Innate immunity in coronavirus infection

Abstract

Coronaviruses (CoVs) comprise a polymorphic group of respiratory viruses causing acute inflammatory diseases in domestic and agricultural animals (chicken, pig, buffalo, cat, dog). Until recently, this infection in humans was mainly observed during the autumn-winter period and characterized by a mild, often asymptomatic, course. The situation changed dramatically in 2003, when SARS outbreak caused by pathogenic CoV (SARS-CoV) was recorded in China. A decade later, a new CoV outbreak occurred in the form of the Middle East respiratory syndrome (MERS-CoV), whereas in December 2019, SARS-CoV-2 (COVID-19) cases were recorded, which transformed within the first months of 2020 into the pandemic. In all three cases, CoV disease led to severe bronchopulmonary lesions, varying from dry, debilitating cough to acute respiratory distress syndrome (ARDS). At the same time, multiple changes in innate immunity were noted most often manifested as a pronounced inflammatory reaction in the lower respiratory tract, featured by damaged type II pneumocytes, apoptosis, hyalinization of alveolar membranes, focal or generalized pulmonary edema. Destructive processes in the respiratory tract were accompanied by migration of monocytes/macrophages and granulocyte neutrophils to the inflammatory focus. Such events were accompanied by production of pro-inflammatory cytokines, which magnitude could ascend up to a cytokine storm. SARS-CoV is characterized by symptoms of secondary immunosuppression, manifested by the late onset of interferon production and activation of NLRP3 inflammasomes – the key inflammatory factor. The reason for such reaction may be accounted for by CoV arsenal containing extensive set of structural and non-structural proteins exerting pro-inflammatory and immunosuppressive properties. Delayed IFN production allowed CoV to replicate actively and freely, and when type I IFN synthesis was eventually triggered, its activity was detrimental and accompanied by an aggravated infection course. Thus, SARS can surely be referred to immune-dependent infections with a marked immunopathological component. The purpose of this review was to describe some mechanisms underlying formation of innate immune response to infection caused by pathogenic coronaviruses SARS-CoV, MERS-CoV and SARS-CoV-2 (COVID-19).

Some opportunities for immunotherapy in coronavirus infection

“…Как неоднократно было отмечено, CoV-инфекция сопровождается широким спектром гомеостатических нарушений, таких как острая респираторная недостаточность, перерастающая в ОРДС, нефропатия, лимфопения, цитокиновый шторм и коа гулопатии вплоть до ДВС и др. [3,13,41,45,67]. В этой связи обсуждение применений существую щих препаратов для иммуномодулирующей терапии противовоспалительной направленности может оказаться оптимальным вариантом выбора на фоне отсутствия специфических противовирусных средств.…”

“…Помимо процессов транскрипции и репликации вируса, в клетке накапливаются продукты вирусного метаболизма, распознаваемые TLR 3/7, после чего сигнал трансдуцируется по регуляторному каскаду, конечным событием которого является синтез провоспалительных цитокинов, таких как IL-1, IL-6, IL-18, TNFα [44]. Большинство из них секретируется в протоформе и для их созревания необходимо формирование полипротеинового комплекса NLRP3 инфламмасомы, которая также формируется при кислой реакции цитоплазмы [2,3,72]. Исследования показали, что хлорохин снижает высвобождение IL-1β, ингибирует созревание pro-TNF в зрелую молекулу TNFα, а также ингибирует экспрессию генов IL-6 и IL-12 [22].…”

“…Как известно, первичными воротами инфекции является однослойный эпителий легочных альвеол, куда вирус может внедриться пятью разными способами [3]. Наиболее типичным считается связывание спайк-белка (SP) CoV с рецептором ангиотензинпревращающего фермента (ACE) [15,53].…”

“…Наряду с секрецией IL-6, TNFα, IL-1β, IL-8, IL2R, часть альвеолярного эпителия подвергается пироптотичес кой гибели, продукты которой поглощаются гранулоцитами, моноцитами/макрофагами. Миг рировавшие поли-и мононуклеары в свою очередь активируются на дальнейшую секрецию провоспалительных цитокинов и хемокинов; одновременно с активацией воспалительных клеток наблюдается повышение проницаемости интерстициальных капилляров, что приводит к утечке из них плазмы и формированию локального отека [3,32]. По мере развития и распространения воспалительного процесса вирус инфицирует дендритные клетки и различные субпопуляции мононуклеарных фагоцитов.…”

COVID-19 and children

“…COVID-19 -тяжелая болезнь взрослых пациентов, по мнению ряда авторов [27], ассоциированная с ранним функциональным истощением активности клеток врожденного (NK-клеток) и приобретенного (CD8 + -цитотоксических лимфоцитов) иммунитета, хотя и не все согласны с теорией вызванного вирусом угнетения врожденного иммунитета [28]. Однако на сегодняшний день достоверно установлено, что тяжелая болезнь у взрослых ассоциирована с т. н.…”