Интеграционный диагностический критерий, оценивающий тяжесть течения COVID-19 и риск возникновения постковидного синдрома

Резюме. Патофизиология тяжелой формы COVID-19 характеризуется изменением количества, фенотипа и функций нейтрофильных гранулоцитов (НГ). Среди эффекторных противовирусных механизмов НГ одними из наиболее важных являются нейтрофильные внеклеточные ловушки (NETs), но чрезмерное их образование усугубляет воспаление при остром респираторном дистресс-синдроме и способствует тромбозу микрососудов. Их обнаружение и количественная оценка могут иметь важное значение при различных формах течения COVID-19 для определения корреляции с исходом заболевания, оценки риска развития постковидного синдрома и, возможно, мониторинга будущей целевой терапии.

Цель исследования – разработать новый диагностический интеграционный критерий, позволяющий оценить тяжесть течения COVID-19 и риск развития осложнений в постковидном периоде, в том числе постковидного синдрома в периферической крови. Исследованы образцы периферической крови (ПК) 31 пациента с острым течением COVID-19 (среднетяжелого течения (n = 15) и тяжелого течения (n = 16)), 52 пациентов, выписанных из стационара после лечения COVID-19 тяжелой степени тяжести, в сроки от 30 до 60 дней, имеющие постковидный синдром (ПКС) и 100 условно здоровых добровольцев. Оценивались показатели общеклинического анализа крови (MicroCC-20Plus), в мазках ПК проводился подсчет лейкоцитарной формулы с учетом количества образованных NET и НГ, ушедших в патологический апоптоз. На основе полученных результатов рассчитывался интеграционный диагностический критерий по формуле:

$$ ИДК = \frac{\%\ неизменных\ НГ}{\%NET + \%НГ\ в\ апоптозе} $$

Показано снижение ИДК при среднетяжелом течении заболевания в 8,5 раза (p < 0,05), а при тяжелом течении – в 30 раз (p < 0,05), по сравнению со значениями в группе условно здоровых лиц. Также установлено, что у 88,5% пациентов с ПКС, перенесших SARS-CoV-2, в ПК не выявлено морфологически патологических измененных НГ. В то же время у 11,5% пациентов с ПКС отмечено появление NETs и клеток с патологическим апоптозом, при этом ИДК НГ-ПКС был в 8 раз меньше (p < 0,05), чем в группе сравнения и не отличался от показателей пациентов со среднетяжелым течением COVID-19 (p > 0,05), что диктует необходимость дальнейшего диспансерного наблюдения таких пациентов.

Полученные в настоящем исследовании данные свидетельствуют о том, что разработанный интеграционный диагностический критерий позволяет оценить как тяжесть течения COVID-19 в острый период, так и риск возникновения постковидного синдрома. Следует подчеркнуть, что выявленные при COVID-19 характерные изменения НГ можно легко идентифицировать в ПК и последовательно отслеживать по расчетному интегральному диагностическому критерию. Значительное снижение ИДК свидетельствует о сохраняющейся гиперактивации НГ и необходимости проведения таргетной иммунотерапии, направленной на модулирование дисфункций НГ.

1. Al-Kuraishy H.M., Al-Gareeb A.I., Abdullah S.M., Cruz-Martins N., Batiha G.E. Case report: hyperbilirubinemia in gilbert syndrome attenuates Covid-19-Induced metabolic disturbances. Front. Cardiovasc. Med., 2021, Vol.8, 642181. doi: 10.3389/fcvm.2021.642181.

2. Al-Kuraishy H.M., Al-Gareeb A.I., Qusti S., Alshammari E.M., Atanu F.O., Batiha G.E. Arginine vasopressin and pathophysiology of COVID-19: An innovative perspective. Biomed. Pharmacother., 2021, Vol. 143, 112193. doi: 10.1016/j.biopha.2021.112193.

3. Al-Kuraishy H.M., Al-Gareeb A.I., Qusty N., Cruz-Martins N., El-Saber Batiha G. Sequential doxycycline and colchicine combination therapy in Covid-19: The salutary effects. Pulm. Pharmacol. Ther.. 2021, Vol. 67, 102008. doi: 10.1016/j.pupt.2021.102008.

4. Apel F., Andreeva L., Knackstedt L., Streeck R., Frese C., Goosmann C., Zychlinsky A. The cytosolic DNA sensor cGAS recognizes neutrophil extracellular traps. Sci. Signal., 2021, Vol. 14, 7942. doi: 10.1126/scisignal.aax7942.

5. Barnes B.J., Adrover J.M., Baxter-Stoltzfus A., Borczuk A., Cools-Lartigue J., Crawford J.M., Daßler-Plenker J., Guerci P., Huynh C., Knight J.S., Loda M., Looney M.R., McAllister F., Rayes R., Renaud S., Rousseau S., Salvatore S., Schwartz R.E., Spicer J.D., Yost C.C., Weber A., Zuo Y., Egeblad M. Targeting potential drivers of COVID-19: Neutrophil extracellular traps. J. Exp. Med., 2020, Vol. 217, no. 6, 20200652. doi: 10.1084/jem.20200652.

6. Berthelot J., Drouet L., Lioté F., Kawasaki-like diseases and thrombotic coagulopathy in COVID-19: Delayed over-activation of the STING pathway? Emerg. Microbes Infect., 2020, no. 9, pp. 1514-1522.

7. Bonow R.O., Fonarow G.C., O’Gara P.T., Yancy C.W. Association of coronavirus disease 2019 (COVID-19) with myocardial injury and mortality. JAMA Cardiol., 2020, Vol. 5, no. 7, pp. 751-753.

8. Brinkmann V., Reichard U., Goosmann C., Fauler B., Uhlemann Y., Weiss D.S., Weinrauch Y., Zychlinsky A. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science, 2004, Vol. 303, pp. 1532-1535.

9. Chen N., Zhou M., Dong X., Qu J., Gong F., Han Y., Qiu Y., Wang J., Liu Y., Wei Y., Xia J., Yu T., Zhang X., Zhang L. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study. Lancet, 2020, Vol. 395, no. 10223, pp. 507-513.

10. Darcy C., Minigo G., Piera K., Davis J., McNeil Y., Chen Y., Volkheimer A.D., Weinberg J.B., Anstey N.M., Woodberry T. Neutrophils with myeloid derived suppressor function deplete arginine and constrain T Cell function in septic shock patients. Crit. Care, 2014, Vol. 18, 163. doi: 10.1186/cc14003.

11. Dennison D., Al Khabori M., Al Mamari S., Aurelio A., Al Hinai H., Al Maamari K., Alshekaili J., Al Khadouri G. Circulating activated neutrophils in COVID-19: An independent predictor for mechanical ventilation and death. Int. J. Infect. Dis., 2021, Vol. 106, pp. 155-159.

12. Fois A.G., Paliogiannis P., Scano V., Cau S., Babudieri S., Perra R., Ruzzittu G., Zinellu E., Pirina P., Carru C., Arru L.B., Fancellu A., Mondoni M., Mangoni A. A., Zinellu A. The systemic inflammation index on admission predicts in-hospital mortality in COVID-19 patients. Molecule, 2020, Vol. 25, 5725. doi: 10.3390/molecules25235725.

13. Hiroki C., Toller-Kawahisa J., Fumagalli M., Colon D., Figueiredo L., Fonseca B., Franca R.F.O., Cunha F.Q. Neutrophil extracellular traps effectively control acute chikungunya virus infection. Front. Immunol., 2020, Vol. 10, 3108. doi: 10.3389/fimmu.2019.03108,

14. Jimeno S., Ventura P.S., Castellano J.M., García-Adasme S.I., Miranda M., Touza P., Lllana I.L, López-Escobar A. Prognostic implications of neutrophil-lymphocyte ratio in COVID-19. Eur. J. Clin. Invest., 2021, Vol. 51, no. 1, 13404. doi: 10.1111/eci.13404.

15. Jorch S.K., Kubes P. An emerging role for neutrophil extracellular traps in noninfectious disease. Nat. Med., 2017, Vol. 23, pp. 279-287.

16. Kantri A., Ziati J., Khalis M., Haoudar A., Aidaoui K.E., Daoudi Y., Chikhaoui I., Yamani K.E., Mouhaoui M., Bakkouri J.E., Dini N., Mahi M., Naitlho A., Bahlaoui A., Bennana A., Noussair M., Belyamani L., Kettani Ch.El. Hematological and biochemical abnormalities associated with severe forms of COVID-19: A retrospective singlecenter study from Morocco. PLoS One, 2021, Vol. 16, 0246295. doi: 10.1371/journal.pone.0246295.

17. Lefrançais E., Mallavia B., Zhuo H., Calfee C.S., Looney M.R. Maladaptive role of neutrophil extracellular traps in pathogen-induced lung injury. JCI Insight, 2018, Vol.3, no. 3, 98178. doi: 10.1172/jci.insight.98178.

18. Masso-Silva J., Moshensky A., Lam M., Odish M., Patel A., Xu L., Hansen E., Trescott S., Nguyen C., Kim R., Perofsky K., Perera S., Ma L., Pham J., Rolfsen M., Olay J., Shin J., Dan J.M., Abbott R.K., Ramirez S., Alexander T.H., Lin G.Y., Fuentes A.L., Advani I., Gunge D., Pretorius V., Malhotra A., Sun X., Duran J., Hepokoski M., Crotty Sh., Coufal N.G., Meier A., Crotty A.L.E. Increased peripheral blood neutrophil activation phenotypes and neutrophil extracellular trap formation in critically Ill Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) patients: A case series and review of the literature. Clin. Infect. Dis., 2022, Vol. 74, pp. 479-489.

19. McKenna E., Wubben R., Isaza-Correa J.M., Melo A.M., Mhaonaigh A.U., Conlon N., O’Donnell J.S., Ní Cheallaigh C., Hurley T., Stevenson N.J., Little M.A., Molloy E.J. Neutrophils in COVID-19: Not innocent bystanders. Front. Immunol., 2022, Vol. 13, 864387. doi: 10.3389/fimmu.2022.864387.

20. Merino A., Vlagea A., Molina A., Egri N., Laguna J., Barrera K., Boldú L., Acevedo A., Díaz-Pavón M., Sibina F., Bascón F., Sibila O., Juan M., Rodellar J. Atypical lymphoid cells circulating in blood in COVID-19 infection: morphology, immunophenotype and prognosis value. J. Clin. Pathol., 2022, Vol. 75, pp. 104-111.

21. Middleton E.A., He X.Y., Denorme F., Campbell R.A., Ng D., Salvatore S.P., Mostyka M., Baxter-Stoltzfus A., Borczuk A.C., Loda M., Cody M.J., Manne B.K., Portier I., Harris E.S., Petrey A.C., Beswick E.J., Caulin A.F., Iovino A., Abegglen L.M., Weyrich A.S., Rondina M.T., Egeblad M., Schiffman J.D., Yost C.C. Neutrophil extracellular traps contribute to immunothrombosis in COVID-19 acute respiratory distress syndrome. Blood, 2020, Vol. 136, no. 10, pp. 1169-1179.

22. Naumenko V., Turk M., Jenne C., Kim S. Neutrophils in Viral Infection. Cell Tissue Res., 2018, Vol. 371, pp. 505-516.

23. Nesterova I.V., Khalturina E.O., Malinovskaya V.V., Nguen Duen L. Recombinant IFNα2b in complex with immunotropic drugs restored antiviral functions of subset IFNα/βR1+IFNγR+TLR4+ neutrophilic granulocyte and demonstrated good clinical efficacy in patients with active chronic herpes-viral infections and chronic fatigue syndrome. Ebook Edition, Filodiritto Publisher, 2021, pp. 70-78.

24. Nicolai L., Leunig A., Brambs S., Kaiser R., Joppich M., Hoffknecht M.L., Gold C., Engel A., Polewka V., Muenchhoff M., Hellmuth J.C., Ruhle A., Ledderose S., Weinberger T., Schulz H., Scherer C., Rudelius M., Zoller M., Keppler O.T., Zwißler B., von Bergwelt-Baildon M., Kääb S., Zimmer R., Bülow R.D., von Stillfried S., Boor P., Massberg S., Pekayvaz K., Stark K. Vascular neutrophilic inflammation and immunothrombosis distinguish severe COVID-19 from influenza pneumonia. J. Thromb. Haemost., 2021, Vol. 19, no. 2, pp. 574-581.

25. Papayannopoulos V. Neutrophil extracellular traps in immunity and disease. Nat. Rev. Immunol., 2018, Vol. 18, no. 2, pp. 134-147.

26. Qu R., Ling Y., Zhang Y.H., Wei L.Y., Chen X., Li X.M., Liu X.Y., Liu H.M., Guo Z., Ren H., Wang Q. Platelet-to-lymphocyte ratio is associated with prognosis in patients with coronavirus disease-19. J. Med. Virol., 2020, Vol. 92, no. 9, pp. 1533-1541.

27. Singh A., Sood N., Narang V., Narang V., Goyal A. Morphology of COVID-19–affected cells in peripheral blood film. BMJ Case Rep., 2020, Vol. 13, no. 5, e236117. doi: 10.1136/bcr-2020-236117.

28. Teluguakula N. Neutrophils set extracellular traps to injure lungs in coronavirus disease 2019. J. Infect. Dis., 2021, Vol. 223, no. 9, pp. 1503-1505.

29. Thiam H., Wong S., Wagner D., Waterman C. Cellular mechanisms of NETosis. Annu Rev. Cell Dev. Biol., 2020, Vol. 36, pp. 191-218.

30. Veras F.P., Pontelli M.C., Silva C.M., Toller-Kawahisa J.E., de Lima M., Nascimento D.C., Schneider A.H., Caetité D., Tavares L.A., Paiva I.M., Rosales R., Colón D., Martins R., Castro I.A., Almeida G.M., Lopes M.I.F., Benatti M.N., Bonjorno L.P., Giannini M.C., Luppino-Assad R., Almeida S.L., Vilar F., Santana R., Bollela V.R., Auxiliadora-Martins M., Borges M., Miranda C.H., Pazin-Filho A., da Silva L.L.P., Cunha L.D., Zamboni D.S., dal-Pizzol F., Leiria L.O., Siyuan L., Batah S., Fabro A., Mauad T., Dolhnikoff M., Duarte-Neto A., Saldiva P., Cunha T.M., Alves-Filho J.C., Arruda E., Louzada-Junior P., Oliveira R.D., Cunha F.Q. SARS-CoV-2-triggered neutrophil extracellular traps mediate COVID-19 pathology. J. Exp. Med., 2020, Vol. 217, no. 12, 20201129. doi: 10.1084/jem.20201129.

31. Wang X., Li X., Shang Y., Wang J., Zhang X., Su D., Zhao S., Wang Q., Liu L., Li Y., Chen H. Ratios of neutrophil-to-lymphocyte and platelet-to-lymphocyte predict all-cause mortality in inpatients with coronavirus disease 2019 (COVID-19): a retrospective cohort study in a single medical centre. Epidemiol. Infect., 2020, Vol. 148, e211. doi: 10.1017/S0950268820002071.

32. Wang Y., Luo L., Braun O.Ö., Westman J., Madhi R., Herwald H., Mörgelin M., Thorlacius H. Neutrophil extracellular trap-microparticle complexes enhance thrombin generation via the intrinsic pathway of coagulation in mice. Sci. Rep., 2018 ,Vol. 8, no. 1, 4020. doi: 10.1038/s41598-018-22156-5.

33. Wu C., Chen X., Cai Y., Xia J., Zhou X., Xu Sh., Huang H., Zhang Li, Zhou X., Du Ch., Zhang Y., Song J., Wang S., Chao Y., Yang Z., Xu J., Zhou X., Chen D., Xiong W., Xu L., Zhou F., Jiang J., Bai Ch., Zheng J., Song Y. Risk Factors associated with acute respiratory distress syndrome and death in patients with coronavirus disease 2019 pneumonia in Wuhan, China. JAMA Intern. Med., 2020, Vol. 180, no. 7, pp. 934-943.

34. Yang A.-P., Liu J., Tao W., Li H. The Diagnostic and predictive role of NLR, d-NLR and PLR in COVID-19 patients. Int. Immunopharmacol., 2020, Vol. 84, 106504. doi: 10.1016/j.intimp.2020.106504.

35. Yip C.Y.C., Yap E.S., de Mel S., Teo Z. Y., Lee Ch.-T., Kan S., Lee M.C.C., Loh W.N.H., Lim E.L., Lee Sh.Y. Temporal changes in immune blood cell parameters in COVID-19 infection and recovery from severe infection. Br. J. Haematol., 2020, Vol. 190, no. 1, pp. 33-36.

36. Zhang D., Guo R., Lei L., Liu H., Wang Y., Wang Y., Qian H., Dai T., Zhang T., Lai Y., Wang J., Liu Z., Chen T., He A., O’Dwyer M., Hu J. COVID-19 infection induces readily detectable morphological and inflammation-related phenotypic changes in peripheral blood monocytes, the severity of which correlate with patient outcome. MedRxiv, 2020.03.24.20042655. doi: 10.1101/2020.03.24.20042655.

37. Zuo Y., Zuo M., Yalavarthi S., Gockman K., Madison J., Shi H., Madison J.A., Woodard H.Sh.W., Lezak S.P., Lugogo N.L., Knight J.S., Kanthi Y. Neutrophil extracellular traps and thrombosis in COVID-19. J. Thromb. Thrombolysis, 2021, Vol. 51, no. 2, pp. 446-453.