителни научни доклади, които не са рецензирани и следователно не трябва да се считат за убедителни, насочват клиничната практика/поведение, свързано със здравето, или да се третират като установена информация.

Референтен журнал:

  • Биомаркери на нуклеинова киселина на имунен отговор и увреждане на клетките и тъканите при деца с COVID-19 и MIS-C, Conor J Loy, Alicia Sotomayor-Gonzalez, Venice Servellita, Jenny Nguyen, Joan Lenz, Sanchita Bhattacharya, Meagen E Williams, Alexander P Cheng , Андрю Блис, Прачи Салдхи, Ноа Брейзър, Джесика Стрейтхорст, Уилям Суслович, Шарлот Хси, Бурак Бахар, Нейтън Ууд, Абиодун Форсайт, Амелия Глива, Кушмита Бхакта, Мария А. Перес, Лайла Хусаини, Еван Джей Ча Андерсън, Ан Мег Дилейни, Атул Дж. Бът, Роберта ДеБиази, Кристина А. Ростад, Иуийн Де Вламинк, Чарлз И Чиу, medRxiv предпечат 2022 г., DOI: https://doi.org/10.1101/2022.06.21.22276250,, https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2022.06.21.22276250v1

.