Šta uzrokuje citokinske oluje kod COVID-19 pacijenata?

Germinativne varijante u UNC13D i AP3B1 genima potencijalno su odgovorne za teške citokinske oluje koje doživljavaju određeni COVID-19 pacijenti

Danas smo svi upoznati sa simptomima koje koronavirus izaziva, a posledice oboljenja delimično spoznajemo ili ćemo o njima tek naučiti. Brojne naučne studije sa različitih aspekata svakodnevno ispituju kako sam virus, tako i druge faktore koji mogu uticati na kliničku sliku pacijenata. Nedavno sprovedena istraživanja dala su interesantne rezultate koji ukazuju da infekcija virusom SARS-CoV-2 često iziskuje teške citokinske oluje na koje pacijenti različito reaguju.

Šta su citokini? 

Citokini predstavljaju grupu proteina, peptida ili glikoproteina. Sekretuje ih širok spektar različitih ćelija, kao što su endotelne ćelije i fibroblasti, ali i ćelije imunog sistema, poput limfocita, monocita i makrofaga. Spadaju u kategoriju signalnih molekula koji posreduju u različitim fazama imunog odgovora, te na taj način regulišu tip, jačinu i dužinu imunske reakcije.

Citokini; izvor fotografije: https://www.news-medical.net/image.axd?picture=2017%2F9%2Fshutterstock_544562881.jpg

Šta su citokinske oluje? 

Citokinske oluje predstavljaju hiperinflamatorno stanje koje se javlja kao posledica preteranog imunog odgovora organizma. Citokinske oluje se mogu javiti kao rezultat infekcije, autoimune ili neke druge bolesti, a karakteriše ih prebrzo oslobađanje prevelike koncentracije citokina.

Kod pacijenata obolelih od virusa SARS-CoV-2 uočene su različite kliničke slike. Neki pacijenti imaju blage simptome, dok je za bolesnike koji su u teškom stanju i koji su primljeni na intenzivnu negu karakteristična pojava upravo citokinskih oluja. Citokinske oluje su usko povezane sa akutnim respiratornim distres sindromom (ARDS). Usled akutnog respiratornog distres sindroma dolazi do plućnog edema, odnosno oštećenja plućnog parenhima, kao i do višestrukog otkazivanja organa, pa čak i do smrti.

Citokinske oluje; izvor fotografije: https://www.frontiersin.org/files/Articles/574003/fimmu-11-02132-HTML/image_m/fimmu-11-02132-g001.jpg 

Postavlja se pitanje, zbog čega neki pacijenti imaju težu, a neki lakšu kliničku siku? Odgovore bismo mogli da potražimo u „osnovi svih osnova“, odnosno u našim genima. 

Geni povezani sa primarnom imunodeficijencijom (PID) nasledni su faktori koji dovode do poremećaja regulacije inflamatornog odgovora domaćina na infekciju. Među njima su naročito važni geni povezani sa hemofagocitnom limfohistiocitozom, stanjem preteranog odgovora imunog sistema. Naučnici u Kini sproveli su istraživanje sa ciljem ispitavanja 12 gena povezanih sa hemofagocitnom limfohistiocitozom, jer je upravo za ove gene utvrđeno da doprinose razvoju citokinskih oluja.

Materijal i metode

Ispitivana je populacija koju je činilo 233 novoobolelih COVID-19 pacijenata, u periodu između 13. januara i 5. marta 2020. godine. Pacijenti su bili hospitalizovani u jednoj bolnici u Vuhanu, u Kini.

Cilj istraživanja bio je utvrditi potencijalne varijante u genima koje bi mogle da budu asocirane sa citokinskim olujama kod određenih pacijenata. 

Kako citokini spadaju u proteine, izvršeno je sekvenciranje egzona svih 233 hospitalizovanih pacijenata, od onih koji su imali blage simptome, do 42 koji su imali teške simptome i koji su svrstani u kritičnu grupu. Pacijenti su bili starosne dobi od 46 do 68 godina. Izmerena je, takođe, i koncentracija serumskih citokina pacijenata i predstavljena je pomoću ROC krive. ROC kriva predstavlja grafički prikaz senzitivnosti i specifičnosti za svaku moguću graničnu vrednost ispitivane kontinuirane varijable. U ovom slučaju, ta varijabla jeste prijem pacijenata na intenzivnu negu (ICU), jer su upravo ovi pacijenti imali tendenciju da doživljavaju jake citokinske oluje. Sada je trebalo razumeti vezu između PID gena i teških citokinskih oluja.

Tri citokina (IP-10, IL-1Ra i MCP-3) ocenjena su kao uzročnici ozbiljnih citokinskih oluja. Na osnovu koncentracije ova tri citokina, pacijenti su svrstani u grupu sa visokim ili u grupu sa niskim nivoom citokina. U grupu sa visokim nivoom citokina svrstano je 15 pacijenata i kod njih su sva tri citokina istovremeno bila značajno povišenog nivoa. Ostalih 174 pacijenata bilo je svrstano u grupu sa niskim nivoom citokina. Važno je naglasiti da između grupe sa visokim nivoom i grupe sa niskim nivoom citokina nije bilo značajne razlike u starosnoj dobi, polu, komorbiditetu, kao ni u trajanju hospitalizacije.

U kreiranoj bazi podataka, pohranjeni su podaci o 241 PID genu. Ovi geni bili su uključeni u antivirusni imuni odgovor kod pacijenata sa primarnom imunodeficijencijom. U 145 PID gena kod 233 ispitivanih Kovid pacijenata, ustanovljene su određene mutacije, odnosno varijante. Identifikovano je 534 retke varijante, alelske frekvencije manje od 0.01 kada se izvrši poređenje sa nekom od referentnih baza podataka, kao što su 1000G i genomAD. 

Da bi se otkrili geni odgovorni za teške citokinske oluje, svaki od posmatranih gena upoređen je kod pacijenata koji su bili u grupi sa visokim nivoom citokina i pacijenata koji su bili u grupi sa niskim nivoom citokina. Utvrđeno je da su u grupi pacijenata sa visokim nivoom citokina četiri gena naročito pogođena mutacijama, odnosno bogata varijantama. Ono što je interesantno, jeste da su mutacije u ova četiri gena bile značajno zastupljenije kod pacijenata u grupi sa visokim nivoom citokina, nego u opštoj kineskoj populaciji (n=301) iz referentne baze 1000G.

UNC13D (26.7%, odds ratio (OR) = 6.7, 95% confidence interval (CI) = 1.8–25.1)
AP3B1 (13.3%, OR = 13.2, 95% CI = 1.7–101.7),
RNF168 (13.3%, OR = 26.6, 95% CI = 2.3–313.3),
DHX58 (20.0%, OR = 6.0, 95% CI = 1.4–26.0).
Izvor fotografije: Luo, H., Liu, D., Liu, W. et al. Germline variants in UNC13D and AP3B1 are enriched in COVID-19 patients experiencing severe cytokine storms. Eur J Hum Genet (2021).

Prema izvršenim analizama, UNC13D je gen sa najvišom frekvencijom mutacije. Odmah nakon njega, najveću frekvenciju mutacije imao je gen AP3B1. Sva četiri gena imali su OR iznad referentne vrednosti 1, što je povezano sa snažnim rizikom od razvoja citokinskih oluja. Da bi se potvrdili dobijeni rezultati, sprovedeno je ispitivanje mutacija u genima UNC13D i AP3B1, ciljanim sekvenciranjem u još jednoj grupi ispitanika. U ovoj grupi se nalazio 51 ispitanik kod koga je potvrđena infekcija Korona virusom, ali bez vidljivih simptoma. Zaključeno je da je samo 2% asimptomatskih pacijenata imalo mutaciju u UNC13D genu, što je zapravo 1 pacijent od njih 51. Takođe, 3.9% pacijenata (odnosno 2 od 51) imalo je mutacije u AP3B1 genu. Zaključeno je da je ukupan procenat pacijenata sa varijantama u ova dva gena (UNC13D i AP3B1) u grupi asimptomatskih pacijenata mnogo niži nego u grupi pacijenata sa visokim nivoom citokina (5.9% naspram 33% sa p<0.05).

Šta smo zaključili?

Ukupan procenat pacijenata sa varijantama u UNC13D ili AP3B1 genu, bio je dramatično veći u grupi sa visokim nivoom citokina, nego u grupi sa niskim nivoom citokina. Procenat pacijenata sa mutacijama u nekom od ova dva gena bio je veći i u kritičnoj grupi, grupi pacijenata na intenzivnoj nezi, kao i u grupi pacijenata preminulih od virusa SARS-CoV-2.

Izvor fotografije: Luo, H., Liu, D., Liu, W. et al. Germline variants in UNC13D and AP3B1 are enriched in COVID-19 patients experiencing severe cytokine storms. Eur J Hum Genet (2021).

Ograničenja istraživanja

Istraživanje je sprovedeno na ograničenom i diskutabilno dovoljnom broju ispitanika (233), a svi pacijenti pripadali su istoj etničkoj grupi, te je upitna validnost rezultata kada posmatramo druga geografska područja. Takođe, kompjuterskom analizom se ne mogu razlikovati funkcionalno štetne od neutralnih mutacija, a samo sekvenciranje egzona je nedovoljno, te je neophodno posmatrati genom u mnogo širem kontekstu. Ipak, daljim istraživanjima i unapređivanjem razumevanja individualne podložnosti citokinskim olujama, biće moguće razumeti i predvideti tok bolesti, ali i osmisliti različite terapije kojima bi se mogli tretirati i pacijenti koji spadaju u najkritičniju i najugroženiju grupu.

Izvor:

• Luo, H., Liu, D., Liu, W. et al. Germline variants in UNC13D and AP3B1 are enriched in COVID-19 patients experiencing severe cytokine storms. Eur J Hum Genet (2021)