Содержание нейропилина-1 в сыворотке крови больных с внебольничной пневмонией на фоне инфицирования SARS-CoV-2

• Дьяков Денис Александрович
• Акбашева Ольга Евгеньевна
• Спирина Людмила Викторовна
• Шувалов Игорь Юрьевич
• Кебекбаева Амина Ерлановна
• Масунов Владимир Николаевич
• Масунова Надежда Владимировна

Резюме

Имеются сведения о роли вируса SARS-CoV-2 в развитии повреждений центральной и периферической нервной системы, нарушении гематоэнцефалического барьера, который использует в качестве входных ворот трансмембранный белок нейропилин-1 (NRP-1).

Цель исследования - изучение содержания NRP-1 в сыворотке крови больных COVID-19 с двусторонней внебольничной пневмонией.

Материал и методы. В исследование включены 92 пациента с диагнозом "COVID-19, осложненная внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией". На основании клинических данных пациенты были разделены на 2 подгруппы: с сахарным диабетом (n=15) и без него (n=77). Пациенты без сахарного диабета были разделены на группы в зависимости от концентрации глюкозы в сыворотке крови натощак: 1-я группа - уровень глюкозы ≤6 ммоль/л (n=31); 2-я группа - уровень глюкозы >6 ммоль/л (n=46). В контрольную группу включены 15 здоровых людей. Содержание NRP-1 в сыворотке крови определяли с помощью иммуноферментного анализа.

Статистический анализ проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica 12.0 (StatSoft Inc., США). Использовали тесты Колмогорова-Смирнова, Манна-Уитни и непараметрический корреляционный анализ. Результаты представлены в виде медианы, нижнего и верхнего квартиля. Различия считали статистически значимыми при р<0,05.

Результаты и обсуждение. Содержание NRP-1 в сыворотке крови пациентов с COVID-19, осложненной внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией, было увеличено в 1,9 раза по отношению к практически здоровым людям. При SpO₂ >95 уровень NRP-1 статистически значимо увеличился в 2,1 раза, при SpO₂ ≤95 - в 1,5 раза. Однако при развитии тяжелой степени дыхательной недостаточности наблюдается снижение этого показателя в 2,2 раза по сравнению с пациентами с уровнем SpO₂ >95, достигая значений контрольной группы. У пациентов с COVID-19, осложненной внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией с благоприятным исходом, содержание NRP-1 увеличилось в 2,1 раза по отношению к контрольной группе, что выше в 2,7 раза по сравнению с пациентами с неблагоприятным прогнозом заболевания.

Содержание NRP-1 снижалось в 2,56 раза у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. Отмечается рост показателя в 1,3 раза у больных с концентрацией глюкозы >6 ммоль/л по сравнению с пациентами, у которых концентрация глюкозы была <6 ммоль/л. Применение глюкокортикоидов в лечении данной категории пациентов практически не влияло на содержание NRP-1, которое оставалось высоким в обеих группах.

Заключение. Выявлено повышение содержания NRP-1 в сыворотке крови пациентов с COVID-19, осложненной внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией, в том числе с гипергликемией.

Ключевые слова:нейропилин-1; COVID-19; пневмония; гипергликемия

Патогенез новой коронавирусной инфекции (COVID-19) тесным образом связан с проявлениями "цитокинового шторма" и развитием мощной воспалительной реакции. Входными воротами инфекции являются рецепторы ангиотензин-превращающего фермента 2-го типа (АПФ2), широко представленные в различных органах и тканях, они способствуют развитию мультиорганной патологии: поражению легких, центральной нервной системы (ЦНС), миокарда, почек, печени, желудочно-кишечного тракта, эндокринной и иммунной системы [1-3].

Установлено, что диссеминация SARS-CoV-2 может привести к поражению головного мозга. Изменение обоняния (гипосмия) у больного на ранней стадии заболевания может свидетельствовать как об отеке слизистой оболочки носоглотки, так и о поражении ЦНС [4].

Spike-1 (S1), протеин коронавируса, взаимодействует с рецептором АПФ2, который до последнего времени считали единственными входными воротами инфекции. Однако дальнейшие исследования позволили сделать вывод о наличии других альтернативных рецепторов, к которым относят CD147, DPP4 (дипептидилпептидаза-4), ANPEP (аланинаминопептидаза), ENPEP (глутамиламинопептидаза) и NRP-1 [4]. В частности, трансмембранный белок нейропилин-1 (NRP-1) широко представлен в ЦНС, в основном в обонятельных бугорках и параольфакторных извилинах [5, 6]. NRP-1 является мембраносвязанным корецептором тирозинкиназного рецептора факторов роста эндотелия сосудов, обеспечивая процессы ангиогенеза, а также пролиферации и миграции клеток [7, 8]. Имеется ряд экспериментальных данных о роли данного трансмембранного белка в развитии нейродегенеративных заболеваний человека [3]. Считается, что высокая экспрессия NRP-1 в обонятельном и респираторном эпителии может способствовать проникновению SARS-CoV-2 в головной мозг [9].

Получены сведения о роли SARS-CoV-2 в развитии повреждений центральной и периферической нервной системы, нарушении гематоэнцефалического барьера [10, 11]. Полагают, что связывание вируса с NRP-1 способствует активации программированной гибели клеток нервной системы [11]. Имеется связь между тяжестью COVID-19, выраженностью и частотой неврологических нарушений [12]. Среди неврологических осложнений COVID-19 выделяют инсульт, энцефалит и невропатии [13].

Выявлена взаимосвязь сывороточного уровня белка с концентрацией глюкозы. Полагают, что именно концентрация NRP-1 в крови может быть ассоциирована с риском развития метаболических нарушений [2]. В настоящее время получены сведения о роли гипергликемии, гипертриглицеридемии в развитии патологии внутренних органов, что утяжеляет течение заболевания, в том числе за счет развития неврологических осложнений [14-16].

Цель исследования - изучение содержания NRP-1 в сыворотке крови больных COVID-19 с двусторонней внебольничной пневмонией.

Материал и методы

Проведено обсервационное одноцентровое одномоментное выборочное исследование. В него включены 92 пациента в возрасте от 40 до 76 лет [62,0 (52,0; 71,0) года], поступивших с 16 марта по 5 июня 2021 г. в ОГАУЗ МСЧ № 2 (Томск) с диагнозом "внебольничная двусторонняя полисегментарная пневмония на фоне новой коронавирусной инфекции COVID-19". Контрольную группу составили 15 здоровых людей в возрасте 56,8 (45,6; 65,38) года, у которых были отрицательные результаты полимеразной цепной реакции (ПЦР) на РНК SARS-CoV-2 и серологического исследования для определения антител к SARS-CoV-2. Все включенные в исследование пациенты, согласно клинико-анамнестическим данным, не имели признаков неврологических нарушений.

У 48% пациентов с лабораторно подтвержденным диагнозом COVID-19 был выявлен острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС), SрО₂ <95%. Сопутствующие заболевания - сахарный диабет 2-го типа (СД2; n=15) и артериальная гипертензия (АГ; n=41).

Лечение пациентов включало применение фавипиравира, ремдесивира, умифеновира, гидроксихлорохина, азитромицина (в сочетании с гидроксихлорохином), интерферона α. Патогенетическая терапия состояла в применении глюкокортикоидов (ГК) и таргетных препаратов у пациентов с тяжелым/критическим течением коронавирусной инфекции: ГК с ингибиторами интерлейкина-6 (ИЛ-6; тоцилизумаб или сарилумаб) или ИЛ-1β (канакинумаб) в комбинации по показаниям назначали 19 пациентам для предотвращения развития полиорганной недостаточности.

Диагностику и лечение больных COVID-19 осуществляли согласно Временным методическим рекомендациям по профилактике, диагностике и лечению новой коронавирусной инфекции (COVID-19) Минздрава России, версия 9 [17].

Все исследования выполнены в соответствии с правилами этического комитета ФГБОУ ВО СибГМУ Минздрава России (заключение № 8785 от 27.09.2021) и Хельсинкской декларации. У всех обследованных было получено информированное письменное согласие.

Выявление РНК SARS-CoV-2 проводили методом амплификации нуклеиновых кислот (АО "Вектор Бест"), материал для исследования - мазки из носоглотки. Тяжесть ОРДС оценивали по соотношению парциального давления артериального кислорода к фракции вдыхаемого кислорода (PaO₂/FiO₂). Исследование проводили в течение первых суток госпитализации, после верификации диагноза до назначения терапии. Материалом исследования служила сыворотка крови, полученная от больных с подтвержденным диагнозом COVID-19.

Содержание NRP-1 в сыворотке крови определяли при помощи иммуноферментного анализа (ИФА) набором Cloud-Clone Corporation (США), согласно рекомендациям производителя, включающим определение тотального пула белка (свободного и лиганд-связанного).

Статистический анализ проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica 12.0 (StatSoft Inc., США). Проверку на нормальность осуществляли с помощью теста Колмогорова-Смирнова. Тест Манна-Уитни использовали для оценки значимых различий. Для исследования ассоциаций между количественными показателями применяли непараметрический корреляционный анализ. Результаты представлены в виде медианы, нижнего и верхнего квартиля. Различия считали статистически значимыми при р<0,05.

Результаты и обсуждение

У 44 (48,0%) пациентов с лабораторно подтвержденным диагнозом COVID-19 была выявлена дыхательная недостаточность (ДН; SpО₂ <95 мм рт.ст.); частыми сопутствующими заболеваниями были СД2 (n=15; 16,3%) и АГ (n=41; 44,5%). У 19 (20,7%) пациентов в лечении использовали ГК. Летальный исход зафиксирован у 8 (8,7%) больных.

Содержание NRP-1 в сыворотке крови пациентов с SARS-CoV-2, осложненным внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией, было увеличено в 1,9 раза по отношению к практически здоровым людям (табл. 1). При развитии ДН зафиксированы изменения содержания NRP-1. Отмечено, что при SpO₂ >95 мм рт.ст. его концентрация статистически значимо увеличивалась (в 2,1 раза), при SpO₂ ≤95 мм рт.ст. - в 1,5 раза. Однако при тяжелой степени ДН установлено снижение показателя в 2,2 раза по сравнению с пациентами с уровнем SpO₂ >95 мм рт.ст., достигавшее значений контрольный группы. Кроме того, при проведении корреляционного анализа отмечена тенденция к снижению содержания NRP-1 в крови больных при снижении SpO₂ (r=0,31; p=0,08).

Наибольшие значения данного показателя были отмечены у пациентов с SARS-CoV-2, осложненным внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией с благоприятным исходом, где содержание NRP-1 увеличилось в 2,1 раза по отношению к контрольной группе. При этом отмечено снижение содержания белка в 2,7 раза у пациентов со смертельным исходом заболевания по сравнению с таковым у больных с благоприятным исходом.

Содержание изучаемого белка практически не зависело от наличия сопутствующей АГ и оставалось повышенным (табл. 2). Содержание NRP-1 у пациентов с COVID-19 при наличии сопутствующей АГ увеличилось в 2,2 раза, а у пациентов без АГ - в 1,9 раза по отношению к контрольной группе.

Выявлено, что содержание NRP-1 в сыворотке крови пациентов с COVID-19, осложненным внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией и без СД, увеличилось в 2,1 раза по сравнению с практически здоровыми людьми. При этом наблюдалось снижение данного показателя в 2,56 раза у пациентов при наличии СД2 по сравнению с больными без СД, что на 16,9% меньше по отношению к показателю контрольной группы.

Следует отметить, что применение ГК в лечении пациентов практически не влияло на содержание NRP-1, которое в обеих группах пациентов оставалось соответственно в 2,3 и 2,1 раза выше показателя в контрольной группе.

Для оценки роли метаболических нарушений на фоне COVID-19 пациенты без сопутствующего СД и без ранее зафиксированных случаев нарушения толерантности к глюкозе были разделены на группы в зависимости от концентрации глюкозы в сыворотке крови натощак: 1-я группа (n=36) - уровень глюкозы ≤6 ммоль/л; 2-я группа (n=41) - уровень глюкозы >6 ммоль/л. Выявлено, что содержание NRP-1 было повышено как у больных с содержанием глюкозы <6 ммоль/л [451,55 (309,60; 512,40)], так и у больных с увеличением глюкозы >6 ммоль/л [588,00 (514,60; 646,70)] соответственно, что в 1,9 и 2,5 раза больше по сравнению со здоровыми людьми (р<0,05).

Известно, что NRP-1 является входными воротами для SARS-CoV-2, поэтому повышение его содержания в крови может быть связано с диссеминацией вируса в организме, что, вероятно, обусловливает появление симптомов поражения нервной системы [4, 10, 11]. Объяснением данного факта может быть участие вируса в активации апоптоза нейроцитов, повреждении гематоэнцефалического барьера, а также наличие вторичных вирус-ассоциированных метаболических нарушений.

Снижение концентрации NRP-1 до значений, соответствующих показателю контрольной группы, отмечено при увеличении степени тяжести заболевания и развитии смертельных исходов заболевания на этапе госпитализации. Вероятно, прогрессирование заболевания, развитие выраженной воспалительной реакции при диссеминации вируса может быть связано с его поступлением из крови в ткани и развитием мультиорганной недостаточности.

Следует отметить, что компенсация СД связана с благоприятным исходом заболевания [18] и снижением показателя летальности от сопутствующих осложнений. Особого внимания заслуживают пациенты без ранее диагностированных метаболических нарушений, у которых отмечается связь между развитием COVID-19, ассоциированной гипергликемией и содержанием NRP-1 как маркера повреждения клеток нервной системы. В ранее проведенных исследованиях показана роль гипергликемии в развитии смертельных исходов и сосудистых осложнений заболевания, в частности преходящих нарушений мозгового кровообращения и инсультов [19, 20].

Заключение

В результате проведенного исследования было выявлено повышение содержания NRP-1 в сыворотке крови пациентов с COVID-19, осложненной внебольничной двусторонней полисегментарной пневмонией, в том числе с гипергликемией. Предполагается, что развитие гипергликемии ассоциировано с повышением содержания белка в крови, и это может свидетельствовать о риске неврологических нарушений. В то же время снижение NRP-1, наблюдающееся у пациентов с СД2, может быть следствием компенсации метаболических нарушений, а при развитии смертельного исхода заболевания - признаком диссеминации вируса по организму. Выявленные факты имеют не только важное практическое значение для коррекции тактики ведения таких пациентов, они нужны и для понимания глубоких причин метаболических нарушений, ассоциированных с COVID-19.

Литература

1. Шепелева И.И., Чернышева А.А., Кирьянова Е.М., Сальникова Л.И., Гурина О.И. COVID-19: поражение нервной системы и психолого-психиатрические осложнения // Социальная и клиническая психиатрия. 2020. № 4. С. 76-81.

2. Moin A.S.M., Al-Qaissi A., Sathyapalan T., Atkin S.L., Butler A.E. Soluble neuropilin-1 response to hypoglycemia in type 2 diabetes: increased risk or protection in SARS-CoV-2 infection? // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2021. Vol. 12. Article ID 665134. DOI: https://doi.org/10.3389/fendo.2021.665134 PMID: 34248841; PMCID: PMC8261232

3. Lim K.H., Yang S., Kim S.H., Joo J.Y. Identifying new COVID-19 receptor neuropilin-1 in severe Alzheimer’s disease patients group brain using genome-wide association study approach // Front. Genet. 2021. Vol. 12. Article ID 741175. DOI: https://doi.org/10.3389/fgene.2021.741175 PMID: 34745215; PMCID: PMC8566993.

4. Masre S.F., Jufri N.F., Ibrahim F.W., Abdul Raub S.H. Classical and alternative receptors for SARS-CoV-2 therapeutic strategy // Rev. Med. Virol. 2021. Vol. 31, N 5. P. 1-9. DOI: https://doi.org/10.1002/rmv.2207 Epub 2020 Dec 26; PMID: 33368788; PMCID: PMC7883063.

5. Jobe A., Vijayan R. Characterization of peptide binding to the SARS-CoV-2 host factor neuropilin // Heliyon. 2021. Vol. 7, N 10. Article ID e08251. DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08251 Epub 2021 Oct 23. PMID: 34722943; PMCID: PMC8540010.

6. Saleki K., Banazadeh M., Miri N.S., Azadmehr A. Triangle of cytokine storm, central nervous system involvement, and viral infection in COVID-19: the role of sFasL and neuropilin-1 // Rev. Neurosci. 2021. Vol. 33, N 2. P. 147-160. DOI: https://doi.org/10.1515/revneuro-2021-0047 PMID: 34225390.

7. Neufeld G., Kessler O., Herzog Y. The interaction of neuropilin-1 and neuropilin-2 with tyrosine-kinase receptors for VEGF // Adv. Exp. Med. Biol. 2002. Vol. 515. P. 81-90. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-0119-0_7 PMID: 12613545.

8. Sarabipour S., Mac Gabhann F. VEGF-A121a binding to neuropilins - a concept revisited // Cell Adh. Migr. 2018. Vol. 12, N 3. P. 204-214. DOI: https://doi.org/10.1080/19336918.2017.1372878 Epub 2017 Nov 2. PMID: 29095088; PMCID: PMC6149436.

9. Камчатнов П.Р., Евзельман М.А., Чугунов А.В. Поражение периферической нервной системы при коронавирусной инфекции COVID-19 // РМЖ. 2021. № 5. С. 30-34.

10. Natoli S., Oliveira V., Calabresi P., Maia L.F., Pisani A. Does SARS-Cov-2 invade the brain? Translational lessons from animal models // Eur. J. Neurol. 2020. Vol. 27, N 9. P. 1764-1773. DOI: https://doi.org/10.1111/ene.14277 Epub 2020 May 22. PMID: 32333487; PMCID: PMC7267377.

11. Pellegrini L., Albecka A., Mallery D.L., Kellner M.J., Paul D., Carter A.P. et al. SARS-CoV-2 infects the brain choroid plexus and disrupts the blood-CSF barrier in human brain organoids // Cell Stem Cell. 2020. Vol. 27, N 6. P. 951-961.e5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.10.001 Epub 2020 Oct 13. PMID: 33113348; PMCID: PMC7553118.

12. Гусев Е.И., Мартынов М.Ю., Бойко А.Н., Вознюк И.А., Лащ Н.Ю., Сиверцева С.А. и др. Новая коронавирусная инфекция (COVID-19) и поражение нервной системы: механизмы неврологических расстройств, клинические проявления, организация неврологической помощи // Журнал неврологии и психиатрии имени С.С. Корсакова. 2020. Т. 120, № 6. С. 7-16. DOI: https://doi.org/10.17116/jnevro20201200617

13. Бойко А.Н., Сиверцева С.А., Спирин Н.Н. Поражение нервной системы при инфекции COVID-19 с акцентом на ведение пациентов с рассеянным склерозом // Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2020. Т. 12, № 1S. С. 44-47. DOI: https://doi.org/10.14412/2074-2711-2020-1S-44-47

14. Singh A.K., Khunti K. COVID-19 and diabetes // Annu. Rev. Med. 2022. Vol. 73. P. 129-147. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-med-042220-011857 PMID: 34379444.

15. Zhang J., Kong W., Xia P., Xu Y., Li L., Li Q. et al. Impaired Fasting glucose and diabetes are related to higher risks of complications and mortality among patients with coronavirus disease 2019 // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2020. Vol. 11. Article ID 525. DOI: https://doi.org/10.3389/fendo.2020.00525 PMID: 32754119; PMCID: PMC7365851.

16. Crunfli F. et al. SARS-CoV-2 infects brain astrocytes of COVID-19 patients and impairs neuronal viability // medRxiv. 2020. DOI: https://doi.org/10.1101/2020.10.09.20207464

17. Временные методические рекомендации Министерства здравоохранения Российской Федерации от 26.10.2020. Версия 9 "Профилактика, диагностика и лечение новой коронавирусной инфекции (COVID-19)".

18. Singh A.K., Singh R. Hyperglycemia without diabetes and new-onset diabetes are both associated with poorer outcomes in COVID-19 // Diabetes Res. Clin. Pract. 2020. Vol. 167. Article ID 108382. DOI: https://doi.org/10.1016/j.diabres.2020.108382 Epub 2020 Aug 25; PMID: 32853686; PMCID: PMC7445123.

19. Rizza S., Nucera A., Chiocchi M., Bellia A., Mereu D., Ferrazza G. et al. Metabolic characteristics in patients with COVID-19 and no-COVID-19 interstitial pneumonia with mild-to-moderate symptoms and similar radiological severity // Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. 2021. Vol. 31, N 11. P. 3227-3235. DOI: https://doi.org/10.1016/j.numecd.2021.08.035 PMID: 34629249; PMCID: PMC8372447.

20. Калмыкова З.А., Кононенко И.В., Скляник И.А., Шестакова М.В., Мокрышева Н.Г. Гипергликемия и возможные механизмы повреждения β-клеток у пациентов с COVID-19 // Сахарный диабет. 2020. Т. 23, № 3. С. 229-234.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)