«Ульяновский медико-биологический журнал»

REVIEWS

Download article

УДК 616.24

DOI 10.34014/2227-1848-2023-4-6-20

 

POST-COVID-19 LUNG PATHOGENESIS AND PATHOMORPHOLOGY

S.S. Yashin, T.A. Fedorina, Yu.V. Serdobol'skaya, E.V. Sergeeva

Samara State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation, Samara, Russia

 

The article describes the main pathogenetic and pathomorphological aspects of pulmonary fibrosis onset and development in patients with COVID-19 in anamnesis.

The authors analyzed open access articles in Russian and English from eLibrary and Pubmed archives.

The key aspect of the pulmonary fibrosis pathogenesis is fibroblast and myofibroblast activation. In response to the lung parenchyma damage, it leads to fibroblast and myofibroblast proliferation and differentiation and triggers a cascade of cytokine reactions. T-helper cells are responsible for the regulation of the inflammatory-reparative process in the lungs. T-helper cells directly or indirectly trigger the remodeling of the pulmonary parenchyma in favor of the fibrous component.

Literature shows that the role of cytokines is assessed differently, and currently there is no consensus on their influence on pulmonary fibrosis formation. However, studies showing the possibility to prevent and treat fibrosis with anti-cytokine drugs place the development of a cytokine storm at the forefront.

Growth factors, especially TGF, FGF, PDGF, are important not only in understanding pathogenesis, but also in finding new, promising therapeutic modalities.

Due to external factors, many authors refrain from quantitative assessments of long-term consequences. Data on the persistence and regression of post-Covid pulmonary fibrosis are also contradictory.

Despite much information on issues related to COVID-19 pathogenesis and pulmonary fibrosis development, many molecular mechanisms remain hidden from researchers. Thus, there are new prospects in diagnosis, prevention and treatment of the disease.

Key words: pulmonary fibrosis, COVID-19, SARS-CoV-2, MERS-CoV, interstitial lung diseases.

 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design: Yashin S.S., Serdobol'skaya Yu.V.

Literature search, data processing: Serdobol'skaya Yu.V., Sergeeva E.V.

Data analysis and interpretation: Yashin S.S., Fedorina T.A.

Text writing and editing: Fedorina T.A., Yashin S.S., Sergeeva E.V.

 

References

  1.  McDonald L.T. Healing after COVID-19: are survivors at risk for pulmonary fibrosis? Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2021; 320 (2): L257–L265. DOI: 10.1152/ajplung.00238.2020.

  2. Wang M., Chang W., Zhang L., Zhang Y. Pyroptotic cell death in SARS-CoV-2 infection: revealing its roles during the immunopathogenesis of COVID-19. Int J Biol Sci. 2022; 18 (15): 5827–5848. DOI: 10.7150/ijbs.77561.

  3.  Valyaeva A.A., Zharikova A.A., Sheval E.V. SARS-CoV-2 cellular tropism and direct multiorgan failure in COVID-19 patients: Bioinformatic predictions, experimental observations, and open questions. Cell Biol Int. 2023; 47 (2): 308–326. DOI: 10.1002/cbin.11928.

  4. Giacomelli C., Piccarducci R., Marchetti L., Romei C., Martini C. Pulmonary fibrosis from molecular mechanisms to therapeutic interventions: lessons from post-COVID-19 patients. Biochem Pharmacol. 2021; 193: 114812. DOI: 10.1016/j.bcp.2021.114812.

  5. Doane J.J., Hirsch K.S., Baldwin J.O., Wurfel M.M., Pipavath S.N., West T.E. Progressive Pulmonary Fibrosis After Non-Critical COVID-19: A Case Report. Am J Case Rep. 2021; 22: e933458. DOI: 10.12659/AJCR.933458.

  6. Ojo A.S., Balogun S.A., Williams O.T., Ojo O.S. Pulmonary Fibrosis in COVID-19 Survivors: Predictive Factors and Risk Reduction Strategies. Pulm Med. 2020; 2020: 6175964. DOI: 10.1155/2020/6175964.

  7.  Wade H., Duan Q., Su Q. Interaction between Sars-CoV-2 structural proteins and host cellular receptors: From basic mechanisms to clinical perspectives. Adv Protein Chem Struct Biol. 2022; 132: 243–277. DOI: 10.1016/bs.apcsb.2022.05.010.

  8. Bhat S., Rishi P., Chadha V.D. Understanding the epigenetic mechanisms in SARS CoV-2 infection and potential therapeutic approaches. Virus Res. 2022; 318: 198853. DOI: 10.1016/j.virusres.2022.198853.

  9.  Li X., Zhang Z., Wang Z., Gutiérrez-Castrellón P., Shi H. Cell deaths: Involvement in the pathogenesis and intervention therapy of COVID-19. Signal Transduct Target Ther. 2022; 7 (1): 186. DOI: 10.1038/s41392-022-01043-6.

  10.  Harne R., Williams B., Abdelal H.F.M., Baldwin S.L., Coler R.N. SARS-CoV-2 infection and immune responses. AIMS Microbiol. 2023; 9 (2): 245–276. DOI: 10.3934/microbiol.2023015.

  11. Yim J., Lim H.H., Kwon Y. COVID-19 and pulmonary fibrosis: therapeutics in clinical trials, repurposing, and potential development. Arch Pharm Res. 2021; 44 (5): 499–513. DOI: 10.1007/s12272-021-01331-9.

  12. Gong X., Khan A., Wani M.Y., Ahmad A., Duse A. COVID-19: A state of art on immunological responses, mutations, and treatment modalities in riposte. J Infect Public Health. 2023; 16 (2): 233–249. DOI: 10.1016/j.jiph.2022.12.019.

  13. Chen X., Li H., Song H., Wang J., Zhang X., Han P., Wang X. Meet changes with constancy: Defence, antagonism, recovery, and immunity roles of extracellular vesicles in confronting SARS-CoV-2. J Extracell Vesicles. 2022; 11 (12): e12288. DOI: 10.1002/jev2.12288.

  14.  Islamuddin M., Mustfa S.A., Ullah S.N.M.N., Omer U., Kato K., Parveen S. Innate Immune Response and Inflammasome Activation During SARS-CoV-2 Infection. Inflammation. 2022; 45 (5): 1849–1863. DOI: 10.1007/s10753-022-01651-y.

  15.  Murugan C., Ramamoorthy S., Kuppuswamy G., Murugan R.K., Sivalingam Y., Sundaramurthy A. COVID-19: A review of newly formed viral clades, pathophysiology, therapeutic strategies and current vaccination tasks. Int J Biol Macromol. 2021; 193 (Pt. B): 1165–1200. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.10.144.

  16. Purbey P.K., Roy K., Gupta S., Paul M.K. Mechanistic insight into the protective and pathogenic immune-responses against SARS-CoV-2. Mol Immunol. 2023; 156: 111–126. DOI: 10.1016/j.molimm.2023.03.009.

  17. John A.E., Joseph C., Jenkins G., Tatler A.L. COVID-19 and pulmonary fibrosis: A potential role for lung epithelial cells and fibroblasts. Immunol Rev. 2021; 302 (1): 228–240. DOI: 10.1111/imr.12977.

  18. Guo X., Cao J., Cai J.P., Wu J., Huang J., Asthana P., Wong S.K.K., Ye Z.W., Gurung S., Zhang Y., Wang S., Wang Z., Ge X., Kwan H.Y., Lyu A., Chan K.M., Wong N., Huang J., Zhou Z., Bian Z.X., Yuan S., Wong H.L.X. Control of SARS-CoV-2 infection by MT1-MMP-mediated shedding of ACE2. Nat Commun. 2022; 13 (1): 7907. DOI: 10.1038/s41467-022-35590-x.

  19. Oatis D., Simon-Repolski E., Balta C., Mihu A., Pieretti G., Alfano R., Peluso L., Trotta M.C., D'Amico M., Hermenean A. Cellular and Molecular Mechanism of Pulmonary Fibrosis Post-COVID-19: Focus on Galectin-1, -3, -8, -9. Int J Mol Sci. 2022; 23 (15): 8210. DOI: 10.3390/ijms23158210.

  20. Lin J., Law R., Korosec C.S., Zhou C., Koh W.H., Ghaemi M.S., Samaan P., Ooi H.K., Matveev V.,Yue F., Gingras A.C., Estacio A., Buchholz M., Cheatley P.L., Mohammadi A., Kaul R., Pavinski K., Mubareka S., McGeer A.J., Leis J.A., Heffernan J.M., Ostrowski M. Longitudinal Assessment of SARS-CoV-2-Specific T Cell Cytokine-Producing Responses for 1 Year Reveals Persistence of Multicytokine Proliferative Responses, with Greater Immunity Associated with Disease Severity [published correction appears in J Virol. 2023 28; 97 (2): e0008023]. J Virol. 2022; 96 (13): e0050922. DOI: 10.1128/jvi.00509-22.

  21. Silva M.J.A., Ribeiro L.R., Lima K.V.B., Lima L.N.G.C. Adaptive immunity to SARS-CoV-2 infection: A systematic review. Front Immunol. 2022; 13: 1001198. DOI: 10.3389/fimmu.2022.1001198.

  22. Chernyavskaya O.A., Osipov A.V. Patogeneticheskie osnovy primeneniya antifibroticheskoy terapii bovgialuronidazy azoksimerom u bol'nykh novoy koronavirusnoy infektsiey COVID-19 [Pathogenetic bases of the use of antifibrotic therapy with Bovhyaluronidazum azoximerum in patients with new coronavirus infection COVID-19]. Meditsinskiy sovet. 2021; (12): 154–160. DOI: 10.21518/2079-701X-2021-12-154-160 (in Russian).

  23. Ramírez-Martínez G., Jiménez-Álvarez L.A., Cruz-Lagunas A., Ignacio-Cortés S., Gómez-García I.A., Rodríguez-Reyna T.S., Choreño-Parra J.A., Zúñiga J. Possible Role of Matrix Metalloproteinases and TGF-β in COVID-19 Severity and Sequelae. J Interferon Cytokine Res. 2022; 42 (8): 352–368. DOI: 10.1089/jir.2021.0222.

  24. Chiou W.C., Huang G.J., Chang T.Y., Hsia T.L., Yu H.Y., Lo J.M., Fu P.K., Huang C. Ovatodiolide inhibits SARS-CoV-2 replication and ameliorates pulmonary fibrosis through suppression of the TGF-β/TβRs signaling pathway. Biomed Pharmacother. 2023; 161: 114481. DOI: 10.1016/j.biopha.2023.114481.

  25. Baker D., Forte E., Pryce G., Kang A.S., James L.K., Giovannoni G., Schmierer K. The impact of sphingosine-1-phosphate receptor modulators on COVID-19 and SARS-CoV-2 vaccination. Mult Scler Relat Disord. 2023; 69: 104425. DOI: 10.1016/j.msard.2022.104425.

  26. Vaz de Paula C.B., Nagashima S., Liberalesso V., Collete M., da Silva F.P.G., Oricil A.G.G., Barbosa G.S., da Silva G.V.C., Wiedmer D.B., da Silva Dezidério F., Noronha L. COVID-19: Immunohistochemical Analysis of TGF-β Signaling Pathways in Pulmonary Fibrosis. Int J Mol Sci. 2021; 23 (1): 168. DOI: 10.3390/ijms23010168.

  27. Cavallieri F., Sellner J., Zedde M., Moro E. Neurologic complications of coronavirus and other respiratory viral infections. Handb Clin Neurol. 2022; 189: 331–358. DOI: 10.1016/B978-0-323-91532-8.00004-5.

  28. Tran S., Ksajikian A., Overbey J., Li P., Li Y. Pathophysiology of Pulmonary Fibrosis in the Context of COVID-19 and Implications for Treatment: A Narrative Review. Cells. 2022; 11 (16): 2489. DOI: 10.3390/cells11162489.

  29. Kato T., Asakura T., Edwards C.E., Dang H., Mikami Y., Okuda K., Chen G., Sun L., Gilmore R.C., Hawkins P., De la Cruz G., Cooley M.R., Bailey A.B., Hewitt S.M., Chertow D.S., Borczuk A.C., Salvatore S., Martinez F.J., Thorne L.B., Askin F.B., Ehre C., Randell S.H., O'Neal W.K., Baric R.S., Boucher R.C. Prevalence and Mechanisms of Mucus Accumulation in COVID-19 Lung Disease. Am J Respir Crit Care Med. 2022; 206 (11): 1336–1352. DOI: 10.1164/rccm.202111-2606OC.

  30. Vorob'eva O.V., Romanova L.P. Izmeneniya organov posle infitsirovaniya SARS-CoV-2 u patsientki s sistemnoy sklerodermiey po dannym autopsii [Organ changes after SARS-CoV-2 infection in a patient with systemic sclerosis according to autopsy]. Sovremennaya revmatologiya. 2022; 16 (2): 69–73. DOI: 10.14412/1996-7012-2022-2-69-73 (in Russian).

  31. Zhang C., Wu Z., Li J.W., Tan K., Yang W., Zhao H., Wang G.Q. Discharge may not be the end of treatment: Pay attention to pulmonary fibrosis caused by severe COVID-19. J Med Virol. 2021; 93 (3): 1378–1386. DOI: 10.1002/jmv.26634.

  32. Lutfarakhmanov I.I., Syrchin E.Yu., Mironov P.I., Grazhdankin A.A., Zdorik N.A., Faizova A.R., Kakaulin A.G. Osobennosti techeniya ORDS pri tyazheloy pnevmonii, vyzvannoy novym koronavirusom COVID-19 [Features of the course of ARDS in severe pneumonia caused by the new COVID-19 coronavirus]. Meditsinskiy vestnik Bashkortostana. 2020; 15 (3): 22–27 (in Russian).

  33.  Zayrat'yants O.V., Malyavin A.G., Samsonova M.V., Chernyaev A.L., Mishnev O.D., Mikhaleva L.M., Krupnov N.M., Kalinin D.V. Patomorfologicheskie izmeneniya v legkikh pri COVID-19: klinicheskie i terapevticheskie paralleli [Pathomorphological changes in lungs in case of COVID-19: Clinical and therapeutic parallels]. Terapiya. 2020; 6 (5): 35–46. DOI: 10.18565/therapy.2020.5.35-46 (in Russian).

  34.  Umemura Y., Mitsuyama Y., Minami K., Nishida T., Watanabe A., Okada N., Yamakawa K., Nochioka K., Fujimi S. Efficacy and safety of nintedanib for pulmonary fibrosis in severe pneumonia induced by COVID-19: An interventional study. Int J Infect Dis. 2021; 108: 454–460. DOI: 10.1016/j.ijid.2021.05.055.

  35.  Mylvaganam R.J., Bailey J.I., Sznajder J.I., Sala M.A. Recovering from a pandemic: pulmonary fibrosis after SARS-CoV-2 infection. Eur Respir Rev. 2021; 30 (162): 210194. DOI: 10.1183/16000617.0194-2021.

  36. Rodionov V.E., Avdalyan A.M., Konovalov D.M., Boriskin N.V., Tyurin I.N., Protsenko D.N., Zayrat'yants O.V., Filipenko M.L., Oskorbin I.P., Koryukov M.A. Osobennosti kletochnogo sostava vospalitel'nogo infil'trata v raznye fazy diffuznogo al'veolyarnogo povrezhdeniya legkikh pri COVID-19 [Features of the cell composition of inflammatory infiltrate in different phases of diffuse alveolar lung damage with COVID-19]. Arkhiv patologii. 2022; 84 (3): 5–13. DOI: 10.17116/patol2022840315 (in Russian).

  37.  Rumende C.M. Pulmonary Fibrosis Caused by Severe COVID-19 Infection: Discharge May Not Be The End of Treatment. Acta Med Indones. 2021; 53 (2): 141–142.

  38. Chernorotov V.A., Grishin M.N., Kostenich V.S., Grishin M.M. Analiz komp'yuternoy tomografiilegkikh pri dinamicheskom nablyudenii bol'nykh virusnoy pnevmoniey, vyzvannoy COVID-19 [Analysis of the lungs computed tomography during the follow-up of patients with viral pneumonia caused by COVID-19]. Krymskiy terapevticheskiy zhurnal. 2021; 3: 51–55 (in Russian).

  39.  Komissarova K.V., Godzenko A.V., Rumyantsev Yu.I., Doroshenko D.A., Gordeev I.G., Averkov O.V., Vechorko V.I. Dinamika KT-kartiny u patsientov s kriticheskoy stepen'yu porazheniya legochnoy tkani, vyzvannoy virusom SARS-COV-2 [Dynamics of CT images in patients with critical lung tissue damage caused by the SARS-COV-2 virus]. REJR. 2022; 12 (2): 13–20. DOI: 10.21569/2222-7415-2022-12-2-13-20 (in Russian).

  40. Huang W.J., Tang X.X. Virus infection induced pulmonary fibrosis. J Transl Med. 2021; 19 (1): 496. DOI: 10.1186/s12967-021-03159-9.

  41. Ryabkova V.A., Churilov L.P., Shoenfeld Y. Influenza infection, SARS, MERS and COVID-19: Cytokine storm – The common denominator and the lessons to be learned. Clin Immunol. 2021; 223: 108652. DOI: 10.1016/j.clim.2020.108652.

  42. Arcangeletti M.C., D'Accolti M., Maccari C., Soffritti I., Conto F., Chezzi C., Calderaro A., Ferri C., Caselli E. Impact of Human Cytomegalovirus and Human Herpesvirus 6 Infection on the Expression of Factors Associated with Cell Fibrosis and Apoptosis: Clues for Implication in Systemic Sclerosis Development. Int J Mol Sci. 2020; 21 (17): 6397. DOI: 10.3390/ijms21176397.

  43. Gentile F., Aimo A., Forfori F., Catapano G., Clemente A., Cademartiri F., Emdin M., Giannoni A. COVID-19 and risk of pulmonary fibrosis: the importance of planning ahead. Eur J Prev Cardiol. 2020; 27 (13): 1442–1446. DOI: 10.1177/2047487320932695.

  44. Bontsevich R.A., Zaeva A.A., Gavrilov P.V. Sluchay vedeniya patsienta s dlitel'nym persistirovaniem postkovidnogo sindroma i nalichiem grubykh interstitsial'nykh izmeneniy v legkikh [A case of management of a patient with long-term persistence of post-covid syndrome and the presence of severe interstitial changes in the lungs]. Aktual'nye problemy meditsiny. 2022; 46 (1): 23–37. DOI: 10.52575/2687-0940-2023-46-1-23-37 (in Russian).

  45. Avdeev S.N., Trushenko N.V. Antifibroticheskaya terapiya idiopaticheskogo legochnogo fibroza: sootnoshenie effektivnosti i bezopasnosti [Antifibrotic therapy of idiopathic pulmonary fibrosis: Efficiency / safety ratio]. Meditsinskiy sovet. 2018; 15: 131–136. DOI: 10.21518/2079-701X-2018-15-131-136 (in Russian).

  46.  Mikhaylova I.N., Treshchalina E.M., Shubina I.Zh., Manina I.V., Kiselevskiy M.V., Lukashev A.N. Protivoopukholevyy ingibitor proteintirozinkinaz imatinib kak potentsial'nyy korrektor pnevmofibroza COVID-19 [Antitumor protein tyrosine kinase inhibitor imatinib as a potential corrector of COVID-19 pulmonary fibrosis]. Uspekhi molekulyarnoy onkologii. 2020; 7 (4): 20–28. DOI: 10.17650/2313-805X-2020-7-4-20-28 (in Russian).

  47. Zhestkov A.V., Khamitov R.F., Vizel' A.A., Zolotov M.O. Fibroznye porazheniya legochnoy tkani: vozmozhnosti lecheniya patsientov, perenesshikh COVID-19 [Fibrous lung tissue lesions: Treatment opportunities for posr-COVD-19 patients]. Nauka i innovatsii v meditsine. 2022; 7 (2): 81–84. DOI: 10.35693/2500-1388-2022-7-2-81-84 (in Russian).

  48.  Rai D.K., Sharma P., Kumar R. Post COVID-19 pulmonary fibrosis. Is it real threat? Indian J Tuberc. 2021; 68 (3): 330–333. DOI: 10.1016/j.ijtb.2020.11.003.

  49.  Kulikova N.G., Konchugova T.V., Chkheidze T., Tkachenko A.S. Fizioterapiya v reabilitatsii patsientov s interstitsial'nymi porazheniyami legkikh posle COVID-19 [Physiotherapy in the rehabilitation of patients with interstitial lung lesions after COVID-19]. Russian Journal of Environmental and Rehabilitation Medicine. 2022; 2: 23–36 (in Russian).

  50. Spagnolo P., Balestro E., Aliberti S., Cocconcelli E., Biondini D., Casa G.D., Sverzellati N., Maher T.M. Pulmonary fibrosis secondary to COVID-19: a call to arms? Lancet Respir Med. 2020; 8 (8): 750–752. DOI: 10.1016/S2213-2600(20)30222-8.

  51.  Zemlyanskaya O.A., Kurilina E.V., Panchenko E.P. Perenesennyy COVID-19 i vozmozhnost' provedeniya transkateternogo protezirovaniya aortal'nogo klapana u bol'nogo s tyazhelym aortal'nym stenozom (razbor klinicheskogo sluchaya) [Past COVID-19 infection and feasibility of transcatheter aortic valve replacement in a patient with severe aortic stenosis (a clinical case study)]. Aterotromboz. 2021; 11 (2): 122–134. DOI: 10.21518/2307-1109-2021-11-2-122-134 (in Russian).

  52. Yang J., Zheng Y., Gou X., Pu K., Chen Z., Guo Q., Ji R., Wang H., Wang Y., Zhou Y. Prevalence of comorbidities and its effects in patients infected with SARS-CoV-2: a systematic review and meta-analysis. Int J Infect Dis. 2020; 94: 91–95. DOI: 10.1016/j.ijid.2020.03.017.

  53. Tanni S.E., Fabro A.T., de Albuquerque A., Ferreira E.V.M., Verrastro C.G.Y., Sawamura M.V.Y., Ribeiro S.M., Baldi B.G. Pulmonary fibrosis secondary to COVID-19: a narrative review. Expert Rev Respir Med. 2021; 15 (6): 791–803. DOI: 10.1080/17476348.2021.1916472.

  54. Pannone G., Caponio V.C.A., De Stefano I.S., Ramunno M.A., Meccariello M., Agostinone A., Pedicillo M.C., Troiano G., Zhurakivska K., Cassano T., Bizzoca M.E., Papagerakis S., Buonaguro F.M., Advani S., Muzio L.L. Lung histopathological findings in COVID-19 disease – a systematic review. Infect Agent Cancer. 2021; 16 (1): 34. DOI: 10.1186/s13027-021-00369-0.

  55. Susanto A.D., Triyoga P.A., Isbaniah F., Fairuz A., Cendikiawan H., Zaron F., Aryanti I., Irbah S.N., Hidayat M. Lung Fibrosis Sequelae After Recovery from COVID-19 Infection. J Infect Dev Ctries. 2021; 15 (3): 360–365. DOI: 10.3855/jidc.13686.

 Received May 30, 2023; accepted August 02, 2023.

 

Informatin about the authors

Yashin Sergey Sergeevich, Senior Lecturer, Chair of General and Clinical Pathology: Pathological Anatomy, Pathological Physiology, Samara State Medical University. 443099, Russia, Samara, Chapaevskaya St., 89; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-0783-8709

Fedorina Tat'yana Aleksandrovna, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Head of the Chair of General and Clinical Pathology: Pathological Anatomy, Pathological Physiology, Samara State Medical University. 443099, Russia, Samara, Chapaevskaya St., 89; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-2313-2893

Serdobol'skaya Yuliya Vital'evna, Student, Institute of Pediatrics, Samara State Medical University. 443099, Russia, Samara, Chapaevskaya St., 89; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0005-4179-0875

Sergeeva Elena Valerievna, Candidate of Sciences (Medicine), Associate Professor, Chair of General and Clinical Pathology: Pathological Anatomy, Pathological Physiology, Samara State Medical University. 443099, Russia, Samara, Chapaevskaya St., 89; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0001-5236-2535

 

For citation

Yashin S.S., Fedorina T.A., Serdobol'skaya Yu.V., Sergeeva E.V. Patogenez i patomorfologiya porazheniya legkikh posle COVID-19 [Post-COVID-19 lung pathogenesis and pathomorphology]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2023; 4: 6–20. DOI: 10.34014/2227-1848-2023-4-6-20 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 616.24

DOI 10.34014/2227-1848-2023-4-6-20

ПАТОГЕНЕЗ И ПАТОМОРФОЛОГИЯ ПОРАЖЕНИЯ ЛЕГКИХ ПОСЛЕ COVID-19

С.С. Яшин, Т.А. Федорина, Ю.В. Сердобольская, Е.В. Сергеева

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Самара, Россия

 

В статье приводится описание основных патогенетических и патоморфологических аспектов возникновения и развития пневмофиброза у пациентов, перенесших новую коронавирусную инфекцию.

Проанализированы публикации из научной электронной библиотеки eLibrary и базы данных Pubmed на русском и английском языках, находящиеся в открытом доступе.

Ключевым аспектом патогенеза пневмофиброза видится активация фибробластов и миофибробластов, что в ответ на повреждение легочной паренхимы приводит к их пролиферации и дифференцировке и запускает каскад цитокиновых реакций. За регуляцию воспалительно-репаративного процесса в легких отвечают популяции T-хелперов, которые непосредственно или опосредованно запускают процесс ремоделирования легочной паренхимы в пользу фиброзного компонента.

Роль цитокинов, по данным литературы, оценивается по-разному, и в настоящее время не существует единого мнения о их влиянии на процесс формирования пневмофиброза. Однако исследования, показывающие возможность профилактики и лечения фиброза антицитокиновыми препаратами, ставят во главу угла именно развитие цитокинового шторма.

Факторы роста, особенно TGF, FGF, PDGF, однозначно являются важными не только в понимании патогенеза, но и в нахождении новых, перспективных точек терапевтического воздействия.

По объективным причинам многие авторы воздерживаются от количественных оценок долгосрочных последствий. Противоречивы и данные о стойкости и возможностях регрессии постковидного пневмофиброза.

Несмотря на широкую освещенность вопросов, связанных с патогенезом новой коронавирусной инфекции и развитием пневмофиброза при ней, многие молекулярные механизмы остаются скрытыми от исследователей, что однозначно открывает новые перспективы в диагностике, профилактике и лечении.

Ключевые слова: пневмофиброз, COVID-19, SARS-CoV-2, MERS-CoV, интерстициальные заболевания легких.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Яшин С.С., Сердобольская Ю.В.

Литературный поиск, обработка материала: Сердобольская Ю.В., Сергеева Е.В.

Анализ и интерпретация данных: Яшин С.С., Федорина Т.А.

Написание и редактирование текста: Федорина Т.А., Яшин С.С., Сергеева Е.В.

 

Литература

  1. McDonald L.T. Healing after COVID-19: are survivors at risk for pulmonary fibrosis? Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2021; 320 (2): L257–L265. DOI: 10.1152/ajplung.00238.2020.

  2. Wang M., Chang W., Zhang L., Zhang Y. Pyroptotic cell death in SARS-CoV-2 infection: revealing its roles during the immunopathogenesis of COVID-19. Int J Biol Sci. 2022; 18 (15): 5827–5848. DOI: 10.7150/ijbs.77561.

  3. Valyaeva A.A., Zharikova A.A., Sheval E.V. SARS-CoV-2 cellular tropism and direct multiorgan failure in COVID-19 patients: Bioinformatic predictions, experimental observations, and open questions. Cell Biol Int. 2023; 47 (2): 308–326. DOI: 10.1002/cbin.11928.

  4. Giacomelli C., Piccarducci R., Marchetti L., Romei C., Martini C. Pulmonary fibrosis from molecular mechanisms to therapeutic interventions: lessons from post-COVID-19 patients. Biochem Pharmacol. 2021; 193: 114812. DOI: 10.1016/j.bcp.2021.114812.

  5. Doane J.J., Hirsch K.S., Baldwin J.O., Wurfel M.M., Pipavath S.N., West T.E. Progressive Pulmonary Fibrosis After Non-Critical COVID-19: A Case Report. Am J Case Rep. 2021; 22: e933458. DOI: 10.12659/AJCR.933458.

  6. Ojo A.S., Balogun S.A., Williams O.T., Ojo O.S. Pulmonary Fibrosis in COVID-19 Survivors: Predictive Factors and Risk Reduction Strategies. Pulm Med. 2020; 2020: 6175964. DOI: 10.1155/2020/6175964.

  7. Wade H., Duan Q., Su Q. Interaction between Sars-CoV-2 structural proteins and host cellular receptors: From basic mechanisms to clinical perspectives. Adv Protein Chem Struct Biol. 2022; 132: 243–277. DOI: 10.1016/bs.apcsb.2022.05.010.

  8. Bhat S., Rishi P., Chadha V.D. Understanding the epigenetic mechanisms in SARS CoV-2 infection and potential therapeutic approaches. Virus Res. 2022; 318: 198853. DOI: 10.1016/j.virusres.2022.198853.

  9. Li X., Zhang Z., Wang Z., Gutiérrez-Castrellón P., Shi H. Cell deaths: Involvement in the pathogenesis and intervention therapy of COVID-19. Signal Transduct Target Ther. 2022; 7 (1): 186. DOI: 10.1038/ s41392-022-01043-6.

  10. Harne R., Williams B., Abdelal H.F.M., Baldwin S.L., Coler R.N. SARS-CoV-2 infection and immune responses. AIMS Microbiol. 2023; 9 (2): 245–276. DOI: 10.3934/microbiol.2023015.

  11. Yim J., Lim H.H., Kwon Y. COVID-19 and pulmonary fibrosis: therapeutics in clinical trials, repurposing, and potential development. Arch Pharm Res. 2021; 44 (5): 499–513. DOI: 10.1007/s12272-021-01331-9.

  12. Gong X., Khan A., Wani M.Y., Ahmad A., Duse A. COVID-19: A state of art on immunological responses, mutations, and treatment modalities in riposte. J Infect Public Health. 2023; 16 (2): 233–249. DOI: 10.1016/j.jiph.2022.12.019.

  13. Chen X., Li H., Song H., Wang J., Zhang X., Han P., Wang X. Meet changes with constancy: Defence, antagonism, recovery, and immunity roles of extracellular vesicles in confronting SARS-CoV-2. J Extracell Vesicles. 2022; 11 (12): e12288. DOI: 10.1002/jev2.12288.

  14. Islamuddin M., Mustfa S.A., Ullah S.N.M.N., Omer U., Kato K., Parveen S. Innate Immune Response and Inflammasome Activation During SARS-CoV-2 Infection. Inflammation. 2022; 45 (5): 1849–1863. DOI: 10.1007/s10753-022-01651-y.

  15. Murugan C., Ramamoorthy S., Kuppuswamy G., Murugan R.K., Sivalingam Y., Sundaramurthy A. COVID-19: A review of newly formed viral clades, pathophysiology, therapeutic strategies and current vaccination tasks. Int J Biol Macromol. 2021; 193 (Pt. B): 1165–1200. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.10.144.

  16. Purbey P.K., Roy K., Gupta S., Paul M.K. Mechanistic insight into the protective and pathogenic immune-responses against SARS-CoV-2. Mol Immunol. 2023; 156: 111–126. DOI: 10.1016/j.molimm.2023.03.009.

  17. John A.E., Joseph C., Jenkins G., Tatler A.L. COVID-19 and pulmonary fibrosis: A potential role for lung epithelial cells and fibroblasts. Immunol Rev. 2021; 302 (1): 228–240. DOI: 10.1111/imr.12977.

  18. Guo X., Cao J., Cai J.P., Wu J., Huang J., Asthana P., Wong S.K.K., Ye Z.W., Gurung S., Zhang Y., Wang S., Wang Z., Ge X., Kwan H.Y., Lyu A., Chan K.M., Wong N., Huang J., Zhou Z., Bian Z.X., Yuan S., Wong H.L.X. Control of SARS-CoV-2 infection by MT1-MMP-mediated shedding of ACE2. Nat Commun. 2022; 13 (1): 7907. DOI: 10.1038/s41467-022-35590-x.

  19. Oatis D., Simon-Repolski E., Balta C., Mihu A., Pieretti G., Alfano R., Peluso L., Trotta M.C., D'Amico M., Hermenean A. Cellular and Molecular Mechanism of Pulmonary Fibrosis Post-COVID-19: Focus on Galectin-1, -3, -8, -9. Int J Mol Sci. 2022; 23 (15): 8210. DOI: 10.3390/ijms23158210.

  20. Lin J., Law R., Korosec C.S., Zhou C., Koh W.H., Ghaemi M.S., Samaan P., Ooi H.K., Matveev V., Yue F., Gingras A.C., Estacio A., Buchholz M., Cheatley P.L., Mohammadi A., Kaul R., Pavinski K., Mubareka S., McGeer A.J., Leis J.A., Heffernan J.M., Ostrowski M. Longitudinal Assessment of SARS-CoV-2-Specific T Cell Cytokine-Producing Responses for 1 Year Reveals Persistence of Multicytokine Proliferative Responses, with Greater Immunity Associated with Disease Severity [published correction appears in J Virol. 2023 28; 97 (2): e0008023]. J Virol. 2022; 96 (13): e0050922. DOI: 10.1128/jvi.00509-22.

  21. Silva M.J.A., Ribeiro L.R., Lima K.V.B., Lima L.N.G.C. Adaptive immunity to SARS-CoV-2 infection: A systematic review. Front Immunol. 2022; 13: 1001198. DOI: 10.3389/fimmu.2022.1001198.

  22. Чернявская О.А., Осипов А.В. Патогенетические основы применения антифибротической терапии бовгиалуронидазы азоксимером у больных новой коронавирусной инфекцией COVID-19. Медицинский совет. 2021; (12): 154–160. DOI: 10.21518/2079-701X-2021-12-154-160.

  23. Ramírez-Martínez G., Jiménez-Álvarez L.A., Cruz-Lagunas A., Ignacio-Cortés S., Gómez-García I.A., Rodríguez-Reyna T.S., Choreño-Parra J.A., Zúñiga J. Possible Role of Matrix Metalloproteinases and TGF-β in COVID-19 Severity and Sequelae. J Interferon Cytokine Res. 2022; 42 (8): 352–368. DOI: 10.1089/jir.2021.0222.

  24. Chiou W.C., Huang G.J., Chang T.Y., Hsia T.L., Yu H.Y., Lo J.M., Fu P.K., Huang C. Ovatodiolide inhibits SARS-CoV-2 replication and ameliorates pulmonary fibrosis through suppression of the TGF-β/TβRs signaling pathway. Biomed Pharmacother. 2023; 161: 114481. DOI: 10.1016/j.biopha.2023.114481.

  25. Baker D., Forte E., Pryce G., Kang A.S., James L.K., Giovannoni G., Schmierer K. The impact of sphingosine-1-phosphate receptor modulators on COVID-19 and SARS-CoV-2 vaccination. Mult Scler Relat Disord. 2023; 69: 104425. DOI: 10.1016/j.msard.2022.104425.

  26. Vaz de Paula C.B., Nagashima S., Liberalesso V., Collete M., da Silva F.P.G., Oricil A.G.G., Barbosa G.S., da Silva G.V.C., Wiedmer D.B., da Silva Dezidério F., Noronha L. COVID-19: Immunohistochemical Analysis of TGF-β Signaling Pathways in Pulmonary Fibrosis. Int J Mol Sci. 2021; 23 (1): 168. DOI: 10.3390/ijms23010168.

  27. Cavallieri F., Sellner J., Zedde M., Moro E. Neurologic complications of coronavirus and other respiratory viral infections. Handb Clin Neurol. 2022; 189: 331–358. DOI: 10.1016/B978-0-323-91532-8.00004-5.

  28. Tran S., Ksajikian A., Overbey J., Li P., Li Y. Pathophysiology of Pulmonary Fibrosis in the Context of COVID-19 and Implications for Treatment: A Narrative Review. Cells. 2022; 11 (16): 2489. DOI: 10.3390/cells11162489.

  29. Kato T., Asakura T., Edwards C.E., Dang H., Mikami Y., Okuda K., Chen G., Sun L., Gilmore R.C., Hawkins P., De la Cruz G., Cooley M.R., Bailey A.B., Hewitt S.M., Chertow D.S., Borczuk A.C., Salvatore S., Martinez F.J., Thorne L.B., Askin F.B., Ehre C., Randell S.H., O'Neal W.K., Baric R.S., Boucher R.C. Prevalence and Mechanisms of Mucus Accumulation in COVID-19 Lung Disease. Am J Respir Crit Care Med. 2022; 206 (11): 1336–1352. DOI: 10.1164/rccm.202111-2606OC.

  30. Воробьева О.В., Романова Л.П. Изменения органов после инфицирования SARS-CoV-2 у пациентки с системной склеродермией по данным аутопсии. Современная ревматология. 2022; 16 (2): 69–73. DOI: 10.14412/1996-7012-2022-2-69-73.

  31. Zhang C., Wu Z., Li J.W., Tan K., Yang W., Zhao H., Wang G.Q. Discharge may not be the end of treatment: Pay attention to pulmonary fibrosis caused by severe COVID-19. J Med Virol. 2021; 93 (3): 1378–1386. DOI: 10.1002/jmv.26634.

  32. Лутфарахманов И.И., Сырчин Е.Ю., Миронов П.И., Гражданкин А.А., Здорик Н.А., Фаизова А.Р., Какаулин А.Г. Особенности течения ОРДС при тяжелой пневмонии, вызванной новым коронавирусом COVID-19. Медицинский вестник Башкортостана. 2020; 15 (3): 22–27.

  33. Зайратьянц О.В., Малявин А.Г., Самсонова М.В., Черняев А.Л., Мишнев О.Д., Михалева Л.М., Крупнов Н.М., Калинин Д.В. Патоморфологические изменения в легких при COVID-19: клинические и терапевтические параллели. Терапия. 2020; 6 (5): 35–46. DOI: 10.18565/therapy.2020.5.35-46.

  34. Umemura Y., Mitsuyama Y., Minami K., Nishida T., Watanabe A., Okada N., Yamakawa K., Nochioka K., Fujimi S. Efficacy and safety of nintedanib for pulmonary fibrosis in severe pneumonia induced by COVID-19: An interventional study. Int J Infect Dis. 2021; 108: 454–460. DOI: 10.1016/j.ijid.2021.05.055.

  35. Mylvaganam R.J., Bailey J.I., Sznajder J.I., Sala M.A. Recovering from a pandemic: pulmonary fibrosis after SARS-CoV-2 infection. Eur Respir Rev. 2021; 30 (162): 210194. DOI: 10.1183/16000617.0194-2021.

  36. Родионов В.Э., Авдалян А.М., Коновалов Д.М., Борискин Н.В., Тюрин И.Н., Проценко Д.Н., Зайратьянц О.В., Филипенко М.Л., Оскорбин И.П., Корюков М.А. Особенности клеточного состава воспалительного инфильтрата в разные фазы диффузного альвеолярного повреждения легких при COVID-19. Архив патологии. 2022; 84 (3): 5–13. DOI: 10.17116/patol2022840315.

  37. Rumende C.M. Pulmonary Fibrosis Caused by Severe COVID-19 Infection: Discharge May Not Be The End of Treatment. Acta Med Indones. 2021; 53 (2): 141–142.

  38. Черноротов В.А., Гришин М.Н., Костенич В.С., Гришин М.М. Анализ компьютерной томографии легких при динамическом наблюдении больных вирусной пневмонией, вызванной COVID-19. Крымский терапевтический журнал. 2021; 3: 51–55.

  39. Комиссарова К.В., Годзенко А.В., Румянцев Ю.И., Дорошенко Д.А., Гордеев И.Г., Аверков О.В., Вечорко В.И. Динамика КТ-картины у пациентов с критической степенью поражения легочной ткани, вызванной вирусом SARS-COV-2. REJR. 2022; 12 (2): 13–20. DOI: 10.21569/2222-7415-2022-12-2-13-20.

  40. Huang W.J., Tang X.X. Virus infection induced pulmonary fibrosis. J Transl Med. 2021; 19 (1): 496. DOI: 10.1186/s12967-021-03159-9.

  41. Ryabkova V.A., Churilov L.P., Shoenfeld Y. Influenza infection, SARS, MERS and COVID-19: Cytokine storm – The common denominator and the lessons to be learned. Clin Immunol. 2021; 223: 108652. DOI: 10.1016/j.clim.2020.108652.

  42. Arcangeletti M.C., D'Accolti M., Maccari C., Soffritti I., Conto F., Chezzi C., Calderaro A., Ferri C., Caselli E. Impact of Human Cytomegalovirus and Human Herpesvirus 6 Infection on the Expression of Factors Associated with Cell Fibrosis and Apoptosis: Clues for Implication in Systemic Sclerosis Development. Int J Mol Sci. 2020; 21 (17): 6397. DOI: 10.3390/ijms21176397.

  43. Gentile F., Aimo A., Forfori F., Catapano G., Clemente A., Cademartiri F., Emdin M., Giannoni A. COVID-19 and risk of pulmonary fibrosis: the importance of planning ahead. Eur J Prev Cardiol. 2020; 27 (13): 1442–1446. DOI: 10.1177/2047487320932695.

  44. Бонцевич Р.А., Заева А.А., Гаврилов П.В. Случай ведения пациента с длительным персистированием постковидного синдрома и наличием грубых интерстициальных изменений в легких. Актуальные проблемы медицины. 2022; 46 (1): 23–37. DOI: 10.52575/2687-0940-2023-46-1-23-37.

  45. Авдеев С.Н., Трушенко Н.В. Антифибротическая терапия идиопатического легочного фиброза: соотношение эффективности и безопасности. Медицинский совет. 2018; 15: 131–136. DOI: 10.21518/2079-701X-2018-15-131-136.

  46. Михайлова И.Н., Трещалина Е.М., Шубина И.Ж., Манина И.В., Киселевский М.В., Лукашев А.Н. Противоопухолевый ингибитор протеинтирозинкиназ иматиниб как потенциальный корректор пневмофиброза COVID-19. Успехи молекулярной онкологии. 2020; 7 (4): 20–28. DOI: 10.17650/2313-805X-2020-7-4-20-28.

  47. Жестков А.В., Хамитов Р.Ф., Визель А.А., Золотов М.О. Фиброзные поражения легочной ткани: возможности лечения пациентов, перенесших COVID-19. Наука и инновации в медицине. 2022; 7 (2): 81–84. DOI: 10.35693/2500-1388-2022-7-2-81-84.

  48. Rai D.K., Sharma P., Kumar R. Post COVID-19 pulmonary fibrosis. Is it real threat? Indian J Tuberc. 2021; 68 (3): 330–333. DOI: 10.1016/j.ijtb.2020.11.003.

  49. Куликова Н.Г., Кончугова Т.В., Чхеидзе Т., Ткаченко А.С. Физиотерапия в реабилитации пациентов с интерстициальными поражениями легких после COVID-19. Russian Journal of Environmental and Rehabilitation Medicine. 2022; 2: 23–36.

  50. Spagnolo P., Balestro E., Aliberti S., Cocconcelli E., Biondini D., Casa G.D., Sverzellati N., Maher T.M. Pulmonary fibrosis secondary to COVID-19: a call to arms? Lancet Respir Med. 2020; 8 (8): 750–752. DOI: 10.1016/S2213-2600(20)30222-8.

  51. Землянская О.А., Курилина Э.В., Панченко Е.П. Перенесенный COVID-19 и возможность проведения транскатетерного протезирования аортального клапана у больного с тяжелым аортальным стенозом (разбор клинического случая). Атеротромбоз. 2021; 11 (2): 122–134. DOI: 10.21518/2307-1109-2021-11-2-122-134.

  52. Yang J., Zheng Y., Gou X., Pu K., Chen Z., Guo Q., Ji R., Wang H., Wang Y., Zhou Y. Prevalence of comorbidities and its effects in patients infected with SARS-CoV-2: a systematic review and meta-analysis. Int J Infect Dis. 2020; 94: 91–95. DOI: 10.1016/j.ijid.2020.03.017.

  53. Tanni S.E., Fabro A.T., de Albuquerque A., Ferreira E.V.M., Verrastro C.G.Y., Sawamura M.V.Y., Ribeiro S.M., Baldi B.G. Pulmonary fibrosis secondary to COVID-19: a narrative review. Expert Rev Respir Med. 2021; 15 (6): 791–803. DOI: 10.1080/17476348.2021.1916472.

  54. Pannone G., Caponio V.C.A., De Stefano I.S., Ramunno M.A., Meccariello M., Agostinone A., Pedicillo M.C., Troiano G., Zhurakivska K., Cassano T., Bizzoca M.E., Papagerakis S., Buonaguro F.M., Advani S., Muzio L.L. Lung histopathological findings in COVID-19 disease – a systematic review. Infect Agent Cancer. 2021; 16 (1): 34. DOI: 10.1186/s13027-021-00369-0.

  55. Susanto A.D., Triyoga P.A., Isbaniah F., Fairuz A., Cendikiawan H., Zaron F., Aryanti I., Irbah S.N., Hidayat M. Lung Fibrosis Sequelae After Recovery from COVID-19 Infection. J Infect Dev Ctries. 2021; 15 (3): 360–365. DOI: 10.3855/jidc.13686.

 

Поступила в редакцию 30.05.2023; принята 02.08.2023.

 

Авторский коллектив

Яшин Сергей Сергеевич – старший преподаватель кафедры общей и клинической патологии: патологической анатомии, патологической физиологии, ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет». 443099, Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 89; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-0783-8709

Федорина Татьяна Александровна – доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой общей и клинической патологии: патологической анатомии, патологической физиологии, ФГБОУ ВО «Са­марский государственный медицинский университет». 443099, Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 89;
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-2313-2893

Сердобольская Юлия Витальевна – студентка Института педиатрии, ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет». 443099, Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 89; e-mail:Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0005-4179-0875

Сергеева Елена Валериевна – кандидат медицинских наук, доцент кафедры общей и клинической патологии: патологической анатомии, патологической физиологии, ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет». 443099, Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 89; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0001-5236-2535

 

Образец цитирования

Яшин С.С., Федорина Т.А., Сердобольская Ю.В., Сергеева Е.В. Патогенез и патоморфология поражения легких после COVID-19. Ульяновский медико-биологический журнал. 2023; 4: 6–20. DOI: 10.34014/2227-1848-2023-4-6-20.