Назад
Используя одни из самых современных инструментов молекулярного секвенирования, доступных для быстрого анализа аутопсийных тканей COVID-19, исследователи определили четыре основных регуляторных пути, конкретные молекулярные эффекторы, лежащие в основе симптомов COVID-19, и различия, которые определяют разное клиническое течение у отдельных пациентов.
Эта работа может проложить путь для более персонализированного и эффективного подхода к диагностике и лечению COVID-19, объясняют авторы в новом исследовании, опубликованном в журнале The American Journal of Pathology.
"С того момента, как COVID-19 впервые поразил Нью-Йорк в марте 2020 года, отделение патологии больницы Маунт Синай взяло на себя обязательство бескомпромиссно проводить столько вскрытий, сколько потребуется для лучшего понимания причин этого сложного и разрушительного заболевания", - объяснил ведущий исследователь Карлос Кордон-Кардо. "Нам было ясно, что помимо очень ценного изучения этих тканей под микроскопом, нам нужно будет изучить молекулярные пути, которые приводят к развитию болезни и лежат в основе различных клинических осложнений, наблюдаемых у наших пациентов".
Были проведены экспресс-вскрытия двух умерших с различной симптоматикой с использованием методов мультимасштабного секвенирования РНК нового поколения, что позволило получить беспрецедентное молекулярное разрешение повреждений, вызванных COVID-19. Оценка отдельных клеток и интеграция гистологической и молекулярной информации позволили исследователям уловить уникальные особенности заболевания каждого пациента.
Пациент 1 - мужчина в возрасте 60 лет со сложной историей болезни, госпитализация которого длилась более месяца. Пациент 2, также мужчина в возрасте 60 лет, с диабетом и сердечной недостаточностью, умер вскоре после госпитализации.
Оценка секвенирования РНК у пациента 1 выявила вирусную РНК в носоглотке и легких, но не в обонятельной луковице, префронтальной коре, носоглотке, слюнных железах, сердце, печени или почках. Сравнение инфицированных и неинфицированных тканей выявило четыре основных регуляторных пути. Эффекторы этих путей могут представлять собой новые терапевтические мишени, такие как рецептор комплемента C3AR1, который может быть вовлечен в развитие гипервоспалительных и гиперкоагуляционных состояний, и декорин, который играет важную роль во внеклеточном матриксе и может влиять на регуляцию сигнализации, аутофагии, активации макрофагов и фиброза в ответ на хроническую травму. Все это критические аспекты тяжелого заболевания COVID-19 и также потенциально долгосрочного COVID.
Секвенирование РНК обонятельной луковицы и префронтальной коры у пациента 1 выявило большее разнообразие рецепторов коронавируса, чем это обычно оценивается. Исследование многочисленных рецепторов, связанных с коронавирусом, выявило лишь рассеянную экспрессию ангиотензинконвертирующего фермента 2 (ACE2) в редких клетках и надежную экспрессию базигина (BSG) во всех клетках. Хотя значительное внимание уделялось роли ACE2, эти результаты свидетельствуют о потенциальной возможности инфекции в мозге через альтернативные рецепторы.
Также было проведено цифровое пространственное профилирование тканей легких и лимфатических узлов обоих пациентов, что позволило сравнить пациентов с различными характеристиками и течением заболевания. Результаты показали наличие различных молекулярных фенотипов, которые могут быть связаны с ранней и поздней стадией COVID-19.
Исследователи отмечают, что потенциальные диагностические и прогностические маркеры и терапевтические мишени, выявленные в этом исследовании, не могли быть обнаружены другими методами. Современные методы лечения COVID-19, как правило, направлены либо на сам вирус, используя противовирусные препараты и гипериммунные сыворотки, либо на неспецифические подходы к решению воспалительных и коагулопатических проблем, такие как стероиды и препараты для разжижения крови.
"Для разработки новых классов терапевтических средств, которые могут синергировать с существующими методами лечения и воздействовать на ключевые эффекторы, вызывающие эти симптомы, крайне важно получить более детальное, молекулярное понимание патофизиологии тяжелой формы COVID-19",
- заключила ведущий автор Элизабет Пуджадас.
Elisabet Pujadas et al. Молекулярное профилирование аутопсий больных коронавирусной болезнью 2019 (COVID-19) позволяет выявить новые механизмы заболевания (аннотация).
Согласованные исследовательские усилия быстро продвигают понимание патофизиологии коронавирусной болезни 2019 (COVID-19), выделяя пути, влияющие на неконтролируемое высвобождение цитокинов и повреждение сосудов и предполагая различные стадии заболевания. Исследования, непосредственно оценивающие ткани пациента, однако, часто не обладают той разрешающей способностью, которую дает исследование с помощью передовых молекулярных методов.
Современное понимание патофизиологии коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) ограничено гетерогенностью, сложностью заболевания и недостатком исследований, оценивающих ткани пациентов с помощью современных молекулярных инструментов. Быстрые аутопсии тканей были оценены с использованием разномасштабных методов РНК-секвенирования нового поколения (объемная, одноядерная и пространственная транскриптомика) для обеспечения беспрецедентного молекулярного разрешения повреждений, вызванных COVID-19. Сравнение инфицированных и неинфицированных тканей выявило четыре основных регуляторных пути.
Эффекторы в этих путях могут представлять собой новые терапевтические мишени, включая рецептор комплемента C3AR1, кальцитонин рецептор-подобный рецептор или декорин. Секвенирование одноядерной РНК обонятельной луковицы и префронтальной коры выявило значительное разнообразие рецепторов коронавируса. Ангиотензин-конвертирующий фермент 2 экспрессировался редко, тогда как базигин демонстрировал диффузную экспрессию, а аланил-аминопептидаза, мембрана, была связана с сосудистыми/мезенхимальными типами клеток. Сравнение тканей легких и лимфатических узлов от пациентов с разными симптомами (один умер после месячной госпитализации с мультиорганным поражением, а другой умер через несколько дней после появления респираторных симптомов) с помощью цифрового объемного профилирования позволило выявить различные молекулярные фенотипы.
Результаты быстрой оценки аутопсийных тканей COVID-19 с помощью передовых молекулярных методов могут выявить пути и эффекторы, картировать различные рецепторы на уровне отдельных клеток и помочь выявить различия, определяющие разное клиническое течение у отдельных пациентов. Распространение этого подхода на более крупные массивы данных существенно улучшит понимание механизмов, лежащих в основе патофизиологии COVID-19.
Высококачественные, специфические для пациента данные могут быть получены с помощью мультимасштабного секвенирования нового поколения хорошо сохранившихся тканей, полученных в результате быстрого вскрытия. Комплексное секвенирование позволяет получить профилирование с высокой глубиной прочтения, в то время как одноядерные методы и пространственное профилирование позволяют исследовать отдельные клеточные субпопуляции. Поиск таких данных может способствовать созданию новых гипотез, тем самым продвигая молекулярное понимание инфекции SARS-CoV-2 и механизмов COVID-19.
