К вопросу о патогенезе COVID-19: роль трансформирующего фактора роста бета
А. В. Будневский,
Е. С. Овсянников,
В. B. Шишкина,
Н. Г. Алексеева,
И. М. Первеева,
А. Г. Китоян,
Л. Н. Антакова https://doi.org/10.20538/1682-0363-2024-3-145-154
Аннотация
Белки семейства трансформирующего фактора роста бета (TGF)β регулируют многочисленные клеточные процессы, которые играют важную роль в патогенезе острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), способствуют повышению проницаемости альвеолярного эпителия, активации фибробластов и ремоделированию внеклеточного матрикса. Tрансформирующий фактор роста бета участвует в патогенезе воспалительных заболеваний дыхательной системы при развитии COVID-19. SARS-CoV-2 приводит к сложным иммунным реакциям, которые включают высвобождение воспалительных цитокинов, повышение активности тучных клеток и высвобождение продуктов их секретома, в частности профибротических ферментов и цитокинов, в том числе TGF-β.
Триптазаи химаза-положительные тучные клетки играют большую роль в легочном фиброзе и эмболии при COVID-19. Химаза тучных клеток является независимым от ангиотензинпревращающего фермента 2-го типа путем образования ангиотензина II внеклеточно в интерстиции, а также активирует TGF-β и другие молекулы, тем самым играя роль в ремоделировании тканей. Бета-триптаза тучных клеток увеличивает секрецию TGF-β1 гладкой мышечной тканью дыхательных путей и экспрессию α-гладкомышечного актина – α-SMA. TGF-β также индуцирует генерацию митохондриальных активных форм кислорода (АФК), что усиливает выработку АФК в фибробластах легких. TGF-β играет ключевую роль в индукции синтеза компонентов внеклеточного матрикса фибробластами.
Настоящий обзор посвящен рассмотрению структуры TGF-β, особенностям его секреции и функции. Представлен механизм его участия TGF-β в патогенезе COVID-19, а также возможности его использования в качестве прогностического маркера степени тяжести течения COVID-19.
Об авторах
А. В. Будневский
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
Россия
Россия
Будневский Андрей Валериевич – д-р мед. наук, профессор, заслуженный изобретатель Российской Федерации, зав. кафедрой факультетской терапии
394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10
Е. С. Овсянников
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
Россия
Россия
Овсянников Евгений Сергеевич – д-р мед. наук, доцент, профессор кафедры факультетской терапии
394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10
В. B. Шишкина
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
Россия
Россия
Шишкина Виктория Викторовна – канд. мед. наук, директор Научно-исследовательского института экспериментальной биологии и медицины, доцент кафедры гистологии
394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10
Н. Г. Алексеева
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
Россия
Россия
Алексеева Надежда Геннадиевна – аспирант, кафедра факультетской терапии
394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10
И. М. Первеева
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко;
Воронежская областная клиническая больница № 1
Россия
Россия
Первеева Инна Михайловна – канд. мед. наук, врач-пульмонолог, ВОКБ № 1; ст. науч. сотрудник, Научно-исследовательский институт экспериментальной биологии и медицины, ВГМУ им. Н.Н. Бурденко
394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10;
394066, г. Воронеж, Московский проспект, 151
А. Г. Китоян
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
Россия
Россия
Китоян Аваг Гнуниович – ординатор, кафедра факультетской терапии
394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10
Л. Н. Антакова
Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко
Россия
Россия
Антакова Любовь Николаевна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник, Научно-исследовательский институт экспериментальной биологии и медицины
394036, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10
Список литературы
1. Sumantri S., Rengganis I. Immunological dysfunction and mast cell activation syndrome in long COVID. Asia Pac. Allergy. 2023;13(1):50–53. DOI: 10.5415/apallergy.0000000000000022.
2. Theoharides T.C., Kempuraj D. Role of SARS-CoV-2 spike-protein-induced activation of microglia and mast cells in the pathogenesis of neuro-COVID. Cells. 2023;12(5):688. DOI: 10.3390/cells12050688.
3. Wismans L.V., Lopuhaä B., de Koning W., Moeniralam H., van Oosterhout M., Ambarus C. et al. Increase of mast cells in COVID-19 pneumonia may contribute to pulmonary fibrosis and thrombosis. Histopathology. 2023;82(3):407–419. DOI: 10.1111/his.14838.
4. Kim H.Y., Kang H.G., Kim H.M., Jeong H.J. Expression of SARS-CoV-2 receptor angiotensin-converting enzyme 2 by activating protein-1 in human mast cells. Cell Immunol. 2023;386:104705. DOI: 10.1016/j.cellimm.2023.104705.
5. Xu J., Xu X., Jiang L., Dua K., Hansbro P.M., Liu G. SARS-CoV-2 induces transcriptional signatures in human lung epithelial cells that promote lung fibrosis. Respir. Res. 2020;21(1):182. DOI: 10.1186/s12931-020-01445-6.
6. Wasse H., Naqvi N., Husain A. Impact of mast cell chymase on renal disease progression. Curr. Hypertens Rev. 2012;8(1):15– 23. DOI: 10.2174/157340212800505007.
7. Rifkin D., Sachan N., Singh K., Sauber E., Tellides G., Ramirez F. The role of LTBPs in TGF beta signaling. Dev. Dyn. 2022;251(1):95–104. DOI: 10.1002/dvdy.331.
8. Travis M.A., Sheppard D. TGF-beta activation and function in immunity. Annu. Rev. Immunol. 2014;32:51–82. DOI: 10.1146/annurev-immunol-032713-120257.
9. Robertson I.B., Horiguchi M., Zilberberg L., Dabovic B., Hadjiolova K., Rifkin D.B. Latent TGF-β-binding proteins. Matrix Biol. 2015;47:44–53. DOI: 10.1016/j.matbio.2015.05.005.
10. Gordon K.J., Blobe G.C. Role of transforming growth factor-beta superfamily signaling pathways in human disease. Biochim. Biophys. Acta. 2008;1782(4):197–228. DOI: 10.1016/j.bbadis.2008.01.006.
11. Dong X., Zhao B., Iacob R.E., Zhu J., Koksal A.C., Lu C. et al. Force interacts with macromolecular structure in activation of TGF-beta. Nature. 2017;542(7639):55–59. DOI: 10.1038/nature21035.
12. Zigrino P., Sengle G. Fibrillin microfibrils and proteases, key integrators of fibrotic pathways. Adv. Drug Deliv. Rev. 2019;146:3–16. DOI: 10.1016/j.addr.2018.04.019.
13. Ramirez F., Sakai L.Y. Biogenesis and function of fibrillin assemblies. Cell Tissue Res. 2010;339(1):71–82. DOI: 10.1007/s00441-009-0822-x.
14. Del Cid J.S., Reed N.I., Molnar K., Liu S., Dang B., Jensen S.A. et al. A disease-associated mutation in fibrillin-1 differentially regulates integrin-mediated cell adhesion. J. Biol. Chem. 2019;294(48):18232–18243. DOI: 10.1074/jbc.RA119.011109.
15. David C.J., Massague J. Contextual determinants of TGF beta action in development, immunity and cancer. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2018;19(7):419–435. DOI: 10.1038/s41580-0180007-0.
16. Todorovic V., Rifkin D.B. LTBPs, more than just an escort service. J. Cell Biochem. 2012;113(2):410–418. DOI: 10.1002/jcb.23385.
17. Fan W., Liu T., Chen W., Hammad S., Longerich T., Hausser I. et al. ECM1 prevents activation of transforming growth factor β, hepatic stellate cells, and fibrogenesis in mice. Gastroenterology. 2019;157(5):1352–1367.e13. DOI: 10.1053/j.gastro.2019.07.036.
18. Franco-Barraza J., Francescone R., Luong T., Shah N., Madhani R., Cukierman G. et al. Matrix-regulated integrin αvβ5 maintains α5β1-dependent desmoplastic traits prognostic of neoplastic recurrence. Elife. 2017;6:e20600. DOI: 10.7554/eLife.20600.
19. Markovics J.A., Araya J., Cambier S., Somanath S., Gline S., Jablons D. et al. Interleukin-1beta induces increased transcriptional activation of the transforming growth factor-beta-activating integrin subunit beta8 through altering chromatin architecture. J. Biol. Chem. 2011;286(42):36864–36874. DOI: 10.1074/jbc.M111.276790.
20. Hinz B. The extracellular matrix and transforming growth factor-β1: Tale of a strained relationship. Matrix Biol. 2015;47:54–65. DOI: 10.1016/j.matbio.2015.05.006.
21. Farhat Y.M., Al-Maliki A.A., Easa A., O’Keefe R.J., Schwarz E.M., Awad H.A. TGF-beta1 suppresses plasmin and MMP activity in flexor tendon cells via PAI-1: implications for scarless flexor tendon repair. J. Cell Physiol. 2015;230(2):318–326. DOI: 10.1002/jcp.24707.
22. Zilberberg L., Todorovic V., Dabovic B., Horiguchi M., Couroussé T., Sakai L.Y. et al. Specificity of latent TGF-β binding protein (LTBP) incorporation into matrix: role of fibrillins and fibronectin. J. Cell Physiol. 2012;227(12):3828–3836. DOI: 10.1002/jcp.24094.
23. Ito J.T., Lourenço J.D., Righetti R.F., Tibério I.F.L.C., Prado C.M., Lopes F.D.T.Q. S. Extracellular matrix component remodeling in respiratory diseases: what has been found in clinical and experimental studies? Cells. 2019;8 (4):342. DOI: 10.3390/cells8040342.
24. Coutts A., Chen G., Stephens N., Hirst S., Douglas D., Eichholtz T. et al. Release of biologically active TGF-beta from airway smooth muscle cells induces autocrine synthesis of collagen. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2001;280(5):L999– L1008. DOI: 10.1152/ajplung.2001.280.5.L999.
25. Ong C.H., Tham C.L., Harith H.H., Firdaus N., Israf D.A. TGF-β-induced fibrosis: A review on the underlying mechanism and potential therapeutic strategies. Eur. J. Pharmacol. 2021;911:174510. DOI: 10.1016/j.ejphar.2021.174510
26. Arguinchona L.M., Zagona-Prizio C., Joyce M.E., Chan E.D., Maloney J.P. Microvascular significance of TGF-β axis activation in COVID-19. Front. Cardiovasc. Med. 2023;9:1054690. DOI: 10.3389/fcvm.2022.1054690.
27. Ojiaku C.A., Yoo E.J., Panettieri R.A. Jr. Transforming growth factor β1 function in airway remodeling and hyperresponsiveness. The missing link? Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2017;56(4):432–442. DOI: 10.1165/rcmb.2016-0307TR.
28. Vaz de Paula C.B., de Azevedo M.L.V., Nagashima S., Martins A.P.C., Malaquias M.A.S., Miggiolaro A.F.R.D.S. et al. IL-4/IL-13 remodeling pathway of COVID-19 lung injury. Sci. Rep. 2020;10(1):18689. DOI: 10.1038/s41598-020-75659-5.
29. Gerber A., Wille A., Welte T., Ansorge S., Bühling F. Interleukin-6 and transforming growth factor-beta 1 control expression of cathepsins B and L in human lung epithelial cells. J. Interferon Cytokine Res. 2001;21(1):11–19. DOI: 10.1089/107999001459114.
30. Malmström J., Lindberg H., Lindberg C., Bratt C., Wieslander E., Delander E.L. et al. Transforming growth factor-beta 1 specifically induce proteins involved in the myofibroblast contractile apparatus. Mol. Cell Proteomics. 2004;3(5):466–477. DOI: 10.1074/mcp.M300108-MCP200.
31. Jain M., Rivera S., Monclus E.A., Synenki L., Zirk A., Eisenbart J. et al. Mitochondrial reactive oxygen species regulate transforming growth factor-β signaling. J. Biol. Chem. 2013;288(2):770–777. DOI: 10.1074/jbc.M112.431973.
32. Saito A., Horie M., Nagase T. TGF-β Signaling in Lung Health and Disease. Int. J. Mol. Sci. 2018;19(8):2460. DOI: 10.3390/ijms19082460.
33. Abbasifard M., Fakhrabadi A. H., Bahremand F., Khorramdelazad H. Evaluation of the interaction between tumor growth factor-β and interferon type I pathways in patients with COVID-19: focusing on ages 1 to 90 years. BMC Infect Dis. 2023;23(1):248. DOI: 10.1186/s12879-02308225-9.
34. Vaz de Paula C.B., Nagashima S., Liberalesso V., Collete M., da Silva F.P.G., Oricil A.G.G. et al. COVID-19. Immunohistochemical analysis of TGF-β signaling pathways in pulmonary fibrosis. Int. J. Mol. Sci. 2021;23(1):168. DOI: 10.3390/ijms23010168.
35. Weinheimer V.K., Becher A., Tönnies M., Holland G., Knepper J., Bauer T.T. et al. Influenza A viruses target type II pneumocytes in the human lung. J. Infect Dis. 2012;206(11):1685– 1694. DOI: 10.1093/infdis/jis455.
36. Hanff T.C., Harhay M.O., Brown T.S., Cohen J.B., Mohareb A.M. Is There an association between COVID-19 mortality and the renin-angiotensin system? A call for epidemiologic investigations. Clin. Infect. Dis. 2020;71(15):870–874. DOI: 10.1093/cid/ciaa329.
37. Li G., He X., Zhang L., Ran Q., Wang J., Xiong A. et al. Assessing ACE2 expression patterns in lung tissues in the pathogenesis of COVID-19. J. Autoimmun. 2020;112:102463. DOI: 10.1016/j.jaut.2020.102463.
38. Kai H., Kai M. Interactions of coronaviruses with ACE2, angiotensin II, and RAS inhibitors-lessons from available evidence and insights into COVID-19. Hypertens. Res. 2020;43(7):648–654. DOI: 10.1038/s41440-020-0455-8.
39. Sriram K., Insel P.A. A hypothesis for pathobiology and treatment of COVID-19: The centrality of ACE1/ACE2 imbalance. Br. J. Pharmacol. 2020;177(21):4825–4844. DOI: 10.1111/bph.15082.
40. Gheblawi M., Wang K., Viveiros A., Nguyen Q., Zhong J.C., Turner A.J. et al. Angiotensin-Converting Enzyme 2: SARSCoV-2 receptor and regulator of the renin-angiotensin system: celebrating the 20th Anniversary of the discovery of ACE2. Circ. Res. 2020;126(10):1456–1474. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.120.317015.
41. Biering S.B., Gomes de Sousa F.T., Tjang L.V., Pahmeier F., Zhu C., Ruan R. et al. SARS-CoV-2 Spike triggers barrier dysfunction and vascular leak via integrins and TGF-β signaling. Nat. Commun. 2022;13(1):7630. DOI: 10.1038/s41467022-34910-5.
42. Budnevsky A.V., Avdeev S.N., Kosanovic D., Shishkina V.V., Filin A.A., Esaulenko D.I. et al. Role of mast cells in the pathogenesis of severe lung damage in COVID-19 patients. Respir. Res. 2022;23(1):371. DOI: 10.1186/s12931-022-02284-3.
43. Savage A., Risquez C., Gomi K., Schreiner R., Borczuk A.C., Worgall S. et al. The mast cell exosome-fibroblast connection: A novel pro-fibrotic pathway. Front. Med. (Lausanne). 2023;10:1139397. DOI: 10.3389/fmed.2023.1139397.
44. Shimbori C., Upagupta C., Bellaye P.S., Ayaub E.A., Sato S., Yanagihara T. et al. Mechanical stress-induced mast cell degranulation activates TGF-β1 signalling pathway in pulmonary fibrosis. Thorax. 2019;74(5):455–465. DOI: 10.1136/thoraxjnl-2018-211516.
45. Sayer C., Rapley L., Mustelin T., Clarke D.L. Are mast cells instrumental for fibrotic diseases? Front. Pharmacol. 2014;4:174. DOI: 10.3389/fphar.2013.00174.
46. Woodman L., Siddiqui S., Cruse G., Sutcliffe A., Saunders R., Kaur D. et al. Mast cells promote airway smooth muscle cell differentiation via autocrine up-regulation of TGF-beta 1. J. Immunol. 2008; 81(7):5001–5007. DOI: 10.4049/jimmunol.181.7.5001.
47. Wang Y., Zhang L., Wu G.R.et al.MBD2 serves as a viable target against pulmonary fibrosis by inhibiting macrophage M2 program. Sci. Adv. 2021;7(1):eabb6075. DOI: 10.1126/ sciadv.abb6075.
48. Sun P., Qie S., Liu Z., Ren J., Li K., Xi J. Clinical characteristics of hospitalized patients with SARS-CoV-2 infection: A single arm meta-analysis. J. Med. Virol. 2020;92(6):612–617. DOI: 10.1002/jmv.25735.
49. Xiong Y., Liu Y., Cao L., Wang D., Guo M., Jiang A. et al. Transcriptomic characteristics of bronchoalveolar lavage fluid and peripheral blood mononuclear cells in COVID-19 patients. Emerg. Microbes Infect. 2020;9(1):761–770. DOI: 10.1080/22221751.2020.1747363.
50. Yang X., Yu Y., Xu J., Shu H., Xia J., Liu H. et al. Clinical course and outcomes of critically ill patients with SARS-CoV-2 pneumonia in Wuhan, China: a single-centered, retrospective, observational study. Lancet Respir. Med. 2020;8(5):475–481. DOI: 10.1016/S2213-2600(20)30079-5.
51. Frischbutter S., Durek P., Witkowski M., Angermair S., Treskatsch S., Maurer M. et al. Serum TGF-β as a predictive biomarker for severe disease and fatality of COVID-19. Eur. J. Immunol. 2023;53(10):e2350433. DOI: 10.1002/eji.202350433.
52. Susak F., Vrsaljko N., Vince A., Papic N. TGF Beta as a Prognostic Biomarker of COVID-19 Severity in Patients with NAFLD-A Prospective Case-Control Study. Microorganisms. 2023;11(6):1571. DOI: 10.3390/microorganisms11061571.
Рецензия
Для цитирования:
Будневский А.В., Овсянников Е.С., Шишкина В.B., Алексеева Н.Г., Первеева И.М., Китоян А.Г., Антакова Л.Н. К вопросу о патогенезе COVID-19: роль трансформирующего фактора роста бета. Бюллетень сибирской медицины. 2024;23(3):145-154. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2024-3-145-154
For citation:
Budnevsky A.V., Ovsyannikov E.S., Shishkina V.V., Alekseeva N.G., Perveeva I.M., Kitoyan A.G., Antakova L.N. On the pathogenesis of COVID-19: the role of transforming growth factor beta. Bulletin of Siberian Medicine. 2024;23(3):145-154. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2024-3-145-154
Просмотров:
331
Послать статью по эл. почте 