KAIST-onderzoekers hebben belangrijke markers geïdentificeerd die kunnen helpen bij het opsporen van patiënten die ongetwijfeld een ernstige reactie op COVID-19-infectie zullen krijgen. Dit zou artsen helpen om op het juiste moment de juiste behandelingen te geven, waardoor mogelijk levens kunnen worden gered. De bevindingen werden op 28 augustus gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Immunology.
Het immuunsysteem van mensen reageert anders op infectie met SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt, variërend van milde tot ernstige, levensbedreigende reacties.
Om de verschillen in reacties te begrijpen, analyseerden professor Heung Kyu Lee en promovendus Jang Hyun Park van de Graduate School of Medical Science and Engineering bij KAIST de sequentiegegevens van ribonucleïnezuur (RNA) die waren geëxtraheerd uit individuele luchtwegcellen van gezonde controles en van licht en ernstig zieke patiënten met COVID-19. De gegevens waren beschikbaar in een openbare database die eerder door een groep Chinese onderzoekers was gepubliceerd.
“Onze analyses identificeerden een verband tussen immuuncellen, neutrofielen genaamd, en speciale celreceptoren die binden aan het steroïdhormoon glucocorticoïde,” legde professor Lee uit. “Deze bevinding zou kunnen worden gebruikt als een biomarker om de ernst van de ziekte bij patiënten te voorspellen en zo een gerichte therapie te selecteren die hen kan helpen op een geschikt moment te behandelen”, voegde hij eraan toe.
Ernstige ziekte bij COVID-19 wordt geassocieerd met een overdreven immuunrespons die leidt tot overmatige luchtwegbeschadigende ontsteking. Deze aandoening, bekend als het acute respiratory distress syndrome (ARDS), is verantwoordelijk voor 70% van de sterfgevallen bij fatale COVID-19-infecties.
Wetenschappers weten al dat deze overmatige ontsteking een verhoogde rekrutering van neutrofielen naar de luchtwegen inhoudt, maar de gedetailleerde mechanismen van deze reactie zijn nog onduidelijk.
Uit de analyses van Lee en Park bleek dat een groep immuuncellen, myeloïde cellen genaamd, overmatige hoeveelheden neutrofielen-rekruterende chemicaliën produceerden bij ernstig zieke patiënten, waaronder een cytokine genaamd tumornecrosefactor (TNF) en een chemokine genaamd CXCL8.
Verdere RNA-analyses van neutrofielen bij ernstig zieke patiënten toonden aan dat ze minder in staat waren om zeer belangrijke T-cellen te rekruteren die nodig zijn om het virus aan te vallen. Tegelijkertijd produceerden de neutrofielen te veel extracellulaire moleculen die normaal gesproken pathogenen vangen, maar de luchtwegcellen beschadigen wanneer ze teveel worden geproduceerd.
De onderzoekers ontdekten bovendien dat de luchtwegcellen bij ernstig zieke patiënten niet genoeg glucocorticoïde receptoren tot expressie brachten. Dit was gecorreleerd met verhoogde CXCL8-expressie en rekrutering van neutrofielen.
Glucocorticoïden zijn, net als het bekende medicijn dexamethason, ontstekingsremmende middelen die een rol kunnen spelen bij de behandeling van COVID-19. Het gebruik ervan bij vroege of milde vormen van de infectie zou echter de noodzakelijke immuunreacties kunnen onderdrukken om het virus te bestrijden. Maar als in ernstigere gevallen al luchtwegbeschadiging is opgetreden, zou de behandeling met glucocorticoïden niet effectief zijn.
Weten aan wie je deze behandeling moet geven en wanneer is echt belangrijk. COVID-19-patiënten die verminderde expressie van glucocorticoïdreceptoren, verhoogde CXCL8-expressie en overmatige rekrutering van neutrofielen naar de luchtwegen vertonen, kunnen baat hebben bij behandeling met glucocorticoïden om luchtwegbeschadiging te voorkomen. Verder onderzoek is echter nodig om de relatie tussen glucocorticoïden en neutrofiele ontsteking op eiwitniveau te bevestigen.
“Onze studie zou kunnen dienen als springplank naar nauwkeurigere en betrouwbaardere COVID-19-behandelingen”, zei professor Lee.