Email this article Studies of CD45+ and CD46+ expression on the peripheral blood lymphocyte subsets of the post-COVID patients
- Authors: Dobrynina M.A.1, Zurochka A.V.1,2, Komelkova M.V.1,2, Luo S.3, Zurochka V.A.1,2, Desheng H.3, Ryabova L.V.4, Sarapultsev A.P.1,2
-
Affiliations:
- Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
- South Ural State University (National Research University)
- University of Science and Technology
- South Ural State Medical University
- Issue: Vol 25, No 4 (2022)
- Pages: 431-436
- Section: SHORT COMMUNICATIONS
- URL: https://rusimmun.ru/jour/article/view/1160
- DOI: https://doi.org/10.46235/1028-7221-1160-SOC
- ID: 1160
Cite item
Full Text
Abstract
The SARS-CoV-2 virus can enter the cells using S1 viral spike (S) protein, not only by binding to ACE2, but also through other cellular receptors. These candidate receptors include CD46, which, like CD45, belongs to pan-leukocyte receptors and is expressed on all types of lymphocytes. In turn, SARS-CoV-2 infection is accompanied by damage to almost all compartments of the immune system, mainly T lymphocytes. The purpose of the study was to evaluate the expression levels of CD45+ and CD46+ in various subpopulations of lymphocytes in patients who had undergone SARS-CoV-2 infection.
72 patients who had undergone SARS-CoV-2 infection were examined. Using flow cytometry technique, we determined CD45+ and CD46+ (panleukocyte marker for lymphocyte gating), CD45+ and CD46+, CD3+ (T lymphocytes), CD45+ and CD46+, CD3+, CD4+ (helper inducers), CD45+ and CD46+, CD3+, CD8+ (cytotoxic T-lymphocytes), CD45+ and CD46+, CD3+, CD56+ (TNK cells) CD45+ and CD46+, CD3-, CD56+ (natural killers), CD45+ and CD46+, CD3-, CD19+ (B lymphocytes), CD45+ and CD46+, CD3+, CD4+, CD25+ (activated helpers, early activation of lymphocytes), CD45+ and CD46+, CD3+, HLA-DR (activated T lymphocytes – late activation of lymphocytes). Our studies have shown that a decrease in CD46+ expression in T lymphocytes (CD3+) is accompanied by similar decrease of its expression in cytotoxic T lymphocytes (CD3+, CD8+), TNK (CD3+, CD56+), as well as in helpers T carrying markers of early activation (CD3+, CD4+, CD25+). At the same time, the most pronounced decrease was observed both among total T lymphocytes and cytotoxic T cells. In these patients, the expression level of CD46+ in B lymphocytes was slightly increased. Recent data suggest that there is no involvement of CD46 receptor on B lymphocytes. Our data suggest that the SARS-CoV-2 virus may affect the CD46 receptor. Such exposure may lead to promotion of the long-COVID (post-COVID) symptoms in such patients, thus requiring new approaches to correction of these disorders.
Full Text
Введение
Известно, что развитие SARS-CoV-2-инфекции обусловлено связыванием SARS-CoV-2 с ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2) и является критическим шагом в патофизиологии клинических проявлений у пациентов с COVID-19 [13]. Согласно литературе, вирус SARS-Cov-2 может проникать в клетки не только с помощью S1 вирусного шипового (S) белка через связывание с ACE2, но и через другие рецепторы клеток. К таким кандидатным рецепторам относится CD46, который, так же как и CD45, относится к панлейкоцитарным рецепторам и экспрессируется на всех видах лимфоцитов [8, 11]. CD46 представляет собой мембранный гликопротеин I типа, экспрессируемый на всех ядерных клетках, характеризующийся как регуляторный белок комплемента и как рецептор для ряда патогенов человека, включая вакцинный штамм вируса кори, аденовирусов (группы B и D) и вирусов герпеса 6 типа [12].
В то же время SARS-CoV-2-инфекция сопровождается повреждением практически всех компартментов иммунной системы и в первую очередь Т-лимфоцитов [3, 4]. При этом именно нарушение лимфоцитарного звена иммунной системы оказывается критичным в случае SARS-CoV-2, поскольку сверх активный цитокиновый ответ, типичный для тяжелых случаев заболевания, приводит к развитию системных осложнений, полиорганной недостаточности и, в конечном итоге, к смерти [9]. У больных COVID-19 отмечается уменьшение количества CD3+CD4+T-лимфоцитов, CD3+CD8+T-лимфоцитов, CD19+B- лимфоцитов и CD16+CD56+NK-клеток в периферической крови [7, 14].
В свою очередь, известно, что при дефиците CD46 или его лиганда (C3/C3b) отмечается нарушение Th1-ответа и увеличивается риск рецидивирующих инфекций [6], в то время как нарушения со стороны Т-клеточного ответа отмечаются как входе самого заболевания [7], так и спустя длительные промежутки времени после клинического выздоровления [10].
Работ, определявших экспрессию СD46+ на лимфоцитах у пациентов с постковидным синдромом, в доступной литературе обнаружено не было.
Однако полученные фундаментальные знания о панлейкоцитарных маркерах лимфоцитов и их субпопуляций у постковидных пациентов являются крайне востребованными, так как могут позволить разработать новые подходы к лечению и реабилитации больных, в том числе и при иных вирусных (в том числе и сезонных) заболеваниях.
Таким образом, учитывая роль активации системы комплемента при COVID-19, регуляторные свойства CD46 и его потенциальную вовлеченность в процессы проникновения вируса в клетку, мы сочли необходимым изучить параметры иммунной системы, связанные с нарушением уровней CD45+ и CD46+ на различных субпопуляциях лейкоцитов у постковидных пациентов.
Цель исследования – изучить уровень экспрессии CD45+ и CD46+ на различных субпопуляциях лимфоцитов у пациентов, перенесших SARS-CoV-2-инфекцию.
Материалы и методы
Было обследовано 72 пациента, перенесших SARS-CoV-2-инфекцию. Критерием включения в группы исследований были: подтвержденный диагноз SARS-CoV-2-инфекции методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), наличие IgA, IgM, IgG к вирусу SARS-CoV-2-инфекции, данные компьютерной томографии о перенесенной пневмонии (варианты: КТ1 – поражение до 25% легких, КТ2 – поражение до 50% легких, КТ3 – поражением до 75% легких, КТ4 – поражение свыше 75% легких). Исследование проводилось не менее чем через 6 месяцев после перенесенной пневмонии вызванной SARS-CoV-2-инфекцией.
Все пациенты были предварительно обследованы врачом терапевтом и иммунологом-аллергологом, для выявления сопутствующих заболеваний. Группы были рандомизированы по полу, возрасту, сопутствующим заболеваниям по критерию χ2. Пациенты были разделены на 2 группы сравнения по гейтированию панлейкоцитарными маркерами: 1. Пациенты с уровнем CD45+ больше уровня CD46+ на Т-лимфоцитах (n = 52). 2. Пациенты с CD45+, равным или меньшим уровня CD46+ на Т-лимфоцитах (n = 20). Критерием общие Т-лимфоциты были выбраны в связи с тем, что их повреждение наиболее часто встречается при обследовании как ковидных, так и постковидных пациентов [7, 10]. Все исследования были одобрены Независимым локальным этическим комитетом при ГАУЗ ОТКЗ «Городская клиническая больница № 1» г. Челябинска, протокол № 8 от 11.04.2022, на базе которой проводились данные исследования.
Иммунологические исследования
Общий анализ крови (исследовано 25 параметров: лейкоцитарный, эритроцитарный и тромбоцитарный ростки кроветворения), количественный и качественный состав ростков кроветворения проведен стандартизованным методом на гематологическом анализаторе Medonic M20 (Швеция).
Методом проточной цитометрии CD45+и CD46+ (панлейкоцитарный маркер для гейтирования лимфоцитов), CD45+ и CD46+, CD3+ (Т-лимфоциты), CD45+ и CD46+, CD3+,CD4+ (хелперы индукторы), CD45+ и CD46+, CD3+, CD8+ (цитотоксические Т-лимфоциты,), CD45+ и CD46+, CD3+, CD56+ (TNK-клетки) CD45+ и CD46+, CD3-, CD56+ (натуральные киллеры), CD45+ и CD46+, CD3-, CD19+, CD5+ (В-лимфоциты), CD45+ и CD46+, CD3+, CD4+, CD25+ (активированные хелперы, ранняя активация лимфоцитов), CD45+ и CD46+, CD3+, HLA- DR (активированные Т-лимфоциты – поздняя активация лимфоцитов), Beckman Coulter, BioLegend (США). Оценку иммунного статуса осуществляют методом проточной цитометрии на цитофлюориметре Navios (Beckman Coulter, США) по стандартизованной технологии оценки лимфоцитарного звена иммунитета [1, 2].
Обработка и анализ данных осуществлялись с помощью R 3.1.1 12 (R Foundation for Statistical Computing, Вена, Австрия) и Microsoft Excel версии 14.0. Так как распределение в количественных данных было не нормальным (p-value теста Шапиро–Уилка < 0,05), то использованные статистические критерии были непараметрическими.
Результаты и обсуждение
На первом этапе исследования было выявлено, что при гейтировании лимфоцитов по CD45+ по сравнению с CD46+ у части пациентов процент Т-лимфоцитов несущих рецептор CD45+ был достоверно выше, чем при гейтировании CD46+, из 72 пациентов таких было 52 человека (72,2%), у остальных 20 человек процент Т-лимфоцитов несущих рецептор CD45+ был равен или несколько ниже, чем при гейтировании CD46+ (см. табл. 1). По этому критерию пациенты были разбиты на 2 группы, как это было написано выше.
Как показали наши исследования, снижение экспрессии CD46+ на Т-лимфоцитах (CD3+) сопровождается, таким же уменьшением его экспрессии на цитотоксических Т-лимфоцитах (CD3+, CD8+), TNK (CD3+, CD56+), а также Т-хелперах, несущих маркеры ранней активации (CD3+, CD4+, CD25+). При этом наиболее выраженное снижение отмечалось как среди общих Т-лимфоцитов, так и цитотоксических. У этих больных несколько повышался уровень экспрессии CD46+ на В-лимфоцитах. Последние данные говорят об отсутствии вовлечения в нарушении рецептора CD46 на В-лимфоцитах (см. табл. 1).
ТАБЛИЦА 1. СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СУБПОПУЛЯЦИЙ ЛИМФОЦИТОВ ПОСТКОВИДНЫХ ПАЦИЕНТОВ ПРИ ГЕЙТИРОВАНИИ ПАНЛЕЙКОЦИТАРНЫМИ МАРКЕРАМИ CD45+ И CD46+, M±m
TABLE 1. COMPARISON OF INDICES OF LYMPHOCYTE SUBPOPULATIONS IN POST-COVID PATIENTS WHEN GATED WITH CD45+ AND CD46+ PANLEUKOCYTE MARKERS, M±m
Показатели субпопуляций лимфоцитов Indicators of subpopulations of lymphocytes | Группа 1. Постковидные пациенты с уровнем CD45+ больше уровня CD46+ Group 1. Post-COVID patients with CD45+ level greater than CD46+ level, n = 52 | Группа 2. Постковидные пациенты с CD45+, равным или меньшим, чем уровень CD46+ Group 2. Post-COVID patients with CD45+ equal to or less than CD46+, n = 20 |
T-лимфоциты (CD3+CD19-) отн. (%) T lymphocytes (CD3+CD19-) rel. (%) | 68,35±0,69* | 74,40±1,01 |
T-лимфоциты (CD3+CD19-) абс. (109 кл/л) T lymphocytes (CD3+CD19-) abs. (109 cell/L) | 1427,46±57,93* | 1753,30±112,49 |
T-цитотоксические (CD3+CD8+) отн. (%) T cytotoxic (CD3+CD8+) rel. (%) | 23,32±0,95* | 26,31±1,06 |
T-цитотоксические (CD3+CD8+) абс. (109 кл/л) T cytotoxic (CD3+CD8+) abs. (109 cell/L) | 465,96±21,16* | 611,90±45,91 |
ТNK-клетки (CD3+CD16+CD56+) отн. (%) TNK cells (CD3+CD16+CD56+) rel. (%) | 6,080±0,385 | 7,28±0,88 |
TNK-клетки (CD3+CD16+CD56+) абс. (109 кл/л) TNK cells (CD3+CD16+CD56+) abs. (109 cell/L) | 114,62±6,55* | 185,30±32,06 |
B-лимфоциты (CD3-CD19+) отн. (%) B lymphocytes (CD3-CD19+) rel. (%) | 10,50±0,36* | 9,04±0,68 |
B-лимфоциты (CD3-CD19+) абс. (109 кл/л) B-lymphocytes (CD3-CD19+) abs. (109 cell/L) | 218,00±11,55 | 194,40±8,76 |
T-лимфоциты (CD3+CD4+CD25+) (ранняя активация) отн. (%) T lymphocytes (CD3+CD4+CD25+) (early activation) rel. (%) | 6,58±0,38 | 6,700±0,448 |
T-лимфоциты (CD3+CD4+CD25+) (ранняя активация) абс. (109 кл/л) T lymphocytes (CD3+CD4+CD25+) (early activation) abs. (109 cell/L) | 56,27±4,04* | 72,10±5,91 |
Примечание. * – достоверность различий между группами р < 0,05.
Note. *, significance of differences between groups p < 0.05.
Как показали наши исследования, более чем у 70% обследованных пациентов с постковидным синдромом выявляется значительное снижение экспрессии CD46+ на Т-лимфоцитах. При этом наиболее страдают как общее количество этих клеток, так и клетки, отвечающие за противовирусный иммунитет (Т-цитотоксические и TNK-клетки) и раннюю активацию Т-хелперов. Выявлено, что В-лимфоциты в этой ситуации не страдают, а даже несколько усиливают экспрессию CD46+ на мембране клеток. Полученные нами данные говорят о том, что вирус SARS-CoV-2 может воздействовать на рецептор CD46.
Более того, наблюдаемые изменения вполне могут быть вызваны взаимодействием вируса и CD46. Так, согласно литературным данным, CD46 вовлечен в контроль по меньшей мере трех ключевых метаболических событий: обработанный λ-секретазой внутриклеточный домен CYT- 1 CD46 перемещается в ядро, где он индуцирует экспрессию белков-переносчиков (GLUT1, LAT1 и CAT1) и сборку mTORC1. Активация CD46 индуцирует повышенную экспрессию метаболических ферментов, включая синтазы жирных кислот, GAPD; также CD46 увеличивает активацию внутриклеточных пулов C5 с внутриклеточно генерируемым C5a, стимулирующим митохондриальный C5aR1, который управляет продукцией ROS и активацией NLRP3 инфламмасом в CD4+T-клетках. Все это лежит в основе повышения гликолиза и увеличения продукции OXPHOS и ROS, необходимых для индукции продукции IFNã и экспрессии гранзима B, и, как следствие, реализации защитных эффекторных ответов Th1 Т-киллеров [5].
Особо стоит отметить, что выявленный комплекс изменений сохраняется у значительного числа переболевших пациентов на протяжении длительного времени, что подчеркивается нарушениями экспрессии этого маркера на различных субпопуляциях Т-лимфоцитов. В целом же, полученные данные подтверждают гипотезу участия рецептора CD46 в патогенезе COVID-19. Более того, такое воздействие приводит к усилению симптомов лонг-ковида (постковидного синдрома) у таких пациентов и требует формирования новых подходов к коррекции этих нарушений.
Выводы
- У 72,2% постковидных пациентов выявляется значительное снижением экспрессии CD46+ на Т-лимфоцитах.
- Снижение уровня CD46+ у постковидных пациентов наблюдается также на Т-цитотоксических и TNK-клетках и Т-хелперах, несущих маркеры «Ранней активации».
- Снижение экспрессии CD46+ на Т-лимфоцитах не сопровождается падением уровня этого маркера на В-лимфоцитах.
Работа выполнена по теме гос. задания «Иммунофизиологические и патофизиологические механизмы регуляции и коррекции функций организма» № гос. регистрации 122020900136-4 и поддержана грантом РФФИ и NSFC, 20-515-55003.
About the authors
M. A. Dobrynina
Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: mzurochka@mail.ru
PhD (Medicine), Junior Research Associate, Laboratory of Inflammation Immunology
Russian Federation, EkaterinburgA. V. Zurochka
Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; South Ural State University (National Research University)
Email: mzurochka@mail.ru
PhD, MD (Medicine), Professor, Leading Research Associate, Laboratory of Inflammation Immunology; Head, Laboratory of Immune Biotechnology, Russian-Chinese Educational Center
Russian Federation, Ekaterinburg; ChelyabinskM. V. Komelkova
Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; South Ural State University (National Research University)
Email: mzurochka@mail.ru
PhD (Biology), Head, Laboratory of Systemic Pathology and Prospective Medical Drugs, Russian-Chinese Educational Center; Senior Research Associate, Laboratory of Immune Physiology and Immunopharmacology
Russian Federation, Ekaterinburg; ChelyabinskSh. Luo
University of Science and Technology
Email: mzurochka@mail.ru
Professor, Institute of Hematology, Union Hospital, Tongji Medical College
China, WuhanV. A. Zurochka
Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; South Ural State University (National Research University)
Email: mzurochka@mail.ru
PhD, MD (Medicine), Senior Research Associate, Laboratory of Inflammation Immunology; Senior Research Associate, Laboratory of Immune Biotechnology, Russian-Chinese Educational Center
Russian Federation, Ekaterinburg; ChelyabinskHu Desheng
University of Science and Technology
Email: mzurochka@mail.ru
Professor, Department of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine, Union Hospital, Tongji Medical College
China, WuhanL. V. Ryabova
South Ural State Medical University
Email: mzurochka@mail.ru
PhD, MD (Medicine), Professor, Department of Life Security, Emergency Medicine, First Aid and Urgent Care
Russian Federation, ChelyabinskA. P. Sarapultsev
Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; South Ural State University (National Research University)
Email: mzurochka@mail.ru
PhD, MD (Biology) Leading Research Associate, Laboratory of Immunopathophysiology; Director, Russian-Chinese Educational Center
Russian Federation, Ekaterinburg; ChelyabinskReferences
- Зурочка А.В., Хайдуков С.В., Кудрявцев И.В., Черешнев В.А. Проточная цитометрия в биомедицинских исследованиях. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2018. 720 с. [Zurochka A.V., Khaidukov S.V., Kudryavtsev I.V., Chereshnev V.A. Flow cytometry in biomedical research]. Ekaterinburg: RIO Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2018. 720 p.
- Хайдуков С.В., Байдун Л.А., Зурочка А.В., Тотолян А.А. Стандартизованная технология «Исследование субпопуляционного состава лимфоцитов периферической крови с применением проточных цитофлюориметров-анализаторов» // Российский иммунологический журнал, 2014, Т. 8 (17), № 4. С. 974-992. [Khaydukov S.V., Baidun L.A., Zurochka A.V., Totolyan A.A. Standardized technology “Study of the subpopulation composition of peripheral blood lymphocytes using flow cytofluorometer-analyzers”. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2014, Vol. 8 (17), no. 4, pp. 974-992. (In Russ.)]
- Gusev E., Sarapultsev A., Solomatina L., Chereshnev V. SARS-CoV-2-Specific immune response and the pathogenesis of COVID-19. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 3, 1716. doi: 10.3390/ijms23031716.
- Jouan Y., Guillon A., Gonzalez L., Perez Y., Boisseau C., Ehrmann S., Ferreira M., Daix T., Jeannet R., François B., Dequin P.F., Si-Tahar M., Baranek T., Paget C. Phenotypical and functional alteration of unconventional T cells in severe COVID-19 patients. J. Exp. Med., 2020, Vol. 217, no. 12, e20200872. doi: 10.1084/jem.20200872.
- Kunz N., Kemper C. Complement has brains-do intracellular complement and immunometabolism cooperate in tissue homeostasis and behavior. Front. Immunol., 2021, Vol. 12, 629986. doi: 10.3389/fimmu.2021.629986.
- Le Friec G., Sheppard D., Whiteman P., Karsten C.M., Shamoun S.A., Laing A. The CD46-Jagged1 interaction is critical for human TH1 immunity. Nat. Immunol., 2012, Vol. 13, no. 12, pp. 1213-1221.
- Li M., Guo W., Dong Y., Wang X., Dai D., Liu X., Wu Y., Li M., Zhang W., Zhou H., Zhang Z., Lin L., Kang Z., Yu T., Tian C., Qin R., Gui Y., Jiang F., Fan H., Heissmeyer V., Sarapultsev A., Wang L., Luo S., Hu D. Elevated exhaustion levels of NK and CD8+ T cells as indicators for progression and prognosis of COVID-19 disease. Front. Immunol., 2020, Vol. 11, 580237. doi: 10.3389/fimmu.2020.580237.
- Liszewski M.K., Atkinson J.P. Membrane cofactor protein (MCP; CD46): deficiency states and pathogen connections. Curr. Opin. Immunol., 2021, Vol. 72, pp. 126-134.
- Masselli E., Vaccarezza M., Carubbi C., Pozzi G., Presta V., Mirandola P., Vitale M. NK cells: A double edge sword against SARS-CoV-2. Adv. Biol. Regul., 2020, Vol. 77, 100737. doi: 10.1016/j.jbior.2020.100737.
- Mitsuyama Y., Yamakawa K., Kayano K., Maruyama M., Wada T., Fujimi S. Prolonged enhancement of cytotoxic T lymphocytes in the post-recovery state of severe COVID-19. J. Intensive Care, 2021, Vol. 9, 76. doi: 10.1186/s40560-021-00591-3.
- Persson B.D., John L., Rafie K., Strebl M., Frängsmyr L., Ballmann M.Z., Mindler K., Havenga M., Lemckert A., Stehle T., Carlson L.A., Arnberg N. Human species D adenovirus hexon capsid protein mediates cell entry through a direct interaction with CD46. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2021, Vol. 118, no. 3, e2020732118. doi: 10.1073/pnas.2020732118.
- Stein K.R., Gardner T.J., Hernandez R.E., Kraus T.A., Duty J.A., Ubarretxena-Belandia I., Moran T.M., Tortorella D. CD46 facilitates entry and dissemination of human cytomegalovirus. Nat. Commun., 2019, Vol. 10, no. 1, 2699. doi: 10.1038/s41467-019-10587-1.
- Verdecchia P., Cavallini C., Spanevello A., Angelim F. The pivotal link between ACE2 deficiency and SARS-cov-2 infection. Eur. J. Intern. Med., 2020, Vol. 76, pp. 14-20.
- Wu Y., Huang X., Sun J., Xie T., Lei Y., Muhammad J., Li X., Zeng X., Zhou F., Qin H., Shao L., Zhang Q. Clinical characteristics and immune injury mechanisms in 71 patients with COVID-19. mSphere, 2020, Vol. 5, no. 4, e00362-20. doi: 10.1128/mSphere.00362-20.
Supplementary files
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).