Level RNA SARS-CoV-2, respons gen IFN-1, ISG, dan NF-κB dalam saluran pernapasan pasien COVID-19 ringan dan berat

Read Also

Dalam studi terbaru yang diposting ke server preprint medRxiv*, tim peneliti mengkarakterisasi ekspresi interferon tipe-1 dan tipe-2 (IFN-1 dan IFN-2), interferon-stimulated genes (ISGs), and nuclear factor kappa B (NF-κB) pada saluran pernapasan atas pasien dengan penyakit coronavirus ringan dan berat 2019 (COVID-19), untuk memahami infeksi innate immune responses to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)

Latar belakang

Hasil klinis COVID-19 yang parah adalah efek kumulatif dari infeksi SARS-CoV-2 dan respons kekebalan tubuh terhadap virus, yang mengakibatkan kerusakan sel dan disfungsi sistemik.

Respon imun dini terhadap infeksi SARS-CoV-2 dan replikasi pada pneumosit tipe-2 yang terdapat pada alveoli saluran pernapasan atas dan bawah terdiri dari sekresi IFN-1 seperti interferon alfa-2 (IFNα2) dan interferon beta-1 (IFNβ1), dan IFN-2 seperti interferon-gamma (IFNγ). Interferon juga menginduksi ekspresi gen ISG, yang menghasilkan keadaan antivirus lokal.

Selain itu, selama infeksi SARS-CoV-2, NF-κB memediasi ekspresi kemokin dan sitokin pro-inflamasi dan mengaktifkan sel imun adaptif dan bawaan. Namun, respons pro-inflamasi yang diaktifkan oleh NF-κB juga dapat menyebabkan kerusakan dan disfungsi jaringan dan organ.

Studi menunjukkan bahwa respons interferon selama COVID-19 bervariasi menurut tingkat keparahan dan lintas kompartemen anatomis. Memahami perbedaan respons imun bawaan selama infeksi SARS-CoV-2 dapat membantu mengembangkan terapi yang mengurangi kerusakan dan disfungsi organ yang disebabkan oleh infeksi virus dan respons proinflamasi selanjutnya.

Tentang penelitian

Dalam penelitian ini, swab darah dan oro- dan nasofaring dikumpulkan dari kasus rawat inap (berat) dan rawat jalan (ringan) di Institut Kesehatan Nasional Amerika Serikat. Sampel darah dan pernapasan yang tidak teridentifikasi dari individu sehat digunakan sebagai kontrol.

Total ribonucleic acid (RNA) diekstraksi dari swab dan sampel darah. Droplet digital polymerase chain reaction (ddPCR) digunakan untuk memperkuat RNA SARS-CoV-2 dari ekstrak RNA sampel swab. RNA yang diekstraksi dari sampel darah digunakan untuk uji NanoString untuk menentukan ekspresi gen tertentu. Ekspresi rata-rata geometris dari 28 ISG dan 11 target NF-κB ditentukan untuk menghitung masing-masing skor 28-gen tipe-1 ISG dan 11-gen NF-κB.

Vektor ekspresi yang mengandung trimer protein lonjakan SARS-CoV-2 pra-fusi yang distabilkan digunakan untuk mentransfeksi sel FreeStyle293F. Protein lonjakan kemudian diperoleh dari supernatan sel menggunakan kromatografi eksklusi ukuran dan digunakan untuk mengkarakterisasi respons antibodi melalui resonansi plasmon permukaan.

Tes netralisasi pengurangan fluoresensi dilakukan untuk mendeteksi antibodi penawar dalam sampel serum. Half-maximal inhibitory concentration (IC50) ditentukan untuk setiap sampel serum melalui regresi logistik dari setiap seri pengenceran.

Hasil

Hasilnya melaporkan respons ISG dan NF-κB yang secara signifikan lebih tinggi pada saluran pernapasan bagian atas pasien COVID-19 ringan dibandingkan dengan pasien dengan COVID-19 parah. Analisis ekspresi gen dari ISG menunjukkan bahwa pasien COVID-19 ringan mengalami peningkatan ekspresi 13 gen di saluran pernapasan atas dibandingkan dengan kasus COVID-19 yang parah.

Sebagian besar ISG yang diregulasi memiliki fungsi antivirus atau pengaturan, seperti C-X-C motif chemokine ligand 10 (CXCL10), yang merekrut T dan sel pembunuh alami yang menghadirkan C-X-C chemokine receptor type 3 (CXCR3) dan mengoordinasikan respons imun adaptif pada tahap awal dari infeksi. Penurunan ekspresi CXCL10 pada saluran pernapasan bagian atas pasien COVID-19 yang parah menurunkan respons imun awal, menghambat pembersihan sel yang terinfeksi virus dari saluran pernapasan bagian atas.

Selain itu, kasus COVID-19 ringan menunjukkan peningkatan IFNα2 dan IFNγ yang signifikan di saluran pernapasan bagian atas daripada pasien COVID-19 yang parah, menunjukkan respons antivirus awal yang mencegah penyebaran SARS-CoV-2 ke saluran pernapasan bagian bawah. Sebaliknya, pada kasus COVID-19 yang parah, penurunan respons IFNα2 dan IFNγ mengakibatkan peningkatan viral load di saluran pernapasan bawah dalam 10 hari.

Selain itu, peningkatan ekspresi gen IFNβ1 diamati pada pasien COVID-19 yang parah, diikuti oleh peningkatan ekspresi cyclic guanosine monophosphate (GMP)– Adenosine monophosphate (AMP) synthase (cGAS) dan stimulator gen interferon (STING), yang telah terkait dengan disfungsi endotel. Sampel saluran pernapasan bagian bawah dari pasien COVID-19 yang parah juga menunjukkan peningkatan respons NF-κB dibandingkan dengan saluran pernapasan bagian atas dan sampel darah selama puncak infeksi.

Kesimpulan

Secara keseluruhan, hasilnya menunjukkan gangguan respons interferon pada saluran pernapasan bagian atas selama tahap awal infeksi SARS-CoV-2, diikuti oleh respons pro-inflamasi yang kuat seperti peningkatan respons NF-κB pada saluran pernapasan bagian bawah selama tahap puncak infeksi. infeksi, berkontribusi pada patogenesis COVID-19 yang parah.

*Pemberitahuan Penting

medRxiv menerbitkan laporan ilmiah awal yang tidak ditinjau sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai konklusif, memandu praktik klinis/perilaku yang berhubungan dengan kesehatan, atau diperlakukan sebagai informasi yang mapan.

Journal reference:

Ramos-Benitez, M. et al. (2022) "Antiviral innate immunity is diminished in the upper respiratory tract of severe COVID-19 patients". medRxiv. doi: 10.1101/2022.11.08.22281846. https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2022.11.08.22281846v1