Нейтрофильные внеклеточные ловушки: значение для диагностики и прогноза COVID-19

Rationale: An important element of antiviral defense in the pathophysiology of COVID-19 is the innate cell immunity including polymorphonuclear neutrophils prone to netotic transformation. Neutrophils can be not only a marker of acute infection, but, being a source of neutrophil extracellular traps (NET), can play a key role in the development of thrombotic complications leading to acute respiratory insufficiency in COVID-19.Aim: To determine the diagnostic and prognostic value of NET levels in patients with COVID-19.Materials and methods: We monitored NET levels in peripheral blood of 34 patients with COVID-19 (mean age, 67 ± 15.8 years), admitted to MONIKI hospital. The control group consisted of 54 healthy volunteers (mean age, 52 ± 11.5 years). Whole blood samples of 2 pL each were used for the preparation of monolayer smears (Giemsa stain) and calculation of at least 200 cell structures including native intact and transformed neutrophils (MECOS-C2 microscope, Medical computer systems).Results: Patients with COVID-19 had higher NET levels, compared to those in healthy controls: 14.5% (2.9-28.6%) vs. 5.0% (1.8-11.9%, p 0.0001). The patients who were on non-invasive respiratory support (23.5%) had a NET level of 12% (8.122.3%), whereas those on invasive mechanical ventilation (17.6%) had a 1.5-fold higher NET level of 17.9% (12.3-28.2%) (p 0.05). In the patients who died (11.8% of the cases), the NET level amounted to 19% (16.5-26%, p 0.05). Monitoring of blood NET levels was performed in 9 patients from the day of admittance to the day of their transfer to the intensive care unit / discharge / death. It was shown that a decrease of NET levels mirrors an improvement of the patient's clinical condition and efficacy of his/hers treatment. On the opposite, an increase of NET levels can indicate a deterioration and risk of unfavorable course.Conclusion: We have identified some pathophysiological mechanisms in COVID-19, related to the neutrophil compartment. Patients with coronavirus infection are characterized by high NET levels which is at least 3-fold higher than that in healthy volunteers. This indicates an abnormality in immune host defense and development of an inadequate inflammatory response. An increase of NET in whole blood smears of more than 16% can be a criterion of an unfavorable prognosis of the disease course and the risk of death.Актуальность. В патогенезе COVID-19 важным элементом противовирусной защиты выступает врожденный клеточный иммунитет, включающий в том числе полиморфноядерные нейтрофилы, склонные к нетозной трансформации. При этом нейтрофилы не только служат маркером острой инфекции, но и, будучи источником нейтрофильных внеклеточных ловушек (НВЛ), играют ключевую роль в развитии тромботических осложнений, приводящих к острой дыхательной недостаточности при COVID-19.Цель - установить диагностическое и прогностическое значение уровня внеклеточных нейтрофильных ловушек у пациентов с COVID-19.Материал и методы. Проведен мониторинг уровня НВЛ периферической крови у 34 пациентов с COVID-19 (средний возраст 67 ± 15,8 года), госпитализированных в ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского. Контрольную группу составили 54 практически здоровых добровольца (средний возраст 52 ± 11,5 года). Из 2 мкл цельной крови готовили мазки по типу «монослой», окрашивали по Романовскому - Гимзе и с помощью системы автоматического микроскопа МЕКОС-Ц2 (ООО «Медицинские компьютерные системы (МЕКОС)») подсчитывали массив не менее 200 клеточных структур, включающий нативные неразрушенные и трансформированные нейтрофилы.Результаты. У пациентов с COVID-19 зарегистрирован высокий уровень НВЛ - 14,5% (2,9-28,6%) против 5,0% (1,8-11,9%) в контрольной группе (p 0,0001). 23,5% больных, получавших простую респираторную поддержку, продемонстрировали уровень НВЛ 12% (8,1-22,3%), тогда как у 17,6% пациентов, которые были подключены к искусственной вентиляции легких, уровень НВЛ оказался в 1,5 раза выше - 17,9% (12,3-28,2%) (p 0,05). В 11,8% случаев с летальным исходом уровень НВЛ достигал 19% (16,5-26%) (p 0,05). Мониторинг уровня НВЛ в крови 9 больных от момента поступления до момента перевода в отделение реанимации и интенсивной терапии/выписки или смерти показал, что снижение уровня обнаруженных НВЛ отражает улучшение клинического состояния и эффективность проводимой терапии. Рост уровня НВЛ, напротив, может свидетельствовать об ухудшении и риске негативного развития событий.Заключение. Выявлены некоторые патофизиологические механизмы развития COVID-19, связанные с компартментом нейтрофилов. Установлено, что для больных с коронавирусной инфекцией характерно наличие высокого уровня НВЛ, который в 3 раза и более превышает показатели практически здоровых добровольцев и свидетельствует о сбое иммунных механизмов защиты и развитии неадекватного воспалительного ответа. Повышение нейтрофильных внеклеточных ловушек в мазках цельной крови более 16% может служить критерием негативного прогноза течения заболевания и риска летального исхода

Associations of Toll-like Receptor Gene Polymorphisms with NETosis Activity as Prognostic Criteria for the Severity of Pneumonia

The aim of the study was to determine the molecular genetic prognostic criteria for the severity of the course pneumonia based on the analysis of the association of genetic polymorphism in toll-like receptors with the severity of NETosis. Materials and Methods. The study included 38 patients with the main diagnosis of community-acquired pneumonia with a severe course. All the patients underwent standard clinical laboratory examinations, computed tomography of the thoracic organs, microbiological examination of blood and tracheobronchial aspirate. The level of neutrophilic extracellular traps (NETs) in blood smears was determined on the 1st-2nd and 5th-7th days of hospitalization. Genotyping of rs5743551 (TLR1), rs5743708 (TLR2), and rs4986790 (TLR4) polymorphic loci was performed by pyrosequencing. Results. The level of NETs on the 1st day of admission was statistically significantly lower in heterozygous and homozygous carriers of rs4986790 (TLR4) polymorphism (AG and GG genotypes) compared with patients with the wild-type genotype (AA genotype) (p0.05). The study of the NET level in dynamics demonstrated a decrease in the NETosis activity of neutrophils during the first week of hospitalization (p< 0.05). The presence of the G allele in the patient's genotype for rs5743551 (TLR1) polymorphism increases the risk of a poor outcome of the disease (p<0.0001) (OR=20.3; 95% CI (4.3-135.0)). Conclusion. The obtained data suggest that level of NETs is a marker of the activity of neutrophils which are closely related to the studied genetic polymorphisms, and affects the prognosis of the pneumonia outcome