С помощью комплексного транскриптомного анализа данных секвенирования РНК одиночных клеток, исследователи сравнили образцы здоровых людей и пациентов с хроническими заболеваниями легких. Это позволило им определить вероятные молекулярные факторы, влияющие на степень тяжести Covid-19.
Коронавирусная инфекция может проявляться по-разному: от отсутствия симптомов до быстрого развития острого респираторного дистресс-синдрома и угрожающей жизни полиорганной недостаточности. Быстрое начало обширного воспаления в легких, приводящее к дыхательной недостаточности, значительно увеличивает вероятность госпитализации в отделение интенсивной терапии и летального исхода. Известно, что к факторам, определяющим тяжелое течение Covid-19, относится пожилой возраст, статус курильщика, этническая принадлежность и мужской пол. Сопутствующие заболевания, такие как гипертония, диабет и ожирения повышают восприимчивость к SARS-CoV-2.
К группам повышенного риска ранее относили пациентов с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), интерстициальными заболеваниями легких (ИЗЛ), идиопатическим легочным фиброзом (ИЛФ), а также с прогрессирующим рубцеванием и уплотнением легочной ткани. ХОБЛ увеличивает вероятность тяжелого течения Covid-19 в пять раз, а у людей с ИЗЛ риск смертельного исхода от коронавирусной инфекции возрастает в четыре раза. Однако молекулярные механизмы, объясняющие эту взаимосвязь, были недостаточно изучены.
Коллектив ученых из Института трансляционной геномики в Аризоне (США), Медицинского центра при Университете Вандербильта (Теннесси), а также Йеля, Гарварда и Эдинбургского университета (Великобритания) провел комплексный анализ четырех наборов данных секвенирования РНК одиночных клеток. В ходе исследования был определен генетический код 611 398 клеток, взятых от здоровых людей и пациентов с хроническими болезнями легких. Результаты исследования опубликовали в журнале Nature Communications.
Анализ данных секвенирования позволил установить молекулярные характеристики, способные объяснить негативные последствия коронавирусной болезни. Исследователи целенаправленно изучали изменения в основных эпителиальных клетках дыхательных путей (AT2), уделяя особое внимание сигнальным путям и уровню экспрессии генов, связанных с коронавирусом. В результате была определена совокупность генов, связанных с SARS-CoV-2, которую условно назвали «вирусным входным баллом». Более высокие значения этого показателя наблюдались у пациентов с хроническими заболеваниями легких.
«Результаты исследования показали, что эти заболевания связаны с фундаментальными изменениями в экспрессии генов, характерных для конкретных типов клеток, которые регулируют репликацию SARS-CoV-2 и иммунный ответ. Кроме того, получены данные, свидетельствующие об иммунном истощении и измененной экспрессии воспалительных генов. Так, в образцах сыворотки крови пациентов с ХОБЛ и тяжелым течением Covid-19 было зарегистрировано увеличение концентрации ряда воспалительных цитокинов, в частности IL-2R, IL-6, IL-8, IL-10 и TNF-α», — сообщили ученые.
Хронические заболевания легких могут вызывать генетические изменения в молекулярной структуре различных клеток, в том числе эпителиальных, образующих выстилку легких и дыхательных путей. Эти изменения облегчают проникновение возбудителя Covid-19 в организм, способствуют его размножению и запускают неконтролируемую иммунную реакцию, известную как цитокиновый шторм. В результате происходят повреждения и заполнение легочных альвеол жидкостью, что требует неотложной госпитализации пациентов.
Ученые считают, что люди, страдающие хроническими заболеваниями легких, более уязвимы к заражению SARS-CoV-2. Нарушения в их иммунной микросреде, проявляющиеся как на молекулярном, так и на клеточном уровнях, повышают риск развития тяжелого течения болезни и неблагоприятного исхода.