Επίπεδα κορτιζόλης ορού, διαφορική έκφραση των ισομορφών του υποδοχέα των γλυκοκορτικοειδών, και κυτταροκίνες σε ασθενείς με πνευμονία απο COVID-19

Abstract

The adrenal cortex forms the final part of the Hypothalamus-Pituitary-Adrenal Axis (HPA) and its functional integrity constitutes an essential prerequisite for an effective response in stressful events, the maintenance of homeostasis, and eventually the survival of the organism. Critical illness is characterized by increased cortisol serum levels that reflect the action of the HPA axis. For the glucocorticoid action to be accomplished, the Glucocorticoid Receptor (GCR) plays an important role. GCR is an intracellular protein that is expressed in every cell of the human organism, and through its nuclear action leads to transcription of genes that have a fundamental role in the course of inflammation. During critical illness, total adrenal insufficiency often takes place, whilst HPA axis malfunction during critical illness is called critical illness–related corticosteroid insufficiency (CIRCI). Corticoid resistance is defined by reduced function of GCR despite the increased cortisol levels and it is well established that complicates critical illness. Most data on CIRCI have mainly originated from clinical and experimental studies in the field of sepsis and Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS). Driven by the aforementioned data, in the beginning of the SARS-CoV-2 pandemic (COVID-19) we aimed to study the contribution of the HPA axis and the glucocorticoid path in the dysregulation of the immune response in humans, that caused severe pneumonia and respiratory failure leading millions of people worldwide to death. The aim of the present study was the determination of GCR-α expression in total RNA from peripheral blood in COVID-19 patients with pneumonia who did not receive glucocorticoids and were hospitalized in the COVID-19 Department or Intensive Care Unit (ICU) of “Evangelismos” General Hospital of Athens. At the time of patient admission, we measured cortisol serum levels, the major cytokines that correlate with COVID-19 pneumonia, GCR expression levels, and Glucocorticoid-induced leucine zipper (GILZ) levels, an endogenous regulator of the inflammatory response that plays an important role in its inhibition. Twenty-six ICU patients were enrolled in the study with critical COVID-19 illness and 33 patients, without COVID-19 who were hospitalized in the ICU, the majority of whom were intubated, and formed the control group. Furthermore, 104 patients with moderate COVID-19 illness participated in the study and 45 patients without COVID-19 who were hospitalized in the COVID-19 Department and constituted the control group. New evidence resulted from the data analysis regarding the increased expression and signaling of the functional GCR-α in the peripheral blood of ICU patients with COVID-19 pneumonia. Cortisol serum levels were increased, therefore our patients did not meet the criteria for CIRCI. Overall, it appears that COVID-19 infection was associated with hypercortisolemia and increased expression of GCR-α and GILZ mRNA. Also, for patients hospitalized outside the ICU, our results agreed with previous studies in COVID-19 patients and numerous in non-COVID patients, indicating that cortisol constitutes an index of illness severity. In respect to mortality, in patients with moderate COVID-19, GILZ mRNA expression appeared to be a better prognostic factor, although the measurement of its levels is not readily available. High cortisol levels can predict who patients will deteriorate, including patients with moderate COVID-19 illness, thus assisting with the selection of patients who require immediate medical attention.

Ο φλοιός των επινεφριδίων αποτελεί το τελικό τμήμα του άξονα Υποθάλαμος – Υπόφυση – Επινεφρίδια (ΥΥΕ) (Hypothalamus Pituitary Adrenal Axis - HPA), η λειτουργική ακεραιότητα του οποίου αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση επιτυχούς αντιμετώπισης οποιασδήποτε στρεσογόνου κατάστασης, διατήρησης της ομοιόστασης, και τελικά της επιβίωσης του οργανισμού. Η κρίσιμη νόσος χαρακτηρίζεται από αυξημένα επίπεδα κορτιζόλης ορού, τα επίπεδα της οποίας αντικατοπτρίζουν τη δραστηριότητα του άξονα ΥΥΕ. Για να επιτευχθεί η δράση των γλυκοκορτικοειδών σημαντικό ρόλο διαδραματίζει ο υποδοχέας των γλυκοκορτικοειδών (Glucocorticoid Receptor, GCR), ο οποίος είναι μια ενδοκυττάρια πρωτεΐνη που εκφράζεται σε κάθε κύτταρο του ανθρώπινου οργανισμού και μέσω της δράσης του στον πυρήνα, οδηγεί στη μετάφραση γονιδίων που παίζουν σπουδαίο ρόλο στην πορεία της φλεγμονής. Κατά την κρίσιμη νόσο μπορεί να συμβεί απόλυτη ανεπάρκεια του φλοιού των επινεφριδίων, ενώ η δυσλειτουργία του άξονα ΥΥΕ κατά τη διάρκεια της κρίσιμης νόσου, ορίζεται ως κρίσιμη νόσος σχετιζόμενη με ανεπάρκεια κορτικοειδών (critical illness–related corticosteroid insufficiency, CIRCI). Ως αντίσταση στα κορτικοειδή ορίζεται η μειωμένη λειτουργικότητα του GCR παρά τα αυξημένα επίπεδα κορτιζόλης ορού, και είναι γνωστό πως επιπλέκει και την κρίσιμη νόσο με τα δεδομένα να προέρχονται κυρίως από κλινικές και πειραματικές μελέτες στα πεδία της σήψης και του συνδρόμου οξείας αναπνευστικής δυσχέρειας των ενηλίκων (ARDS). Με γνώμονα τα ανωτέρω, στην αρχή της πανδημίας της ασθένειας του νέου κορωνοϊού 2019 (COVID-19) θελήσαμε να μελετήσουμε τη συμβολή του άξονα ΥΥΕ και του μονοπατιού των γλυκοκορτικοειδών στην εκτροπή της ανοσολογικής απόκρισης του οργανισμού, η οποία προκαλούσε βαριά πνευμόνια και αναπνευστική ανεπάρκεια, οδηγώντας στον θάνατο εκατομμύρια ανθρώπους σε όλον τον κόσμο. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν ο προσδιορισμός της έκφρασης του GCR-α στο ολικό RNA από περιφερικό αίμα ασθενών με πνευμονία COVID-19 που δεν ελάμβαναν κορτικοειδή και θα νοσηλεύονταν στον όροφο ή στη Μονάδα Εντατικής Θεραπείας (ΜΕΘ) στο Γενικό Νοσοκομείο Αθηνών «Ο Ευαγγελισμός». Κατά την εισαγωγή τους στο όροφο ή στην ΜΕΘ, μετρήθηκαν τα επίπεδα κορτιζόλης ορού, οι σημαντικότερες κυτταροκίνες που σχετίζονται με την πνευμονία από COVID-19, τα επίπεδα έκφρασης του GCR, και τα επίπεδα έκφρασης του επαγόμενου από γλυκοκορτικοειδή “φερμουάρ” λευκίνης (GILZ), ενός ενδογενούς ρυθμιστή της φλεγμονώδους απάντησης του οργανισμού που διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην αναστολή αυτής. Στην μελέτη συμμετείχαν 26 ασθενείς με κρίσιμη νόσο COVID-19 και 33 ασθενείς ως ομάδα ελέγχου χωρίς COVID-19, οι οποίοι νοσηλεύτηκαν στη ΜΕΘ και ήταν στην πλειονότητά τους διασωληνωμένοι. Επίσης, συμμετείχαν 104 ασθενείς με μέτριας βαρύτητας νόσο COVID-19 και 45 ασθενείς χωρίς COVID-19 ως ομάδα ελέγχου, οι οποίοι νοσηλεύθηκαν εκτός ΜΕΘ. Από την ανάλυση δεδομένων προέκυψαν νέα στοιχεία σχετικά με την αυξημένη έκφραση και σηματοδότηση του λειτουργικά ενεργού υποδοχέα GCR-α στο περιφερικό αίμα των βαρέως πασχόντων ασθενών με COVID-19 πνευμονία. Η βασική κορτιζόλη στην κυκλοφορία ήταν υψηλή, συνεπώς, οι ασθενείς μας δεν πληρούσαν τα κριτήρια CIRCI. Συνολικά, φάνηκε ότι η λοίμωξη με COVID-19 σχετιζόταν με υπερκορτιζολαιμία και αυξημένη έκφραση του GCR-α mRNA και του GILZ mRNA. Επίσης, για τους ασθενείς εκτός ΜΕΘ, τα αποτελέσματά μας συνάδουν με ορισμένες προηγούμενες μελέτες σε ασθενείς με COVID-19 και πολυάριθμες σε ασθενείς χωρίς COVID-19, υποδηλώνοντας ότι η κορτιζόλη αποτελεί δείκτη σοβαρότητας της νόσου. Όσον αφορά τη θνησιμότητα σε μέτριας βαρύτητας COVID-19, η έκφραση GILZ mRNA φάνηκε ως καλύτερος προγνωστικός δείκτης, ωστόσο η μέτρηση των επιπέδων του δεν είναι συνήθως διαθέσιμη. Τα υψηλά επίπεδα κορτιζόλης μπορεί να προβλέψουν ποιοι ασθενείς θα επιδεινωθούν, μεταξύ αυτών με μέτριο COVID-19, βοηθώντας στην επιλογή ασθενών που χρειάζονται έγκαιρη φροντίδα.