Пандемия COVID-19 остается актуальной проблемой современного здравоохранения. Несмотря на непрерывное изучение патогенеза и особенностей клинического течения новой коронавирусной инфекции, вызванных разными вариантами вируса, многие механизмы взаимодействия вируса SARS-CoV-2 и организма человека остаются нераскрытыми. Одна из проблем клинической практики – тяжелое течение, осложнения и смертельные исходы COVID-19 у лиц без сопутствующей патологии, что во многих случаях может быть объяснено генетической детерминированностью тяжелого течения заболевания [1]. С учетом принципов персонифицированной медицины для достижения положительного исхода инфекционного процесса COVID-19 необходимо учитывать генетические особенности в процессе лечения каждого пациента. Для понимания роли и анализа основных факторов, влияющих на патогенез заболевания, следует собрать базу первичных данных, которая крайне разнообразна из-за наличия различных мутантных штаммов SARS-CoV-2 и особенностей течения COVID-19 инфекции в разных странах [2, 3]. В связи со сложностью и многогранностью задач нами была предпринята попытка вычленить роль различных генов в зависимости от фазы размножения вируса в макроорганизме.

На первом этапе инфицирование макроорганизма вирусом определяет его связь с рецепторами, что опосредует его быстрое проникновение в клетки-мишени и уход от иммунных механизмов [3].

Рецепторные особенности индивидуальной восприимчивости к SARS-CoV-2

Вирус SARS-CoV-2 обладает способностью связываться с рецепторами ангиотензинпревращающего фермента 2 типа (ACE2) клеток хозяина, что позволяет ему проникать в клетку [4]. Рецептор ACE2 играет важную роль в развитии и течении таких заболеваний, как артериальная гипертония, хроническая сердечная недостаточность, болезни легких и диабет [5]. После связывания SARS-CoV-2 с ACE2 экспрессия рецептора увеличивается в течение 12 ч и остается высокой в течение 48 ч [6, 7]. Связанный с вирусными белками рецептор ACE2 теряет свою функциональность в организме.

Известно несколько генетических вариантов ACE2, которые могут оказывать влияние на клиническое течение и исходы COVID-19. Изменение транскрипционной активности белка в интронной зоне гена ACE2 – rs2285666 влияет на способность связываться с S-белком вируса, следовательно, определяет восприимчивость к вирусной инфекции [1, 4, 8]. Ген ACE2 расположен на Х-хромосоме, что может способствовать гендерным отличиям [9]. У мужчин экспрессия ACE2 выше, чем у женщин, что, возможно, вызывает более тяжелое течение новой коронавирусной инфекции у пациентов мужского пола.

Проведено исследование влияния на клиническое течение COVID-19 полиморфизмов ACE (rs2106809, rs2285666). Распределение частот генотипов и аллелей полиморфизмов генов ACE2 rs2106809 и rs2285666 было одинаковым во всех группах вне зависимости от тяжести заболевания для обоих полов [7]. Таким образом, тяжесть новой коронавирусной инфекции, скорее всего, связана с дальнейшими этапами вирусной репродукции.

Гены-кандидаты, влияющие на процесс проникновения вируса в клетки

После связывания вируса с рецепторами ACE2 есть 2 возможных механизма проникновения SARS-CoV-2 в клетку. Первый механизм связан с разрушением S-белка вируса мембран-связанными сериновыми протеазами TMPRSS2 и FURIN для обеспечения возможности вхождения вируса в клетку [10, 11]. Протеазы расщепляют белок S на разных участках: TMPRSS2 в С2-сайте и FURIN на С1/С2-сайте [11]. Второй механизм проникновения SARS-CoV-2 в клетку связан с расщеплением самого рецептора ACE2, который может стимулировать поглощение коронавируса клеткой хозяина [12]. Важность TMPRSS2 в инфекционном процессе подтверждается исследованием на модельных животных, когда дефицит протеазы TMPRSS2 в клетках дыхательных путей приводил к снижению тяжести течения COVID-19 [13]. Многие исследователи подтверждают отсутствие различий в уровнях экспрессии генов ACE2 и TMPRSS2 среди женщин и мужчин [9]. На индивидуальные различия в восприимчивости к SARS-CoV-2 могут влиять варианты в генах-кандидатах, которые изменяют структуру и/или экспрессию белка. Кроме того, экспрессия генов может зависеть от метилирования их промоторных областей [1].

Наличие этого полиморфизма коррелирует с восприимчивостью к инфекции [14]. Основным рассматриваемым полиморфизмом мембранно-связанной сериновой протеазы TMPRSS2 является вариант rs12329760 [5, 7].

Экспрессия генов ACE2 и TMPRSS2 в клетках обонятельного эпителия увеличивается с возрастом [15]. Более высокий риск развития тяжелого течения COVID-19 и его осложнений имеют лица с заболеваниями сердечно-сосудистой системы [15–17]. Наименьший уровень экспрессии ACE2 в эпителии носа и бронхов определяется у лиц с высоким уровнем аллергической сенсибилизации, а именно атопической формой астмы [18]. Курение оказывает негативное влияние на адипоциты, увеличивая в жировой ткани экспрессию генов ACE2, поэтому ожирение является фактором риска, приводящим к более широкому и активному распространению вируса [19].

Влияние полиморфизма и мутаций генов, кодирующих Toll-подобные рецепторы (TLR), на тяжесть течения коронавирусной инфекции

На этапах внеклеточной формы вируса и внутриклеточной вирусной нуклеиновой кислоты в инициации клеток врожденного иммунитета задействованы Toll-подобные рецепторы (TLR). Гиперответ, приводящий в итоге в «цитокиновому шторму», во многом определяется клетками макрофагально-моноцитарной системы [20–22]. Поэтому полиморфизм генов, кодирующих TLR, настолько важен в прогнозе COVID-19.

TLR представляют собой семейство белков врожденного иммунитета и играют важную роль во взаимоотношениях инфекционных агентов и иммунитета человека. Они распознают связанные с патогенами молекулярные паттерны и активируют связанный с интерфероном иммунный ответ. TLR3, -7, -8 и -9, воспринимая вирусную РНК, активируют ядерный фактор каппа B (NF-kB) и большое количество провоспалительных цитокинов – активируют регуляторные факторы интерферона (IFN), которые индуцируют экспрессию IFN 1 типа, что играет важную роль в вирус-индуцированном воспалении [21–24]. Распознавание вируса может вызвать активацию TLR7 посредством распознавания вирусной одноцепочечной РНК [25]. Таким образом, сигнализация TLR играет решающую роль в регуляции экспрессии цитокинов в иммунной системе, и, следовательно, передача сигналов TLR может иметь решающую роль в развитии цитокинового шторма при инфекции SARS-CoV-2.

Мутации, приводящие к потере функции TLR3, связаны с развитием тяжелого поражения легких при новой коронавирусной инфекции, так как развиваются нарушения функции врожденного иммунитета, в частности, нарушения продукции IFN I типа. Мутации с потерей функции в гене TLR7 приводят к нарушению синтеза IFN I и II типа и способствуют тяжелому течению COVID-19 [21].

Геном SARS-CoV-2 содержит одноцепочечные фрагментов РНК, которые могут быть распознаны TLR7/8 [25]. Сама природа вируса приводит в данном случае к гиперактивации клеток врожденного иммунитета, несущих TLR, и провоцирует сильную провоспалительную реакцию. Одним из грозных осложнений такой реакции на вирусные РНК является тяжелое повреждение легких [23, 24].

Мутации в генах, кодирующих TLR7, оказались важны и в понимании гендерных особенностей тяжести коронавирусной инфекции [26, 27]. Функциональный анализ экспрессии генов показал снижение экспрессии TLR7 у пациентов с тяжелым течением в отличие от контроля, что демонстрирует нарушения ответа иммунитета IFN I и II типов [27].

Влияние полиморфизма и мутаций генов, кодирующих антигены HLA-системы

Другими мембранными комплексами, задействованными в возникновении и распространении новой коронавирусной инфекции, являются антигены HLA-системы [28, 29]. Эта группа антигенов опосредует взаимодействие клеток в иммунном ответе, соответственно, повышенная экспрессия или сниженная представленность АГ на мембранах клеток приводит к гиперответу или проявлению иммуносупрессии [28]. HLA – человеческий лейкоцитарный антиген, является частью главного комплекса гистосовместимости. HLA-система представлена тремя классами антигенов: I класс представлен на всех клетках, кроме эритроцитов, II класс – на дендритных клетках, макрофагах и лимфоцитах, III класс относится к части белков системы комплемента. HLA I класса имеет аллели -A, -B, -C, HLA II класса – DPB1, DQA1, DQB1, DRB1. Наиболее часто рассматриваются аллели HLA I класса. С помощью теоретического моделирования определено, что чем больше вирусных пептидов SARS-CoV-2 с высоким сродством связывается с HLA I класса, тем легче протекает инфекционное заболевание [28]. Наиболее распространенными аллелями у больных с COVID-19 тяжелого течения являются: HLA – C*07:29, HLA – C*08:01, HLA – B*15:27, HLA – B*40:06, HLA – DRB1*04:06, HLA – DPB1*36:01 [29–33]. На основании данных предыдущих исследований к тяжелому течению COVID-19 могут также предрасполагать следующие аллели по их способности вызывать тяжелый острый респираторный синдром: HLA-B*07:03 [34], HLA-B*46:01 [35] и HLA-C*08:01 [36], а аллель HLA-C*15:02 связан с легкой формой течения заболевания [30].

Еще одним подтверждением того, что HLA играет важную иммунорегулирующую роль в течении COVID-19, является снижение экспрессии HLA-DR у пациентов с тяжелой степенью дыхательной недостаточности при COVID-19, что приводило к снижению активности CD4+- и CD19+-лимфоцитов, NK-клеток, то есть депрессии иммунной системы человека [35].

Российские исследователи разработали оценку риска смертности от тяжелого течения COVID-19 по способности HLA представлять антигены SARS-CoV-2. Основным аллелем с высоким риском смертности был определен HLA-A*01:01, при этом гомозиготность по HLA-A*01:01 сопровождалась ранней смертностью. Аллели HLA-A*02:01 и HLA-A*03:01 были связаны с низким риском тяжелого течения COVID-19 [37].

Генетические предикторы тяжелого течения коронавирусной инфекции из группы цитокинов

Цитокиновый шторм играет решающую роль в тяжелых случаях COVID-19. SARS-CoV-2 вызывает активацию различных иммунных клеток (макрофагов, моноцитов, дендритных клеток), что приводит к секреции цитокинов провоспалительного ряда [38]. Цитокины, особенно интерлейкины (IL-6, IL-1β), хемокиновый лиганд 10 (CXCL10), фактор некроза опухоли (TNF), IFN, воспалительный белок макрофагов 1α и 1β (MIP-1α и -1β), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), повышены у тяжелых пациентов с COVID-19 [39, 40].

Противовирусный иммунитет в первую очередь связан с продукцией цитокинов из группы IFN. IFN-I – это цитокины, вырабатываемые на ранних стадиях вирусной инфекции. IFN-II и IFN III (или IFN-λ1-3) играют важную роль в противовирусной защите эпителиальных барьеров [41].

H. Chu и соавт. [42] показали, что SARS-CoV-2 существенно не индуцировал IFN I–III типов в тканях легких в экспериментах ex vivo. D. Blanco-Melo и соавт. [43] сообщили, что во время инфекции SARS-CoV-2 вырабатывались низкие уровни IFN I и III типов. Приведены и другие данные, свидетельствующие, что у тяжелых и критических пациентов был низким уровень IFN-I [44]. С другой стороны, также сообщалось о высоких концентрациях IFN-I у пациентов с COVID-19. Провоспалительная роль IFN-I была недавно показана на мышиной модели SARS-CoV-2, подтверждающей патогенную роль неадекватных реакций на IFN при вирусных инфекциях [45]. J. Lee и соавт. [46] предположили, что IFN-I может играть важную роль в обострении воспаления, вызванного TNF и IL-1, прогрессирует до тяжелого течения COVID-19.

В клинических исследованиях обнаружено, что в группе тяжелобольных пациентов, которым требовалась инвазивная искусственная вентиляция легких, отмечалось общее снижение экспрессии генов IFN, а генотип TC IFN-λ3, приводящий к высоким концентрациям данного цитокина, был связан с наличием сопутствующих заболеваний и повышенным уровнем смертности в сравнении с контролем, в связи с чем предполагается, что моноклональные антитела к IFN-λ3 могут быть перспективным направлением в терапии тяжелых пациентов с коронавирусной инфекцией [47].

Уровень IL-6 с первых месяцев пандемии являлся одним из основных маркеров тяжести вирусной инфекции. У тяжелых пациентов с COVID-19 наблюдалось повышение уровня IL-6 [48]. Кроме того, было высказано предположение, что 7 вариантов в IL-6 (rs140764737, rs142164099, rs2069849, rs142759801, rs190436077, rs148171375, rs13306435) и 5 вариантов в IL-6R – рецептор IL-6 – (rs2228144, rs2229237, rs2228145, rs28730735, rs143810642) могут изменить структуры и взаимодействие IL-6 и IL-6R, которые, возможно, участвуют в патогенезе COVID-19 и его осложнений [49].

Другие гены, возможно, оказывающие влияние на течение COVID-19

Ген маннозосвязывающего лектина (MBL2), возможно, также является важным в прогнозировании тяжести течения новой коронавирусной инфекции. Маннозосвязывающий лектин секретируется печенью как один из белков острой фазы, участвует в лектиновом пути активации системы комплемента. Авторами был рассмотрен вариант гена MBL2 (rs1800450) с аллелями А и В и было обнаружено, что распространенность генотипа BB была значительно выше в случаях COVID-19 по сравнению с контрольной группой, а распространенность генотипов AB и AA статистически не различалась между случаями COVID-19 и контрольной группой [50]. MBL2 связан с восприимчивостью к инфекционным и высокой частотой аутоиммунных заболеваний, вариант гена MBL2 BB приводит к полному отсутствию белка MBL2 и связан с более тяжелым течением COVID-19 [50].

Рецептор 5 хемокина CC (CCR5), действующий как корецептор для проникновения ВИЧ-1 в клетки, является многообещающим геном-кандидатом, который может оказывать влияние на инфекцию SARS-CoV-2 [50]. Ингибирование CCR5, по-видимому, защищает от COVID-19. Гиперактивация иммунной системы является отличительной чертой тяжелых случаев COVID-19 и может лечиться ингибированием CCR5. Исследование, основанное на генотипировании пациентов первой волны пандемии (март–апрель 2020 г.), показало значительное увеличение экспрессии транскрипта CCR5 у пациентов с тяжелым течением COVID-19 по сравнению с контролем. Обычная делеция CCR5 значительно защищала от тяжелого COVID-19, особенно среди гомозигот с делецией. При этом фармакологическая блокада CCR5 была связана с улучшением состояния в группе тяжелых пациентов с COVID-19 [50].

Специфические протромботические изменения системы гемостаза при COVID-19 ассоциируются с повышенной частотой возникновения венозных тромбоэмболических осложнений. Основными лабораторными маркерами являются повышение уровня D-димера, удлинение протромбинового времени, изменение концентрации фибриногена. Наличие аллеля риска Т в гене тромбоцитарного гликопротеина Iα Gp1a (rs1126643) чаще регистрировали у пациентов с тяжелым и крайне тяжелым течением новой коронавирусной инфекции, отсутствие полиморфизма по FVII 10976 G→A является значимым фактором риска крайне тяжелого течения COVID-19 и летального исхода [50].

Заключение

Несмотря на довольно короткий промежуток времени от начала пандемии новой коронавирусной инфекции, накоплены данные и доказательства влияния отдельных генов на тяжесть течения COVID-19. Определены основные возможные генетические мишени развития тяжелого течения COVID-19 – рецепторы ACE2, Toll-подобные рецепторы, протеазы (TMPRSS2 и CTLS), варианты антигенов I и II классов HLA-системы, цитокины (IFN I–III типов, IL-6 и др.), а также другие гены, оказывающие влияние на течение COVID-19 и связанные с развитием гипервоспаления и тромботических осложнений.

Подробная информация по влиянию генотипических особенностей пациентов на риск возникновения осложнений является не только основой персонализированного подхода в медицине, но во многом связана с необходимостью прогнозирования развития возможных осложнений на предгоспитальном и госпитальном этапах. Кроме того, результаты исследования индивидуального риска при новой коронавирусной инфекции могут быть использованы для прогнозирования полноты реконвалесценции пациентов и при вирусных инфекциях со схожими патогенетическими звеньями.ахова