评论文章

前面。Cardiovasc。2023年1月地中海,06
秒。血栓和止血
卷9 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fcvm.2022.1054690

微血管COVID-19 TGF-β轴激活的意义

劳伦·m·Arguinchona ¹

Caterina Zagona-Prizio¹

梅根·e·乔伊斯²

爱德华·d·陈 ^2、3、4

詹姆斯p马宏升 ^{2 *}

¹科罗拉多大学医学院安舒茨医学校园极光,美国公司
²肺科学分工和危重病医学,安舒茨医学科罗拉多大学校园,极光,美国公司
³落基山区域退伍军人医疗中心,极光,美国公司
⁴美国丹佛市国家犹太人健康

随着2023年的临近,COVID-19大流行导致数百万人丧生。虽然疫苗一直是一个至关重要的干预,只有少数有效的预防和治疗药物存在COVID-19突破情况下或在未接种疫苗或免疫功能低下的患者。micro-thrombosis SARS-CoV-2显示早期的和不寻常的特性和免疫失调这一目标内皮床的肺、皮肤和其他器官。值得注意的是,在一些COVID-19患者抗凝改善结果。蛋白质转化生长因子(TGF-β1)本构角色在维持一个健康的微脉管系统通过其角色在调节炎症、凝血和伤口愈合。然而,在感染后(包括病毒感染)TGF-β1激活可能增加凝固,导致免疫失调,直接通向组织纤维化。失调TGF-β信号在免疫细胞及其定位区域的微血管损伤COVID-19现在很好的描述,和这些事件可能导致急性呼吸窘迫综合征和皮肤micro-thrombosis结果严重COVID-19经常看到。TGF-β的高浓度血小板和其他细胞内微血管血栓,就是说,激活凝血级联的能力和免疫途径,及其pro-fibrotic属性中的所有为一个独特的环境COVID-19微脉管系统。这种独特的环境允许传播微血管凝血和免疫失调。在本文我们总结TGF-β的生理功能和细节的证据在COVID-19微脉管系统的影响。 In addition, we explore the potential role of existing TGF-β inhibitors for the prevention and treatment of COVID-19 associated microvascular thrombosis and immune dysregulation.

介绍

转化生长因子(TGF-β)总科由33个已知哺乳动物蛋白质分为亚科,包括骨形成蛋白(bmp),生长分化因子(gdf),激活素、抑制素,三TGF-β亚型(TGF-β1,TGF-β2,TGF-β3)(1)。TGF-β1是一个无处不在的多效性的细胞因子表达的许多细胞类型和调节炎症和伤口愈合也是众所周知的。TGF-β1是占主导地位的蛋白表达在大多数组织(包括免疫细胞)而表达TGF-β2和TGF-β3更受限制。综述“TGF-β”指TGF-β1除非另有说明。的氨基酸序列TGF-β1明显守恒的物种之间,人类之间的序列同源性为100%,猴,牛,猪,鼠,鸡的蛋白质。TGF-β1股价温和的序列同源性TGF-β2和TGF-β3重叠功能。零小鼠的表型为每个这些亚型截然不同,建议为每个同种型关键功能是不同的。TGF-β1零老鼠最严重的表型,死在2周的生活从广泛的炎症,而TGF-β2和TGF-β3零老鼠每个出生后很快屈服于发育异常(2- - - - - -4)。

在其最常见的形式,TGF-β不活跃,或“潜伏”(L-TGF-β)共价绑定到latency-associated肽(圈)源自5 '末端的基因转录,盾牌其受体结合位点。这形成了小潜在复杂(SLC)。TGF-β大多数细胞分泌的这个SLC形式。圈也可以形成二硫键与潜在TGF-β结合蛋白(LTBP,从不同基因为每个TGF-β同种型)形成了巨大的潜在的复杂(LLC) (图1)。有趣的是,老鼠null LTBP也受到广泛的炎症(5)。延迟TGF-β封存其至关重要的多功能效应,同时维护一个国家,它可以迅速激活(比如在组织损伤和急性炎症)。这些不活跃的复合物可以操纵通过各种途径导致TGF-β释放活跃,包括与血小板反应蛋白- 1的非共价相互作用(常会)或蛋白或蛋白水解酶降解圈的如金属蛋白酶(5- - - - - -9)。常会能够构象上改变圈通过其“KRFK”主题(赖氨酸精氨酸苯丙氨酸赖氨酸),为数不多的分子被激活潜在形式的TGF-β(10)。其他类似的“钥匙”是包含在主题ανβ6和ανβ8整合蛋白,通常需要膜或矩阵锚定绑定到RGD氨基酸图案(精氨酸甘氨酸天冬氨酸)在大腿上,其形状变形(11)。这都翻译后调节TGF-β亚型是主要的决定因素的可用性,而不是从基因表达的变化。肺是一个器官潜在TGF-β表达和蛋白质含量高,内部结构和免疫细胞并插入到细胞外基质细胞分泌后()(图1;12)。因此在大多数组织特别是在肺部,炎症和其他刺激可以迅速释放活性TGF-β从潜在的门店(13)。TGF-β发布在这个场景中是上下文相关的,但往往是一个关键的事件导致的炎症后的组织愈合阶段的疾病(1)。在某些情况下TGF-β有抗炎作用,而在其他场合下持续刺激TGF-β可能导致组织纤维化(14)。

图1

图1所示。卡通图式代表正常的人类转化生长因子(TGF-β)表达式,延迟,激活机制、细胞内信号,对特定基因/通路的影响。非规范信号通路不讨论了手稿。用于空间活动TGF-β的绑定作为一个二聚体四聚物的受体复合物没有显示。博,上皮细胞钠离子通道;Nox4, NADPH氧化酶4;EMT,上皮间充质转变;ECM,细胞外基质;PAI-1,纤溶酶原激活物抑制剂1;外汇12,凝血因子12;TF,组织因子; TGFBIp, TGF-beta induced protein.

TGF-β是血栓形成的中介

最初的生理反应在哺乳动物中血管损伤是止血,始于在伤口处血小板聚集。血小板是人类的最丰富的来源TGF-β1(40 - 100倍TGF-β1水平与其他细胞)相比,这种蛋白质是潜在的形式存储在血小板α颗粒(15)。凝血因子V, XI,十三,TGF-β激活蛋白常会也存储在α颗粒(15,16)。因此,测量血液样本复杂是因为TGF-β水平更高TGF-β水平血清(血液凝固)相比,在等离子体(实际上血)(17)。因此,种群之间的血清TGF-β水平比较或在疾病可能会混淆,血小板计数,内在血小板聚集属性,和/或使用抗血小板药物(17,18)。两个潜在形式的TGF-β释放血小板LLC和SLC构象由65和35%,分别为(19,20.)。这些潜在TGF-β形式可能被co-secreted血小板激活酶(如furin), co-secreted蛋白质(常会),剪切应力在形成血栓脉管系统(双),或inflammation-induced像金属蛋白酶酶(20.,21)。改变从血小板释放TGF-β被描述在几个炎性疾病(17,22)。值得注意的是,一些癌症似乎“劫持”血小板和使用TGF-β和其他蛋白质,促进肿瘤的生长和肿瘤提供一个宽松的环境(23)。

血小板表达TGF-β受体,因此他们可以应对TGF-β自分泌或旁分泌的方式(24)。在正常血小板,外生TGF-β1诱发血小板聚集(25)。外生TGF-β1也可能诱导促凝血的状态通过十二释放血管或血小板商店因素,组织因素,和纤溶酶原激活物inhibitor-I (PAI-I) (26- - - - - -28)。在SARS-CoV-2感染肺上皮细胞,PAI-I基因(SERPINE1)强烈调节(29日)。TGF-β也间接增加血小板激活通过诱导TGF-β诱导蛋白(TGFBIp)在血小板,呼吸道上皮细胞、内皮细胞、角质细胞,成纤维细胞和单核细胞。TGFBIp分泌也存储在细胞外基质中,积累在网站的炎症。TGFBIp RGD序列和fasciclin 1域绑定到出现血小板表面整合素和激活血小板。转基因小鼠TGFBIp过表达更倾向于肺栓塞(30.)。有趣的是,血小板还维持在其外部表面少量L-TGF-β绑定到glycoprotein-A重复主要(GARP)的蛋白质。然而,GARP-bound TGF-β似乎更重要的免疫相互作用而不是凝固(31日)。

转基因小鼠模型已经被大量的洞察中血小板源TGF-β1凝固的作用。常会零老鼠失去主要non-integrin L-TGF-β被激活的机制。这些老鼠少活跃TGF-β血小板和伤口愈合,缺陷在血小板聚集和伤口愈合,并显著减少血小板TGF-β释放在聚合(32)。TGF-β1零老鼠很难研究由于其灭亡在子宫内或出生后不久,但条件敲除的TGF-β1巨核细胞(血小板前兆)显示血液TGF-β1水平较低和出血素质降低血小板聚集与纤维蛋白原受体结合缺陷(25)。在求和,现有证据的地方TGF-β作为重要的协调器的凝血作用可能织机大在伤口愈合后炎症。总结了主要的研究支持这一结论表1。

表1

表1。关键证据转化生长因子(TGF-β)作为中介的血栓形成。

在炎症和免疫调节TGF-β有至关重要的作用

转化生长因子(TGF-β1)是主要参与免疫调节TGF-β对碘氧基苯甲醚(12)。增强TGF-β1信号驱动本地宿主免疫系统的抑制通过直接抑制效应T细胞等免疫细胞自然杀伤(NK)细胞,树突状细胞。这种效应放大了免疫抑制T细胞的活化称为T调节细胞亚群)(33)。亚群进一步抑制效应T细胞,树突状细胞,NK细胞功能从而限制其入侵病原体和削弱炎症反应(34- - - - - -36)。这发生的由于SMAD转录因子的直接影响。TGF-β1绑定到其受体导致细胞内磷酸化SMAD3和SMAD4转录因子,然后进入细胞核,影响多种基因的表达,导致炎症反应的抑制(37)。值得注意的是,亚也分泌TGF-β1旁分泌刺激影响邻近的细胞,并保持少量的L-TGF-β1表面绑定到GARP蛋白(31日)。总的来说,这些TGF-β1驱动通路抑制炎症在伤口愈合。这些主要是抗炎通路的重要性如下的炎性表型TGF-β1零老鼠,死在出生后几周从广泛的多个器官的炎症(2)。

然而,TGF-β1多效性的,也可以刺激免疫反应和驱动通过Th17炎症通路,特别是在高il - 6活性(38)。TGF-β1和il - 6合作驱动感应Th17细胞和分泌的促炎IL-17 (39)。Th17途径激活也可能导致组织纤维化(40)。此外,IL-17是一个强有力的中性粒细胞趋化因子和绝对中性粒细胞数量增加,中性粒细胞的百分比,和嗜中性粒细胞:血液中淋巴细胞比率COVID-19病人发展为严重的疾病的预测(41)。

TGF-β失调在ARDS和肺纤维化

COVID-19流行前,有强有力的证据表明TGF-β1病理生理学的主要驱动力是急性呼吸窘迫综合征(ARDS)和慢性肺纤维化疾病如特发性肺纤维化(IPF)。在ARDS的早期阶段,炎症信号可能释放活性TGF-β1潜店的肺细胞外。发布TGF-β1可以立即抑制肺泡液体再吸收通过快速顶端钠离子通道的内吞作用(钠)气道表面肺泡II型细胞和驱动氧化剂应激通过NADPH氧化酶4 (NOX4)感应(42- - - - - -44)。TGF-β1也会使prolyl羟化酶2 (PHD2),从而稳定转录因子缺氧诱导因子α(HIF-1α)导致进一步upregulation低氧诱导基因内皮渗透性介质等(45)。TGF-β1零老鼠死于多器官的炎症,包括与ARDS的肺部炎症。因此,完全没有TGF-β1及其相关的免疫抑制功能也有利于肺部炎症,这表明TGF-β1失调在两个方向对炎症的影响。有趣的是,常会零老鼠显示温和慢性肺部炎症为主要表型可以获救达到国家和政府的短肽从常会L-TGF-β1激活的主题,这表明TGF-β激活可能是最重要的本构函数常会(16)。

转化生长因子(TGF-β1)染色是人类ARDS肺,突出和TGF-β1浓度升高ARDS支气管肺泡灌洗(BAL)标本,但最少在BAL健康对照组(42,46- - - - - -49)。继续TGF-β信号类似于发生在IPF可能开一个小亚组病人发展fibroproliferative ARDS和永久的纤维化。迄今为止,没有TGF-β1针对性的临床试验已发表在non-COVID ARDS。

转化生长因子(TGF-β1)有一个明确的病理作用IPF的慢性疾病病理生理学。TGF-β1染色是IPF突出肺、活跃TGF-β1浓度升高IPF BAL标本,远远超过TGF-β2和TGF-β3水平(而自由TGF-β3水平最高的健康肺BAL) (50)。瞬态adenoviral表达小鼠肺TGF-β1导致进步的肺纤维化成为严重的60天,而TGF-β3超表达显示轻度组织学纤维化主要解决由60天(51)。的TGF-1β亚型,TGF-β1最健壮的影响成纤维细胞分化为激活myofibroblasts上皮间充质转变,移植TGF-β受体,增加结缔组织生长因子,胶原蛋白合成,抑制胶原细胞间基质的降解(1,51)。到目前为止,两个anti-TGF-β药物临床试验在IPF未能表现出显著的临床效益(anti-TGF-β抗体,口服整合素阻滞剂;未发表),而一个口服制剂(epigallocatechin-3-gallate)显示的好处在一个研究中心(52)。

病毒逃避宿主免疫识别是借助于“TGF-β劫持”

SARS-CoV-2发生的主要健身优势功能通过突变的峰值蛋白质,提高传染性通过更强的约束力的血管紧张素转换酶2 (ACE2)受体细胞条目。虽然主要的免疫改变以应对严重SARS-CoV-2感染倾向促炎症状态,在一定程度上引发的蛋白质,目前还不太清楚SARS-CoV-2如何逃避免疫检测在早期感染。这导致其独特的无症状的马车在许多主机,只引起炎性疾病更晚比其他呼吸道病毒接触后。

奇怪的是,机制来提高TGF-β组织水平利用微生物都是逃避宿主免疫检测道路,增加传染性,并实现延迟/慢性感染。所有这些路径增强微生物的生殖健康。甚至动物海葵一样的原始雇佣常会图案调节L-TGF-β,允许其原始的激活免疫系统容忍共生藻类殖民。突变的藻类和死亡的主题导致拒绝海葵(35,53)。L-TGF-β1高度表达在气道和肺泡上皮细胞,肺泡巨噬细胞,肺细胞间基质,在肺吸入细菌遇到宿主防御阶段(12)。增强TGF-β1最初信号驱动本地宿主免疫系统的抑制通过直接抑制效应T细胞和树突细胞等免疫细胞激活的效应放大免疫抑制亚群。亚群进一步抑制T的函数效应细胞,树突状细胞,NK细胞形成限制他们对入侵病原体的反应(34- - - - - -36)。这些影响通常发生由于SMAD转录因子的直接绑定,TGF-β受体,激活基因启动子- 2,il - 10, forkhead盒P3蛋白(FOXP3)和其他关键免疫细胞因子和转录因子(37)。TGF-β1还驱动类切换IgM抗体和免疫球蛋白IgA的浆细胞外形成甚至粘膜屏障。因为IgA不修复的补充,它是更有效的指导入侵病原体的免疫反应(54)。

增加和主机TGF-β开发活动(称为“TGF-β劫持”)通过微生物发生各种机制。因为没有已知病原体综合TGF-β、主机TGF-β必须从主机被劫持。丙型肝炎病毒主机TGF-β和常会基因表达增加,增加激活潜伏TGF-β(55)。鲁兹锥体也会增加主机常会(56)。流感病毒产生的蛋白酶降解圈,从而释放活性TGF-β(57)。2004年非典(又名冠状病毒核衣壳蛋白与TGF-βassociates胞内信号转录因子SMAD2 SMAD3和增强TGF-β诱导基因转录(58)。疟疾和隐孢子虫的寄生虫产生TSP-like蛋白质激活潜伏TGF-β通过TSP1-like WXXW域(色氨酸,氨基酸,氨基酸,色氨酸),抑制LAP-TGF-β交互(59,60)。血吸虫诱发宿主单核细胞常会激活肺TGF-β作为一个贡献者的肺血管疾病典型慢性感染(61年,62年)。减轻TGF-β剥削这些始终会导致减少传染性微生物。例如,转基因老鼠特别缺乏支气管上皮细胞从influenza-induced减肥TGF-β1显示强大的保护,气道炎症、组织损伤;这些小鼠气道空也加剧了抗病毒免疫反应(63年)。新兴的证据表明SARS-CoV-2也进化到利用TGF-β和增加其传染性。并行免疫沉淀反应的研究SARS-CoV-2或SARS-CoV-infected人类呼吸道上皮细胞(A549)揭示一个强大和独家互动的开放阅读框8 (ORF8)蛋白质与TGF-β1 SARS-CoV-2 TGF-β2,TGFBR2, LTBP1(因此潜在TGF-β1)与冠未见感染。这些相互作用的机制尚不清楚,小ORF8蛋白质激活圈没有已知的氨基酸序列,LTBP,或TGF-β同种型绑定,如KRFK RGD,或者WXXW图案。是否ORF8交互导致TGF-β1激活是未知的(29日)。此外,TGF-β诱导基因纤连蛋白(FN1)和纤溶酶原激活物抑制剂(PAI-I SERPINE1基因)显著的调节,但这是与冠感染细胞未见。另一项研究发现,磷酸化和激活SARS-CoV-2 TGF-β通路是著名的感染(64年)。这些发现表明,利用主机TGF-βSARS-CoV-2感染是一个关键机制,抑制这个途径是一种很有前途的治疗SARS-CoV-2感染。

良好的免疫反应发生在SARS-CoV-2感染包括异常活动的先天和适应性免疫系统(65年)。细胞通过激活先天免疫功能toll样受体(通常)和触发干扰素(IFN)生产在感染的网站(66年)。细胞因子释放的促炎症巨噬细胞抗病毒防御还扮演着一个关键角色,然后产生IFN-gamma和细胞因子激活T细胞激活巨噬细胞,驾驶循环抗病毒炎症(67年,68年)。一个假设是,干扰干扰素生产是一个关键的扰动,使SARS-CoV-2自由复制在早期感染。严重疾病的后期,反弹可以exaggerated-leading干扰素反应和炎症细胞因子风暴。补也激活SARS-CoV-2和动物研究表明,抑制感染(期间可能是有益的补充69年)。中性粒细胞胞外陷阱(网)的形成是至关重要的微脉管系统的干扰,在形成和退化不平衡驾驶炎症和闭塞的NET-derived immunothrombosis (70年)。适应性免疫也起着关键作用,B细胞产生抗体的多个类。这些抗体的生产才会发生至少7 - 8天的感染,和抗体生产的延误已经严重COVID-19疾病(54)。也激活T细胞CD4 +和CD8 +细胞的优势。小说在SARS-CoV-2感染T细胞反应,增加T细胞死亡的凋亡和合胞体活动增加,可能引起SARS-CoV-2,当内部化可以杀死T细胞。也观察到高度活跃CD16 + T细胞与微血管内皮细胞损伤和这些细胞可以持续急性感染后可能导致长COVID。其他关键球员包括pro-fibrotic CD163-expressing单核巨噬细胞、NK细胞和展览anti-fibrotic功能受损(65年)。本文将专注于多方面的TGF-β响应与SARS-CoV-2感染。

连接TGF-β激活COVID-19 thrombo-inflammatory反应

冠是一个更普遍的冠状病毒,还演示了TGF-β失调,频繁ARDS和肺纤维化,但它造成不到一千人死亡(71年)。用人类周围肺上皮细胞(HPL)模型感染冠,赵等人发现高水平的TGF-β表达,导致增加纤溶酶原激活物inhibitor-1 (PAI-1)相关组织纤维化(58)。PAI-1 TGF-β诱导表达的这种机制已经被很好的描述在先前的肺纤维化模型72年)。HPL细胞在相同的模型,低水平的SMAD3/4 TGF-β诱导细胞凋亡被发现,导致病毒感染细胞的持久性。的冠papain-like蛋白酶也显示诱导TGF-β信号包括纤维通路肺上皮细胞和血液中单核细胞(73年,74年)。血液中高浓度的TGF-β1和高表达在解剖肺也报道2003年SARS患者(75年,76年)。因此,认为TGF-β发挥了重要作用的发病机制促进复制和增殖的冠状病毒,导致凝血失调和肺纤维化。

SARS-CoV-2感染也伴随着TGF-β通路的失调,导致TGF-β水平和途径活性增加。签名COVID-19 TGF-β活动增加的病人包括增加血浆和血清TGF-β1水平(77年,78年),增加了RNA水平的TGFβ-induced ARDS患者的血液蛋白(79年),plasmablast和血液中单核TGF-β签名(80年),增加了IgA类切换的特异性TGF-β效果(81年),TGF-β介导抑制NK细胞循环(78年)。此外,增加血液TGF-β典型的水平与疾病严重程度增加80年,82年)。引人注目的是,myeloid-derived抑制抑制T细胞(MDSC)从COVID-19病人效应细胞,但这种效果可以与TGF-β中和抗体,阻止这TGF-βMDSC SARS-CoV-2抗原的抗体也救出了干扰素反应,MDSC的数量也与等离子体TGF-β1水平(83年)。

TGF-β的另一个功能是抑制过度的免疫反应和维持体内平衡。不幸的是这种效果异常SARS-CoV-2感染由于时间的表达式。在严重COVID-19感染患者的血清,TGF-β基因表达被发现峰的头两周期间感染(78年)。这时,NK细胞,先天免疫系统的关键部分,对RNA病毒活动,被认为是抑制TGF-β-dependent时尚。与TGF-β阻塞抗体,预处理后NK细胞功能恢复(78年)。这表明它不仅是表达,而且TGF-β反应的时间,使病毒增殖,未被发现的和未被免疫系统。并行,TGF-β1也可能导致炎症通过Th17途径激活的il - 6丰富的环境,如肺COVID-19阶段(67年,84年- - - - - -86年)。有趣的是,一个子集SARS-CoV-2感染导致多系统炎症综合征儿童(MIS-C;也可以发生在成人)类似于川崎的疾病疫情。与常见的遗传变异TGF-β通路(87年,88年)。

TGF-β作为中介的证据在COVID-19肺微血管损伤和血栓形成

大多数COVID-19 ARDS的死亡发生。而ARDS也在2004年非典死亡的主要原因,我们对肺癌病理生理学的理解2004年SARS流行是短暂有限的时间和有限的死亡率(89年)。由于其持久流行和广泛的调查,大量的洞察COVID-19 ARDS。这些见解导致ARDS的比较调查的数据由于流感病毒,细菌和其他病因(指定在这里non-COVID ARDS)。相比non-COVID ARDS, COVID-19 ARDS的证据更广泛的微血管血栓形成(皮肤和肺)和更高的倾向导致肺纤维化(90年,91年)。

微血管凝血和静脉血栓栓塞的应用都是口头较多、笔头COVID ARDS (90年)。经验剂量抗凝治疗已被证明有利于COVID-19住院病人在重症监护病房(ICU),但不是在重症案例研究的全剂量抗凝可能来得太晚了在这些患者的利益(这群仍然受益于预防性抗凝)(92年)。微血管凝血的严重性COVID-19 ARDS一直奇怪,与广泛的肺和皮肤凝血远远超过在non-COVID ARDS,没有明确的解释(93年,94年)。

在一项研究中,尸检肺标本和临死前的血浆样本来自一群COVID-19 ARDS患者。在这些样本,TGF-β表达式和血液TGF-β1水平平行PAI-1表达式在肺纤维化的地区和肺泡间隔毛细血管和血管内皮的(95年)。PAI-1,纤维蛋白溶解的有效抑制剂,在这些地区将促进凝血(28)。这种相关性的TGF-βPAI-1突显出凝血和纤溶途径COVID-19之间的不平衡。在解剖研究的患者死于COVID-19与那些死于原因没有ARDS,表达有显著增加的TGF-β1 COVID-19肺(96年)。这TGF-β增加与Th2通路的激活,因为增加的免疫表达sphingosine-1 (M2巨噬细胞)和il - 4被发现。M2巨噬细胞被刺激TGF-β,反过来,强化组织纤维化和病毒清除无效的路径。大多数COVID-19尸检研究没有报道TGF-β染色。

描述血液TGF-β1水平升高在多个报告COVID-19军团,也可能是一种生物标志物COVID ARDS严重性。Colarusso等人描述高血浆TGF-β1水平和高刺激释放TGF-β1从血液单核细胞在患者肺纤维化的迹象成像(97年,98年)。Ghazavi等人发现增加血清TGF-β1水平COVID-19病人相关积极与疾病严重程度与血清IL-17 (82年)。血清TGF-β1水平也显示与循环单核细胞表型严重COVID-19 (99年)。在另一项研究中,血液中的TGF-β-induced蛋白质(TGF-βIp)显著升高严重COVID-19 (79年)。这种蛋白质是特别感兴趣的是其转基因小鼠模型的过度恶化肺栓塞静脉血栓栓塞(30.)。血COVID-19 TGF-β1和活动增加的原因可能是在很大程度上与提升促炎细胞因子和氧化剂的压力。il - 1和IL-17促炎细胞因子,通常升高血液中严重的COVID-19病人。il - 6表达增加TGF-β1,IL-17增加TGF-β受体2表达(One hundred.,101年)。TGF-β-induced epithelial-to-mesenchymal过渡(EMT)通过upregulation NOX4表达和活动增强的细胞内氧化压力(102年)。因此,抑制il - 6可能是TGF-β生产的机制的生存受益与il - 6抑制剂政府在严重COVID-19 (84年)。同样,糖皮质激素改善缺氧COVID-19患者的生存,影响包括类固醇抑制TGF-β1基因表达(103年,104年)。

空域评估水平的TGF-β或气道免疫细胞TGF-β表达式在COVID-19 ARDS仅限于少数报告基于理解的欲望限制烟雾化的痰COVID-19病人或临床研究人员。当多个组已经报道了RNA表达或炎性细胞分布在BAL流体机械通风COVID-19患者,据我们所知没有报道评估TGF-βBAL液体或其他呼吸道标本中蛋白质含量。从88年格兰特等人收集BAL COVID-19病人和核糖核酸测序结果标本10日报道通过流式细胞术和细胞子集分析;在这项研究中TGF-β没有特异表达基因也不是一个报道TGF-β驱动基因签名报告中发现的T细胞和巨噬细胞驱动肺泡炎症(68年)。罗等人研究了淋巴细胞和细胞因子面板有限子集BAL四COVID-19病人,发现炎症模式,但TGF-β不是目标的分析(105年)。熊等人报道,核糖核酸测序结果从两个COVID-19 BAL标本展示显著增加TGF-β2 BAL细胞基因表达相比,三个健康对照组(106年)。周等人报道核糖核酸测序结果八COVID-19 BAL标本的细胞相比,健康控制和non-COVID肺炎病人,但TGF-β没有报告为特异表达的基因。Ferreira-Gomes等人报道每天31和46 BAL细胞分析从一个机械通风COVID-19 ARDS患者,发现居高不下TGF-β蛋白质在T细胞(80年)。因为TGF-β可用性是在转录后水平调节,测量肺部分泌物和肺组织的活跃TGF-β水平将重要的评估。

呼吸道上皮细胞感染的细胞模型SARS-CoV-2提供了额外的洞察TGF-β在上皮细胞损伤的作用。interactome研究,人类A549肺上皮细胞转染与个别SARS-CoV-2蛋白质表现出突出的和排他的绑定病毒与TGF-β1-2 ORF8蛋白亚型,TGF-β受体2 (TGFβR2), L-TGF-β(29日)。这发现是意想不到的,因为小ORF8蛋白质没有已知的蛋白质序列的大腿上,LTBP,或TGF-β同种型绑定,如KRFK RGD或WXXW图案(107年,108年)。此外,已知TGF-β1纤连蛋白和PAI-1调节诱导基因。

最近的动物模型使用的COVID-19 MA10鼠标应变评估纵向肺部病理变化与非致命SARS-CoV-2剂量的方法。这个模型显示转录后的模式增加肺泡TGF-β1通路信号(如纤连蛋白和I型胶原upregulation)在15 - 30天感染后。此外,增加TGF-β1残余纤维化的基因转录是在清除病毒感染后15 - 120天(109年)。

的证据TGF-β作为调停者在COVID-19皮肤微血管损伤和血栓形成

COVID-19与变量皮肤血管病变是常见的。丰富的皮肤毛细血管供应网络及其安全可行的活检有重要见解COVID-19 microthrombotic和炎症特征。特别感兴趣的是皮肤活检的能力给生活COVID-19病人的信息。相比之下,研究肺或心脏等组织的微血管损伤在COVID-19大多局限于动物或人类解剖研究。

COVID-19皮肤病患病率估计是驳倒案例报告的优势,然而,从评论数据表明,皮肤微血管损伤可能出现在20 - 25%的情况下,几乎所有的严重情况下(110年)。最常报道,这些条件是chilblain-like vasculitic肢端的病变(pernio-like病变,“COVID脚趾”)和网状病变如网状青斑和网状的紫癜,通常与微血管凝血(110年)。几种病理生理机制涉及这些皮肤微血管病变的发展。在一项研究中,microthrombosis被认为在87%的premortem皮肤活检与ARDS严重COVID-19病例,但是没有见过microthrombi轻度COVID-19 premortem皮肤活检的病例或ARDS患者的皮肤non-COVID病因(111年)。COVID-19影响皮肤炎症介质,终端补C5b-9和MASP2(补体凝集素)沉积在皮肤活检的重病患者COVID-19 livedoid或紫癜的皮肤反应,临床上建议血管炎。引人注目的是,沉积的C5b-9中也得到了证实活检显然正常部位的沉积轨迹COVID-19严重性(最高COVID-19 ARDS),尽管这些C5b-9沉积是缺席non-COVID ARDS患者的皮肤(69年,111年)。这进一步补充沉积损害内皮导致凝血级联激活和pro-coagulative状态,可能解释与micro-thrombosis补体沉积的紧密相关性。补体激活中也得到了证实acro-ischemic chilblain-like病变常见的温和COVID-19病例和在年轻患者(112年)。

突出表达的转录因子SIN3A已经证明严重COVID-19 premortem皮肤活检的病人,它还与疾病严重程度(111年)。这一发现的潜在意义的上下文中TGF-βSIN3A是已知硝唑与TGF-βSMAD转录因子基因启动子驱动的,表明它可能有一个合作效应与TGF-β微血管损伤的成因在COVID-19 (113年)。据我们所知,没有直接活检研究评估COVID-19皮肤TGF-β蛋白质或RNA表达水平。尸检,皮肤中最高ACE2表达器官受体COVID-19患者(仅次于肺)(69年)。绑定的突起蛋白(“pseudovirus”)皮肤微脉管ACE2也强烈相关后续补充沉积和炎症的信号(110年,114年)。这些报告展示独特的病理生理的特征与皮肤微血管损伤,整体疾病严重程度和患者的结果。这证据显示一个相互作用的几个炎症通路在COVID-19微血管皮肤病的发病机制。还需要进一步的高质量的临床研究来充分阐明这些微血管的病理生理学表现及其临床意义与整体COVID-19严重程度和治疗方案。生活主题仍然是一个重要的是,皮肤活检的可行性和微创技术来更好地理解COVID-19的纵向微血管病理生理学,尤其是TGF-β通路的相关调查。重要的是,anti-TGF-β疗法已被证明具有显著影响TGF-β驱动基因分析硬皮病患者皮肤活检的临床试验115年)。分析皮肤活检的患者COVID-19 anti-TGF-β疗法也将是一个有用的,安全的,可行的窗口在理解这些治疗微血管损伤的影响由于炎症和凝固。

这些数据表明,TGF-β是一个关键的中介COVID-19致病性的病毒无症状和可能至关重要的运输,导致高病毒载量和病毒传播,增加延迟发展为严重的疾病,和过渡的一个子集患者促炎,pro-fibrotic最后阶段突出微血管凝血的疾病。总结的关键证据,这种模式在COVID-19疾病中列出表2并说明了图2。

表2

表2。关键证据转化生长因子(TGF-β)作为中介的COVID-19免疫失调和血栓形成。

图2

图2。卡通的示意图异常转化生长因子(TGF-β)通路活动期间SARS-CoV-2感染人类的肺微脉管系统和它的后果。皮肤、肾脏和其他器官的参与并不是描述但类似的机制可能发生。

TGF-β通路抑制剂可能改善TGF-β驱动COVID-19血栓形成和免疫失调

考虑到大量的证据表明,SARS-CoV-2刺激宿主TGF-β通路,TGF-β对抗出现作为一个潜在的治疗目标在COVID-19疾病改善的结果。这种方法是由多个调查人员在COVID-19早期流行(80年,108年,116年,117年)。十几个TGF-β抑制剂(TGF-βi)一直在评估人类癌症和炎症性疾病的临床试验。因此鉴于上述证据,TGF-βi空间直接再利用的时机已经成熟动物“原则”的证据研究COVID-19和随后的临床试验(表3;118年)。COVID-19健壮的动物模型存在,允许快速评估候选TGF-βi疗效和安全性确定代理价值促进人体临床试验(119年- - - - - -122年)。

表3

表3。转化生长因子(TGF-β)通路抑制剂(批准,目前正在临床试验或临床)潜在相关COVID-19预防或治疗。

到目前为止,大多数TGF-βi未能受益主要结果i ii期临床试验的各种癌症和炎症性疾病(123年- - - - - -127年)。对于某些因素,识别有关的不良事件有限的进一步发展(127年,128年)。这些研究评估血栓形成作为一个结果。这些现有TGF-βi目标TGF-β通路中的多个点(表3)。TGF-β受体抑制剂通常是小分子口服药物,抑制细胞内受体TGF-β我(也称为ALK5 TGFBRI)或TGF-β受体2 (TGFBRII)激酶活性,包括儿茶素的绿茶提取物多酚衍生品(52,126年)。抗体TGF-β配体(个人和所有TGF-β亚型)也存在,一样配体陷阱(124年,129年- - - - - -131年)。代理商针对防止L-TGF-β激活整合素抑制剂已进入临床试验等炎症性疾病(125年),抗体和小分子阻止L-TGF-β在临床前开发(132年,133年)。血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素ⅱ受体拮抗剂如洛沙坦已经在临床试验,评估COVID-19 (NCT04312009和NCT04312009)由于低成本,全球可用性作为高血压和心力衰竭,批准药物及其潜在的表面表达调制SARS-CoV-2飙升的ACE2受体蛋白结合的细胞吸收的路线。这些代理也已知脱靶效应通过减少TGF-β信号通过抑制合成常会和其他介质,增加活动TGF-β(134年)。他们被用来减缓TGF-β介导胸主动脉瘤在马方氏疾病进展的证据改进的结果(135年)。到目前为止,洛沙坦没有显示改善结果COVID-19 (136年)。这些代理并不是专门针对TGF-β,他们不是本文的主题。

反义RNA药物针对TGF-β1或TGF-β2也在开发或临床试验(137年)。值得注意的是,只有这些代理之一是fda批准的,在大多数情况下,这些代理可能会经历一个快速生产阶段大部分已经完成第一阶段试验。这些是合理的代理测试COVID-19的动物模型,为进一步评估选择有前途的代理在人体试验。TGF-βi luspatercept, fda批准的TGF-β“陷阱”,全球已经销售在皮下形成减少地中海贫血的红细胞输血的需要。在地中海贫血,骨髓红细胞的生产是由TGF-β抑制(129年)。Pirfenidone和nintedanib是antifibrotic代理anti-TGF-β属性和在许多国家批准用于治疗特发性肺纤维化。Pirfenidone作品在通过抑制furin部分中,一种酶,这种酶激活TGF-β从它的前体形式。Furin也是必要SARS-CoV-2内化(138年)。第二阶段试验146年pirfenidone住院病人急性COVID-19 (NCT04282902)不符合其主要终点变化与肺病相关的生活质量得分在4周,但改善二次结果如减少促炎细胞因子,减少凝固生物标记,减少医院天报告(139年)。Pirfenidone目前在二期临床试验post-COVID-19肺纤维化(NCT04607928)。Nintedanib也在评估post-COVID纤维化在几个iii iv期试验(NCT04541680和NCT04619680)。到目前为止,只有一个临床试验期间使用的特定TGF-βi COVID-19疾病已经开始,正在进行。这个试验测试trabedersen的影响,一个反义RNA TGF-β2 (137年)。Trabedersen COVID-19针对评估重新改造,十年后首次临床试验在脑瘤没有显示改进的结果(140年)。正在进行第二阶段双盲安慰剂对照试验在南美洲的严重COVID-19住院患者需要7天静脉输液的trabedersen或安慰剂结合口服抗疟疾药物青蒿素(TGF-βR2结合)(141年);结果尚未发表(NCT04801017)。

转化生长因子(TGF-β)抑制也将直接或间接影响其他细胞因子,应该在COVID-19疾病总的来说是有益的。TGF-β1驱动器炎性Th17细胞生产(38),Th17细胞数量和活动(包括IL-17和IL-23分泌)期间增加COVID-19疾病(86年,142年)。TGF-β1也间接移植HIF-1α诱导基因通过PHD2表达降低,从而增加细胞内HIF-1α水平(因为PHD2通常导致羟基化和泛素化/销毁HIF-1α)(45)。因此,HIF-1α驱动基因如血管内皮生长因子、红细胞生成素,血红素oxygenase-1,葡萄糖转运体1和TGF-βi预计将减少。

范围和限制使用TGF-β抑制剂和反义RNA的代理

最好的时机TGF-βi的管理模式尚不清楚。现有数据表明,SARS-CoV-2 TGF-β开发和相关免疫逃避最有可能发生在感染早期(第一周)当一个温和的疾病存在。在这个早期阶段,免疫重建由TGF-βi政府将加强抗病毒免疫,不太可能有不利影响。然而,即使在出现发烧和促炎状态或细胞因子风暴更严重的COVID-19情况下(与免疫识别感染相关,通常一周2感染后),持续TGF-β活动的证据persists-such IgA抗体类切换、TGF-β血压高,Th17途径激活,肺纤维化的发病54,80年,86年,97年,105年,143年)。因此,TGF-β途径活性可能居高不下在大多数的疾病,尤其是在严重病例和肺纤维化。在这些后炎症阶段,免疫重建由TGF-βi政府可能引发炎症的不利影响。例如,在一项研究癌症患者考虑到TGF-βRII抗体,细胞因子释放综合征发展有限公司进一步的药物开发和建议免疫刺激发生与该代理(144年)。然而,这样的不良事件与TGF-βi罕见,可能改善COVID-19等伴随治疗类固醇和抗炎剂已经在严重疾病患者住院需要氧气疗法(84年,103年)。目前的研究仍不足以表明TGF-β“长covid”综合症,也称为急性综合症的covid (PASC)。然而,Colarusso等人已经证明TGF-β1血浓度升高,刺激血液单核细胞释放过度TGF-β1持续肺异常患者在ct扫描个月后间隙SARS-CoV-2 (97年,98年,145年)。如果临床试验TGF-βi在急性COVID-19证明是有效的,这将是重要的对PASC评估其影响。

任何有益的影响的TGF-βi COVID-19诱发血栓形成必须额外的那些已经被证明的标准肝素抗凝治疗(92年)。此外,由于TGF-β多能对炎症和免疫调节的影响,分离出特定TGF-βi对血栓形成的影响将是困难的大背景下更直接影响免疫功能和炎症。此外,可能会出现意想不到的副作用TGF-βi鉴于TGF-β调节基因和流程的华丽服饰。

总结

血栓形成、炎症和免疫失调都是关键事件,导致微血管损伤和不良结果在SARS-CoV-2感染。越来越多的证据表明,激活TGF-β途径为主要特征的微血管凝血和炎症损伤SARS-CoV-2感染的特征。考虑到大量的进化中看到其他病毒和病菌,增强他们的健康是通过TGF-β劫持,存在一个范式,SARS-CoV-2抒发通过增加激活宿主TGF-β初始免疫逃避。持续TGF-β激活然后促进抵押品下游的不利影响在炎症阶段等COVID-19持续免疫失调、炎症性损伤,包括Th17通路的激活和纤维化。这些报告表明,TGF-β通路抑制剂可能是一个有用的方法来改善SARS-CoV-2感染的结果。这样一个抑制剂已经被测试COVID-19在临床试验中,一个抑制剂是fda批准的另一个疾病,十几个抑制剂可再利用后不成功或正在进行的临床试验在癌症和炎症性疾病。这些抑制剂在动物模型的评价COVID-19是非常可行的,将是一个重要的第一步,“概念验证”在人类临床试验SARS-CoV-2感染。

作者的贡献

EC和JM创建原始数据。所有作者写的手稿,并导致表和数据,编辑,批准了最终版本的手稿。

资金

这项工作是由美国国立卫生研究院HL071618安舒茨医学(JM)和科罗拉多大学校园总理的基金。

的利益冲突

JM的发明者是一个悬而未决的美国科罗拉多大学所拥有的知识产权专利名为“预防和治疗SARS-COV-2 TGF-β1抑制剂”。

其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

缩写

ACE2,血管紧张素转换酶2;ARDS,急性呼吸窘迫综合征;落下帷幕,支气管肺泡灌洗;BMP骨形成蛋白;ECM,细胞外基质;EMT,上皮间充质转变;博,顶端钠离子通道;FN1,纤连蛋白;GARP, glycoprotein-A重复主要(细胞表面分子);FOXP3,额头盒P3蛋白(转录因子); GDF, growth differentiation factors; HIF-1 α, hypoxia inducible factor alpha; IFN, interferon; IL, interleukin; IPF, idiopathic pulmonary fibrosis; KRFK, lysine arginine phenylalanine lysine; HPL, human peripheral lung; ICU, intensive care unit; LAP, latency-associated peptide; LLC, large latent complex; LTBP, latent TGF- β binding protein; L-TGF - β, latent transforming growth factor-beta; M2, macrophage phenotype, anti-inflammatory; MDSC, myeloid-derived suppressor cells; MIS-C, multisystem inflammatory syndrome of children; NET, neutrophil extracellular traps; NK, natural killer; NOX4, NADPH oxidase 4; ORF8, protein encoded by open reading frame 8 of SARS-CoV-2 genome; PAI-1, plasminogen activator inhibitor-1; PASC, post-acute syndrome of COVID; PHD2, prolyl hydroxylase 2; RGD, arginine glycine aspartate amino acid motif; SARS, severe acute respiratory syndrome coronavirus of 2004 (2003–5); SARS-CoV-2, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2; SIN3A, SIN3 transcription regulator family member A; SLC, small latent complex; SMAD, suppressor of mothers against decapentaplegic; TF, tissue factor; TGF- β, transforming growth factor-beta; TGF- β I, transforming growth factor-beta inhibitors; TGFBIp, TGF beta induced protein; TGFBRI, transforming growth factor-beta receptor I, aka ALK5; TGFBRII, transforming growth factor-beta receptor II; Th2, type 2 immune response; TLR, toll-like receptors; Tregs, T regulatory cells; TSP1, thrombospondin-1; WXXW, tryptophan, any amino acid, any amino acid, tryptophan motif.

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