В рамках комплексного изучения патогенеза COVID-19 и разработки алгоритмов прогнозирования тяжелого течения у конкретного индивидуума проведен ряд исследований:
1) Экзомное исследование ассоциаций для репликации редких вариантов, влияющих на тяжесть течения COVID-19. Было проведено секвенирование клинического экзома 701 пациента, репликационный анализ не обнаружил генов, значимо обогащенных функциональными генетическими вариантами в группе случаев или в группе контроля;
2) Ассоциация между полигенным риском и тяжестью течения COVID-19 в российской популяции. Была построена и применена к целевой когорте из 809 человек полигенная модель риска для прогнозирования тяжести COVID-19. Включение PRS значительно повысило прогностическую точность модели
3) Исследование особенностей профилей экспрессии РНК у пациентов с COVID-19. Был найден ряд мастер-регуляторов, являющихся перспективными терапевтическими мишенями;
4) Исследование особенностей морфологии клеток крови и профилей микроРНК у пациентов с цитокиновым штормом при COVID-19. Были получены данные секвенирования микроРНК. Не было обнаружено существенных различий в морфологии эритроцитов между здоровыми донорами и пациентами с COVID-19;
5) Изучение различий профилей сигнальных белков при хрирургическом сепсисе и COVID-индуцированном сепсисе. Были определены три биомаркера, концентрация которых значимо различалась между группой пациентов с COVID-индуцированным сепсисом и с хирургическим сепсисом: фракталкин, sCD40L, IP-10;
6) Изучение влияния коморбидных состояний на профили сигнальных белков у пациентов с COVID-19. Были определены коморбидные состояния, при которых значимо изменен уровень концентрации MDC, IP-10, VEGF;
7) Динамический профиль сигнальных белков у пациентов с COVID-19. Поиск маркеров выздоровления и успешно применяемой терапии. Были описаны динамические изменения концентраций сигнальных белков в период госпитализации пациентов с COVID-19: повышение концентраций VEGF, CD40L и MDC и снижение IP-10;
8) Исследование метаболома пациентов с COVID-19. Были выявлены метаболиты плазмы, ассоциированные с тяжестью протекания и исходом COVID-19, а также связанные с полом пациентов и наличием сопутствующих заболеваний;
9) Морфометрический анализ состояния сосудистого русла малого круга кровообращения у умерших от тяжелой и крайне тяжелой формы COVID-19. Было определено, что морфометрические характеристики сосудистого русла малого круга кровообращения характеризуются отсутствующими или слабыми связями с клиническими проявлениями COVID-19.
10) Изучение факторов риска госпитальной летальности от тромбоэмболии легочной артерии. Были определены факторы риска для комплексной оценки риска летальности у пациентов с COVID-19 и ТЭЛА
11) Разработка медицинской технологии для определения риска летального исхода у пациентов с COVID-19 тяжелого течения на основании комплексной оценки эхокардиографических и клинических показателей. Технология разработана.
Исследования проводились с использованием методов NGS (секвенирование клинического экзома, секвенирование полного генома с низким покрытием, секвенирование транскриптома, секвенирование микроРНК), мультиплексного иммунофлуоресцентного анализа белков, сортинга клеток, электронной микроскопии, ВЭЖХ-МС, световой микроскопии, с привлечением данных рутинных клинико-лабораторных и клинико-инструментальных исследований.
В ходеисследования получены новые данные о патогенезе течения тяжелых форм COVID-19, а также разработаны алгоритмы прогнозирования тяжелого течения у конкретного индивидуума.
В рамках реализации проекта проводится комплексное исследование патогенеза COVID-19 и его связи с геномом человека. На текущем этапе были проведены анализ экзома и генома пациентов с COVID-19. Была создана модель машинного обучения, использующая геномные данные пациента и позволяющая с достаточно высокой точностью выявлять пациентов с высоким риском осложненного течения заболевания, особенно среди пациентов молодого возраста. Анализ транскриптома выявил ряд мастер-регуляторов, являющихся перспективными мишенями для разработки лекарств. В ходе исследования морфологии клеток крови не было обнаружено существенных различий в размерах и форме эритроцитов между здоровыми донорами и пациентами с COVID-19. В результате анализа биомаркеров крови – цитокинов, хемокинов, факторов роста и метаболитов, были получены следующие результаты:
1) Были определены три биомаркера, концентрация которых значимо различалась между группой пациентов с COVID-индуцированным сепсисом и с хирургическим сепсисом: фракталкин, sCD40L, IP-10;
2) Были определены коморбидные состояния, при которых значимо изменен уровень концентрации MDC, IP-10, VEGF;
3) Были описаны динамические изменения концентраций сигнальных белков в период госпитализации пациентов с COVID-19: повышение концентраций VEGF, CD40L и MDC и снижение IP-10;
4) Были выявлены метаболиты плазмы, ассоциированные с тяжестью протекания и исходом COVID-19, а также связанные с полом пациентов и наличием сопутствующих заболеваний;
Также был проведен морфометрический анализ состояния сосудистого русла малого круга кровообращения у умерших от тяжелой и крайне тяжелой формы COVID-19, который не выявил сильной связи этих показателей с клиническими проявлениями COVID-19. Были определены факторы риска для комплексной оценки риска летальности у пациентов с COVID-19 и ТЭЛА, а также разработана медицинская технология для определения риска летального исхода у пациентов с COVID-19 тяжелого течения на основании комплексной оценки эхокардиографических и клинических показателей.
Исследования проводились с использованием методов NGS (секвенирование клинического экзома, секвенирование полного генома с низким покрытием, секвенирование транскриптома, секвенирование микроРНК), мультиплексного иммунофлуоресцентного анализа белков, сортинга клеток, электронной микроскопии, ВЭЖХ-МС, световой микроскопии, с привлечением данных рутинных клинико-лабораторных и клинико-инструментальных исследований.
Таким образом, в ходе нашего исследования получены новые данные о патогенезе течения тяжелых форм COVID-19, а также были разработаны алгоритмы прогнозирования тяжелого течения у конкретного индивидуума.
В ходе выполнения отчетного этапа НИР были получены следующие результаты:
1) Было проведено секвенирование клинического экзома 701 пациента. Был выполнен анализ литературы, в результате которого было отобрано 18 генов, ассоциированных с тяжестью течения COVID-19. Последующий репликационный анализ, проведенный на исследуемой выборке, не обнаружил генов, значимо обогащенных функциональными генетическими вариантами в группе случаев или в группе контроля. При этом направление корреляции совпадает с выводами из ранее полученных исследований;
2) Была построена и применена к целевой когорте из 809 человек полигенная модель риска для прогнозирования тяжести COVID-19.
3) В результате сравнения распределений PRS, включающих информацию о более чем миллионе распространенных генетических вариантов, между группами случаев и контролей COVID-19 были выявлены значимые различия, что указывает на наличие значимых ассоциаций между PRS и тяжестью течения COVID-19;
4) Для оценки прогностической способности PRS в отношении тяжести COVID-19 были разработаны модели логистической регрессии, включающие разные демографические и технические ковариаты и PRS. Включение PRS значительно повышает прогностическую точность модели;
5) Значимые результаты сравнения риска развития тяжелого течения COVID-19 и смертности от заболевания в группах с самыми низкими и высокими значения PRS, свидетельствуют о том, что полигенные риски могут быть использованы для стратификации пациентов и оценки риска развития у них тяжелых заболеваний и смертности, связанных с COVID-19;
6) При анализе транскриптома периферической крови у пациентов с COVID-19 был найден ряд мастер-регуляторов, чьи функции и роль в путях, обогащенных дифференциально экспрессированными генами, делает их потенциальными целями для биохимических и мета-исследований: PRL, FLT3, S100A8, S100A12, IL4, IL13, KIT, MMP2, MMP9, MAF, MAPK3 и MAPK8;
7) Не было обнаружено существенных различий в морфологии эритроцитов между здоровыми донорами и пациентами с COVID-19;
8) Были получены данные секвенирования микроРНК, требующие дальнейшего изучения;
9) Были определены три биомаркера, концентрация которых значимо (p < 0,05) различалась между группой пациентов с COVID-индуцированным сепсисом и с хирургическим сепсисом: фракталкин, sCD40L, IP-10;
10) Были определены коморбидные состояния, при которых значимо изменен уровень концентрации исследуемых биомаркеров. Наиболее часто подверженный изменению биомаркер – концентрация MDC: болезни, характеризующиеся повышенным кровяным давлением (I10 - I15), застойная сердечная недостаточность (I50.0), болезни артерий, артериол и капилляров (I70 - I79), цереброваскулярные болезни (I60 - I69), почечная недостаточность (N17 - N19) связаны с уменьшением концентрации MDC у пациентов с COVID-19. При наличии у пациента хронических болезней нижних дыхательных путей (J40 - J47) уровни концентрации CXCL-10 и VEGF были ниже, что так же подтверждается анализом литературы. На основании полученных данных были построены модели для предсказания тяжести течения и исхода COVID-19. Наличие почечной недостаточности (ОШ = 4,347), застойной сердечной недостаточности (ОШ = 3,365) и цереброваскулярных болезней (ОШ = 2,236) значимо увеличивали шансы пациента перенести COVID-19 в тяжелой форме. Застойная сердечная недостаточность (ОШ = 5,365) и болезни артерий, артериол и капилляров (ОШ = 3,048) увеличивали шансы пациента на летальных исход заболевания;
11) Были описаны динамические изменения концентраций ряда сигнальных белков в период госпитализации пациентов с COVID-19: повышение концентраций VEGF, CD40L и MDC и снижение концентраций IP-10;
12) Были выявлены метаболиты плазмы, ассоциированные с тяжестью протекания COVID-19: кинуренин, фенилаланин, цитруллин, треонин, креатин и креатинин;
13) Были выявлены метаболиты плазмы, ассоциированные с исходом COVID-19: цистин, цистеин и диметилглицин;
14) Определено, что наличие коморбидных состояний влияет на уровни серина, цитидина, цитидина монофосфата и S-аденозилгомоцистеина, а пол пациентов – на уровни аланина, глицина и серина;
15) Было определено, что морфометрические характеристики сосудистого русла малого круга кровообращения характеризуются отсутствующими или слабыми связями с клиническими проявлениями COVID-19, особенно если рассматриваются усредненные клинические, биохимические и инструментальные показатели для всех умерших, без разделения их по преимущественным механизмам развития летального исхода (или типа летального исхода);
16) Были определены факторы риска для комплексной оценки риска летальности у пациентов с COVID-19 и ТЭЛА, суммирование которых по 6 показателям позволяет получить степень риска летальности: возраст ≥ 80; форма КТ на начало терапии; индекс Чарлсона ≥ 6; NEWS на начало терапии ≥ 7; лейкоциты на 5 день ≥ 11,9; нейтрофилы на 5 день ≥ 9,2;
17) Была разработана медицинская технология для определения риска летального исхода у пациентов с COVID-19 тяжелого течения на основании комплексной оценки эхокардиографических и клинических показателей.
Полученные результаты соответствуют поставленным целям и свидетельствуют о должном объеме работ, проведенных в рамках отчетного этапа НИР.
В ходе выполнения отчетного этапа НИР были получены следующие результаты:
1) Было проведено секвенирование клинического экзома 701 пациента. Последующий репликационный анализ не обнаружил генов, значимо обогащенных функциональными генетическими вариантами в группе случаев или в группе контроля;
2) Была построена и применена к целевой когорте из 809 человек полигенная модель риска для прогнозирования тяжести COVID-19.
3) Были найдены ряд мастер-регуляторы: PRL, FLT3, S100A8, S100A12, IL4, IL13, KIT, MMP2, MMP9, MAF, MAPK3 и MAPK8;
4) Не было обнаружено существенных различий в морфологии эритроцитов между здоровыми донорами и пациентами с COVID-19;
5) Были определены биомаркеры, концентрация которых значимо (p < 0,05) различалась между группами пациентов с COVID-индуцированным сепсисом и с хирургическим сепсисом: фракталкин, sCD40L, IP-10;
6) Были определены коморбидные состояния, при которых значимо изменен уровень концентрации циркулирующих биомаркеров;
7) Были описаны динамические изменения концентраций ряда сигнальных белков в период госпитализации пациентов с COVID-19: повышение концентраций VEGF, CD40L и MDC и снижение концентраций IP-10;
8) Были выявлены метаболиты плазмы, ассоциированные с тяжестью протекания COVID-19: кинуренин, фенилаланин, цитруллин, треонин, креатин и креатинин; с исходом COVID-19: цистин, цистеин и диметилглицин;
9) Было определено, что морфометрические характеристики сосудистого русла малого круга кровообращения характеризуются отсутствующими или слабыми связями с клиническими проявлениями COVID-19, особенно если рассматриваются усредненные клинические, биохимические и инструментальные показатели для всех умерших, без разделения их по преимущественным механизмам развития летального исхода (или типа летального исхода);
10) Были определены факторы риска для комплексной оценки риска летальности у пациентов с COVID-19 и ТЭЛА;
11) Была разработана медицинская технология для определения риска летального исхода у пациентов с COVID-19 тяжелого течения на основании комплексной оценки эхокардиографических и клинических показателей.
Результаты исследований позволят сформировать группы риска по развитию отдаленных осложнений COVID-19, в том числе и на основе генетической предрасположенности, а также персонифицировать программы медицинской реабилитации пациента.
1. Щербак Сергей Григорьевич - руководитель НИР, профессор, зав. каф. последипломного медицинского образования Медицинского ф-та СПбГУ, д.м.н. - введение НИР и контроль его выполнения;
2. Анисенкова Анна Юрьевна - отв. исполнитель, доцент каф. последипломного медицинского образования Медицинского ф-та СПбГУ, к.м.н. - все разделы проекта;
3. Апалько Светлана Вячеславовна - старший научный сотрудник, к.б.н. - введение, разделы 1-8, заключение;
4. Мосенко Сергей Викторович - старший научный сотрудник, к.м.н. - все разделы проекта;
5. Кондратов Кирилл Александрович - старший научный сотрудник, к.б.н. - введение, раздел 4;
6. Клиценко Ольга Анатольевна, старший научный сотрудник, к.б.н. - разделы 10-11;
6. Попов Олег Сергеевич - научный сотрудник, без степени - введение, раздел 3, разделы 5-9;
7. Шиманский Виктор Сергеевич - научный сотрудник, без степени - введение, разделы 1-4;
8. Полковникова Ирина Андреевна - научный сотрудник, без степени - раздел 2-4;
9. Скитченко Ростислав Константинович научный сотрудник, без степени - введение, раздел 2;
10. Вологжанин Дмитрий Александрович - профессор каф. последипломного медицинского образования Медицинского ф-та СПбГУ, д.м.н. - введение, разделы 5-7;
11. Гладышев Дмитрий Владимирович - доцент кафедры последипломного медицинского образования Медицинского ф-та, д.м.н. - введение, заключение.
Соисполнители (СПб ГБУЗ «Городская больница № 40»):
1. Сушенцева Наталья Николаевна - начальник НИЛ ТБ НИО ИиКП, без степени - введение, разделы 1-8, заключение;
2. Русских Яна Владимировна - начальник НИЛ ТБ НИО ИиКП, без степени - введение, раздел 8, заключение;
3. Деев Роман Вадимович - врач-патологоанатом НИЛ ТБ НИО ИиКП, к.м.н. - введение, раздел 9, заключение;
4. Мамаева Ольга Петровна - заведующая отделением функциональной диагностики, к.м.н. - раздел 11;
5. Павлова Наталья Евгеньевна - врач функциональной диагностики, без степени - раздел 11.
Инфицирование коронавирусом COVID-19 пациентов с хроническими заболеваниями (артериальной гипертензией, сахарным диабетом, ишемической болезнью сердца, хронической обструктивной болезнью легких) вызывает у них тяжелый острый респираторный синдром (SARS-CoV-2). В связи с этим особенно актуальным является изучение механизмов данного заболевания, выделение групп риска, диагностика и реабилитация пациентов. Перед началом реабилитации пациенту должно быть проведено полное обследование в том числе и генетическое для оценки его реабилитационного потенциала и подбора индивидуальной программы и методов реабилитации. Выбор программы реабилитации зависит от степени тяжести, фазы заболевания, осложнений со стороны дыхательной и сердечно-сосудистой систем, сопутствующих заболеваний. Единственным точным методом, который позволяет четко верифицировать инфекцию COVID-19, сформировать группу риска развития «цитокинового шторма», а также персонифицировать программы терапии у пациентов с хроническими заболеваниями является генетический анализ.
Решение данной задачи потребует проведения полномасштабных генетических и биоинформационных исследований по секвенированию геномов вируса и пациента, направленных на выявление полиморфных локусов и генов восприимчивости к COVID-19 и биоинформационной интерпретации их ассоциаций с коронавирусной инфекцией, хроническими заболеваниями и степенью их тяжести.
| Short title | GZ-2023 |
|---|
| Acronym | M3_2021 - 3 |
|---|
| Status | Finished |
|---|
| Effective start/end date | 1/01/23 → 31/12/23 |
|---|
