Die COVID-19 Pandemie, ausgelöst durch SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus), führt zu einer erhöhten Mortalität und Morbidität. Im Vordergrund der Pathogenese steht ein Ungleichgewicht der Immunzellen und eine Hypoxie, die die Schwere der Erkrankung bestimmen. Der Immunzellmetabolismus wurde in diesem Zusammenhang noch nicht ausführlich untersucht. Kortikosteroide, wie ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die COVID-19 Pandemie, ausgelöst durch SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus), führt zu einer erhöhten Mortalität und Morbidität. Im Vordergrund der Pathogenese steht ein Ungleichgewicht der Immunzellen und eine Hypoxie, die die Schwere der Erkrankung bestimmen. Der Immunzellmetabolismus wurde in diesem Zusammenhang noch nicht ausführlich untersucht. Kortikosteroide, wie Dexamethason, werden zunehmend bei schweren Fällen als Therapieoption angewandt.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Hypothese, dass eine Infektion mit SARS-CoV-2 die Frequenz, die Funktion und den Metabolismus der T-Zellen beeinflusst. Um diese Fragestellung zu erörtern, wurden Vollblutproben von 47 SARS-CoV-2-positiv-getesteten-Patienten und 16 gesunden Spendern bearbeitet. Es erfolgte eine durchflusszytometrische Analyse des Phänotyps (CD3, CD4, CD8), der Aktivierung (CD25, CD147), und des Stoffwechsels (Glukoseaufnahme, Fettsäureaufnahme), der ROS-Produktion und Cystine-FITC-Aufnahme der T-Zellen. Außerdem wurden die Auswirkungen von Dexamethason auf eine mononukleäre Zellkultur untersucht.
Die T-Zellen von COVID-19-Patienten zeigten in schweren Verläufen der analysierten Frischblutproben eine vermehrte CD25- und CD147-Expression als Zeichen der verstärkten Aktivierung. Im Gegensatz dazu zeigte sich die dafür benötigte Aufnahme der Nährstoffe deutlich eingeschränkt. In COVID-19-Patienten mit metabolischer Vorerkrankung konnte eine deutlich erniedrigte Glukoseaufnahme festgestellt werden. In schweren Verläufen der COVID-19-Infektion zeigte sich im Vergleich zu milden Verläufen eine verminderte Aufnahme von Fettsäuren, möglicherweise bedingt durch eine mitochondriale Dysfunktion. Eine in-vitro-Stimulation von T-Zellen der COVID-19-Patienten erbrachte eine vermehrte ROS-Produktion und Cystine-FITC-Aufnahme, hinweisgebend auf vermehrten oxidativen Stress. Eine in-vitro-Behandlung mit Dexamethason führte im Vergleich zu in-vivo-vorbehandelten T-Zellen zu keiner Änderung der ROS-Produktion und Cystine-FITC-Aufnahme. Ebenfalls konnte keine Auswirkung von Dexamethason auf die Fettsäureaufnahme und die CD25- und CD147-Expression der T-Zellen von COVID-19-Patienten festgestellt werden. Die Glukoseaufnahme der T-Zellen wurde bei COVID-19-Patienten durch Dexamethason sogar weiter verringert, hinweisgebend auf eine verstärkte Induktion der Insulinresistenz. Durch die Behandlung mit Dexamethason konnten in-vitro die Zytokin-Spiegel von IL-6 signifikant und von TNF-⍺ und IFN-γ tendenziell gesenkt werden. Zusammenfassend ergab sich in T-Zellen von COVID-19-Patienten das Bild einer vermehrten Aktivierung mit metabolischer Dysregulation, vermehrtem oxidativem Stress und eingeschränkter in-vitro-Wirkung von Dexamethason.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus), leads to increased mortality and morbidity. The pathogenesis is primarily characterized by an imbalance of immune cells and hypoxia, which determine the severity of the disease. Immune cell metabolism has not yet been studied in detail in this context. Corticosteroids, such as dexamethasone, are ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus), leads to increased mortality and morbidity. The pathogenesis is primarily characterized by an imbalance of immune cells and hypoxia, which determine the severity of the disease. Immune cell metabolism has not yet been studied in detail in this context. Corticosteroids, such as dexamethasone, are increasingly being used as a treatment option in severe cases.
This study investigates the hypothesis that infection with SARS-CoV-2 affects the frequency, function, and metabolism of T cells. To address this question, whole blood samples from 47 SARS-CoV-2-positive patients and 16 healthy donors were processed. Flow cytometric analysis was performed on the phenotype (CD3, CD4, CD8), activation (CD25, CD147), and metabolism (glucose uptake, fatty acid uptake), ROS production, and cystine-FITC uptake of the T cells. In addition, the effects of dexamethasone on a mononuclear cell culture were investigated.
The T cells of COVID-19 patients showed increased CD25 and CD147 expression in severe cases of the analyzed fresh blood samples as a sign of increased activation. In contrast, the uptake of nutrients required for this was significantly reduced. In COVID-19 patients with pre-existing metabolic conditions, a significantly reduced glucose uptake was observed. In severe cases of COVID-19 infection, there was a reduced uptake of fatty acids compared to mild cases, possibly due to mitochondrial dysfunction. In vitro stimulation of T cells from COVID-19 patients resulted in increased ROS production and cystine-FITC uptake, indicating increased oxidative stress. In vitro treatment with dexamethasone did not result in any change in ROS production and cystine-FITC uptake compared to in vivo pretreated T cells. Similarly, no effect of dexamethasone on fatty acid uptake and CD25 and CD147 expression in T cells from COVID-19 patients was observed. Glucose uptake by T cells was even further reduced in COVID-19 patients by dexamethasone, indicating an increased induction of insulin resistance. Treatment with dexamethasone significantly reduced cytokine levels of IL-6 in vitro and tended to reduce levels of TNF-α and IFN-γ. In summary, T cells from COVID-19 patients showed increased activation with metabolic dysregulation, increased oxidative stress, and reduced in vitro effect of dexamethasone.
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