Role of mast cell proteases in cardiac damage in new coronavirus infection

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

INTRODUCTION: Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) is the cause of the global pandemic of 2019–2023. Despite the fact that COVID-19 primarily affects the lung tissue, cardiovascular complications are not uncommon both at the height of the disease, and in the post-COVID period. The presence of previous cardiovascular diseases and advanced age of the patient are proven risk factors of adverse outcomes in COVID-19.

AIM: Based on the analysis of the current literature sources, to determine the role of mast cell proteases in the pathogenesis of cardiovascular complications of COVID-19.

Excessive production of pro-inflammatory cytokines and chemokines by mast cells in the new coronavirus infection conditions the initiation of a severe systemic inflammatory response that affects not only the lung tissue, but also the myocardium. One most significant mechanism of the development of cardiovascular complications in patients with COVID-19 is endothelial dysfunction of the microcirculatory system with the formation of ischemic areas with subsequent local apoptosis of cardiac myocytes.

CONCLUSION: Cardiovascular complications of COVID-19 develop primarily due to the damaging effect of proinflammatory cytokines, the production of which is stimulated by proteases of activated mast cells. Because of small amount of published data, additional investigation is required.

About the authors

Andrey V. Budnevsky

N.N. Burdenko Voronezh State Medical University

Email: budnev@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-1171-2746
SPIN-code: 7381-0612

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Voronezh

Sergey N. Avdeev

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: serg_avdeev@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-5999-2150
SPIN-code: 1645-5524

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Evgeny S. Ovsyannikov

N.N. Burdenko Voronezh State Medical University

Email: ovses@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8545-6255
SPIN-code: 7999-0433

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Voronezh

Roman E. Tokmachev

N.N. Burdenko Voronezh State Medical University

Email: r-tokmachev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6379-4635
SPIN-code: 5922-6679

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Voronezh

Sofia N. Feygelman

N.N. Burdenko Voronezh State Medical University

Author for correspondence.
Email: s.feygelman@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4128-6044
SPIN-code: 1645-1203
Russian Federation, Voronezh

Victoria V. Shishkina

N.N. Burdenko Voronezh State Medical University

Email: 4128069@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9185-4578
SPIN-code: 9339-7794

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Voronezh

Inna M. Perveeva

Voronezh Regional Clinical Hospital No. 1

Email: perveeva.inna@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5712-9302
SPIN-code: 5995-6533

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Voronezh

Tatyana A. Chernik

N.N. Burdenko Voronezh State Medical University

Email: ch01@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1371-0848
SPIN-code: 8102-8569

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Voronezh

Ekaterina D. Arkhipova

N.N. Burdenko Voronezh State Medical University

Email: e.pavlykevich@bk.ru
ORCID iD: 0009-0002-4960-334X
SPIN-code: 4813-2508
Russian Federation, Voronezh

References

  1. Kolesnikova NV. Mast сells in allergic and Infectious Inflammation. Russian Medical Inquiry. 2022;6(2):79–84. doi: 10.32364/2587-6821-2022-6-2-79-84 EDN: DWCKYD
  2. Budnevsky AV, Avdeev SN, Ovsyannikov ES, et al. The role of mast cells and their proteases in lung damage associated with COVID-19. Pulmonologiya. 2023;33(1):17–26. doi: 10.18093/0869-0189-2023-33-1-17-26 EDN: KJVTRV
  3. Shi S, Qin M, Shen B, et al. Association of Cardiac Injury With Mortality in Hospitalized Patients With COVID-19 in Wuhan, China. JAMA Cardiol. 2020;5(7):802–810. doi: 10.1001/jamacardio.2020.0950 EDN: CEEYYG
  4. Ma Y, Li B, Zhao X, et al. Computational modeling of mast cell tryptase family Informs selective inhibitor development. iScience. 2024;27(9):110739. doi: 10.1016/j.isci.2024.110739 EDN: JDRSFO
  5. Joulia R, Puttur F, Stölting H, et al. Mast cell activation disrupts interactions between endothelial cells and pericytes during early life allergic asthma. J Clin Invest. 2024;134(6):e173676. doi: 10.1172/jci173676 EDN: RTEIYU
  6. Hu Z, Li S, Song X. Cytokine storm with rapidly elevated interleukin–6 indicates sudden death in patients with critical COVID-19. Cytokine Growth Factor Rev. 2021;58:30–31. doi: 10.1016/j.cytogfr.2020.08.001 EDN: HFYBGT
  7. Abassi Z, Skorecki K, Hamo-Giladi DB, et al. Kinins and chymase: the forgotten components of the renin-angiotensin system and their implications in COVID-19 disease. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2021;320(3):L422–L429. doi: 10.1152/ajplung.00548.2020 EDN: PWKJJP
  8. Meneses–Preza YG, Martínez–Martínez R, Meixueiro–Calderón C, et al. Mast Cell Carboxypeptidase A3 is Associated with Pulmonary Fibrosis Secondary to COVID-19. Int J Mol Sci. 2024;25(22):12258. doi: 10.3390/ijms252212258 EDN: YEDSDC
  9. Karabulut Uzuncakmak S, Dirican E, Naldan ME, et al. Investigation of CYP2E1 and Caspase-3 Gene Expressions in COVID-19 Patients. Gene Rep. 2022;26:101497. doi: 10.1016/j.genrep.2022.101497 EDN: VDXMPV
  10. Yang B, Ye D, Wang Y. Caspase-3 as a therapeutic target for heart failure. Expert Opin Ther Targets. 2013;17(3):255–263. doi: 10.1517/14728222.2013.745513
  11. Gebremeskel S, Schanin J, Coyle KM, et al. Mast Cell and Eosinophil Activation Are Associated With COVID-19 and TLR-Mediated Viral Inflammation: Implications for an Anti-Siglec-8 Antibody. Front Immunol. 2021;12:650331. doi: 10.3389/fimmu.2021.650331 EDN: PVNWMK
  12. Levick SP. Histamine receptors in heart failure. Heart Fail Rev. 2022;27(4):1355–1372. doi: 10.1007/s10741-021-10166-x EDN: TRFLDO
  13. Fremont–Smith M, Gherlone N, Smith N, et al. Models for COVID-19 early cardiac pathology following SARS-CoV-2 infection. Int J Infect Dis. 2021;113:331–335. doi: 10.1016/j.ijid.2021.09.052 EDN: FUYYOP
  14. Budnevsky AV, Avdeev SN, Ovsyannikov ES, et al. Role of Transforming Growth Factor-β in Pathogenesis of Pulmonary Fibrosis in COVID-19, Post-COVID Syndrome, Oncological and Chronic Inflammatory Lung Diseases. I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2024;32(3):499–510. doi: 10.17816/PAVLOVJ625007 EDN: VIKVBP
  15. Guo T, Fan Y, Chen M, et al. Cardiovascular Implications of Fatal Outcomes of Patients with Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). JAMA Cardiol. 2020;5(7):811–818. doi: 10.1001/jamacardio.2020.1017 EDN: PBIUYD
  16. Guzik TJ, Mohiddin SA, Dimarco A, et al. COVID-19 and the cardio-vascular system: implications for risk assessment, diagnosis, and treatment options. Cardiovasc Res. 2020;116(10):1666–1687. doi: 10.1093/cvr/cvaa106 EDN: QAKEIM
  17. Liu K, Fang Y-Y, Deng Y, et al. Clinical characteristics of novel coronavirus cases in tertiary hospitals in Hubei Province. Chin Med J (Engl). 2020;133(9):1025–1031. doi: 10.1097/cm9.0000000000000744 EDN: CCJDXO
  18. Bhatla A, Mayer MM, Adusumalli S, et al. COVID-19 and cardiac arrhythmias. Heart Rhythm. 2020;17(9):1439–1444. doi: 10.1016/j.hrthm.2020.06.016 EDN: PJJRCQ
  19. Pimentel M, Magalhães APA, Novak CV, et al. Arritmias Cardíacas em Pacientes com COVID-19. Arq Bras Cardiol. 2021;117(5):1010–1015. (In Portug.) doi: 10.36660/abc.20200963 EDN: YGRSHA
  20. Mohajeri M, Kovanen PT, Bianconi V, et al. Mast cell tryptase — Marker and maker of cardiovascular diseases. Pharmacol Ther. 2019;199:91–110. doi: 10.1016/j.pharmthera.2019.03.008 EDN: PPMNQQ
  21. Wang Y, Liu Z, Zhou W, et al. Mast cell stabilizer, an anti-allergic drug, reduces ventricular arrhythmia risk via modulation of neuroimmune interaction. Basic Res Cardiol. 2024;119(1):75–91. doi: 10.1007/s00395-023-01024-y EDN: XELLTI
  22. Shao H-H, Yin R-X. Pathogenic mechanisms of cardiovascular damage in COVID-19. Mol Med. 2024;30(1):92. doi: 10.1186/s10020-024-00855-2 EDN: ELTOGS
  23. Davis HE, Assaf GS, McCorkell L, et al. Characterizing long COVID in an international cohort: 7 months of symptoms and their impact. EClinicalMedicine. 2021;38:101019. doi: 10.1016/j.eclinm.2021.101019 EDN: URWQAI
  24. Blagova O, Varionchik N, Zaidenov V, et al. Anti-heart antibodies levels and their correlation with clinical symptoms and outcomes in patients with confirmed or suspected diagnosis COVID-19. Eur J Immunol. 2021;51(4):893–902. doi: 10.1002/eji.202048930 EDN: UFSPPS
  25. Gilad V, De Marzo V, Guglielmi G, et al. Cardiac point-of-care ultrasound in hospitalized coronavirus disease-2019 patients: findings and association with outcome. J Cardiovasc Med (Hagerstown). 2022;23(1):e3–e7. doi: 10.2459/jcm.0000000000001177 EDN: RWWAJR
  26. Metkus TS, Sokoll LJ, Barth AS, et al. Myocardial Injury in Severe COVID-19 Compared with Non-COVID-19 Acute Respiratory Distress Syndrome. Circulation. 2021;143(6):553–565. doi: 10.1161/circulationaha.120.050543 EDN: VCRLRK
  27. Qiang Z, Wang B, Garrett BC, et al. Coronavirus disease 2019: a comprehensive review and meta–analysis on cardiovascular biomarkers. Curr Opin Cardiol. 2021;36(3):367–373. doi: 10.1097/hco.0000000000000851 EDN: XWUOCM
  28. Luchian M-L, Motoc AI, Lochy S, et al. Troponin T in COVID-19 hospitalized patients: kinetics matter. Cardiol J. 2021;28(6):807–815. doi: 10.5603/cj.a2021.0104 EDN: SRCSJH
  29. Chen C, Zhou Y, Wang DW. SARS-CoV-2: a potential novel etiology of fulminant myocarditis. Herz. 2020;45(3):230–232. doi: 10.1007/s00059-020-04909-z EDN: OBIAGW
  30. Kang S, Tanaka T, Inoue H, et al. IL-6 trans-signaling induces plasminogen activator inhibitor-1 from vascular endothelial cells in cytokine release syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. 2020;117(36):22351–22356. doi: 10.1073/pnas.2010229117 EDN: ZZMVCA
  31. Lombardi CM, Carubelli V, Iorio A, et al. Association of Troponin Levels With Mortality in Italian Patients Hospitalized With Coronavirus Disease 2019: Results of a Multicenter Study. JAMA Cardiol. 2020;5(11):1274–1280. doi: 10.1001/jamacardio.2020.3538 EDN: IKBEOQ
  32. Panigada M, Bottino N, Tagliabue P, et al. Hypercoagulability of COVID-19 patients in intensive care unit: A report of thromboelastography findings and other parameters of hemostasis. J Thromb Haemost. 2020; 18(7):1738–1742. doi: 10.1111/jth.14850 EDN: NJBBLR
  33. Wu Q, Zhou L, Sun X, et al. Altered Lipid Metabolism in Recovered SARS Patients Twelve Years after Infection. Sci Rep. 2017;7(1):9110. doi: 10.1038/s41598-017-09536-z EDN: YNKRLC
  34. Wang H, Yuan Z, Pavel MA, et al. The role of high cholesterol in age-related COVID-19 lethality. J Biol Chem. 2023;299(6):104763. doi: 10.1016/j.jbc.2023.104763 EDN: ARJZDO
  35. Wei X, Zeng W, Su J, et al. Hypolipidemia is associated with the severity of COVID-19. J Clin Lipidol. 2020;14(3):297–304. doi: 10.1016/j.jacl.2020.04.008 EDN: PZQTOO
  36. Saeed O, Castagna F, Agalliu I, et al. Statin Use and In-Hospital Mortality in Patients With Diabetes Mellitus and COVID-19. J Am Heart Assoc. 2020;9(24):e018475. doi: 10.1161/jaha.120.018475 EDN: DTDZRB
  37. Galland J, Thoreau B, Delrue M, et al. White blood count, D-dimers, and ferritin levels as predictive factors of pulmonary embolism suspected upon admission in noncritically ill COVID-19 patients: The French multi-center CLOTVID retrospective study. Eur J Haematol. 2021;107(2):190–201. doi: 10.1111/ejh.13638 EDN: OMKPLT
  38. Henry BM, Aggarwal G, Wong J, et al. Lactate dehydrogenase levels predict coronavirus disease 2019 (COVID-19) severity and mortality: a pooled analysis. Am J Emerg Med. 2020;38(9):1722–1726. doi: 10.1016/j.ajem.2020.05.073 EDN: HZIHZI
  39. Zinellu A, Sotgia S, Fois AG, Mangoni AA. Serum CK-MB, COVID-19 severity and mortality: an updated systematic review and meta-analysis with meta-regression. Adv Med Sci. 2021;66(2):304–314. doi: 10.1016/j.advms.2021.07.001 EDN: IMKMJC

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Mechanism of formation of excessive systemic inflammatory response to SARS-CoV-2 viral infection: ACE-2 — type 2 angiotensin-converting enzyme, SARS-CoV-2 — Severe Acute Respiratory Syndrome-Related CoronaVirus 2, TMPRSS2 — Transmembrane Protease, Serine 2, MC — mast cell.

Download (70KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

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».