Predictive value of specific cytokines for lethal COVID-19 outcome

封面

如何引用文章

全文:

详细

In our study, we aimed to evaluate the significance of specific cytokines in blood plasma as predictive markers of COVID-associated mortality. Materials and methods. In plasma samples of 29 patients with PCR-confirmed COVID-19 we measured the concentrations of 47 molecules. These molecules included: interleukins and selected pro-inflammatory cytokines (IL-1α, IL-1β, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-9, IL-12 (p40), IL-12 (p70), IL 13, IL-15, IL-17A/CTLA8, IL-17-E/IL-25, IL-17F, IL-18, IL-22, IL-27, IFNα2, IFNγ, TNFα, TNFβ/Lymphotoxin-α(LTA)); chemokines (CCL2/MCP-1, CCL3/MIP-1α, CCL4/MIP-1β, CCL7/MCP-3, CCL11/Eotaxin, CCL22/MDC, CXCL1/GROα, CXCL8/IL-8, CXCL9/MIG, CXCL10/IP-10, CX3CL1/Fractalkine); anti-inflammatory cytokines (IL-1Ra, IL-10); growth factors (EGF, FGF-2/FGF-basic, Flt-3 Ligand, G-CSF, M-CSF, GM-CSF, PDGF-AA, PDGFAB/BB, TGFα, VEGF-A); and sCD40L. We used multiplex analysis based on xMAP technology (Luminex, USA) using Luminex MagPix. As controls, we used plasma samples of 20 healthy individuals. Based on the results, we applied Receiver Operating Characteristic (ROC) analysis and Area Under Curve (AUC) values to compare two different predictive tests and to choose the optimal division point for disease outcome (survivors/non-survivors). To find optimal biomarker combinations, we as used cytokines concentrations as dependent variables to grow a regression tree using JMP 16 Software.Results. Out of 47 studied cytokines/chemokines/growth factors, we picked four pro-inflammatory cytokines as having high significance in evaluation of COVID-19 outcome: IL-6, IL-8, IL-15, and IL-18. Based on the results received, we assume that the highest significance in terms of predicting the outcome of acute COVID-19 belongs to IL-6 and IL-18. Conclusion. Analyzing concentrations of IL-6 and IL-18 before administering treatment may prove valuable in terms of outcome prognosis.

作者简介

N. Arsentieva

St. Petersburg Pasteur Institute

Email: raknv@mail.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Molecular Immunology

俄罗斯联邦, St. Petersburg

N. Liubimova

St. Petersburg Pasteur Institute

Email: raknv@mail.ru

PhD (Biology), Researcher, Laboratory of Molecular Immunology

俄罗斯联邦, St. Petersburg

O. Batsunov

Petersburg Pasteur Institute; Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Immunology

俄罗斯联邦, St. Petersburg; St. Petersburg

Z. Korobova

Petersburg Pasteur Institute; Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: zoia-korobova@yandex.ru

PhD (Medicine), Allergologist-Immunologist

俄罗斯联邦, St. Petersburg; St. Petersburg

R. Kuznetsova

Petersburg Pasteur Institute; Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

PhD (Medicine), Allergologist-Immunologist

俄罗斯联邦, St. Petersburg; St. Petersburg

A. Rubinstein

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

6th year Student

俄罗斯联邦, St. Petersburg

O. Stanevich

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

Infectious Disease Physician

俄罗斯联邦, St. Petersburg

A. Lebedeva

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

Physician, Emergency Department

俄罗斯联邦, St. Petersburg

E. Vorobyev

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

Nephrologist, Assistant Professor, Department of Nephrology

俄罗斯联邦, St. Petersburg

S. Vorobieva

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

Physician, Assistant Professor, Department of Propaedeutics of Internal Diseases

俄罗斯联邦, St. Petersburg

A. Kulikov

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Head of the Department of Propaedeutics of Internal Diseases

俄罗斯联邦, St. Petersburg

E. Gavrilova

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

PhD (Medicine), Anesthesiologist-Resuscitator of the Highest Category, Assistant Professor, Resuscitation and Anaesthesiology Department

俄罗斯联邦, St. Petersburg

D. Pevtcov

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

Transfusiologist, Head of the Blood Transfusion Department

俄罗斯联邦, St. Petersburg

Yu. Polushin

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

RAS Full Member, PhD, MD (Medicine), Professor, Head of the Resuscitation and Anaesthesiology Department

俄罗斯联邦, St. Petersburg

I. Shlyk

Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: raknv@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Deputy Head Physician

俄罗斯联邦, St. Petersburg

A. Totolian

St. Petersburg Pasteur Institute; Pavlov First St. Petersburg State Medical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: raknv@mail.ru

RAS Full Member, PhD, MD (Medicine), Professor

俄罗斯联邦, St. Petersburg; St. Petersburg

参考

  1. Арсентьева Н.А., Любимова Н.Е., Бацунов О.К., Коробова З.Р., Станевич О.В., Лебедева А.А., Воробьев Е.А., Воробьева С.В., Куликов А.Н., Лиознов Д.А., Шарапова М.А., Певцов Д.Э., Тотолян Арег А. Цитокины в плазме крови больных COVID-19 в острой фазе заболевания и фазе полного выздоровления // Медицинская иммунология. 2021. Т. 23, № 2. С. 311–326. [Arsentieva N.A., Liubimova N.E., Batsunov O.K., Korobova Z.R., Stanevich O.V., Lebedeva A.A., Vorobyov E.A., Vorobyova S.V., Kulikov A.N., Lioznov D.A., Sharapova M.A., Pevtsov D.E., Totolian Areg A. Plasma cytokines in patients with COVID-19 during acute phase of the disease and following complete recovery. Meditsinskaya Immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2021, vol. 23, no. 2, pp. 311–326. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-PCI-2312
  2. Смирнов В.С., Тотолян Арег А. Некоторые возможности иммунотерапии при коронавирусной инфекции // Инфекция и иммунитет. 2020. Т. 10, № 3. С. 446–458. [Smirnov V.S., Totolian Areg A. Some opportunities for immunotherapy in coronavirus infection. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2020, vol. 10, no. 3, pp. 446–458. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-SPO-1470
  3. Angioni R., Sánchez-Rodríguez R., Munari F., Bertoldi N., Arcidiacono D., Cavinato S., Marturano D., Zaramella A., Realdon S., Cattelan A., Viola A., Molon B. Age-severity matched cytokine profiling reveals specific signatures in COVID-19 patients. Cell. Death Dis., 2020, vol. 11, no. 11: 957. doi: 10.1038/s41419-020-03151-z
  4. Arend W.P., Palmer G., Gabay C. IL-1, IL-18, and IL-33 families of cytokines. Immunol. Rev., 2008, vol. 223, pp. 20–38. doi: 10.1111/j.1600-065X.2008.00624.x
  5. BMJ’s Coronavirus (COVID-19) Hub. URL: https://www.bmj.com/coronavirus (27.09.2022)
  6. Chen L., Wang G., Tan J., Cao Y., Long X., Luo H., Tang Q., Jiang T., Wang W., Zhou J. Scoring cytokine storm by the levels of MCP-3 and IL-8 accurately distinguished COVID-19 patients with high mortality. Signal Transduct. Target. Ther., 2020, vol. 5, no. 1: 292. doi: 10.1038/s41392-020-00433-y
  7. Coperchini F., Chiovato L., Croce L., Magri F., Rotondi M. The cytokine storm in COVID-19: An overview of the involvement of the chemokine/chemokine-receptor system. Cytokine Growth Factor Rev., 2016, vol. 53, pp. 25–32. doi: 10.1016/j.cytogfr.2020.05.003
  8. Costela-Ruiz V.J., Illescas-Montes R., Puerta-Puerta J.M., Ruiz C., Melguizo-Rodríguez L. SARS-CoV-2 infection: the role of cytokines in COVID-19 disease. Cytokine Growth Factor Rev., 2020, vol. 54, pp. 62–75. doi: 10.1016/j.cytogfr.2020.06.001
  9. Diao B., Wang C., Tan Y., Chen X., Liu Y., Ning L., Chen L., Li M., Liu Y., Wang G., Yuan Z., Feng Z., Zhang Y., Wu Y., Chen Y. Reduction and functional exhaustion of T cells in patients with Coronavirus disease 2019 (COVID-19). Front. Immunol., 2020, vol. 11: 827. doi: 10.3389/fimmu.2020.00827
  10. García-Laorden M.I., Lorente J.A., Flores C., Slutsky A.S., Villar J. Biomarkers for the acute respiratory distress syndrome: how to make the diagnosis more precise. Ann. Transl. Med., 2017, vol. 5, no. 14: 283. doi: 10.21037/atm.2017.06.49
  11. Henriquez K.M., Hayney M.S., Xie Y., Zhang Z., Barrett B. Association of interleukin-8 and neutrophils with nasal symptom severity during acute respiratory infection. J. Med. Virol., 2015, vol. 87, no. 2, pp. 330–337. doi: 10.1002/jmv.24042
  12. Huang C., Wang Y., Li X., Ren L., Zhao J., Hu Y., Zhang L., Fan G., Xu J., Gu X., Cheng Z., Yu T., Xia J., Wei Y., Wu W., Xie X., Yin W., Li H., Liu M., Xiao Y., Gao H., Guo L., Xie J., Wang G., Jiang R., Gao Z., Jin Q., Wang J., Cao B. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet, 2020, vol. 395, no. 10223, pp. 497–506. doi: 10.1016/ S0140-6736(20)30183-5
  13. Kox M., Waalders N.J.B., Kooistra E.J., Gerretsen J., Pickkers P. Cytokine levels in critically ill patients with COVID-19 and other conditions. JAMA, 2020, vol. 324, no. 15, pp. 1565–1567. doi: 10.1001/jama.2020.17052
  14. Küng E., Coward W.R., Neill D.R., Malak H.A., Mühlemann K., Kadioglu A., Hilty M., Hathaway L.J. The pneumococcal polysaccharide capsule and pneumolysin differentially affect CXCL8 and IL-6 release from cells of the upper and lower respiratory tract. PLoS One, 2014, vol. 9, no. 3: e92355. doi: 10.1371/journal.pone.0092355
  15. Lu R., Zhao X., Li J., Niu P., Yang B., Wu H., Wang W., Song H., Huang B., Zhu N., Bi Y., Ma X., Zhan F., Wang L., Hu T., Zhou H., Hu Z., Zhou W., Zhao L., Chen J., Meng Y., Wang J., Lin Y., Yuan J., Xie Z., Ma J., Liu W.J., Wang D., Xu W., Holmes E.C., Gao G.F., Wu G., Chen W., Shi W., Tan W. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. Lancet, 2020, vol. 395, no. 10224, pp. 565–574. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30251-8
  16. Lucas C., Wong P., Klein J., Castro T.B.R., Silva J., Sundaram M., Ellingson M.K., Mao T., Oh J.E., Israelow B., Takahashi T., Tokuyama M., Lu P., Venkataraman A., Park A., Mohanty S., Wang H., Wyllie A.L., Vogels C.B.F., Earnest R., Lapidus S., Ott I.M., Moore A.J., Muenker M.C., Fournier J.B., Campbell M., Odio C.D., Casanovas-Massana A.; Yale IMPACT Team, Herbst R., Shaw A.C., Medzhitov R., Schulz W.L., Grubaugh N.D., Dela Cruz C., Farhadian S., Ko A.I., Omer S.B., Iwasaki A. Longitudinal analyses reveal immunological misfiring in severe COVID-19. Nature. 2020, vol. 584, no. 7821, pp. 463–469. doi: 10.1038/s41586-020-2588-y
  17. Luo H., Liu S., Wang Y., Phillips-Howard P.A., Ju S., Yang Y., Wang D. Age differences in clinical features and outcomes in patients with COVID-19, Jiangsu, China: a retrospective, multicentre cohort study. BMJ Open, 2020, vol. 10, no. 10: e039887. doi: 10.1136/bmjopen-2020-039887
  18. Luo X.H., Zhu Y., Mao J., Du R.C. T cell immunobiology and cytokine storm of COVID-19. Scand. J. Immunol., 2021, vol. 93, no. 3: e12989. doi: 10.1111/sji.12989
  19. Nakanishi K., Yoshimoto T., Tsutsui H., Okamura H. Interleukin-18 regulates both Th1 and Th2 responses. Annu. Rev. Immunol., 2001, vol. 19, pp. 423–474. doi: 10.1146/annurev.immunol.19.1.423
  20. Parasher A. COVID-19: current understanding of its pathophysiology, clinical presentation and treatment. Postgrad. Med. J., 2021, vol. 97, no. 1147, pp. 312–320. doi: 10.1136/postgradmedj-2020-138577
  21. Qian S., Gao Z., Cao R., Yang K., Cui Y., Li S., Meng X., He Q., Li Z. Transmissible gastroenteritis virus infection up-regulates FcRn expression via nucleocapsid protein and secretion of TGF-α in porcine intestinal epithelial cells. Front. Microbiol., 2020, vol. 10: 3085. doi: 10.3389/fmicb.2019.03085
  22. Rodriguez L., Brodin P. Unraveling the immune response in severe COVID-19. J. Clin. Immunol., 2020, vol. 40, no. 7, pp. 958–959. doi: 10.1007/s10875-020-00849-9
  23. Satış H., Özger H.S., Aysert Yıldız P., Hızel K., Gulbahar Ö., Erbaş G., Aygencel G., Guzel Tunccan O., Öztürk M.A., Dizbay M., Tufan A. Prognostic value of interleukin-18 and its association with other inflammatory markers and disease severity in COVID-19. Cytokine, 2021, vol. 137: 155302. doi: 10.1016/j.cyto.2020.155302
  24. Takeda K., Tsutsui H., Yoshimoto T., Adachi O., Yoshida N., Kishimoto T., Okamura H., Nakanishi K., Akira S. Defective NK cell activity and Th1 response in IL-18-deficient mice. Immunity, 1998, vol. 8, no. 3, pp. 383–90. doi: 10.1016/s1074-7613(00)80543-9
  25. Tsutsui H., Matsui K., Kawada N., Hyodo Y., Hayashi N., Okamura H., Higashino K., Nakanishi K. IL-18 accounts for both TNF-alpha- and Fas ligand-mediated hepatotoxic pathways in endotoxin-induced liver injury in mice. J. Immunol., 1997, vol. 159, no. 8, pp. 3961–3967.
  26. Vecchié A., Bonaventura A., Toldo S., Dagna L., Dinarello C.A., Abbate A. IL-18 and infections: Is there a role for targeted therapies? J. Cell. Physiol., 2021, vol. 236, no. 3, pp. 1638–1657. doi: 10.1002/jcp.30008
  27. Wang J., Jiang M., Chen X., Montaner L.J. Cytokine storm and leukocyte changes in mild versus severe SARS-CoV-2 infection: review of 3939 COVID-19 patients in China and emerging pathogenesis and therapy concepts. J. Leukoc. Biol., 2020, vol. 108, no. 1, pp. 17–41. doi: 10.1002/jlb.3covr0520-272r
  28. WHO Coronavirus (COVID-19) Dashboard. URL: https://covid19.who.int (27.09.2022)

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Arsentieva N.A., Liubimova N.E., Batsunov O.K., Korobova Z.R., Kuznetsova R.N., Rubinstein A.A., Stanevich O.V., Lebedeva A.A., Vorobyev E.A., Vorobieva S.V., Kulikov A.N., Gavrilova E.G., Pevtcov D.E., Polushin Y.S., Shlyk I.V., Totolian A.A., 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».