В настоящето проучване са включени 231 пациента с COVID-19 с различна степен на тежест на заболяването – 64 от тях са без симптоми, но позитивни, 90 са с умерена тежест на болестта, 55 са с тежко протичане на COVID-19 и 22 са в критично състояние. Средната възраст на пациентите в изследването е 46 години (46.7 ± 13.5). В изследването са изключени пациенти, които са със съществуваща инвалидност и съпътсващи заболявания, наскоро са претърпели операции или пък са на възраст под 19 години и над 70 години.
Авторите анализират с OMICS технологиите, проби от кръв на подбраните пациенти, като извършват следните анализи: цялостно секвениране на генома (203 проби), транскриптомно секвениране на РНК и на микроРНК (178 проби). Серумът от COVID-19 пациентите се използва за течно хроматографско мас-спектрометрично изследване (LC-MS) за анализ на протеомни, метаболомни и липидни характеристики (161 проби). При извършване на проучването в крайна сметка са получени данни за 18 624 иРНК, 240 микроРНК, 5 207 lncРНК, 634 протеина, 814 метаболитни съединения, и 742 липиди със сложен състав.
Първите данни в проучването показват че 1) при сравнение на безсимптомни пациенти и такива със симптоми има съществени разлики при всички OMICs анализи; 2) Второ, промените при сравнение на умерени и тежки форми на инфекцията показват малки и фини разлики при повечето анализи, с изключение на протеомните изследвания. 3) Разликите между групата на критично болните и другите групи са изключително големи, което предполага внезапна и драматична промяна в кръвта и серума.
От геномното проучване на кръвта авторите установяват, че при асимптоматичните пациенти за разлика от другите групи има асоциация с хромозома 20q13.13, където са открити 6 единични полиморфизма (SNPs), най-значими в rs235001. При по-детайлно изследване на локусите в тези региони на полиморфизъм се установява, че това са региони на 2 гена - B4GALT5 и PTGIS. B4GT5 участва в гликозилирането на мембрани и вирусни протеини, а PTGIS кодира ензим за синтеза на простагландин I2, мощен инхибитор на кръвосъсирването и тромбоцитната агрегация и регулиращ, продукцията на възпалителни цитокини, свързани с тежко протичане на болестта.
При използване на CIBRSORTx дигитална цитометрия, при която се оценява транскриптома, взависимост от типа на клетките в кръвта се наблюдава увеличение на неутрофилите и гени, свързани с тяхната функция при асимптоматични и критично болни пациенти. Например установява се, повишена екпресия на гени за ключови хемокини (CXCL8, CXCR1 и CXCR2), свързани с миграция и натрупване на неутрофили в тъкани, с експресия на вродени рецептори (TLR4 and TLR6) и гени за матриксни-металопротеинази и алармини (MMP8, MMP9, S100A12, S100A8). Интересни данни са получени при по-подробно проследяване на неутрофилната функция и феномена на цитокиновата буря при асимптоматични и критично болни пациенти. Активираните неутрофили, които имат ниска плътност могат да бъдат източник на NETs. NETs предизвикват ендотелно увреждане, тромбоза и се свързват с повишена смъртност при COVID-19. Всъщност при асимптоматичните пациенти повишението на неутрофилите е драматично, докато при критично болните е умерено. При протеомен анализ на 20 различни протеина, характерни за възпалителни пътища (CHI3L1, S100A8, S100A9, S100A11, S100A12), неутрофилна дегранулация (ANXA3, FGL2, LRG1, PGLYRP1, DEFA1B, и SLPI), и NETs (MPO и ELANE), се забелязва че, те са в ниско ниво при асимптоматичните пациенти и прогресивно се увеличават според тежестта на инфекцията. Така авторите предполагат, че съществува, хетерогенност при неутрофилите от двете групи, която се дължи на тежестта на заболяването. При асиптоматичните пациенти нивото на определени протеини е ниско, но транскрипцията на тези гени е повишена, дакото при критично болните е обратното. При паценти в критично състояние се установява свърхпродукция на възпалителни цитокини в серума, но транскриптите за съответните цитокини са малко, както и нивото на микроРНКи (miR-181a-5p, miR-181a-2-3p, miR-10a-5p, miR-23b-3p), които регулират деградацията и дестабилизацията на възпалителни цитокини е ниско.
При проследяване на клъстер от гени, свързани с убиквитинизирането на протеини и автофагията се наблюдава, че тяхната експресия се повишава постепенно от асиптоматична към умерена и тежка форма на болестта, като при критично болни се достига максимум. Предполага се че, този профил на експресия се отнася към тъканното увреждане и апоптоза, определящи процеси за тежестта на заболяването. Един от гените, показващ такъв профил е генът за автофагия FOXO3. При допълнително екстраполиране на данните от транскриптомния анализ на микроРНК и lncРНК се идентифицират РНКи, които регулират антивирусния отговор и експресията на FOXO3. Предполага се че, натрупването на определени lncРНКи има значение за пациентите в критично състояние.
Липидния профил на пацентите показва, че тежеста на инфекцията е свързана с постепенно повишаване на phosphatidylethanolamine (PE), lysophosphatidylinositol (LPI), и ceramides (Cer) в серума. При критчно болните пациенти се наблюдава намаляване на lysophosphatidylcholine (LPC), който може да повиши експресията на интерферон гама от NK клетките. Обратно при асимптоматични пациенти нивата на LPC са повишени.
По отношение на метаболитния профил се установява, че триптофановия и аргининовия метаболизъм са свързани с тежестта на заболяването. Триптофановият метаболизъм се увеличава постепенно с тежестта на заболяването, като отпадните продукти от този метаболизъм могат да деплетират Т клетки и NK клетки и да предизвикват Т клетъчно изтощение. L-аргининът пък е важен за Т клетъчната пролиферация. Отделянето на аргиназа от активирани неутрофили предизвиква потискане на Т клетъчната пролиферация и води до деплетиране на L-аргинин и глутамин в серума. Така при критично болни пациенти нивата на L-arginine, N-acetylornithine и L-glutamine са понижени в серума и корелират с драматично понижение на маркери, свързани с изтощение на Т клетките - CTLA4, BTLA, HAVCR2, ICOS и PDCD1. От настоящето изследване се заключва, че критичните пациенти показват активиране на апоптотичните процеси и метаболизма на фенилаланин и триптофан.
Извод: В това изследване се доказва, че при критично болните пациенти има умерено увеличение на неутрофилите промяна във функциите има, изразена в понижена транскрипция на гени за възпаление, дегранулация и NETs и повишено ниво на продуктите от тези гени. От настоящето изследване се заключва, че критичните пациенти показват активиране на апоптотичните процеси и метаболизма на фенилаланин и триптофан.