Введение
Гиперкоагуляция является распространённым осложнением при COVID-19. Точные механизмы, вызывающие массивную активацию процесса коагуляции, до сих пор не выявлены. Однако одно из наиболее подходящих объяснений - выявленное на лабораторном уровне повышение уровня фибриногена, и в некоторых случаях это повышение очень значительно. Высокий уровень циркулирующего в крови фибриногена долгие годы связывали с тромбозом, и именно поэтому гиперфибриногенемия может считаться одним из механизмов коагулопатии при COVID-19. В данной статье будет обсуждаться не привычная протромботическая, а защитная функция фибриногена. Уровень фибриногена, как и других широко известных реактантов острой фазы, повышается при COVID-19 - возможно, для того, чтобы защитить самого пациента.
COVID-19 продолжает быть причиной большого количество смертей по всему миру. Одной из основных патогенных особенностей при COVID-19 является интенсивное воспаление, вызванное тяжёлым острым респираторным синдромом, связанным с коронавирусом-2 (SARS-CoV-2), с развитием цитокинового шторма в наиболее тяжёлых случаях. С точки зрения процесса коагуляции, врачи из различных стран отметили увеличение уровня фибриногена (в несколько раз) у множества пациентов, особенно у тех, кто нуждался в интенсивной терапии. Возникает вопрос, почему уровень фибриногена повышается так сильно?
Фибриноген - это гликопротеин, который продуцируется самой главной "синтетической фабрикой" организма - печенью, чья роль в защите от инфекций зачастую упускается из вида. Одно из наиболее явных доказательств этой функции печени - то, что сепсис является одной из наиболее распространённых причин смерти у пациентов с циррозом печени. Печень, выполняя свою роль в борьбе с инфекциями, высвобождает некоторые реактанты острой фазы, включая фибриноген, ферритин, С-реактивный белок (СРБ) и большое количество цитокинов. Некоторые сообщения подтверждают значительное увеличение концентрации этих белков острой фазы воспаления у пациентов, нуждающихся в госпитализации про COVID-19, что предполагает функциональную перегрузку печени. Эти молекулы, включая ферритин, С-реактивный белок и фибриноген, могут играть ключевую роль в защите человеческого организма от патогенов.
Защитные свойства реактантов острой фазы
Ферритин и регуляторная молекула гепцидин (гепсидин) являются ключевыми участниками системы “железо-инфекция”. Каждому микроорганизму требуется железо для выживания. При развитии инфекции железо изолируется (секвестрируется) из циркуляции внутри ферритина; этот процесс регулируется гепцидином, благодаря чему ограничивается приток железа для патогенных микроорганизмов. Эта важная роль ферритина была изучена в ходе негативных исследований, в которых рутинное дополнение железом рациона дошкольников в эндемичных по малярии популяциях привело к увеличению риска тяжёлых заболеваний и смерти. Другой реактант острой фазы, С-реактивный белок, также играет защитную роль при про-воспалительных состояниях с высокой вероятностью возникновения респираторного дистресс-синдрома у взрослых. Было также показано, что у пациентов с травмой С-реактивный белок защищает человеческий организм от гистон-индуцированного повреждения эндотелиальных клеток. Эксперименты на мышах показали, что СРБ формирует комплекс с гистонами и предохраняет пациента от повреждения и повышения проницаемости эндотелия, которые могут приводить к отёку лёгких и лёгочному тромбозу (оба состояния были отмечены при COVID-19). Третий компонент этой значимой группы белков - гаптоглобин - действует как антиоксидант, связывая циркулирующий внеклеточный гемоглобин при воспалительных процессах, и может стимулировать ответ моноцитарно-макрофагальной системы.
Защитная функция фибриногена как белка острой фазы
Роль фибриногена среди этих “молекулярных защитников” является скорее всего двухкомпонентной: во-первых, регулирование антимикробной функции иммунных клеток, во-вторых - образование тромба\сгустка крови, который будет ограничивать распространение патогена. Flick и соавторы [1] показали, что фибриноген является физиологически релевантным (подходящим) лигандом для лейкоцитарного интегрина Mac-1, и таким образом играет важную роль в регуляции воспалительного ответа вне зависимости от тромбообразующей функции. По отношению к вирусным инфекциям, Mac-1 является поверхностным рецептором для внеклеточной двухцепочечной РНК (SARS Co-V 2 - это РНК-вирус). Возможно, что фибриноген, как лиганд, перенасыщает Mac-1 как рецептор и таким образом ослабляет вредные эффекты, вызываемые вирусом. Повышение концентрации растворимого фибриногена - как белка острой фазы - препятствует привлечению лейкоцитов и может вносить вклад в прекращение процесса воспаления. Некоторые роли фибриногена в защите организма были объединены в обзоре, где детально описаны два основных механизма - помощь в обеспечении защитной иммунной функции и образования фибриновых матриц, которые служат защитными барьерами [2].
Защитная функция фибриногена и тромбоз
Образование тромба, ограничивающее распространение патогенов, было давно известно как один из механизмов защиты организма пациента. Различные компоненты каскада коагуляции важны и как участники противоинфекционного процесса. В числе этих компонентов центральной фигурой является тромбин, также важны антикоагуляционные белки - такие как протеин С и тромбомодулин, компоненты контактного каскада свёртывания крови - как, например, фактор свёртывания XII (фактор Хагемана), и, разумеется, фибриноген. Flick и соавторы [1] предприняли попытку провести границу между фибриноген- и фибрин-зависимыми антимикробными функциями in vivo при помощи выведения FibAEK мышей, организм которых был лишён способности образовывать полимеры фибрина. На подобных модельных животных было показано, что функциональная возможность для взаимодействия тромбоцитов сохранена, однако была утеряна способность образовывать полимеры и очищать внутрибрюшинное пространство от инокулята Staphylococcus aureus, что позволяет предположить, что образование тромбов является важным этапом процесса антимикробной защиты. Увеличенное тромбообразование в лёгких скорее всего является попыткой системы коагуляции ограничить распространение вируса SARS-CoV-2. Последние отчёты об аутопсии пациентов с COVID-19 указывают на наличие таких локализованных микро-тромбов в образцах лёгочной ткани.
Гиперфибриногенемия и риск тромбоза
Увеличенный уровень фибриногена в плазме при воспалительных состояниях в виде травмы и при беременности были связаны с увеличением риска тромбообразования, однако без указания на определённую этиологию. В подобных клинических сценариях увеличение активации коагуляции - включая более высокие уровни фибриногена - является необходимым в связи с разнообразными физиологическими механизмами, но в основном они требуются для ограничения текущих (травма) или последующих (беременность) кровотечений. Однако, несмотря на высокие уровни фибриногена, при беременности тромбоз не развивается у всех женщин поголовно, что позволяет предположить, что гиперфибриногенемия является маловероятным протромботическим фактором. Аналогично, не все травмы или послеоперационные случаи связаны с тромбозом. И действительно, не было показано, что фибриноген играет ключевую роль или является основной причиной в развитии таких состояний. В исследованиях Machlus и соавторы [3] были проведены эксперименты на животных для демонстрации взаимосвязи между высокими уровнями фибриногена и тромбозом. Было показано, что гиперфибриногенемия не вызывает спонтанное тромбообразование in vivo. Они также процитировали предыдущие работы, в которых отмечалось, что инъекционное введение человеческого фибриногена мыши не вызывало спонтанного образования фибринозных наложений. В заключении исследования было указано, что требовалось большое число факторов в дополнение к повышенным уровням фибриногена для того, чтобы инициировать тромбообразование. Разумеется, у пациентов с травмой в развитие тромбоза могут вносить вклад разнообразные факторы, в то время как у беременных женщин дополнительные осложнения, такие как пре-эклампсия и вызванная неукротимой рвотой дегидратация, могут играть роль дополнительных факторов для запуска процесса тромбообразования.
Тромбоциты и циркулирующий фибриноген
Если фибриноген проявляет защитную функцию как реактант острой фазы в одном случае и как протромботическая молекула в другом случае, возможно ли, что он появляется из двух разных источников для выполнения двух отличающихся функций? Модель двухуровневого тромбоза, продемонстрированная в исследовании Stalker с соавторами [4], может дать подсказки относительно этого дуализма фибриногена. Их эксперименты демонстрируют иерархическую модель организации тромбообразования, в которой внутренним ядром является плотный тромб из активированных тромбоцитов, а снаружи него находится неплотная, проницаемая для плазмы оболочка, которая менее зависит от наличия активированных тромбоцитов. Любопытно, что во внутреннем ядре активированные тромбоциты связаны между собой посредством интегрина αIIbβ3, который является тромбоцитарным рецептором фибриногена. Фибриноген для внутреннего ядра тромба появляется из альфа-гранул тромбоцитов, в которых также содержатся другие коагуляционные белки (факторы V, XI и XIII), вовлечённые в процесс вторичного гемостаза. В то же время циркулирующий фибриноген, вероятно, выполняет свою роль как белок острой фазы. Несмотря на то, что двойственная роль фибриногена не была изучена в деталях, тромбоциты и циркулирующий фактор фон Виллебранда, другой реактант острой фазы, были изучены. Тромбоцитарные альфа-гранулы содержат 20% всего белка фактора фон Виллебранда и являются мультимерными формами с высокой молекулярной массой. С использованием трансплантационной модели костного мозга свиньи было показано, что тромбоцитарный фактор фон Виллебранда значительно снижает интенсивность кровотечений в тяжёлых случаях болезни Виллебранда, а также то, что в его присутствии требуется значительно меньшая концентрация плазменного фактора фон Виллебранда для обеспечения гемостаза. Это позволяет предположить, что тромбоцитарный фактор фон Виллебранда является основной формой, вовлечённой в образование тромба, в то время как циркулирующий фактор фон Виллебранда, как и фибриноген, скорее всего может играть роль в защите организма во время воспаления.
Связь с COVID-19
Каким образом можно собрать в единую картину все данные, приведённые выше? У пациентов с COVID-19 уровень фибриногена (и фактора фон Виллебранда) повышается в связи с защитной реакцией организма. На начальных этапах основная функция - это регулирование чрезмерного воспалительного ответа организма, и чрезвычайно высокий уровень фибриногена может не являться недостатком. На этой стадии функция фибриногена как белка острой фазы доминирует над его ролью в тромбообразовании, которое происходит при не таких высоких концентрациях (что отражается средним увеличением количества D-димеров). Такой сценарий похож на большое количество других клинических случаев, где ответ острой фазы похож на состояния, характерные для беременности, травмы или послеоперационного состояния, при которых повышение уровня фибриногена является физиологичным, и повышение уровня D-димеров отмечено без клинических признаков образования тромбов. Однако, если основное заболевание, связанное с воспалением, или же воспалительный ответ организма не теряют интенсивности, система гемостаза отвечает на это повсеместным тромбообразованием для того, чтобы ограничить распространение микроорганизмов или белков, ассоциированных с повреждениями. Выраженное тромбообразование приводит к значительному увеличению уровня D-димеров, однако также приводит и к истощению тромбоцитарных гранул. И поскольку фибриноген больше не высвобождается из тромбоцитов, его уровень начинает падать - в ассоциации с увеличением уровня D-димеров. Эта взаимосвязь была чётко описана в одной из наиболее цитируемых статей по тематике способности к гиперкоагуляции при COVID-19 [5]. В этой работе было обнаружено чёткое различие между выжившими и не выжившими пациентами - по значительно увеличенным уровням D-димеров и сниженного уровня фибриногена (а не повышенного). Соотношение “D-димер/фибриноген” было в прошлом идентифицировано как тромботический фактор. Kucher и соавторы показали повышенный уровень D-димеров и сниженный уровень фибриногена у пациентов с лёгочной эмболией - и даже предложили использовать значение соотношения “D-димер/фибриноген” более 103 единиц как высокоспецифичный маркер для наличия тромбов в лёгких. Авторы также высказались на тему возможной связи сниженного уровня фибриногена и повышенного уровня лёгочной окклюзии.
Клиническая значимость гипотезы
Какова же клиническая значимость гипотезы о защитных свойствах фибриногена? Отслеживание уровня фибриногена вместе с уровнем D-димеров у пациентов в критическом состоянии с (и без) COVID-19, очевидно, является очень важным. Если уровень D-димеров не увеличивается параллельно с уровнем фибриногена, тогда можно предположить, что защитная роль фибриногена является доминирующей (ответ острой фазы >>> тромбообразование). Однако, если уровень D-димеров начинает увеличиваться, а уровень фибриногена начинает снижаться, то именно в этот момент начинается значительная активация процесса коагуляции и тромбообразования. К сожалению, клиницисты обращают внимание на уровень фибриногена только тогда, когда он значительно снижен, и у пациента уже могло начаться кровотечение, что в некоторых случаях приводит к неизлечимым состояниям. Любопытная дилемма здесь заключается в том, необходимо ли дополнительно поддерживать высокую концентрацию фибриногена или же требуется вводить фибриноген дополнительно только тогда, когда его уровень начинает падать - а в такие моменты трансфузии могут быть вредны. К сожалению, большая часть клинических исследований по фибриногену нацелена на изучение последствий кровотечений и в редких случаях описывают его полезные свойства, не касающиеся гемостаза.
Выводы
До настоящего времени защитная функция фибриногена как реактанта острой фазы остаётся гипотезой. Некоторые научные исследования подтверждают такую его роль, однако клинические исследования не рассматривают функции фибриногена, не связанные с инициацией тромбообразования, которые не имеют основательных доказательств в свою пользу. Необычно, когда для эволюционного механизма вроде реакции острой фазы появляются доказательства её вредоносности для организма, особенно когда это происходит в таких ситуациях, как сепсис и травмы, которые поражают людей с ранних лет. Настало время изучать не связанные с гемостазом функции фибриногена в последующих исследованиях. Также может быть полезно изучить другие коагуляционные белки - как фактор фон Виллебранда, - чтобы определить их возможную защитную функцию во время острой фазы воспаления.
Список использованных ресурсов:
- Flick MJ, Du X, Witte DP, Jirousková M, Soloviev DA, Busuttil SJ, Plow EF, Degen JL. Leukocyte engagement of fibrin(ogen) via the integrin receptor alphaMbeta2/Mac-1 is critical for host inflammatory response in vivo. J Clin Invest. 2004 Jun;113(11):1596-606. doi: 10.1172/JCI20741.
- Ko YP, Flick MJ. Fibrinogen Is at the Interface of Host Defense and Pathogen Virulence in Staphylococcus aureus Infection. Semin Thromb Hemost. 2016 Jun;42(4):408-21.
- Machlus KR, Cardenas JC, Church FC, Wolberg AS. Causal relationship between hyperfibrinogenemia, thrombosis, and resistance to thrombolysis in mice. Blood. 2011 May 5;117(18):4953-63.
- Stalker TJ, Traxler EA, Wu J, et al. Hierarchical organization in the hemostatic response and its relationship to the platelet-signaling network. Blood. 2013 Mar 7;121(10):1875-85.
- Tang N, Li D, Wang X, Sun Z. Abnormal coagulation parameters are associated with poor prognosis in patients with novel coronavirus pneumonia. J Thromb Haemost. 2020 Apr;18(4):844-847.
- Kucher N, Kohler HP, Dornhöfer T, Wallmann D, Lämmle B. Accuracy of D-dimer/fibrinogen ratio to predict pulmonary embolism: a prospective diagnostic study. J Thromb Haemost. 2003 Apr;1(4):708-13
