Иммунный ответ при SARS-CoV-2

1.

Декабрь 2020, леч. факультеты, Иммунология, Лекция N8
Иммунный ответ при SARS-CoV-2
Острый
Респираторный
Дистресс Синдром
Мультиорганная
Недостаточность
Синдром
Гипервоспаления
Смерть
Лекция Криворутченко Ю.Л. и Андроновской И.Б.

2. SARS-CoV-2 – Severe Acute Respiratory Syndrome-related Coronavirus 2

SARS-CoV-2 – Severe Acute Respiratory Syndromerelated Coronavirus 2
Оболочечный одноцепочечный (+)РНК-вирус.
Род Betacoronavirus.
Подрод Sarbecovirus.
Вызывает заболевание - COVID-19.
Вирус впервые выявлен 31.12.2019. В январе 2020 г. ВОЗ
объявила эпидемию, вызванную SARS-CoV-2, чрезвычайной ситуацией в области здравоохранения международного
значения, а 11 марта 2020 г. объявила пандемию COVID-19.
Передается воздушно-капельным, воздушнопылевым и контактным путем (Минздрав РФ).
Клинически инфекция может протекать как
лёгкая острая респираторная инфекция или как
тяжелая инфекция. Последняя может осложняться
пневмонией или дыхательной недостаточностью
с риском смерти.

3. Коронавирус группы Beta-CoV B

Диаметр 50-200 нм
Модель поперечного сечения представителей группы
Beta-CoV B. В вирионах SARS-CoV-2 нет белка Гемагглютинин-эстеразы (Hemagglutinin esterase, HE).

4. Структура SARS-CoV-2

S- присоединяется к
клетке
М – антагонист
интерферона
Е – лизирует
клеткухозяина
N – антагонист
интерферона
Геном –
одноцепочечная
«+» РНК
(иРНК),
размер 29.9kb.
Кодирует
13 ORFs.
Этот геном
самый
длинный
среди РНК
вирусов.
ORFs (open reading frames) - открытые рамки считывания в геноме,
которые кодируют белки вируса, в т.ч. неструктурные белки (NSPs),
выполняющие регуляторные функции.

5. Предположения о длительности и напряжен-ности иммунитета к COVID-19 (ноябрь 2020)

Предположения о длительности и напряженности иммунитета к COVID-19 (ноябрь 2020)
(1) Иммунитет к вирусу SARS-CoV-2 может
сохраняться у людей 1-2 года (Винит Д.Менахери,
вирусолог из Техасского университета в Галвестоне).
(2) У переболевших со временем перестают вырабатываться антитела, но иммунный ответ
остается сильным и позволяет перенести новую болезнь без особых трудностей (Микробиолог Флориан Краммер, мед. школа Икан, Нью-Йорк).
(3) Повторное инфицирование коронавирусом
макак невозможно (Экспериментальные данные
ученых из Пекинского медицинского колледжа).
(4) После COVID-19 с отчетливой клиникой у
людей, которые до болезни были здоровы,
вырабатывается стойкий иммунитет к SARSCoV-2, который не формируется к другим
представителям семейства коронавирусов
(Военно-медицинская академия им. Кирова Минобороны
РФ).

6. Патогенез COVID-19 (ноябрь 2020)

(1) Входные ворота вируса (Вир) – эпителий верхних
дыхательных путей, желудка и кишечника.
(2) Проникновение SARS-CoV-2 в клетки-мишени, имеющие
рецепторы ангиотензинпревращающего фермента II типа
(АПФ2 или ACE).
Нужна клеточная трансмембранная сериновая протеаза
типа 2 (ТСП2 или TMPRSS2) – активирует Вир S-протеин -
помогает связыванию Вир с АПФ2, его проникновению в клетку.
Главные мишени – альвеолярные клетки II типа (АТ2). Их
заражение ведет к диффузному альвеолярному повреждению.
Другие мишени (несут АПФ2 и ТСП2): клетки органов дыхания, ЖКТ,
сердца, надпочечников, почек, мочевого пузыря, головного мозга (аносмия -изменение обоняния), эндотелия, макрофаги. Может
развиваться катаральный гастроэнтероколит и др. заболевания.
(3) При тяжелом течении - синдром гиперактивности макрофагов, гемофагоцитарный синдром, синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС,
причины – нетоз нейтрофильных лейкоцитов, апоптоз и пироптоз
лимфоцитов и др.) и другой патологии.
(4) Развитие тяжелой дыхательной недостаточности.

7. Иммунопатогенез инфекции SARS-CoV-2

Ангиотензинпревращающий
фермент 2
Повреждение тканей
Гипервоспаление
TMPRSS2
Презентация антигена
Клеточный
иммунный ответ
Цитокиновый
шторм
Гуморальный
иммунный ответ

8. Распознавание SARS-CoV-2 с помощью ШРР (PRR)

Вирусные РНК (PAMPs)
в клетке распознают
ШРР: в эндосоме - TLR3,
TLR7, TLR8 и TLR9, в
цитоплазме – растворимые сенсоры РНК RIG-I/
MDA5, вне клетки секреторные ШРР типа
Маннозо-связывающего
лектина (MBL) и C-реактивного белка (CRP).

9. SARS-CoV-2 recognition by PRR

Распознавание молекул. шаблонов вирусов ШРР клеток запускает
сигнальный каскад через активацию адапторных белков:
MAVS ,
митохондриальный антивирусный сигнальный белок
ИФН-β (TRIF) и стимулятор интерфероновых генов протеин (STING).
Это активирует молекулы нисходящих сигнальных каскадов, такие
как адапторная молекула MyD88 MyD88 . Они активируют
факторы транскрипции - nuclear factor-κB NF-κB и интерферонрегуляторный фактор 3 IRF3 , которые передают сигналы в ядро.
SARS-CoV-2 recognition by PRR
В ядре факторы транскрипции индуцируют продукцию
провоспалительных цитокинов, особенно ИЛ-6, и
ИФН-α/β. Таким образом,
взаимодействие вируса с
клеткой обеспечивает синтез
разных молекул первой линии
защиты в месте внедрения
вируса.

10.

Белки вируса SARS-CoV (Е - оболочечный и 3а
активируют сенсор инфламмасом NLRP3
.
NLRP3
Это ведет к секретированию клеткой мощног
провоспалительного цитокина ИЛ-1β
IL-1β
и индуцированию пироптоза (воспалительно
формы программируемой гибели клетки).
Неструктурные белки SARS-CoV-2 NSP9 и NSP1
возможно могут вызывать непрямую активаци
фактора транскрипции NF-kB.
Инфламмасома - многобелковый комплекс,
включающий каспазу 1 Casp-1 , отвечающий з
активацию воспалительного ответа.
Она способствует созреванию и секреции
провоспалительных цитокинов
ИЛ-1β и ИЛ-18.

11.

Aккумулирование интерферонов ИФН-α/β может:
(1) работать как
иммуномодулятор -
усиливать
(1.1) фагоцитоз
антигена
макрофагами,
(1.2) убийство
зараженных
клеток NK
клетками и
(2) подавлять
репликацию
вируса.
Блок синтеза ИФНов
(M и N вир.белки),
нарушение работы
сигральных путей и
дефекты функционирования макрофагов
способствует выживанию вируса в клетке.

12. Патогенез: Течение COVID-19 зависит от типа иммунного реагирования пациента

(1) У бессимптомных больных:
Реакция иммунитета на инфекцию сильная.
Т-клетки реагируют на вирусные белки активнее,
чем у госпитализированных б-х.- вырабатывается
много интерферона (ИФН- ) и интерлейкинов
(ИЛ) как провоспалительных (ИЛ-6, ИЛ-1 и др.),
так и антивоспалительных ИЛ-2 и ИЛ-10.
(2) У госпитализированных больных с явной
манифестированной формой COVID-19:
Т-клетки вырабатывают сопоставимо большие
количества провоспалительных ИЛ-6 и ИЛ-1β,
но почти не производят ИЛ-2 и ИЛ-10, которые
подавляют продукцию ИЛ-6 и ИЛ-1β.
Методика исследования: брали Т-клетки из крови и наблюдали, как
они взаимодейстуют с фрагментами белковой оболочки вируса.
Опубликовано в ноябре 2020 в электронной научной библиотеке bioRxiv по результатам
исследований мол. биологов под руководством проф. Национального университета
Сингапура Антонио Бертолетти (интернет 01.12.20_ТАСС Наука).

13. Основные CD4 T хелперы, отвечающие за развитие гуморального приобретенного иммунного ответа

Свойства
Th1
Главные
продуцируемые
IFN ,
IL-2,
TNF ,
TNFβ
цитокины
Факторы
STAT4,
трансT-bet,
крипции Hlx
Индуцирующие
цитокины
Подавляемые
патогены
Иммунопатология
IL-12(AПК),
IL-18,
IL-27, IFN
Вирусы,
Внутриклет.
бактерии,
простейшие,
грибы
Аутоиммун.
болезни,
Трансплантат-противхозяина
Th17
Tfh
Treg
Th2
Th9
IL-4,
IL-5,
IL-10,
IL-13
IL-9
STAT6,
GATA3,
c-maf,
IRF4,
Gfi-1
IL-4
STAT6, ROR- ,
GATA3, ROR- t
Smads
BCL-6,
MAF
FoxP3
TGF-β,
IL-4
TGF-β, IL-1β,
IL-6, и/или
IL-1 , IL-21,
IL-23
IL-21,
IL-6
Внеклеточные
патогены-Гельминты и
др.)
Гельминты
Внеклеточные
Внеклеточные
патогены,
Аллергия
тип I
?
TGF-β,
IL-10,
IL-2,
TSLP
Негативная Регуляция
клиренса
патогенов
Поддержание
иммунол.
толерант
ности
(follicular
helper)
IL-17A, IL-17F, IL-21,
IL-21, IL-22,
IFN ,
IL-25, IL-26,
IL-4
TNF
бактерии,
грибы
доступные
IgM, IgG,
IgA
Аутоиммун.
болезни,
Аллергия
?
(regulatory)
TGF-β,
(Transforming
growth factor),
IL-10

14. Тяжелая дыхательная недостаточность при COVID-19

Тяжелая дыхательная недостаточность связана с
развитием Острого Респираторного Дистресс
Синдрома (ОРДС), «шокового легкого» или
диффузного альвеолярного повреждения.
Острый Респираторный Дистресс Синдром – тип
дыхательной недостаточности с быстрым
началом широкого воспалительного процесса в легких:
1) Полнокровие и диффузное
уплотнение легких.
2) Эндотелиит (типичен для SARS-CoV-2),
поражение сосудистой системы легких.
3) Альвеолярно-геморрагический
синдром (типичен для SARS-CoV-2)–легкие
уплотнены, маловоздушны, кровоизлияния и геморрагические инфаркты, тромбы.

15. Цитокиновый шторм при COVID-19 (ноябрь 2020)

Критическая форма COVID-19 – это
разновидность «цитокинового шторма»
(ЦКШ) при которой развивается патологическая активация врожденного и приобретенного
иммунных ответов Th1- и Th17- типов.
Проявления ЦКШ сходны с течением:
1) Гемофагоцитарного ЛимфоГистиоцитоза (ГЛГ)
- включает дефект избирательного уничтожения
клеток и контроля ингибирования NK клеток и
ЦТЛ (цитотоксических Т клеток). Это ведет к избыточной
продукции цитокинов и накоплению активированных ЦТЛ и макрофагов в разных органах. В
костном мозге и селезенке они атакуют
эритроциты и/или лейкоциты и тромбоциты.)
(2) Синдрома Активации Макрофагов (САМ)

16. Цитокины активи- руют NK клетки

Цитокины активируют NK клетки
IL-12, IL-15, IL-18, IFN I типа: ИФНα/β
NK
Aктивирующий клетка
сигнал
P
Mного
AР
PTK
P
IL-12 (МФ, ДК),
IL-15 (МФ, ДК,
NK
клетка
P
P
PTK
PTK
P
P
P
P
P
PTK
ИР
P
Ag
AЛ
Ag
MHC I
для
АР
Aпоптоз
Зараженная
аутолгическая
клетка
Mакрофаг
кератиноциты,
фибробласты),
IL-18 (МФ, ДК) и
ИФН I типа –
цитокины,
стимулирующие
активность
NK клеток.
NK клетки aктивируются IL-12, который
секретируют макрофагами, и в ответ продуцируют IFN- , стимулирующий макрофаги к
разрушению фагоцитированных микробов.
Maкрофаг

17. CD4+ T хелперы 1 типа и CD8+ цитотоксические лимфоциты –киллеры (ЦТЛ) кооперируют при защите от вирусов

Костимулятор
Фагоцитированные вирусы
Наивная стимулируют
AПК
MHCI
Ag TCRCD8+T
CD8+ цитотоксические
клетка
MHCII
T лимфоциты (ЦТЛ) при
CD40
IL-2R
B7
Ag
ЭНДОГЕННОЙ ПРЕЗЕНТАЦИИ
CD40L
CD28
АНТИГЕНА если:
TCR
(1) Aнтигены вирусов трансCD4+ T
хелпер
IL-2
портируются из фагосом
1 типа
в цитоплазму или
Дифференцированый
(2) Вирусы проникают из
ДифференIFN
ЦТЛ
цированый
фагосом в цитоплазму
ЦТЛ
зараженных клеток.
В ней вирусы недоступны для
микробицидных факторов
фагоцитов.

18. Цитокиновый шторм (ЦШ) при COVID-19

При ЦШ происходит дисрегуляция (дисбалланс)
синтеза цитокинов и хемокинов:
(1)«провоспалительных»:ИЛ-1, ИЛ-2*, ИЛ-6, ИЛ-8,
ИЛ-12, ИЛ-17А, ИЛ-18, ФНОα, ИФН -индуцируемый
белок 10 (IP-10) или С-Х-С-хемокин (СХСL10), ИФНα,
ИФНβ, ИФНγ, Моноцитарный хемоаттрактантный
белок 1 (МХБ1,англ. МСР-1 или CCL2), Макрофагальный воспалительный белок 1α (МВБ1α, англ. MIP-1α),
С-реактивный белок (ЦРБ англ. CRP), Ферритин - мар-
кер воспаления, железопротеид- острофазный регулирующий белок.
(2) Иммунорегуляторных: ИЛ-7 –фактор созревания Т-, Вклеток и NK; снижение ИЛ-7 ведет к лимфопении, Г-КСФ – грану-
лоцит-колониестимулирующий фактор, ГМ-КСФ –
гранулоцитарно-макрофагальный-КСФ фактор),
(3) «антивоспалительных»: ИЛ-4, ИЛ-10 и TGFβ,
которые подавляют активность Th1 и воспалительных макрофагов.

19. Цитокиновый шторм при COVID-19 - ИЛ-1

«Провоспалительные» цитокины:
ИЛ-1 - семейство, из 11 цитокинов (ИЛ1α, ИЛ1β и др.).
Они регулируют воспаление через экспрессию интегринов на поверхности лейкоцитов и эндотелиоцитов:
(1) Увеличивают экспрессию адгезивных молекул на
эндотелии, что усиливает диапедез фагоцитов,
лимфоцитов и др. клеток в инфицированный участок.
(2) Эндогенный пироген - повышают температуру
тела, изменяя активность терморегуляторного центра
гипоталамуса (активирует пироптоз клеток).
(3) Вызывают гипералгезию – повышают
чувствительность к боли.
(4) Вызывают вазодилатацию и гипотонию.
ИЛ-1 интенсивно продуцируются тканевыми макрофагами, моноцитами, дендритными клетками,
фибробластами и в меньшей степени В- и NK
клетками, микроглией и эпителиальными клетками.

20. Цитокиновый шторм при COVID-19 - ИЛ-1α

Выживание
грарулоцитов,
Респираторный
взрыв,
рекрутирование
клеток
Некротическая клетка
Эндотелиоцит
Синтез
антител
Пролиферация и
созревание Т клеток
Презентация антигена
Вазодилатация,
рекрутирование
лейкоцитов

21. Биологические эффекты ИЛ-6

Дифференцировка Th17
ИЛ-6 усиливает:
(1) созревание Th17,
(2) синтез белков
острой фазы
воспаления,
(3) миграцию и
активацию Т- и
В-лимфоцитов,
моноцитов и
остеокластов.
(4) Продукцию матриксных металлопротеиназ (MMPs).
Cинтез белков острой
фазы: ЦРБ, фибриноген
Дифференцировка
остеокластов
Продукция матриксных
металлопротеиназ (MMPs)
MMPs - matrix metalloproteinases – матриксной металлопротеиназы - цинк содержащие
эндопептидазы (интерстициальная коллагеназа, нейтрофильная коллагеназа, желатиназа
А и др.), разрушают все типы экстрацеллюлярных матриксных белков и производят
многие биологически-активные вещества, участвуют в ремоделировании тканей.

22. Эффекты ИЛ-6

Дифференцировка Th17
Cинтез белков острой
фазы: ЦРБ, фибриноген
Активация
нейтрофилов
Потеря
иммуносупрессии
Повреждение
тканей (протеазы)
Депонирование
иммунных
комплексов
Накопление тканевого
матрикса
Резорбция костей

23. Патогенетическая терапия COVID-19 при тяжелом течении (1)

Иммуносупрессивная терапия для
подавления гиперактивации имунной системы –
применение ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ (ГК) и
ТАРГЕТНЫХ ПРЕПАРАТОВ.
ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ (дексаметазон, метилпреднизолон, гидрокортизон) подавляют все фазы
воспаления через угнетение синтеза многих
провоспалительных медиаторов.
ГК применяют в сочетании с антикоагулянтами.
ТАРГЕТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ (ингибиторы ИЛ-6, ИЛ1 и др.). ИЛ-6 и ИЛ-1 - ключевые цитокины, вызывающие гипервоспаление. Они усиливают
синтез ферритина, а его высокий уровень связывают с Синдромом Активации Макрофагов
(САМ) / Гемофагоцитарным ЛимфоГистиоцитозом (ГЛГ) и высокой смертностью больных).

24. Патогенетическая Таргетная терапия COVID-19 – ингибиторы ИЛ-6 (2)

Ингибиторы ИЛ-6 и ИЛ-1 применяют в комбинации с Глюкокортикоидами для лечения критических форм COVID-19 с целью подавления
цитокинового шторма (лучше до развития
тяжелого поражения легких).
Ингибиторы ИЛ-6:
Тоцилизумаб (атлизумаб) – гуманизированное
моноклональное антитело (МкАт) подкласса
IgGg1против рецептора ИЛ-6 (IL-6R).
Специфически связывается с растворимыми и мембранными рецепторами ИЛ-6 и подавляет ИЛ-6 опосредованную передачу сигнала с вовлечением убиквитарного сигнального гликопротеина 130 (gp130) и STAT-3 белков
(трансдукторы сигналов и активаторы транскрипции-3).
Сарилумаб человеческое моноклональное
антитело (МкАт) подтипа IgGg1против
рецептора ИЛ-6 (IL-6R).

25. Таргетная терапия COVID-19: Тоцилизумаб - ингибитор ИЛ-6 (3)

Тоцилизумаб – МкАт
против
рецептора ИЛ-6 (IL-6R).
Связывается с рецепторами ИЛ-6
растворимым (sIL-6R)
и мембранным (IL-6R).
Подавляет передачу
сигнала, в которой
участвуют сигнальный
гликопротеин gp130
и STAT-3 белок:
Оба белка-трансдукторы
сигналов и активаторы
транскрипции-3.

26. Ингибитор ИЛ-6 (4)

Тоцилизумаб – МкАт
к рецепторам ИЛ-6:
растворимому (sIL-6R)
и мембранному (IL-6R).
Подавляет передачу
сигнала с участием
сигнального гликопротеина gp130
и STAT-3 белка.
Блокирует транскрипцию генов, кодирующих
факторы активации:
(1) Синтеза белков
острой фазы в
печени (СРБ),
(2) Созревания Th17
(3) Th1 ответа (CD8 CTL
- ЦТЛ ) и прочее.
Ингибитор ИЛ-6 (4)

27. Таргетная терапия COVID-19: Канакинумаб - ингибитор ИЛ-1β (5)

Ингибиторы ИЛ-1β применяют для лечения
критических форм COVID-19 с целью
подавления цитокинового шторма.
Канакинумаб – человеческое моноклональное
антитело IgG1/каппа изотипа/ к ИЛ-1β.
Препарат связывается с человеческим ИЛ-1β и
предотвращает взаимодействие ИЛ-1β с его
рецепторами, блокирует ИЛ-1β-индуцированную активацию генов и продукцию таких
медиаторов воспаления, как ИЛ-6 и ЦОГ-2.
ЦОГ-циклооксигеназа (Cyclooxygenase, COX) или
«простагландинсинтаза» – группа ферментов,
участвующих в синтезе простагландинов,
простациклинов и тромбоксанов.

28. Канакинумаб – ингибитор ИЛ-1β (5)

Канакинумаб–человеческое МкАт специфичное к
ИЛ-1β.
Канакинумаб связывается с ИЛ-1β,
мешает его взаимодействию с рецептором ИЛ-1β (IL-1R)
и ИЛ-1β – индуцированной активации
генов и продукции
медиаторов
ИЛ-6 и ЦОГ-2.

29. Обюдоострый меч Т-клеточного ответа

Лечение
вначале
инфекции для
(1) усиления
Т-ответа
и
(2) элиминации
вируса
(ИФН 1
типа,
антитела,
терапия
NK клетками)
Лечение
тяжелой
патологии
для
подавления
Т-ответа
при поздней инфекции
для устранения
деструктивных
осложнен
ий (антицитокиновая
терапия,
терапия
Treg
клетками)

30.

(А) Снижение числа и истощение лимфоцитов
(Б) Рост числа нейтрофилов
Лимфопения
Лимфопения
Потенциальные механизмы SARS-Cov-2-индуцированной иммунопатологии
(В)
Цитокиновый шторм
(Г) Антителозависимое усиление
инфицирования клеток

31.

Терапевтические подходы к лечению COVID-19
Интерфероновая иммунотерапия
IFN‐α
IFN‐β
IFN‐λ
Recombinant human
interferon α1β
Recombinant
interferon α‐2b
Inhaled IFN‐β1
Ранние
стадии
инфекции
Peginterferon
IFN‐lambda
The type III is a group of anti-viral cytokines, that consists of four IFN-λ
molecules called IFN-λ1, IFN-λ2, IFN-λ3 (also known as IL29, IL28A and
IL28B respectively), and IFN-λ4. Their function is similar to that of type I
interferons, but is less intense and serves mostly as a first-line defense
against viruses in the epithelium.

32.

Терапевтические подходы к лечению COVID-19
Лечение на основе антител
Плазма
выздоровевших
Гипериммунная плазма
выздоровевших
Моноклональные
антитела
(МкАт)
Получение человеческих Most mAbs target the S1 subunit
МкАт, нейтрализующих
Наиболее важные МкАт против
SARS‐Cov‐2 из B клеток
субъединиц S1 белка вируса
выздоровевших
пациентов
IVIG
Поливалентный
иммуноглобулин
Hyperimmune
(Convalescent) Plasma
Polyvalent
immunoglobulin (IVIG)
convalescent plasma restricts
viral infection and modulates the
cytokine storm, which finally
improves the respiratory function
and outcome in COVID‐19
patients.
Several mechanisms contribute to
the anti‐inflammatory effects of
IVIG : the inhibition of Fcγ
receptors, neutralizing cytokines
and antibodies, suppressing the
activation of lymphocytes, and
inhibiting the function of the
complement system

33.

Терапевтические подходы к лечению COVID-19
Лечение цитокинового шторма
Блокаторы ИЛ-6
inhibit the inflammatory pathway
induced by IL‐6
IL‐6 blockade
Tocilizumab,
Sarilumab
Блокаторы ИЛ-1
Anakinra (recombinant
In severe stages of the disease
could be an effective approach to
reduce the progression of the
cytokine release syndrome and
ARDS (острый респираторный
дисстресс синдром).
IL‐1 receptor antagonist),
IL‐1 blockade
Canakinumab
Блокаторы
ИФН- гамма
IFN‐γ blockade
Emapalumab
Inhibit the progression of the ARDS
Иммуносупрессивные
препараты
Immunosuppressive agents
Corticosteroids
Inhibiting the expression of
proinflammatory transcription
factors in the nuclei of inflammatory
cells
Not used in mild/moderate diseases