Новое исследование рисует более подробную картину инфицирования лёгких вирусом SARS-CoV-2, раскрывая механизмы, приводящие к летальному исходу при COVID-19. Также оно, похоже, объясняет механизм долгосрочных осложнений и показывает важные отличия COVID-19 от других инфекционных заболеваний.
Исследование, проведённое под руководством учёных из Колледжа Вагелоса при Колумбийском университете (Columbia University Vagelos College of Physicians) и Комплексного онкологического центра Герберта Ирвинга (Herbert Irving Comprehensive Cancer Center), показало, что у пациентов, умерших от COVID-19, эта инфекция вызвала пагубную тройную реакцию, состоящую из запущенного воспаления, прямого разрушения и нарушения регенерации клеток лёгких, участвующих в газообмене, и ускоренного рубцевания лёгких.
Хотя в исследовании изучались лёгкие пациентов, умерших от этого заболевания, работа даёт надёжные основания, позволяющие сделать убедительные предположения о том, почему у выживших после тяжёлой формы COVID-19 могут возникать долгосрочные респираторные осложнения в результате рубцевания лёгких.
Работа опубликована в журнале Nature 29 апреля.
Новое исследование отличается от других тем, что в нём непосредственно изучалась лёгочная ткань (а не мокрота или бронхиальный мазок) с использованием метода молекулярного профилирования, позволяющего идентифицировать каждую клетку в образце ткани и регистрировать активность отдельных клеток.
— В нормальном лёгком есть много тех же клеток, которые мы находим в лёгком пациента с COVID-19, но в иных пропорциях и иных состояниях активности,
Команда Изара изучила лёгкие девятнадцати человек, умерших от COVID-19 и подвергшихся быстрому вскрытию (в течение нескольких часов после смерти), во время которого были собраны и немедленно заморожены лёгочные и другие ткани. Также учёные исследовали лёгкие пациентов, не страдавших COVID-19.
По сравнению с нормальными лёгкими, в лёгких пациентов с COVID-19 было обнаружено больше иммунных клеток, называемых макрофагами. Обычно во время инфекции эти клетки борются с патогенами, но также регулируют интенсивность воспаления, что помогает в борьбе с болезнью.
— При COVID-19 мы наблюдаем расширение и неконтролируемую активацию макрофагов. Они полностью выходят из равновесия и позволяют воспалению бесконтрольно нарастать. Это приводит к порочному кругу, в который попадает ещё больше иммунных клеток, вызывая ещё большее воспаление, что в конечном итоге повреждает лёгочную ткань,
Один из воспалительных цитокинов, в частности, IL-1beta, вырабатывается этими макрофагами с высокой скоростью.
— В отличие от других цитокинов, таких как IL-6, который, по-видимому, универсально распространён при различных пневмониях, выработка IL-1beta макрофагами более выражена при COVID-19 по сравнению с другими вирусными или бактериальными инфекциями лёгких. Это важно, потому что существуют лекарства, которые подавляют действие IL-1beta,
Некоторые из этих препаратов уже тестируются в клинических испытаниях на пациентах с COVID-19. Возможно, если подавить действие IL-1beta, заболевание будет протекать относительно легко, как при менее опасных инфекциях, когда вирус повреждает клетки лёгких, иммунная система очищает их от возбудителя и лёгкие восстанавливаются.
Однако в новом исследовании COVID-19 обнаружилось, что вирус SARS-CoV-2 не только разрушает альвеолярные эпителиальные клетки, важные для клеточного газообмена. Дело в том, что последующее воспаление нарушает способность оставшихся клеток восстанавливать повреждённое лёгкое. Хотя в нём всё ещё содержатся клетки, способные к восстановлению, воспаление постоянно удерживает их в «промежуточном» состоянии и лишает возможности завершить замещение повреждённого эпителия здоровым.
Исследователи также обнаружили большое количество специфических фибробластных клеток, называемых патологическими фибробластами, которые создают быстрое рубцевание в лёгких больных COVID-19. Когда фибробластные клетки заполняют лёгкое рубцовой тканью (это называется фиброзом), в лёгком остается меньше места для клеток, участвующих в газообмене, и оно окончательно повреждается.
Учитывая важность патологических фибробластов в развитии заболевания, команда Изара тщательно проанализировала эти клетки, чтобы выявить потенциальные мишени для лекарств. Алгоритм под названием VIPER, разработанный ранее Андреа Калифано (Andrea Califano), доктором наук, заведующим кафедрой системной биологии в Колледже врачей и хирургов имени Вагелоса, определил несколько молекул в клетках, которые играют важную роль и могут быть мишенью для существующих лекарств.
— Надеемся, что после того, как мы поделились этим анализом и огромным ресурсом данных, другие исследователи и фармацевтические компании смогут начать проверку и расширение наших идей и найти методы не только лечения тяжелобольных пациентов, но и снижения гнёта осложнений у пациентов, переживших тяжёлую форму COVID-19,
