Факторы риска, иммунологические механизмы и биологические маркеры тяжелого течения COVID-19 (обзор исследований) | Биличенко Т.Н.

Введение

Новая коронавирусная инфекция COVID-19 (от англ. COrona VIrus Disease 2019) — новая зооантропонозная респираторная инфекция, вызываемая вирусом SARS-CoV-2. Вирус был впервые выявлен во время эпидемической вспышки заболевания, начало которой отмечено 11 декабря 2019 г. в городе Ухань (провинция Хубэй, Китай), и в течение года распространился по всему миру [1–3]. Исследования SARS-CoV-2 и COVID-19, проведенные в разных странах мира, позволили установить наиболее уязвимые для этой инфекции группы населения, изучить течение инфекции и разработать методы лечения и профилактики.

В данной работе проведен анализ факторов риска, иммунологических механизмов и биологических маркеров тяжелого течения COVID-19. Изучение эпидемиологии и факторов риска COVID-19 в России и мире проведено на основании оперативных статистических данных официальных источников информации (Роспотребнадзор, WHO, US CDC, China NHC, ECDC, DXY) о распространении инфекции и данных научных публикаций из разных стран [1–6]. При изучении факторов риска тяжелого течения COVID-19, вызванной вирусом SARS-CoV-2 (вирус идентифицирован — код U07.1 по МКБ-10), анализировались следующие показатели:

показатель летальности (Death rate) — число смертей / количество заражений — вероятность смерти при заражении вирусом (%) (1);

коэффициент смертности (Mortality) — количество смертей / количество случаев — вероятность смерти при заражении вирусом (%) (2);

коэффициент смертности при наличии хронических болезней у заболевших, которые предшествовали
смерти (коморбидности) (Death Rate Z) — число смертей /
количество случаев — вероятность смерти при заражении вирусом (%) (3); при сравнении показателей определяли отношение шансов (odds ratio, OR) и 95% доверительный интервал (confidants interval, CI).

Вирус SARS-CoV-2 — РНК-содержащий вирус с оболочкой семейства Coronaviridae, группа 2b Betacoronavirus, подрод Sarbecovirus — имеет по меньшей мере 70% сходства в генетической последовательности с SARS-CoV, его размер составляет ~100 нм [3]. До настоящего времени мир столкнулся с двумя вспышками заболеваний, вызванных мутировавшими коронавирусамии (CoV): тяжелый острый респираторный синдром (Severe acute respiratory syndrome, SARS) в 2002–2003 гг. и ближневосточный респираторный синдром (Middle East respiratory syndrome, MERS) в 2009–2010 гг. Вирус SARS-CoV-2 отличается от SARS-CoV-1 и MERS участком генома, который кодирует поверхностный гликопротеин — белок с углеводными частями (S-протеин), с помощью которого вирус прикрепляется к рецептору на поверхности клетки. Предварительное исследование предполагает существование двух штаммов вируса, обозначаемых как L и S; при этом L, вероятно, является изначальным вариантом вируса, который распространялся в Ухане, он более агрессивен и встречается реже. Вирус SARS-CoV-2 постоянно изменяется. В Южной Африке впервые был обнаружен штамм вируса 501Y.V2, обладающий большой контагиозностью, который затем был зарегистрирован в Англии и еще 41 стране.

Жизнеспособность SARS-CoV-2 на объектах окружающей среды сохраняется до 3 сут. Коэффициент передачи, т. е. среднее число людей, которые обязательно заразятся от одного инфицированного человека в популяции, никогда раньше не сталкивавшейся с той или иной болезнью, составляет 1,5–2,5. Путями передачи SARS-CoV-2 являются воздушно-капельный, контактный и, возможно, фекально-оральный. Заболевание COVID-19 вызывается новым вирусом, поэтому к инфекции восприимчивы люди всех возрастных категорий. Проведенный Китайским центром по контролю и профилактике заболеваний анализ показал, что среди 72 314 заболевших 87% были в возрасте от 30 до 79 лет, дети 9 лет и младше — 1%, дети и подростки в возрасте от 10 до 19 лет — 1%, пожилые люди в возрасте от 80 лет — 3% [6]. Случаи заболевания детей чаще отмечались в семье или в результате контакта с инфицированным человеком. Количество заболевших мужчин и женщин составило 51,0% и 49,0% соответственно. Частота заболевания среди контактных лиц достигала 1–4,8%. Заразившиеся медицинские работники составили 4% от общего числа заболевших. Средний инкубационный период, после которого развивалась клиническая картина острой респираторной инфекции (ОРИ) разной степени тяжести, составлял 6,4 сут (1–10 сут). Средний показатель летальности при COVID-19 в начале пандемии достигал 3,4% (для сравнения: при MERS — 34,4%, при SARS —
9,6%), а затем постепенно снижался до 2,2%. Тяжелое течение болезни встречалось в 14,0% случаев, и летальность при этом достигала 13,4%. Выздоровление заболевших COVID-19 наступало в течение 2–6 нед.

Диагностика COVID-19 основана на типичной клинической картине ОРИ и лабораторном выявлении РНК вируса на поверхности клеток методом количественной полимеразной цепной реакции (quantitative polymerase-chain-reaction, qPCR) с обратной транскрипцией в режиме реального времени, что позволяет диагностировать заражение человека вирусом SARS-CoV-2. Иммунный ответ на внедрение вируса в клетки человека сопровождается образованием в лимфоцитах крови защитных антител (АT), нейтрализующих вирус, уровень которых постепенно увеличивается в течение болезни и определяется на стадии выздоровления.

Исследователями в Исландии было проведено измерение АТ в образцах сыворотки крови 30 576 человек с использованием 6 анализов, включая 2 пан-иммуноглобулиновых (pan-Ig) анализа [7]. Изучались 2102 образца, отобранных у 1237 человек в течение 4 мес. после постановки диагноза с помощью qPCR. Результаты показали, что из 1797 человек, выздоровевших после инфекции SARS-CoV-2, 1107 из 1215 обследованных (91,1%) были серопозитивными; титры противовирусных АТ, определяемые двумя pan-Ig анализами, увеличивались в течение 2 мес. после постановки диагноза с помощью qPCR и оставались на плато в течение 4 мес. исследования. Среди 4222 лиц, помещенных в карантин после контакта с больными SARS-CoV-2, серопозитивными были 2,3%, а среди 23 452 человек, относительно которых не было известно о таком контакте, — 0,3%. Статистические данные показали, что 0,9% исландцев были инфицированы SARS-CoV-2, а у 0,3% эта инфекция была смертельной. В Исландии у заболевших лиц диагноз был подтвержден с помощью qPCR в 56% случаев заражения инфекцией SARS-CoV-2. Инфекция не была диагностирована с помощью qPCR (или не получен положительный результат при тестировании) у 44% лиц, инфицированных SARS-CoV-2, в том числе у 14% находившихся на карантине и 30% — вне карантина.

Факторы риска тяжелого течения COVID-19

Исследования, изучающие факторы риска развития COVID-19 в когортах с большой численностью обследованных, единичные [8–11]. Проанализированы данные о первичной медицинской помощи электронной платформы здравоохранения Англии (OpenSAFELY), которая охватывала 40% всех пациентов. Данные 17 278 392 взрослых лиц сопоставлены с данными 10 926 пациентов, умерших от COVID-19. Установлено, что риск смерти увеличивался с возрастом и был в 1,5 раза выше у лиц мужского пола (OR 1,59; 95% CI 1,53–1,65), афро-американцев (OR 1,48; 95% CI 1,30–1,69) и южно-азиатских народов (OR 1,44; 95% CI 1,32–1,58). Ряд фоновых заболеваний был связан с увеличением риска летального исхода при COVID-19: ожирение (стандартизованное OR 1,92; 95% CI 1,72–2,13) с индексом массы тела более 40 кг/м², сахарный диабет (СД) с гликированным гемоглобином на уровне не менее 58 ммоль/моль, бронхиальная астма с использованием системных кортикостероидов и другие хронические болезни органов дыхания, сердца, печени, перенесенный инсульт и другие неврологические болезни, аутоиммунные заболевания (ревматоидный артрит, волчанка, псориаз), иммуносупрессивные состояния. Риск заболевания в 2,5 раза более высокий отмечен у людей, которые в последние 5 лет имели гематологические злокачественные новообразования. Наличие в анамнезе диализа или терминальной стадии почечной недостаточности увеличивало риск в 3,5 раза
(ОR 3,69; 95% CI 3,09–4,39). Коррекция показателя по демографическим факторам (возраст, пол и этническая принадлежность) показала, что коэффициент риска для курения на данный момент незначительный (ОR 1,07; 95% CI 0,98–1,18). Коэффициент риска при артериальной гипертензии (АГ) с поправкой на возраст, пол, СД и ожирение снизился с ОR 1,09 (95% CI 1,05–1,14) до ОR 0,97 (95% CI 0,92–1,01). Mahil et al. проанализировали данные 374 пациентов с псориазом, зарегистрированных клиницистами в 25 странах, среди которых 71% получали биологическую терапию, 18% — терапию без применения биологических препаратов и 10% не получали никакого системного лечения данного заболевания [9]. Всего 348 (93%) пациентов с COVID-19 полностью выздоровели, 77 (21%) были госпитализированы, а 9 (2%) — умерли. При псориазе тяжелое течение COVID-19 чаще было у пациентов пожилого возраста (OR 1,59; 95% CI 1,19–2,13), мужского пола (OR 2,51; 95% CI 1,23–5,12), небелой этнической принадлежности (OR 3,15; 95% CI 1,24–8,03), с хроническими болезнями легких
(OR 3,87; 95% CI 1,52–9,83), получавших небиологическую системную терапию (OR 2,84; 95% CI 1,31–6,18), в отличие от получавших биологическую терапию.

Проведенный Китайским центром по контролю и профилактике заболеваний анализ выживаемости 44 672 пациентов с подтвержденным COVID-19 показал, что мужской пол, пожилой возраст, а также лейкоцитоз и высокий уровень лактатдегидрогеназы (ЛДГ), поражение сердца, гипергликемия и применение высоких доз кортикостероидов имели прямую связь с летальностью при тяжелой форме COVID-19 [10]. При тяжелых случаях заболевания у госпитализированных пациентов чаще, чем при среднетяжелом течении, выявляли артериальную гипертензию (38,7% и 22,2%; р=0,0001), СД (19,3% и 11,1%; р=0,009), ишемическую болезнь сердца (ИБС) (10,4% и 2,2%; р=0,0001), хроническую обструктивную болезнь легких (4,8% и 1,4%; р=0,026).

На основании базы данных 66 больниц Московской области, работающих в системе обязательного медицинского страхования, за период с 1 апреля по 23 июня 2020 г. проведен анализ данных 13 585 человек с диагнозом COVID-19 (женщин — 53,7%, мужчин — 46,3%; средний возраст 56,5±14,9 года; медиана 57 [46; 67] лет) [11]. У всех пациентов вирус был идентифицирован (код U07.1 по МКБ-10) с помощью qPCR на вирус SARS-CoV-2 в материале мазка из носоглотки и ротоглотки. Признаки вирусной интерстициальной пневмонии были выявлены у 93,8% пациентов, и они получали стандартное лечение согласно Временным методическим рекомендациям Министерства здравоохранения Российской Федерации [12]. Хотя бы одно коморбидное состояние было зафиксировано у 1518 (11,2%) больных, наиболее часто — АГ, ИБС и СД. У 71 пациентки COVID-19 развился во время беременности. Выписаны из стационара в состоянии излечения, улучшения или стабилизации 10 761 (79,2%) пациентка, 1246 (9,2%) — умерли, 1578 (11,6%) — оставались на лечении или были переведены в другие лечебные учреждения для долечивания. Сравнительный анализ данных 12 007 человек (10 761 человек с благоприятным и 1246 — с неблагоприятным исходами COVID-19) выявил, что в отсутствие коморбидных состояний частота летального исхода составила 9,4%, при одном коморбидном состоянии — 13,9% (p<0,001), при мультиморбидности — 24,8% (p<0,001). Статистически значимо увеличивали вероятность неблагоприятного исхода СД, психические нарушения, морбидное ожирение, ИБС, АГ, острое нарушение мозгового крово-обращения (в том числе в анамнезе), острый инфаркт миокарда (в том числе в анамнезе), хроническая сердечная недостаточность, аритмии, онкологические заболевания, хроническая болезнь почек. Скорректированный по возрасту индекс Charlson, начиная с уровня 3 балла, ассоциировался с более чем двукратным ростом внутрибольничной летальности (25,2%, p<0,001). В г. Москве проведен анализ данных общей выживаемости (с помощью регрессионной модели Кокса) 13 003 пациентов стационаров [13]. Установлено, что возраст и категория изменений в легких по данным компьютерной томографии по шкале «КТ 0–4» были статистически значимо ассоциированы с продолжительным течением COVID-19 (p<0,05). Риск смерти увеличивался с возрастом в среднем на 8,6% на каждые
5 лет (95% CI 0,8–17,0). При повышении категории КТ риск увеличивался в среднем на 38,0% (95% CI 17,1–62,6). Статистически значимой ассоциации принадлежности к полу с общей выживаемостью не выявлено (p=0,408).

Характеристика нарушений иммунитета при заражении человека SARS-CoV-2 и развитии COVID-19

Проникновение РНК-вирусов, таких как SARS-CoV-2, в клетку инициируется через вовлечение рецепторов распознавания образов (pattern recognition receptors, PRRs) вирусной одноцепочечной РНК (single-stranded RNA, ssRNA) и двухцепочечной РНК (double-stranded RNA viruses, dsRNA) через цитозольные RIG-I-подобные рецепторы (RIG-I-like receptors, RLRs), внеклеточные и эндосомальные толл-подобные рецепторы. При активации PRRs нижестоящие сигнальные каскады запускают секрецию цитокинов. Среди них наиболее важными для противовирусной защиты считаются интерфероны (interferon, IFN) I/III типа и другие цитокины, такие как провоспалительный фактор некроза опухоли-α (tumor necrosis factor, TNF-α) и интерлейкин (interleukin, IL) 1, IL-6 и IL-18. Вместе они индуцируют противовирусные программы в клетках-мишенях и потенцируют адаптивный иммунный ответ. Если IFN-I присутствует на ранней стадии и правильно локализован, он может эффективно ограничить инфекцию SARS-CoV-2 [14]. Получены ранние доказательства, что вирус SARS-CoV-2 чувствителен к действию IFN-I/III in vitro, возможно, в большей степени, чем SARS-CoV-1. На модели эпителиальных клеток кишечника установлено, что вирусная инфекция SARS-CoV-2 вызывала устойчивый иммунный ответ, где реакция, опосредованная интерфероном III типа, была значительно более эффективной в контроле репликации и распространения вируса по сравнению с IFN-I [15]. Однако специфические IFN-стимулированные гены, которые опосредуют эти защитные эффекты, все еще изучаются. Было показано, что локус E комплекса лимфоцитарного антигена 6 (LY6E) препятствует слиянию мембран, опосредованному белком спайка (спайков) SARS-CoV-2 (S). Предполагается, что белки IFN-индуцированного трансмембранного семейства ингибируют проникновение SARS-CoV-2, как было показано ранее для SARS-CoV-1. Поскольку эти цитокины представляют собой основной барьер для вирусной инфекции, коронавирусы развили несколько механизмов ингибирования индукции и передачи сигналов IFN-I [16]. Коронавирусы подавляют высвобождение IFN типа I/III из инфицированных клеточных линий, первичных бронхиальных клеток, особенно при тяжелой форме COVID-19 по сравнению с легкими или умеренными случаями. Коронавирусы противодействуют на каждом этапе пути —  от восприятия PRR и секреции цитокинов до трансдукции IFN-сигнала и избегают активации PRR или затрудняют свое распознавание. Сходство dsRNA экранируется мембраносвязанными компартментами, которые образуются во время вирусной репликации; кроме того, вирусная РНК покрыта гуанозином и метилируется на 5’-конце неструктурными белками (non-structural protein, NSP) коронавируса 10, 13, 14 и 16, что делает его похожим на матричную РНК хозяина и способствует трансляции, предотвращает деградацию и уклоняется от восприятия RLR. Наконец, коронавирусы также кодируют эндорибонуклеазу NSP15, расщепляющую 5Ђ-полиуридины, образующиеся при репликации вируса, которые были бы обнаружены рецепторами MDA5. Чтобы предотвратить передачу сигналов после высвобождения IFN, белки коронавирусов ингибируют несколько этапов пути трансдукции сигнала, которые присоединяют рецепторные субъединицы (IFNAR1 и IFNAR2) к белкам STAT, активирующие транскрипцию. Множество стратегий, выработанных коронавирусами для избегания иммунного определения, особенно путь IFN-I, предполагает критическую роль, которую играет дисрегуляция ответа IFN-I в патогенности COVID-19. Эффект IFN является защитным на ранних стадиях заболевания, но позже становится патологическим [14]. Этому может способствовать индуцированная IFN повышенная регуляция ангиотензинпревращающего фермента 2 (Angiotensin-converting enzyme 2, ACE2) в эпителии дыхательных путей. Кроме того, в то время как патогенные коронавирусы блокируют сигналы для IFN, они могут активно стимулировать другие воспалительные пути, способствующие патологии. Белки SARS-CoV-2 NSP9 и NSP10 могут индуцировать продукцию IL-6 и IL-8 путем ингибирования NKRF, эндогенного репрессора NF-κB [17]. В совокупности эти провоспалительные процессы, вероятно, способствуют развитию «цитокинового шторма», наблюдаемого у пациентов с COVID-19, и обосновывают роль целевых схем иммуносупрессивного лечения. Четкое понимание тонкого баланса между противовирусными и воспалительными врожденными иммунными механизмами имеет важное значение для определения эффективных биомаркеров и терапевтических средств при COVID-19.

Иммунные реакции слизистой оболочки на инфекционные агенты организуются и регулируются миелоидными клетками со специализированными функциями, которые включают обычные клетки, моноцитарные, плазмоцитарные и макрофаги. Растущее количество доказательств указывает на дисрегуляцию миелоидных реакций, которые потенциально приводят к таким характерным синдромам COVID-19, как острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС), синдром высвобождения цитокинов и лимфопения [18]. Нуклеокапсидный белок SARS-CoV-2 экспрессируется в лимфатических узлах и селезенке. Макрофаги при COVID-19 CD169⁺ продуцируют IL-6. Значительно повышенные системные уровни провоспалительного цитокина IL-6 при COVID-19 продемонстрировали корреляцию с тяжестью заболевания. Повышенный уровень IL-6 также может быть связан с более высокими уровнями IL-2, IL-7, IFN-γ и гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора, что наблюдается при вторичном гемофагоцитарном лимфогистиоцитозе. В ответ на вирусные инфекции мононуклеарные фагоциты секретируют IFN-I и IFN-III, что приводит к активации воспалительных процессов, индукции патогенных клеточных реакций Th1 и Th17, рекрутированию эффекторных иммунных клеток и синдрому высвобождения цитокинов. Сила и продолжительность передачи сигналов миелоидного IFN-стимулированного гена потенциально может способствовать тяжести заболевания COVID-19. В отличие от ранней защитной роли легочных резидентных и рекрутированных гранулоцитов, нейтрофильный нетоз и перекрестные вмешательства макрофагов могут стимулировать более поздние стадии воспалительных каскадов. В совокупности современные знания об инфекции SARS-CoV-2 указывают на участие миелоидных клеток в патогенезе COVID-19, несмотря на их роль в ранних противовирусных реакциях.

Врожденные лимфоидные клетки (innate lymphoid cells, ILC) — это иммунные эффекторные клетки, у которых отсутствует экспрессия антигенных рецепторов. Семейство ILC делится на две основные группы: цитотоксические естественные киллерные (NK) клетки и нецитотоксические хелперные ILC, которые включают ILC1, ILC2 и ILC3. Обычные NK-клетки включают CD56brightCD16^— NK-клетки и CD56dimCD16⁺ NK-клетки, которые специализируются на производстве цитокинов или цитотоксичности соответственно. Исследования показали снижение количества NK-клеток в периферической крови пациентов с COVID-19, что связано с тяжестью заболевания [19]. Большинство легочных NK-клеток являются нерезидентными и поступают из периферической крови в легкие пациентов с COVID-19. Они способны индуцировать лизис инфицированных вирусом клеток, которые повышают регуляцию вирусных белков, а также стресс-индуцибельных лигандов, которые затем распознаются NK-клеточными рецепторами, такими как NKp46. Кроме того, секреция антител IgG1 и IgG3 во время инфекции SARS-CoV-2 может индуцировать активацию CD56dimCD16⁺ NK-клеток через распознавание Fc-рецептором АТ, связанных с поверхностными антигенами, экспрессируемыми на инфицированных клетках, или с внеклеточными вирионами в виде иммунных комплексов. Запуск активации NK-клеток может способствовать не только разрешению инфекции, но и «цитокиновому шторму» при ОРДС. Пациенты с COVID-19 имеют более высокие концентрации IL-6 в плазме крови и низкое число NK-клеток. Стимуляция in vitro IL-6 и растворимым рецептором IL-6 выявила нарушение цитолитических функций (продуцирование перфорина и гранзима В) здоровых донорских NK-клеток, которые могут быть восстановлены после добавления тоцилизумаба (блокада IL-6R). В плазме крови пациентов с COVID-19 повышается содержание TNF-α, а анализ взаимодействия лиганд-рецепторов периферической крови (секвенирование ДНК одиночных клеток) позволяет предположить, что секретируемый моноцитами TNF-α может связываться со своими рецепторами на NK-клетках. Эти данные предполагают, что перекрестный контакт с моноцитами может ухудшать распознавание NK-клеток и убивать инфицированные SARS-CoV-2 клетки, а АТ, нацеленные на IL-6 и TNF-сигнализацию, могут принести пользу.

Т-клетки играют фундаментальную роль в вирусных инфекциях: Т-клетки CD4 обеспечивают В-клеточную помощь для выработки АТ и управляют реакцией других иммунных клеток, тогда как Т-клетки CD8 убивают инфицированные клетки, чтобы уменьшить вирусную нагрузку. Правильное ведение больных COVID-19 требует лучшего понимания патогенеза заболевания [20]. Внезапное клиническое ухудшение через 7–8 дней после появления первых симптомов болезни свидетельствует о том, что тяжелая дыхательная недостаточность (ДН) при COVID-19 обусловлена уникальным паттерном иммунной дисфункции. Изучение иммунных реакций 54 пациентов с COVID-19 выявило, что 28 из них имели тяжелую ДН и синдром активации макрофагов или очень низкую экспрессию человеческого лейкоцитарного антигена D (HLA-DR), сопровождающиеся глубоким истощением лимфоцитов CD4, CD19 и NK. Продукция циркулирующими моноцитами TNF-α и IL-6 была устойчивой, что отличалось от бактериального сепсиса или гриппа. У пациентов с SARS-CoV-2 в плазме крови ингибировалась экспрессия HLA-DR, которая частично восстанавливалась блокатором ИЛ-6 тоцилизумабом. Таким образом, уникальный паттерн иммунной дисрегуляции при тяжелом течении COVID-19 характеризуется опосредованной IL-6 низкой экспрессией HLA-DR и лимфопенией, связанной с устойчивой продукцией цитокинов и гипервоспалением При COVID-19 было отмечено снижение общего количества CD4 и CD8 Т-клеток в периферической крови. Снижению количества Т-клеток крови, вероятно, способствуют следующие механизмы:

воспалительные цитокины сыворотки крови IL-6, IL-10, IFN-I и TNF-α могут ингибировать рециркуляцию Т-клеток в крови, способствуя задержке в лимфоидных органах и прикреплению к эндотелию;

гибель лимфоцитов под действием IL-6, а также Fas/FasL-взаимодействия. Эту гипотезу подтверждает тот факт, что антагонист рецепторов IL-6 тоцилизумаб увеличивает количество циркулирующих лимфоцитов. Иммуногенные Т-клеточные эпитопы распределены по нескольким белкам SARS-CoV-1 (S, N, M, а также ILI F3), хотя ответы CD4-Т-клеток были более ограничены белком S. У выживших после SARS-CoV-1 величина и частота специфической памяти CD8-Т-клеток превосходили число CD4-клеток памяти, и вирус-специ­фические Т-клетки сохранялись не менее 6–11 лет, что предполагает, что Т-клетки могут обеспечивать длительную невосприимчивость [21].

Увеличение популяции CD4-Т-клеток может быть связано с более тяжелым течением заболевания, поскольку летальные исходы коррелируют с повышением уровня сывороточных цитокинов Th2-клеток (IL-4, IL-5, IL-10). Индукция устойчивого Т-клеточного иммунитета, вероятно, необходима для эффективного контроля вируса, дисрегуляция Т-клеточных реакций может вызывать иммунопатологию и способствовать тяжести течения COVID-19.

Реакции В-клеток, выработка АТ и гуморальный иммунный ответ имеют решающее значение для удаления цитопатических вирусов и являются основной частью реакции клеток памяти, которая предотвращает реинфекцию. SARS-CoV-2 вызывает устойчивый В-клеточный ответ, о чем свидетельствует быстрое и почти универсальное обнаружение вирус-специфических IgM, IgG и IgA, а также нейтрализующих IgG АТ в течение нескольких дней после заражения. Сероконверсия встречается в большинстве случаев COVID-19 у пациентов между 7-м и 14-м днями после появления симптомов, и титры АТ сохраняются в течение нескольких недель после вирусного заражения. Обычно обнаруживаются АТ, связывающие внутренний N-белок SARS-CoV-2 и внешний S-гликопротеин [22]. Вход в клетку SARS-CoV-2 зависит от связывания между рецептор-связывающим доменом (receptor-binding domain, RBD) вирусного спайкового белка и рецептором клетки-мишени ACE2. RBD белка S обладает высокой иммуногенностью, и АТ, связывающие этот домен, могут быть потенциально нейтрализующими, блокируя взаимодействие вируса с рецептором входа хозяина ACE2. У большинства обследованных пациентов обнаруживаются нейтрализующие анти-RBD АТ. Хотя перекрестная реактивность к S- и N-белкам SARS-CoV-1 и MERS-CoV к S-белку была обнаружена в плазме крови пациентов с COVID-19, перекрестной реактивности к RBD от SARS-CoV-1 или MERS-CoV обнаружено не было. Кроме того, плазма крови от пациентов с COVID-19 не нейтрализовала SARS-CoV-1 или MERS-CoV RBD-специфичные CD19⁺IgG⁺. В-клетки памяти были отсортированы у 8 доноров с COVID-19 в период с 9-го по 28-й день после появления симптомов [23]. При изучении 209 образцов RBD-специфических моноклональных АТ, полученных из одиночных В-клеток 8 инфицированных SARS-CoV-2 человек, было обнаружено, что они происходят из различных семейств тяжелых и легких цепей АТ без видимого преобладания отдельных. В образцах от одного пациента, отобранных для дальнейшего анализа, обнаружили сосуществование дивергентных клонов АТ, обладающих связывающей и нейтрализующей активностью против псевдовируса и живого SARS-CoV-2. Нейтрализующая способность АТ определяется конкуренцией с рецептором ACE2 за связывание RBD. Реакция АТ на RBD является вирусной видоспецифической, в то время как перекрестное распознавание нацелено на области вне RBD. Из последовательностей генов АТ было получено 209 специфических моноклональных АТ к SARS-CoV-2. Моноклональные АТ имели разнообразные характеристики, относительно низкие или отсутствующие соматические мутации и переменную реактивность связывания с константами диссоциации, достигающими значений от 10^-8 до 10^-9, аналогично АТ, выделенным при острых инфекциях. Были охарактеризованы два мощных нейтрализующих SARS-CoV-2 RBD-специфических моноклональных АТ, которые не вступали в перекрестную реакцию с RBD SARS-CoV-1 или MERS-CoV. Вместе эти результаты показывают, что нейтрализация, опосредованная АТ, является вирус-специфической и, вероятно, обусловлена связыванием эпитопов внутри RBD. Выявленные разнообразные и мощные нейтрализующие АТ являются перспективными кандидатами для профилактических и терапевтических вмешательств при SARS-CoV-2.

Реакция В-клеток на вирус служит не только для защиты от первоначального воздействия, но и для обеспечения расширенного иммунитета против реинфекции. После разрешения инфекции плазматические клетки, образующиеся в острой и реконвалесцентной фазах, продолжают секретировать АТ, вызывая серологическую память. В-клетки памяти, которые также образуются во время первичной инфекции, составляют второе плечо В-клеточной памяти. В-клетки памяти могут быстро реагировать на реинфекцию, генерируя новые высокоаффинные плазматические клетки. Долгосрочная защита достигается за счет индукции долгоживущих плазматических клеток и В-клеток памяти. Существует большой интерес к пониманию продолжительности жизни реакций памяти В-клеток на SARS-CoV-2. Защита от реинфекции имеет прямые медицинские и социальные последствия, поскольку весь мир занимается разработкой стратегий вакцинации для возобновления нормальной деятельности. У пациентов с COVID-19 данные об универсальной сероконверсии и отсутствие существенных признаков реинфекции указывают на устойчивую выработку АТ, что наряду с ответом Т-клеток памяти защитит от реинфекции. Из-за ограниченного периода времени вспышки этой инфекции пока невозможно узнать природу и степень реакции долговременной памяти. Несколько исследований показали, что высокие титры вирус-специфических АТ к SARS-CoV-2 связаны с большей нейтрализацией вируса in vitro и имеют обратную связь с вирусной нагрузкой у пациентов [24]. При анализе 535 образцов плазмы 173 пациентов с инфекцией SARS-CoV-2, собранных во время госпитализации, на наличие общего количества АТ (Ab), IgM и IgG против SARS-CoV-2 частота сероконверсии составила 93,1, 82,7 и 64,7% соответственно. Медиана времени сероконверсии для Ab, IgM, а затем IgG составила 11, 12 и 4 дня соответственно. Содержание АТ было <40% среди пациентов в течение 1 нед. от начала заболевания и быстро увеличивалось до 100% (Ab), 94,3% (IgM) и 79,8% (IgG) к 15-му дню после начала заболевания. Напротив, обнаружение РНК снизилось с 66,7% (58/87) в образцах, собранных до 7-го дня, до 45,5% (25/55) в течение 15–39 дней. Сочетание обнаружения РНК и АТ значительно улучшило чувствительность патогенетической диагностики COVID-19 (р<0,001) даже в ранней фазе 1-й недели от начала заболевания (р=0,007). Кроме того, более высокий титр Аb был независимо связан с более тяжелой клинической картиной (р=0,006). Это предполагает, что одного мощного ответа АТ недостаточно, чтобы избежать тяжелого течения болезни, и что реакция АТ на эти вирусы может способствовать развитию легочной патологии через антителозависимое усиление (Antibody-dependent enhancemen, ADE). Это явление наблюдается, когда не нейтрализующие вирус-специфические IgG облегчают проникновение вирусных частиц в Fc-рецепторы экспрессирующих клеток, в частности макрофагов и моноцитов, что приводит к активации этих клеток. На данный момент нет никаких доказательств того, что естественным образом выработанные АТ к SARS-CoV-2 способствуют развитию патологических признаков, которые наблюдаются при COVID-19. Однако эту возможность следует учитывать, когда речь идет об экспериментальном проектировании и разработке терапевтических стратегий. Важно отметить, что во всех описаниях ADE, относящихся к коронавирусу, FcR был необходим для запуска опосредованной АТ патологии. Высокие дозы интравенозного иммуноглобулина (IVIg), который может снижать ADE, были апробированы у пациентов с COVID-19. Далее необходимы исследования, которые определят, в какой степени внутривенное введение иммуноглобулина безопасно и эффективно при вирусной пневмонии COVID-19. При изучении вакцин должны быть рассмотрены возможности развития патологии, обусловленной АТ, при повторном вводе антигена; стратегии с использованием F(ab)-фрагментов или сконструированных моноклональных АТ Fc могут оказаться особенно полезными в этих условиях [25].

Биомаркеры восприимчивости и риска развития COVID-19

Факторы риска восприимчивости к COVID-19 были изучены в нескольких исследованиях. Zhao et al. сравнили распределение групп крови AB0 в когорте из 2173 пациентов с COVID-19 и в контрольных группах здоровых пациентов из соответствующих регионов [26]. Они обнаружили, что группа крови А связана с более высоким риском заражения COVID-19 по сравнению с другими группами крови, группа крови 0 соответствовала самому низкому риску заражения. Обширное повреждение, возникающее в спе-
цифических органах в тяжелых случаях COVID-19, может быть связано с различиями в экспрессии ACE2. Хотя выявление полиморфизмов и связанных с ними генов и путей развития SARS-CoV-2 потребует больших когорт, в нескольких исследованиях уже были выделены генетические полиморфизмы, которые потенциально могут влиять на восприимчивость, а именно ACE2 (SARS-CoV-2 рецептор) и TMPRSS2 (шип активатор протеина). Cao et al. идентифицировали варианты, потенциальные количественные локусы признаков (eQTL) ACE2, которые могут изменять экспрессию генов, кодирующих ACE2, и проанализировали их частоты в различных популяциях [27].

Серологические маркеры рутинного анализа крови были получены путем сравнения пациентов с легкими/умеренными симптомами и пациентов с тяжелыми симптомами. Это различные белки острой фазы воспаления, такие как сывороточный амилоидный белок и С-реактивный белок (СРБ), повышение уровня которого уникально для пациентов с COVID-19 по сравнению с другими вирусными инфекциями. К другим постоянно регистрируемым маркерам у погибших от инфекции относятся повышенные уровни прокальцитонина, IL-6, мочевины, креатинина, цистатина С, прямого билирубина и холинэстеразы в сыворотке крови. Воспалительные маркеры часто встречаются в тяжелых случаях COVID-19 и, возможно, связаны с тяжестью симптомов и клиническим исходом. Лимфопения является наиболее часто описываемым прогностическим маркером при COVID-19, предсказывает заболеваемость и летальность даже на ранних стадиях [28]. Tan et al. предложили прогностическую модель, основанную на подсчете лимфоцитов в двух временных точках: пациенты с менее чем 20% лимфоцитов на 10–12-й день от появления симптомов и менее чем 5% на 17–19-й день имели худшие результаты в этом исследовании [29]. Wynants et al. при сравнении предикторов тяжести заболевания у более чем 1330 пациентов по 7 элементам выделили СРБ, отношение нейтрофилов к лимфоцитам и ЛДГ как наиболее значимые прогностические биомаркеры [30]. В различных исследованиях были обнаружены повышенные уровни СРБ, ЛДГ и D-димера, а также снижение количества тромбоцитов и лимфоцитов в крови [31]. Тромбоцитопения и повышенный уровень D-димера могут свидетельствовать о коагулопатиях у пациентов с COVID-19 с системными и легочными тромбозами с активацией внешнего каскада коагуляции, включающего дисфункциональные изменения эндотелия и моноцитарную инфильтрацию [32].

Иммунологические биомаркеры периферической крови, некоторые цитокины и другие параметры были связаны с тяжестью COVID-19. В нескольких исследованиях повышенные уровни IL-6, IL-2R, IL-8, IL-10 и GM-CSF были обнаружены у госпитализированных пациентов, особенно в критическом состоянии, и связаны с дыхательной недостаточностью и плохим прогнозом [33, 34]. Liu et al. разработали модели на основе веб-инструмента, с помощью K-средства кластеризации для прогнозирования смерти или выписки из больницы пациентов с COVID-19, используя возраст и сопутствующие заболевания (бинарный), и на основе log Т-хелперов лимфоцитов (TH), log количества супрессорных Т-клеток (ТS), и log соотношения TH/TS [35]. Общее количество Т-клеток, ТH-клеток и ТS-клеток было значительно ниже, а соотношение ТH/ТS было значительно выше у пациентов, умерших от инфекции, чем у выздоровевших пациентов.

Заключение

Заболевание COVID-19 имеет определенную стадийность в развитии клинических проявлений, которые определяются характером и степенью выраженности иммунологических нарушений, вызванных вирусом SARS-CoV-2 и последующей воспалительной реакцией. В течение инкубационного периода и ранней фазы заболевания количество лейкоцитов и лимфоцитов находится в норме или немного уменьшено. После того как SARS-CoV-2 связывается с чрезмерно экспрессирующими ACE2 органами, такими как желудочно-кишечный тракт и почки, наблюдается увеличение неспецифических маркеров воспаления. В более тяжелых случаях происходит выраженное системное высвобождение медиаторов воспаления и цитокинов с соответствующим нарастанием лимфопении и потенциальным поражением лимфоидных органов. Лимфопения, повышение провоспалительных маркеров и цитокинов, гиперкоагуляция крови характеризуют тяжелые случаи COVID-19 с признаками синдрома высвобождения цитокинов и связаны с разнообразными клиническими проявлениями от легких до тяжелых и критических. Большинство серологических и иммунологических параметров, наблюдаемых при COVID-19, связаны с тяжестью заболевания, но могут не иметь прогностической значимости, так как не эффективны для раннего выявления пациентов с более высоким риском. Установлен ряд факторов риска тяжелого течения COVID-19, среди которых ведущее значение имеют возраст пациента и коморбидность — факторы, определяющие прогноз внутрибольничной летальности у госпитализированных больных.

Сведения об авторе:

Биличенко Татьяна Николаевна — д.м.н., профессор, заведующая лабораторией клинической эпидемиологии ФГБУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России; 115682, Россия, г. Москва, Ореховый бульвар, д. 28; ORCID iD 0000-0003-3138-3625.

Контактная информация: Биличенко Татьяна Николаевна, e-mail: tbilichenko@yandex.ru.

Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах и методах.

Конфликт интересов отсутствует.

Статья поступила 13.07.2021.

Поступила после рецензирования 05.08.2021.

Принята в печать 30.08.2021.

About the author:

Tatyana N. Bilichenko — Dr. Sc. (Med.), Professor, Head of the Laboratory of Clinical Epidemiology, Research Institute of Pulmonology of the Russian Federal Medical Biological Agency; 28, Orekhovyi Boulevard, Moscow, 115682, Russian Federation; ORCID iD 0000-0003-3138-3625.

Contact information: Tatyana N. Bilichenko, e-mail: tbilichenko@yandex.ru.

Financial Disclosure: the author has no a financial or property interest in any material or method mentioned.

There is no conflict of interests.

Received 13.07.2021.

Revised 05.08.2021.

Accepted 30.08.2021.