Системное воспаление и кишечный микробиоценоз при COVID-19: роль макрофагальных белков воспаления в патогенезе заболевания | Мартынова Н.С., Понежева Ж.Б., Куликова Н.Г., Битюмина Л.А., Лазарева Е.Н., Усенко Д.В., Вдовина Е.Т.

Введение

Изучение патофизиологических механизмов инфекции, вызванной новым коронавирусом SARS-CoV-2 (COVID-19), остается одной из приоритетных задач современной медицины, особенно в контексте системной воспалительной активации и участия кишечной микробиоты в иммунном ответе. Одним из центральных звеньев патогенеза при COVID-19 является гиперпродукция провоспалительных медиаторов, включая хемокины, интерлейкины и факторы активации макрофагов. Среди них особое значение придается макрофагальным воспалительным белкам — MIP-1α и MIP-1β, способным запускать каскад провоспалительных реакций через активацию клеток врожденного иммунитета [1, 2].

В последние годы все больше внимания уделяется роли кишечной микробиоты в регуляции иммунного ответа. Кишечник представляет собой не только орган пищеварения, но и крупнейший иммунный орган, в котором осуществляется сложное взаимодействие между эпителиальными клетками, лимфоидной тканью и триллионами комменсальных микроорганизмов. Это взаимодействие обеспечивает как иммунную толерантность, так и адекватный воспалительный ответ [3, 4]. Нарушения в составе микробиоценоза ассоциированы с различными воспалительными, метаболическими и инфекционными заболеваниями. В контексте COVID-19 установлено, что вирусная инфекция может способствовать как прямому повреждению кишечного эпителия, так и нарушению микробного равновесия, сопровождающемуся снижением численности облигатных симбионтов и ростом условно-патогенной микрофлоры [5].

Результаты ряда исследований показывают, что микробиота кишечника может модулировать выраженность системного воспалительного ответа, влияя на характер цитокинового профиля [6, 7]. В частности, бактерии, продуцирующие короткоцепочечные жирные кислоты, такие как Faecalibacterium prausnitzii, Bifidobacterium spp. и Lactobacillus spp., обладают выраженными противовоспалительными свойствами. Снижение их количества на фоне COVID-19 ассоциировано с ухудшением течения заболевания и повышением содержания маркеров воспаления. Однако взаимосвязь между концентрациями макрофагальных хемокинов (MIP-1α, MIP-1β), растворимой формы белка CD14 (sCD14) и состоянием кишечного микробиоценоза у пациентов с COVID-19 средней степени тяжести до настоящего времени остается недостаточно изученной.

Цель исследования: определить роль макрофагальных белков воспаления в нарушении микробиоценоза толстого кишечника у больных COVID-19 средней степени тяжести.

Материал и методы

В исследование включены 100 пациентов с диагнозом «COVID-19 средней степени тяжести», госпитализированных в ГБУЗ ИКБ № 2 ДЗМ в период с 15 октября 2022 г. по 1 июня 2023 г. Исследование было одобрено этическим комитетом.

Критерии включения: возраст от 18 до 75 лет и лабораторно подтвержденный диагноз COVID-19, наличие подписанного информированного согласия на участие.

Критерии невключения: беременность, положительный результат теста на ВИЧ, обострение фоновых сопутствующих заболеваний, требующих медикаментозной терапии; отзыв подписанного информированного согласия.

Инфекция SARS-CoV-2 была подтверждена у всех (100%) пациентов обнаружением РНК SARS-CoV-2 методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией в мазках из носо/ротоглотки. Помимо стандартных исследований, проведенных согласно временным методическим рекомендациям 17-й версии, для оценки уровня ключевых медиаторов воспаления проведены специальные исследования методом иммуноферментного анализа с определением концентрации макрофагальных белков (MIP-1α и MIP-1β) с помощью наборов RayBio® «Human MIP-1α ELISA» и «Human MIP-1β ELISA» (США), а также sCD14 c набором «sCD14, Human, ELISA» (США) из образцов сыворотки венозной крови в день поступления (острый период) и перед выпиской из стационара (период ранней реконвалесценции). Референсные значения: MIP-1α <15,6 пг/мл, MIP-1β <7,8 пг/мл, sCD14 2–4 мкг/мл.

Микробиоценоз толстого кишечника оценивали путем посева образцов кала (в день поступления в стационар и перед выпиской) на специальные питательные среды согласно ОСТ 91500.11.0004-2003 «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника».

Статистический анализ проводили с помощью программного обеспечения StatTech v. 4.2.8 (ООО «Статтех», Россия). Нормальность распределения количественных переменных оценивали с помощью критерия Шапиро — Уилка (для выборок размером менее 50) или критерия Колмогорова — Смирнова (для выборок размером более 50). Количественные данные с ненормальным распределением представляли в виде медианы (Me) и межквартильного размаха [Q1–Q3]. Корреляционный анализ проводили с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена r. Значение коэффициента ≤0,3 расценивали как показатель слабой корреляционной связи, 0,4–0,7 — умеренной корреляционной связи, ≥0,7 — высокой корреляционной связи. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результат исследования

Под наблюдением находились 100 госпитализированных пациентов, из них 58% мужчин, медиана возраста составила 55 [18; 75] лет. В среднем пациенты поступали на лечение в стационар до 6-го дня с момента появления первых симптомов болезни. Все пациенты отмечали острое начало заболевания. При поступлении самыми частыми жалобами были лихорадка (87%), кашель (57%), астенический синдром (51%), боль и першение в горле (28%), одышка (24%), ринит (16%), тошнота/дискомфорт в животе (10%), диарея (8%). На амбулаторно-поликлиническом этапе противовирусные препараты принимали 18% пациентов, антибактериальные препараты — 22%. В стационаре в 65% случаев были назначены антибактериальные средства на фоне противовирусной терапии (100%). Продолжительность госпитализации в среднем составила 7–9 дней.

Основными сопутствующими заболеваниями у пациентов с COVID-19 были: артериальная гипертензия (40% наблюдений), ожирение (11%) и сахарный диабет 2 типа (11%). Анализ результатов компьютерной томографии (КТ) органов грудной клетки при поступлении выявил поражение легких, соответствующее КТ-1, у 10% пациентов, КТ-2 — у 5% и КТ-3 — у 2%, гидроторакс — у 5%; диагноз «вирусно-бактериальная пневмония» был поставлен в 18% случаев, а в 60% случаев легкие были не поражены.

У пациентов были выявлены различные гематологические нарушения: лейкоцитоз (12,5 [11,0–18,0] ×109/л) — у 41%, нейтрофилез (10,5 [8,8–14,5]×109/л) — у 35%, лимфопения (0,86 [0,63–1,04]×109/л) — у 36%, моноцитоз (1,20 [1,12–1,48]×109/л) — у 41%. Биохимический анализ крови продемонстрировал повышение уровня С-реактивного белка (СРБ) (32,6 [13,4–87,7] мг/л) в 90% случаев, что свидетельствует об активации острого фазового ответа. Уровень ферритина превышал референсные значения в 32% случаев, составив 472 [346–688] нг/мл, что может свидетельствовать о гиперферритинемии как проявлении системного воспаления. При этом гипопротеинемия и снижение уровня альбумина были зарегистрированы у 52% (63,4 [61,2; 65,0] г/л) при референсных значениях 66–83 г/л и у 18% (31,4 [29,3; 33,3] г/л) пациентов соответственно. Анализ коагулограммы выявил повышенный уровень D-димера (454 [329–711] нг/мл) у 50% пациентов при референсном значении до 250 нг/мл, а также удлинение протромбинового времени (13,8 [13,1–16,3] с) у 55% обследованных.

В острой фазе заболевания медиана уровня MIP-1α составила 126,8 [62,5–309,7] пг/мл, а медиана уровня MIP-1β — 156,85 [93,3–334,8] пг/мл. Повышенные значения обоих цитокинов были зарегистрированы у всех пациентов (100%) по сравнению с референсными значениями (p<0,001). Показатель MIP-1α превышал референсные значения в 5 и более раз у 27,7% пациентов, в 10 и более раз — у 44,4%. Повышение уровня MIP-1β более чем в 10 раз зафиксировано у 38,8% больных, а превышение более чем в 20 раз — у 50% пациентов.

В период ранней реконвалесценции концентрация MIP-1α оставалась повышенной у 86,1% обследованных по сравнению с нормой, медиана составила 147,0 [96,8–244,5] пг/мл (p<0,001). Доля пациентов с превышением уровня MIP-1α более чем в 5 раз незначительно увеличилась (с 27,7 до 33,3%), а превышение более чем в 10 раз сохранялось в динамике на сопоставимом уровне (41,6% против 44,4%). Медиана концентрации MIP-1β в периоде реконвалесценции составила 165,6 [111,9–264,5] пг/мл, повышенные значения сохранялись у 97,2% пациентов (p<0,001). Доля лиц с уровнем MIP-1β выше референсных значений в 10 и более раз снизилась с 38,8 до 30,5%, при этом доля с превышением более чем в 20 раз не изменилась и составила 50% (рис. 1).

Нарушение иммунореактивности показал и анализ уровня sCD14 — маркера активации моноцитарно-макрофагального звена. При поступлении в стационар медиана уровня sCD14 у пациентов составляла 8,1 [3,2–7,7] мкг/мл, превышение референсных значений до 8,3 [6,4–8,4] мкг/мл (p<0,001) отмечалось у 86,1% больных. К моменту выписки медианный уровень sCD14 снизился более чем в 2 раза и составил 4,0 [3,4–7,9] мкг/мл, однако почти у половины (47,2%) пациентов значения оставались выше референсных — 8,1 [5,2–8,3] мкг/мл) (рис. 2).

Такие показатели хемокинов (MIP-1α, MIP-1β) и sCD14 указывают на наличие системного воспаления даже в периоде ранней реконвалесценции COVID-19 и подтверждают необходимость коррекции выявленных нарушений.

Анализ состояния микробиоценоза толстого кишечника у пациентов в остром периоде выявил выраженное угнетение симбионтной и комменсальной микрофлоры, что, вероятно, отражает последствия системного воспалительного ответа и инфекционного процесса (см. таблицу).

В частности, снижение численности Lactobacillus spp. и E. coli регистрировалось у 85% обследованных, Bifidobacterium spp. — у 77%. Уровень E. faecalis был понижен у 71,5% пациентов, а E. faecium — у 72,5%.

При этом на фоне инфекционного процесса было зафиксировано увеличение частоты выделения условно-патогенных и патогенных микроорганизмов по сравнению с референсными значениями, характерными для здорового кишечного микробиоценоза. Согласно принятым микробиологическим нормативам концентрация условно-патогенной флоры в кишечнике не должна превышать 104 КОЕ/г, а патогенные микроорганизмы в норме не должны определяться вовсе. Тем не менее у пациентов с COVID-19 условно-патогенные микроорганизмы выделялись со следующей частотой: Klebsiella spp. — у 6,9%, Citrobacter spp. — у 2,7%, Pseudomonas spp. — у 2,7%, Candida spp. — у 11,1%. Патогенные микроорганизмы также были обнаружены: Staphylococcus aureus — у 6,9% пациентов и гемолитические штаммы E. coli — у 9,7%, E. coli лактозонегативные — у 5,5%.

В период ранней реконвалесценции наблюдалась тенденция к усилению дефицита представителей облигатной микрофлоры толстого кишечника. В частности, увеличение доли пациентов с пониженным уровнем Bifidobacterium spp. (p=0,747), Lactobacillus spp. (p=0,671), E. coli (p=0,068), E. faecalis (p=0,049) и E. faecium (p=0,807) свидетельствует о сохранении дисбиотических нарушений после клинического улучшения состояния пациентов (рис. 3).

При этом отмечалось незначительное увеличение частоты выделения отдельных условно-патогенных микроорганизмов: Klebsiella pneumoniae (с 6,9 до 14,6%; p=0,099) и Proteus spp. (с 0 до 7,3%; p=0,458). В то же время наблюдалось снижение частоты выявления Candida spp. (с 11,1 до 7,3%; p=0,669), элиминация Citrobacter spp., а также снижение доли пациентов с S. aureus (с 6,9 до 2,4%; p=0,498). Доля пациентов с выделением гемолитических штаммов E. coli в динамике не изменилась (7,2% в оба периода наблюдения), однако было зафиксировано статистически значимое снижение их количественного содержания: в остром периоде медианное значение составило 4,4×104 КОЕ/г, тогда как в фазе ранней реконвалесценции — 9,5×102 КОЕ/г (p=0,046), что может отражать частичное восстановление колонизационной резистентности кишечника.

Для более комплексной оценки влияния COVID-19 на микробиоценоз толстого кишечника были использованы индексы Шеннона и Симпсона, являющиеся признанными показателями α-разнообразия микробных сообществ. В остром периоде заболевания медиана индекса Шеннона составила 0,61 [0,01–1,02]. В фазе ранней реконвалесценции наблюдалось снижение этого показателя практически в 2 раза — до 0,35, что может свидетельствовать о прогрессирующем снижении микробного разнообразия даже после клинического выздоровления. Противоположная тенденция отмечена при анализе индекса Симпсона. В остром периоде медиана составила 0,69 [0,56–0,92], что указывает на уменьшение микробного разнообразия. В фазе реконвалесценции наблюдалось повышение индекса — до 0,82, что также говорит об обеднении кишечной микробиоты.

Дополнительную информацию о состоянии кишечного микробиоценоза дает индекс колонизационной резистентности (ИКР). При поступлении медиана ИКР составила 0,63 [0,41–0,76], а к моменту выписки — 0,69 [0,50–1,00], что демонстрирует незначительное повышение, не достигшее статистической значимости. В обе фазы заболевания у большинства пациентов (69,4% при поступлении и 59,5% при выписке) ИКР находился в пределах 0–0,81, что интерпретируется как благоприятное состояние — преобладание облигатной микрофлоры над условно-патогенной и патогенной. У 22,2 и 28,5% пациентов соответственно ИКР соответствовал норме. Однако у 8,3 и 11,9% пациентов регистрировались отрицательные значения индекса, что указывает на преобладание в кишечнике условно-патогенных и патогенных микроорганизмов и может рассматриваться как признак снижения колонизационной резистентности микробиоценоза.

В рамках проведенного исследования особое внимание было уделено анализу взаимосвязей между составом микробиоценоза кишечника и показателями системного воспалительного ответа у пациентов с COVID-19 средней степени тяжести. Умеренная положительная связь была выявлена между концентрацией MIP-1α, MIP-1β в остром периоде и количеством Lactobacillus spp. при выписке из стационара (r=0,450, p=0,011 для обоих показателей) (рис. 4). Полученная модель объясняет 1,3% наблюдаемой дисперсии Lactobacillus spp.

Концентрация MIP-1α и MIP-1β в остром периоде заболевания положительно коррелировала с E. faecalis при выписке (r=0,482, p=0,006 для обоих) (рис. 5). Полученная модель объясняет 16,3% наблюдаемой дисперсии E. faecalis.

Обсуждение

Результаты проведенного исследования подчеркивают ключевую роль иммуновоспалительных механизмов в патогенезе COVID-19 и демонстрируют тесную взаимосвязь между концентрациями провоспалительных хемокинов и состоянием кишечного микробиоценоза. Повышенные уровни макрофагальных воспалительных белков MIP-1α, MIP-1β и sCD14, зарегистрированные у всех пациентов в остром периоде заболевания и сохранявшиеся у большинства в фазе ранней реконвалесценции, свидетельствуют о персистирующей системной воспалительной активности. Эти данные согласуются с результатами других исследований, в которых описан пролонгированный цитокиновый ответ при COVID-19 [8, 9].

Иммунная система и микробиота кишечника функционируют во взаимосвязанной регуляторной оси, формируя динамичное равновесие между провоспалительными и противовоспалительными реакциями. Эта связь приобретает особую значимость в условиях SARS-CoV-2-инфекции, при которой нарушается иммунный гомеостаз, сопровождающийся снижением численности ключевых комменсальных таксонов (Lactobacillus spp., Bifidobacterium spp., E. coli) и одновременным увеличением доли условно-патогенных и патогенных микроорганизмов (K. pneumoniae, Proteus spp., Candida spp., E. coli лактозонегативные, S. aureus, гемолитическая E. coli). Полученные данные подтверждают наличие выраженного дисбиоза, вероятно, обусловленного как прямым вирусным воздействием, так и системным воспалением и нарушением целостности кишечного барьера [5, 7].

Особый интерес представляют выявленные положительные корреляции между уровнями MIP-1α и MIP-1β в острой фазе и численностью Lactobacillus spp. и Enterococcus faecalis в фазе реконвалесценции. Эти связи могут отражать как реакцию указанных бактериальных таксонов на провоспалительные сигналы, так и их возможное участие в регуляции иммунного ответа. Аналогичные зависимости были показаны ранее для Faecalibacterium, Akkermansia и Bifidobacterium, которые демонстрировали ассоциации с уровнями провоспалительных цитокинов у пациентов с COVID-19 [6].

Таким образом, наши результаты, впервые демонстрирующие статистически значимые корреляции между Lactobacillus spp., E. faecalis и макрофагальными хемокинами, расширяют понимание роли кишечной микробиоты в иммунной регуляции при новой коронавирусной инфекции.

Заключение

Полученные в ходе исследования данные свидетельствуют о значительном нарушении иммунного и микробиологического равновесия у пациентов с COVID-19 средней степени тяжести. У всех обследованных в острой фазе заболевания зафиксированы повышенные уровни MIP-1α и MIP-1β, которые и в периоде ранней реконвалесценции существенно превышали референсные показатели у большинства пациентов, что указывает на сохранение системного воспаления после клинического улучшения. Анализ кишечного микробиоценоза выявил выраженный дисбиоз, характеризующийся снижением численности облигатной микрофлоры с увеличением частоты выявления условно-патогенных и патогенных микроорганизмов. Эти изменения сопровождались снижением индекса α-разнообразия, что указывает на прогрессирующее обеднение микробной экосистемы даже после клинического улучшения и требует медикаментозной коррекции.

В ходе исследования были выявлены статистически значимые положительные корреляции между концентрациями хемокинов MIP-1α и MIP-1β в острой фазе заболевания и уровнем определенных представителей кишечной микрофлоры. Так, было установлено, что существует прямая связь между содержанием MIP-1α и MIP-1β и количеством Lactobacillus spp. (r=0,450, p=0,011) в период реконвалесценции. Аналогичная зависимость была обнаружена между этими хемокинами и E. faecalis (r=0,482, p=0,006).

Полученные данные свидетельствуют о важной роли макрофагальных белков воспаления в развитии дисбиоза. Они также демонстрируют, что как хемокины, так и указанные бактериальные таксоны участвуют в регуляции воспалительного ответа при COVID-19. Эти результаты существенно расширяют наше понимание механизмов иммунопатогенеза новой коронавирусной инфекции.

Сведения об авторах:

Мартынова Нина Сергеевна — аспирант, лаборант-исследователь клинического отдела инфекционной па-

тологии ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора; 111123, Россия, г. Москва, ул. Новогиреевская, д. 3А; ORCID iD 0000-0002-7995-9702

Понежева Жанна Бетовна — д.м.н., доцент, заведующая клиническим отделом инфекционной патологии ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора; 111123, Россия, г. Москва, ул. Новогиреевская, д. 3А; ORCID iD 0000-0002-6539-4878

Куликова Нина Георгиевна — к.б.н., руководитель научной группы антибиотикорезистентности пищевых патогенов ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора; 111123, Россия, г. Москва, ул. Новогиреевская, д. 3А.

Битюмина Люция Айткалиевна — научный сотрудник научной группы антибиотикорезистентности пищевых патогенов ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора; 111123, Россия, г. Москва, ул. Новогиреевская, д. 3А; ORCID iD 0000-0002-5378-0827

Лазарева Елена Николаевна — д.м.н., ведущий научный сотрудник клинического отдела инфекционной патологии ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора; 111123, Россия, г. Москва, ул. Новогиреевская, д. 3А; ORCID iD 0000-0002-6081-1740

Усенко Денис Валериевич — д.м.н., ведущий научный сотрудник клинического отдела инфекционной патологии ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора; 111123, Россия, г. Москва, ул. Новогиреевская, д. 3А; ORCID iD 0000-0001-5232-7337

Вдовина Елена Тагировна — заведующая 4-м инфекционным отделением ГБУЗ ИКБ № 2 ДЗМ; 105275, Россия, г. Москва, 8-я ул. Соколиной Горы, д. 15; ORCID iD 0000-0002-4099-0032

Контактная информация: Мартынова Нина Сергеевна, e-mail: ninabistrova1210@mail.ru

Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в пред­ставленных материалах или методах.

Статья поступила 20.06.2025.

Поступила после рецензирования 23.06.2025.

Принята в печать 24.04.2025.

About the authors:

Nina S. Martynova — Postgraduate Student, Laboratory Researcher at the Clinical Department of Infectious Pathology, Central Research Institute of Epidemiology of the Russian Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection

and Human Well-Being; 3A, Novogireevskaya str., Moscow, 111123, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-7995-9702

Zhanna B. Ponezheva — Dr. Sc. (Med.), Assistant Professor, Head of the Clinical Department of Infectious Pathology, Central Research Institute of Epidemiology of the Russian Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Well-Being; 3A, Novogireevskaya str., Moscow, 111123, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-6539-4878

Nina G. Kulikova — C. Sc. (Biol.), Head of a Scientific Group of Antibiotic Resistance of Food Pathogens, Central Research Institute of Epidemiology of the Russian Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Well-Being; 3A, Novogireevskaya str., Moscow, 111123, Russian Federation.

Lyutsiya A. Bityumina — Scientific Officer at the Scientific Group of Antibiotic Resistance of Food Pathogens, Central Research Institute of Epidemiology of the Russian Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Well-Being; 3A, Novogireevskaya str., Moscow, 111123, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-5378-0827

Elena N. Lazareva — Dr. Sc. (Med.), Leading Scientific Officer at the Clinical Department of Infectious Pathology, Central Research Institute of Epidemiology of the Russian Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Well-Being; 3A, Novogireevskaya str., Moscow, 111123, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-6081-1740

Denis V. Usenko — Dr. Sc. (Med.), Leading Scientific Officer at the Clinical Department of Infectious Pathology, Central Research Institute of Epidemiology of the Russian Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Well-Being; 3A, Novogireevskaya str., Moscow, 111123, Russian Federation; ORCID iD 0000-0001-5232-7337

Elena T. Vdovina — Head of the 4th Infectious Disease Department, Infectious Clinical Hospital No. 2; 15, 8th str. of Sokolinoy Gory, Moscow, 105275, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-4099-0032

Contact information: Nina S. Martynova, e-mail: ninabistrova1210@mail.ru

Financial Disclosure: no authors have a financial or property interest in any material or method mentioned.

There is no conflict of interest.

Received 20.06.2025.

Revised 23.06.2025.

Accepted 24.06.2025.