Burza cytokinowa w przebiegu infekcji koronawirusowej. Znaczenie i możliwości terapii

Beta koronawirusy takie jak SARS-CoV-1, MERS-CoV czy filowirusy – Ebola i Marburg, są wirusami odzwierzęcymi. SARS-CoV-2 jest wirusem pochodzącym od nietoperzy. Zaatakował człowieka, ponieważ znalazł pośredniego przenosiciela – łuskowca i tam zchimeryzował się z innym wirusem. Dzięki temu struktura jego białek Spike jest tak kompatybilna z cząstką ACE2 u ludzi.

SARC-CoV-2 ma kilka miejsc uchwytu w komórkach ludzkich, są to między innymi receptory furynowe obecne w każdej komórce naszego organizmu. Najlepszym miejscem wiązania są receptory nabłonka nosogardzieli, ale nie jest to jedyna droga ekspansji. Jest jeszcze droga pokarmowa-oralna i wnikanie per oculi – przez oczy.

Ekspansywność wirusa, a odpowiedź immunologiczna organizmu

Wirus wnika, podporządkowując sobie replikację i metabolizm komórkowy, a jego ekspansywność uwarunkowana jest odpowiedzią gospodarza. Po zlokalizowaniu patogenu, nasz układ immunologiczny przystępuje do działania. Na odpowiedź swoistą, czyli produkcję przeciwciał, potrzebujemy minimum 96 godzin.

Bardzo możliwe, że odpowiedzi dotyczące zagadkowego przebiegu COVID-19, skutecznego leczenia i długofalowej ochrony, są już zapisane w naszym układzie odpornościowym.

W tym czasie chroni nas odpowiedź wrodzona, nieswoista. Jest indukowana przez mediatory takie jak szlaki interleukin – IL, interferonu – IFN, TNF-alfa (czynnik martwicy nowotworu), cyklooksygenaz i kinazy N-końcowej c-JAN(JNK). Odpowiedzialne za nią są monocyty, makrofagi, granulocyty i inne komórki nabłonkowe, uruchamiające wydzielanie cytokin, chemokin i aktywujące układ dopełniacza.

Komórki nabłonka oddechowego modyfikują odpowiedź zapalną podczas infekcji. Po wniknięciu, wirusy infekują między innymi makrofagi pęcherzykowe, a gdy dochodzi do ich martwicy czy apoptozy, aktywuje się proces zapalny. Komórki płuc aktywują odpowiedź zapalną, co prowadzi do uszkodzenia tkanki płucnej przez trawienie cytokinowe zakażonych struktur.

SARS-CoV-2 jest bardzo ekspansywny – zakażenie obejmuje wiele komórek, co powoduje, że odpowiedź nieswoista trawi sporą powierzchnię tego narządu. Następnie zwiększa się przepływ krwi, komórki płuc wypełniają się płynem i indukują proces naprawczy, który przy tak rozległych uszkodzeniach prowadzi do zwłóknienia tkanek przez kolagenogenezę. Tak dynamiczna odpowiedź immunologiczna przy rozległej infekcji prowadzi do ARDS, czyli zespołu ostrej niewydolności oddechowej. ARDS często kończy się zwłóknieniem płuc i śmiercią (u około 35%).

U pacjentów hospitalizowanych wykrywa się zwiększony poziom ferrytyny, białek ostrej fazy, cytokin tj. interferony, INF, czynnik martwiczy nowotworów – TNF-alfa, interleukiny – IL-1 jako czynnik początkowy, IL-8, IL-6 jako czynnik dominujący oraz chemokin. Jeśli występuje jakikolwiek problem z wytworzeniem przeciwciał, odpowiedź nieswoista trwa nadal, chociaż struktura odpowiedzi immunologicznej naszego organizmu jest wielokierunkowa i obserwowana równocześnie, wieloetapowo.

Przyczyny nadmiernej odpowiedzi immunologicznej

Przyczyn długotrwałej odpowiedzi nieswoistej jest kilka. Mogą to być mutacje genowe w obrębie genów odpowiedzialnych za produkcję białek immunologicznych – na przykład perforyn. Odpowiedzialne są one za „perforację” komórek chorych, rakowych i są kluczowe dla białek cytotoksycznych – komórek T i NK – natural killer. Odpowiedzialne są za tworzenie kanałów perforynowych, którymi do wnętrza komórek przedostaje się między innymi toksyczny granzym B, trawiący chore komórki od środka. Około 10-15% populacji wykazuje mutację genów syntetyzujących te białka, a struktury komórkowe pozbawione perforyn są aktywne pięciokrotnie dłużej procytokinowo niż te, które są w perforyny uzbrojone. Ta okoliczność w pewien sposób tłumaczy występowanie dwóch fenotypów pacjentów w ARDS. Część ludzi sama wytwarza większą ilość cytokin jako mechanizm kompensacyjny do braków niektórych białek odpowiedzi immunologicznej.

Na czym polega burza cytokinowa?

Trwająca długo aktywność cytokinowa daje nawał cytokin, zwany „burzą cytokinową”. Jest to stan zagrażający życiu i trudny do klinicznego opanowania. W jego przebiegu organizm trawi własne tkanki, a indukowany proces naprawczy powoduje ich przerost kolagenem i zwłóknienie. Dlatego u pacjentów z burzą cytokinową stosuje się leczenie tłumiące odpowiedź zapalną i inhibitory czynników zapalnych.

Jakie leki mogą przeciwdziałać ARDS i zwłóknieniu płuc?

ARDS jest stanem obserwowanym w zakażeniu SARS-CoV-1, MERS, ale także wirusem grypy H1N1. By przeciwdziałać ARDS i zwłóknieniu stosuje się w badaniach klinicznych substancje takie jak:

anakinra (Kineret) – inhibitor IL-1;
tocilizumab (Actrema) – inhibitor interleukiny 6, obecny w badniach klinicznych od lutego 2020 roku;
adalimumab – inhibitor TNF;
salirumab (Kevzara) – antagonista IL-6;
siltuximab – przeciwciało monoklonalne przeciw IL-6;
eculizumab (Soliris) – modulator dopełniacza i modyfikator odpowiedzi immunologicznej;
emapalumab (Gamifant) – przeciwciało blokujące INF gamma;
baricytynib – inhibitor kinazy JAN, który ma także działanie przeciwendocytotyczne i przeciwdziała pasażowaniu wirusa w komórkach;
ruxolitinob – inhibitor kinazy JAN, warunkuje ekspresję genów cytokinowych;
jakotinib – chiński preparat działający prawdopodobnie jak inhibitor kinazy JAN.

Antagoniści histaminy

Badane są też właściwości przeciwzapalne antagonistów histaminowych takich jak elastyna czy tranilast, który ma zdolność hamowania cytokin. Badany jest także fingolimod, lek stosowany w stwardnieniu rozsianym. Jest on modulatorem receptora sfingozyno-1-fosforanowego, a dodatkowo upośledza zdolność komórek T do aktywności cytotoksycznej, hamując szlak kwasu arachidonowego. Testowane są też immunomodulujące leki imidowe – talidomid i jego analog leflunomid. Leki te hamują produkcję cytokin zapalnych i TNF-alfa, przy czym analogi są 50000 razy skuteczniejsze in vitro niż lek macierzysty.

Kolchicyna

W Kanadzie włączono właśnie do badań klinicznych kolchicynę, lek już znany i powszechnie stosowany w terapii dny moczanowej. Ze względu na dużą dostępność i znany profil bezpieczeństwa ocenia się jej działanie przeciwzapalne i możliwość blokowania szlaku prostaglandyn w przebiegu COVID-19.

Prifenidon

Innym preparatem jest prifenidon, który działa przeciwzapalnie w zwierzęcych modelach włóknienia płuc i jest stosowany w idiopatycznym włóknieniu płuc. Prifenidon zmniejsza proliferację fibroblastów i hamuje wytwarzanie białek oraz cytokin powstających podczas włóknienia płuc.

W przeważającej liczbie przypadków mamy do czynienia z objawami płucnymi. W przebiegu choroby występuje duszność, spłycenie oddechu, porażenie mięśni oddechowych, a w rozwiniętym ARDS – groźne ograniczenie powierzchni wymiany gazowej i konieczność włączenia tlenoterapii. By zwiększyć powierzchnię wymiany gazowej, próbuje się stosować sildenafil lub aviptadil.

Geny a odporność na zakażenie koronawirusem

Trudno określić czynniki wpływające na efektywność wiązania nowego koronawirusa z receptorami tkankowymi ACE2. Dokonano w tym zakresie jednak kilku odkryć.

Defensyny

Jednak ostatnio stwierdzono, że rzadsza kolonizacja komórek nabłonka jelit wynika z produkcji defensyny alfa – HD5 w komórkach Panetha. Defensyna wiąże się z receptorem ACE2 i blokuje wejście wirusa SARS-CoV-2 do komórek gospodarza.

Defensyny to nieduże peptydy stanowiące część odpowiedzi wrodzonej. Ekspresja genów odpowiedzialnych za ich syntezę jest zależna m. in od interleukin oraz TNF-alfa i odbywa się w wielu tkankach. Różne rodzaje defensyn mogą działać przeciwbakteryjnie i przeciwwirusowo. Co ciekawe, właśnie defensyna HD5 ma potwierdzone badaniami działanie przeciwwirusowe wobec wirusa HIV.

Defensyny występują między innymi w nabłonku jelit, płuc, nerek i narządów płciowych. Ich brak, wynikający z mutacji genów kodujących, występuje w chorobie Leśniowskiego-Crohna, mukowiscydozie, astmie, towarzyszy cukrzycy i objawia się też nawracającymi infekcjami. Wpływ na spadek ich produkcji w płucach ma palenie tytoniu. Znajdują też zastosowanie jako leki. Na przykład enfuwirtyd jest lekiem anty-HIV, który wykazuje małą liczbę działań niepożądanych, ale jego dostępność jest ograniczona wysoką ceną.

Tymozyny

Z peptydów biorących udział w odpowiedzi immunologicznej, w badaniach terapii COVID-19 testuje się tymozyny. Tymozyny są białkami produkowanymi przez grasicę, wpływają na komórki T, modulują odpowiedź cytokinową i działanie chemokin, a w niektórych krajach są zarejestrowane w leczeniu WZW typu B i C.

Są stosowane także w mukowiscydozie, wstrząsie septycznym, zespole ostrej niewydolności oddechowej i zapaleniach płuc u krytycznie chorych pacjentów.

Z powyższego można wysnuć wniosek, że wyższa tendencja do zapadalności na COVID-19 i jego bardziej krytyczny rozwój może być determinowana między innymi przez mutacje w obrębie genów kodujących peptydy immunologicznej odpowiedzi wrodzonej lub przez ich niższy poziom wywołany niehigienicznymi nawykami.

Terapia osoczem ozdrowieńców

Wiele nadziei pokłada się w terapii osoczem osób, które wyzdrowiały z COVID-19. Badania takiej terapii prowadzono w Chinach, a teraz w USA i Europie.

Spodziewaną zaletą terapii osoczem rekonwalescencyjnym jest brak działań ubocznych, często poważnych w wypadku innych testowanych leków. Obecnie wysiłki klinicystów skupione są na niedopuszczeniu do zaostrzenia się choroby i przeciwdziałaniu wystąpieniu formy krytycznej, gdzie odsetek przypadków śmiertelnych wynosi około 61,5%.

Hiperimmunologiczna terapia immunologlobulinowa opiera się na zastosowaniu odpowiednio przygotowanego osocza pobranego od osób, które wyzdrowiały z COVID-19. Celem takiego podejścia jest osiągnięcie biernej odporności. Terapię plazmą rekonwalescencyjną prowadzi się również w leczeniu cytomegalii, wirusowego zapalenia wątroby typu A i B, wścieklizny, tężca czy wirusa krowianki.

Takie osocze zawiera wysokie stężenie specyficznych przeciwciał celujących w patogen. W 2014 roku WHO opracowało zalecenia dla terapii rekonwalescencyjnym osoczem przy epidemii wirusa Ebola, a w 2015 roku dla wirusa MERS. W retrospektywnym badaniu stosowania plazmy w przypadkach grypy A H1N1 wskazano na znaczne zmniejszenie względnego ryzyka śmiertelności i spadek miana wirusa w 3,5 i 7 dniu po zastosowaniu.

W związku z potrzebą opracowania uniwersalnego protokołu postępowania terapii plazmą wobec SARS-CoV-2, Australia, Kanada, USA, Francja, Włochy, Chiny, Niemcy, Wielka Brytania, Holandia, Korea Południowa i Singapur współpracują, przygotowując badania kliniczne takiego leczenia. Największe firmy farmaceutyczne prowadzące prace w zakresie stosowania produktów pozyskiwanych z plazmy, zawiązały porozumienie w celu opracowania jednego, niemarkowego poliklonalnego leku immunoglobulinowego przeciw SARS-CoV-2, który miałby leczyć osoby z poważnymi powikłaniami. Porozumienie podpisała Takeda, BIOTEST, BPL Group, LFP, Octopharma i CSL Behring.

Doniesienia chińskie dają nadzieję, że będzie to skuteczna i bezpieczna terapia. Powodzenie takiego leczenia zależy od momentu podania osocza oraz jego odpowiedniego przygotowania przez usunięcie wirusów i pozostałości leków. Potrzeba będzie też wielu ochotników jako dawców, by uzyskać produkt pożądanej jakości.

Epidemia nowego koronawirusa postawiła nas przed wieloma pytaniami bez odpowiedzi, na które świat nauki i medycyny musi teraz szybko znaleźć odpowiedź, by skutecznie walczyć z chorobą. Bardzo możliwe, że odpowiedzi dotyczące zagadkowego przebiegu COVID-19, skutecznego leczenia i długofalowej ochrony, są już zapisane w naszym układzie odpornościowym.

mgr farm. Karolina Wotlińska-Pełka

Źródła: