SARS-COV-2: IMMUNE RESPONSE, STRUCTURAL CHANGES, TREATMENT STRATEGIES

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In March 2020, WHO announced a pandemic caused by SARS-CoV-2. To date, there is still lack of knowledge about the pathogen and the clinical course of the disease and the emerging research results require systemic analysis and synthesis. The aim of our review was to analyze publications on clinical and experimental observations, reviews and international experience regarding to the immune response, organ changes, diagnosis and treatment of the new coronavirus infection. This review provides a qualitative synthesis of research papers on SARS-CoV-2 form 2020 and on SARS-CoV and MERS-CoV, which were published from 2005-2020. PubMed was the source of literature for international papers while Russian papers were selected using Russian Science Citation Index database. The structural features of SARS-CoV-2 due to the spine-shaped protein allow the virus to bind to the host receptors via angiotensin-converting enzyme 2. Changing the parameters of the virus-cell interaction helps to reduce the production of type I interferon, which leads to rapid virus replication, activation of the immune response with the development of the "cytokine storm". A key role in the excessive production of cytokines is played by IL-6, which, through both classical signal transduction and activation of the soluble IL-6 receptor, exacerbates excessive cytokine production. The development of endothelitis, sepsis and septic shock against this background are key factors in the pathogenesis of the disease, increasing the risk of death in infected patients. X-ray signs of SARS-CoV-2 infection include multifocal, bilateral, peripheral frost-glass changes, and morphological findings confirm damage to the alveoli, hyaline membrane formation and type II pneumocyte hyperplasia. The information for evidence-based treatment of patients with SARC-Cov-2 is still limited. However, an exponential growth of literature on this disease will soon provide opportunities for both qualitative and quantitative synthesis.

About the authors

O. Yu. Zolnikova

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: ks.med@mail.ru
доцент кафедры пропедевтики внутренних болезней лечебного факультета

A. A. Svistunov

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

V. T. Ivashkin

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

References

  1. Информация о новой коронавирусной инфекции для медицинских работников. Рекомендации для врачей по Covid-19. URL: www.rosminzdrav.ru/ministry/med_covid19 (дата обращения: 15.1 1.2020)
  2. Channappanavar R., Fehr A. R., Vijay R. et al. Dysregulated type I interferon and inflammatory monocyte-macrophage responses cause lethal pneumonia in SARS-CoV-infected mice. Cell Host Microbe. 2016, 19, pp. 181-193. doi: 10.1016/j.chom.2016.01.007
  3. Channappanavar R., Perlman S. Pathogenic human coronavirus infections: causes and consequences of cytokine storm and immunopathology. Semin. Immunopathol. 2017, 39, pp. 529-539. doi: 10.1007/s00281-017-0629-x
  4. Chen L., Liu H. G., Liu W et al. Analysis of clinical features of 29 patients with 2019 novel coronavirus pneumonia. Chinese journal of tuberculosis and respiratory diseases. 2020, 3, pp. 203-208. doi: 10.3760/cma.j.issn.1001-0939.2020.0005
  5. Chen N., Zhou M., Dong X. et al. Epidemiological and clinical characteristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia in Wuhan, China: a descriptive study. Lancet. 2020, 395, pp. 507-513. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30211-7
  6. Coomes E., Haghbayan H. Interleukin-6 in COVID -19: asystematic review and meta-analysis medRxiv Available at: https://www.medrxiv.org/content/10.1101 /2020.03.30.20048058v1 (accessed: 15.06.2020). doi: 10.1 101/2020.03/30.20048058
  7. Fang Y., Zhang H., Xu Y. et al. CT manifestations of two cases of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) pneumonia. Radiology. 2020, 295, рр. 208-209. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30183-5
  8. Gao J., Tian Z., Yang X. Breakthrough: chloroquine phosphate has shown apparent efficacy in treatment of COVID-19 associated pneumonia in clinical studies. Biosci Trends. 2020, 14, pp. 72-73. doi: 10.5582/bst.2020.01047
  9. Gautret P., Lagier J., Parola P., et al. Hydroxychloroquine and azithromycin as a treatment of COVID-19: results of an open-label non-randomized clinical trial. Int J Antimicrob Agents. 2020, Mar 20, 105949. doi: 10.1016/j. ijantimicag.2020.105949
  10. Ge X., Li J., Yang X., et al. Isolation and characterization of a bat SARS-like coronavirus that uses the ACE2 receptor. Nature. 2013, 503, pp. 535-538. doi: 10.1038/nature12711
  11. Hosseiny М., Kooraki S., Gholamrezanezhad A. et al. Radiology Perspective of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): Lessons From Severe Acute Respiratory Syndrome and Middle East Respiratory Syndrome. American Journal of Roentgenology. 2020, 5, pp. 1078-1082. doi: 10.2214/AJR.20.22969
  12. Jacobi А., Chung М., Bernheim А., Eber С. Portable chest X-ray in coronavirus disease-19 (COVID-19): A pictorial review. Clin Imaging. 2020, 64, pp. 35-42. doi: 10.1016/j. clinimag.2020.04.001
  13. Kalil A. Treating COVID-19 - off-label drug use, compassionate use, and randomized clinical trials during pandemics. JAMA. 2020, March 24. doi: 10.1001/ jama.2020.4742
  14. Lan J., Ge J., Yu J., et al. Crystal structure of the 2019-nCoV spike receptor-binding domain bound with the ACE2 receptor. Available at: https://www.biorxiv.org/conte nt/10.1 101/2020.02.19.956235v1 (accessed: 15.06.2020)
  15. Lau S. Delayed induction of proinflammatory cytokines and suppression of innate antiviral response by the novel Middle East respiratory syndrome coronavirus: implications for pathogenesis and treatment. J Gen Virol. 2013, 94, pp. 2679-2690. doi: 10.1099/vir.0.055533-0
  16. Law H., Cheung C., Ng H., Sia S. Chemokine up-regulation in SARS-coronavirus-infected, monocyte-derived human dendritic cells. Blood. 2005, 106, pp. 2366-2374. doi: 10.1182/blood-2004-10-4166
  17. Liang W, Feng Z., Rao S., et al: Diarrhoea may be underestimated: a missing link in 2019 novel coronavirus. Gut. 2020, Feb 26, pii: gutjnl-2020-320832. doi: 10.1136/ gutjnl-2020-320832
  18. Lu R., Zhao X., Li J., et al. Genomic characterisation and epidemiology of 2019 novel coronavirus: implications for virus origins and receptor binding. Lancet. 2020, 395, pp. 565-574. doi: 1016/S0140-6736(20)30251-8
  19. Min C-K. Comparative and kinetic analysis of viral shedding and immunological responses in MERS patients representing a broad spectrum of disease severity. Sci Rep. 2016, 6, p. 25359. doi: 10.1038/srep25359
  20. Nicholls J., Poon L., Lee K., et al. Lung pathology of fatal severe acute respiratory syndrome. Lancet. 2003, 361, pp. 1773-1778. doi: 10.1016/s0140-6736(03)13413-7
  21. Tanaka T., Narazaki M., Kishimoto T. Immunotherapeutic implications of IL-6 blockade for cytokine storm. Immunotherapy. 2016, 8, pp. 959-970. doi: 10.2217/imt-2016-0020
  22. Sardu C., Gambardella J., Morelli M. Is COVID-19 an endothelial disease? Clinical and basic evidence. Preprints. 2020, 2020040204. doi: 10.20944/preprints202004.0204.v1
  23. Tanaka T., Narazaki M., Kishimoto T. Immunotherapeutic implications of IL-6 blockade for cytokine storm. Immunotherapy. 2016, 8, pp. 959-970. doi: 10.2217/imt-2016-0020
  24. Tian S., Xiong Y., Liu H. Pathological study of the 2019 novel coronavirus disease (COVID-19) through postmortem core biopsies. Modern Pathology. 2020, Mar 23. doi: 10.1038/ s41379-020-0536-x
  25. Tynell J. Middle East respiratory syndrome coronavirus shows poor replication but significant induction of antiviral responses in human monocyte-derived macrophages and dendritic cells. J Gen Virol. 2016, 2, pp. 344-355. doi: 10.1099/jgv.0.000351
  26. Varga Z., Flammer A., Steiger P. et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. Lancet. 2020, 395, pp. 1417-1418. doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30937-5
  27. Wang W Detection of SARS-CoV-2 in Different Types of clinical Specimens. JAMA. 2020, 18, pp. 1843-1844. doi: 10.1001/jama.2020.3786
  28. Wu C., Chen X., Cai Y., Xia J. Risk Factors Associated With Acute Respiratory Distress Syndrome and Death in Patients with Coronavirus Disease 2019 Pneumonia in Wuhan, China. JAMA Intern Med. 2020, 7, pp. 1-11. doi: 10.1001/ jamainternmed.2020.0994
  29. Wu A., Peng Y., Huang B., et al. Genome composition and divergence of the novel coronavirus (2019-nCoV) originating in China. Cell Host Microbe. 2020, 27, pp. 325328. doi: 10.1016/j.chom.2020.02.001
  30. Coronavirus disease (COVID-19) pandemic. Available at: www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/ technical-guidance (accessed: 15.06.2020)
  31. Zhang H., Penninger J., Li Y., Zhong N., Slutsky A. Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as a SARS-CoV-2 receptor: molecular mechanisms and potential therapeutic target. Intensive Care Med. 2020, 46, pp. 586-590. doi: 10.1007/s00134-020-05985-9
  32. Zhao M. Cytokine storm and immunomodulatory therapy in COVID-19: Role of chloroquine and anti-IL-6 monoclonal antibodies.https://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0924857920301394?via%3Dihub - ! International Journal of Antimicrobial Agents. 2020, 1, pp. 31-36 doi: 10.1016/j.ijantimicag.2020.105982
  33. Zhou P., Yang X., Wang X., et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020, 579, pp. 270-273. doi: 10.1038/ s41586-020-2012-7
  34. Zhou J. Active replication of Middle East respiratory syndrome coronavirus and aberrant induction of inflammatory cytokines and chemokines in human macrophages: implications for pathogenesis. J Infect Dis. 2014, 9, pp. 1331-1342. doi: 10.1093/infdis/jit504
  35. Zhu N., Zhang D., Wang W, et al. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. N Engl J Med. 2020, 382, pp. 727-733. doi: 10.1056/NEJMoa2001017
  36. Zolnikova O., Komkova I., Potskherashvili N. et al. Application of probiotics for acute respiratory tract infections. Italian Journal of Medicine. 2018, 12, pp. 32-38. doi: 10.4081/itjm.2018.931
  37. Xiao A. T, Tong Y. X, Zhang S. Profile of RT-PCR for SARS-CoV-2: A Preliminary Study from 56 COVID-19 Patients. Clinical Infectious Diseases. 2020, ciaa460. doi: 10.1093/cid/ciaa460
  38. Xu Z., Shi L., Wang Y. Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome. Lancet Respir Med. 2020, 4, pp. 420-422. doi: 10.1016/ S2213-2600(20)30076-X

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Zolnikova O.Y., Svistunov A.A., Ivashkin V.T.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


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».