Введение

В марте 2020 г. Всемирная организация здравоохранения объявила COVID-19 — заболевание, связанное с новой коронавирусной инфекцией (SARS-CoV-2), пандемией. Медицинское сообщество оказалось перед лицом новой инфекции, о клинических проявлениях, течении, прогрессировании которой не было никакой информации, как и критериев оценки изменения состояния пациента. С тех пор накоплено достаточно много информации о клинических и лабораторных предикторах прогрессирования COVID-19. Определение доступных лабораторных параметров, способных выявлять пациентов с высоким риском развития тяжелых форм заболевания, а также случаи с высоким или низким риском смертности, является важным для клинической практики, позволяя выполнить целенаправленное вмешательство и оптимизировать распределение ограниченных человеческих и технических ресурсов в условиях продолжающейся пандемии.

Одной из основных причин неблагоприятного исхода при COVID-19 является цитокиновый шторм, который характеризуется чрезмерным и неконтролируемым высвобождением провоспалительных цитокинов [1, 2]. Воспалительные цитокины, высвобождаемые макрофагами (IL-6, IL-10 и TNF-α), резко возрастают у пациентов с тяжелым течением заболевания и приводят к поражению легких и других органов [3, 4].

По результатам ретроспективных исследований, еще в Ухане (Китай) были определены некоторые лабораторные маркеры, ассоциированные с системным воспалительным ответом, указывающие на тяжелое течение заболевания или высокий риск смерти: C-реактивный белок (СРБ), сывороточный ферритин (СФ), D-димер, IL-6 [5].

Ферритин — белок, в составе которого железо депонируется в тканях, преимущественно в печени, селезенке, костном мозге. СФ, определяемый в лаборатории, в депонировании железа не участвует, но является довольно чувствительным и специфичным маркером запасов железа в организме [6]. Однако клиническое значение СФ выходит за рамки диагностики железодефицитных состояний, различных форм гемохроматозов и перегрузки железом, поскольку он является белком острой фазы, т.е. его уровень в крови повышается при любом воспалительном и инфекционном процессе [7].

Цель обзора — обобщить данные по диагностической и прогностической значимости ферритина в оценке течения COVID-19.

Механизмы повышения сывороточного ферритина при воспалении

СФ известен как маркер острого и хронического воспаления, который повышается при множестве воспалительных состояний, включая ревматоидный артрит, системные заболевания соединительной ткани, хроническую болезнь почек, острые инфекции и т.д. [8—10]. Повышение СФ описано для многих вирусных инфекций (вирус Эпштейна—Барр, гепатиты B и C) и может быть маркером вирусной репликации [11—13]. Наиболее заметное повышение уровня циркулирующего ферритина наблюдается у пациентов, страдающих лихорадкой Денге, со средним уровнем ферритина в плазме до 1264 мкг/л [14].

Общие механизмы повышения уровня СФ на фоне воспаления описаны довольно подробно. Это происходит под воздействием провоспалительных цитокинов, основными из которых являются IL-1 и IL-6, и направлено оно в первую очередь на снижение повреждения собственных клеток иммунной системы ионами железа и снижение его биодоступности для микроорганизмов [15]. Для этого необходимо усилить захват ионов металла клетками ретикулоэндотелиальной системы и повысить синтез внутриклеточного ферритина. Ферритин состоит из 2 субъединиц: H и L. L-ферритин преобладает в сыворотке и в основном участвует в хранении железа [16]. В некоторых исследованиях было показано, что от провоспалительных стимулов зависит экспрессия именно субъединиц H, которые захватывают железо быстрее, чем более стабильный L-ферритин (ферритин-депо) [17]. Кроме того, именно H-субъединицы по той же причине обеспечивают защиту клеток от свободных радикалов [18]. Клетка способна регулировать количество содержащегося в ней H-ферритина путем его секреции в плазму, избавляясь от его излишков, ведущих к избыточному захвату железа. Исходя из этих данных становится ясно, что при воспалении в плазме увеличивается содержание именно H-ферритина, в то время как в норме ферритин плазмы богат L-субъединицами [19]. Возможно, это является одной из причин повышения СФ во время ответа острой фазы, однако этот вопрос требует дальнейшего изучения. Важно также отметить, что значительная часть СФ поступает из макрофагов [20].

Также СФ представляет особый интерес в качестве маркера гипервоспалительной реакции, при которой его уровень в крови резко возрастает (до тысяч и десятков тысяч нг/мл). Такой реакцией характеризуются «гиперферритинемические синдромы», включающие следующие клинические состояния: синдром активации макрофагов (гемофагоцитарный синдром, ГФС, MAS), болезнь Стилла взрослых (AOSD), катастрофический антифосфолипидный синдром (CAPS) и септический шок. Все эти состояния характеризуются высоким уровнем СФ и опасным для жизни гипервоспалением вследствие высокой продукции цитокинов, которое в конечном итоге приводит к полиорганной недостаточности [21]. При синдроме активации макрофагов, в частности, развивается жизнеугрожающее состояние, вызванное неконтролируемой активацией и пролифирацией морфологически доброкачественных лимфоцитов (CD 8+) и макрофагов (CD 163+), секретирующих избыток цитокинов (цитокиновый шторм), что, в конце концов, приводит к полиорганной недостаточности и смерти [22]. Такой массивный иммунный ответ развивается за счет неспособности T-лимфоцитов проявлять свою цитотоксичность, что приводит к их гиперактивации и, как результат, к избыточной секреции провоспалительных цитокинов (IFN-γ, IL-1β, IL-6, IL-18, TNF-α, sIL-2Rα, CXCL9, CXCL10 и CXCL11), которые в свою очередь активируют моноцитарно-макрофагальное звено иммунной системы, которое вновь стимулирует пролиферацию T-клеток [23]. При этом причины исходной активации T-лимфоцитов могут быть различными. Многие пациенты, страдающие MAS, также обладают активированными, но дисфункциональными NK-клетками [24]. Важно, что в то время как лимфоциты здорового человека отреагируют на данный стимул адекватно, лимфоциты человека, способного потенциально развить MAS, окажутся несостоятельными. Чем больше эта несостоятельность, тем более слабый триггер способен запустить патологическую реакцию, тем раньше MAS проявится у данного индивидуума [25, 26].

Синдром активации макрофагов встречается у пациентов с инфекциями, злокачественными новообразованиями и некоторыми ревматологическими заболеваниями, такими как системный ювенильный идиопатический артрит [27]. Поскольку тяжелая форма COVID-19 имеет несколько общих клинических и лабораторных особенностей с этим заболеванием (цитокиновый профиль, лимфопения, снижение количества и активности NK, аномальные функциональные тесты печени, коагулопатия и, конечно же, гиперферритинемия), то в настоящее время ее принято определять как MAS-подобный синдром и относить к группе гиперферритинемических синдромов [28, 29].

Причины повышения сывороточного ферритина при COVID-19

Во многих исследованиях пациентов с COVID-19 сообщалось о высоких уровнях сывороточных цитокинов (IL-6 и IL-10) при тяжелом течении заболевания, а также о наиболее высоких значения СФ и IL-6 у невыживших по сравнению с выписанными пациентами на протяжении всего периода госпитализации, с увеличением по мере ухудшения состояния пациентов [30, 31]. T. Liu и соавт. сообщили, что когда пациенты выздоравливают, концентрация СФ и IL-6 снижается [32]. По данным крупного метаанализа, включавшего 21 исследование с участием 3377 пациентов и 33 лабораторных параметров, в котором сравнивались пациенты с тяжелым и нетяжелым течением COVID-19, а также выжившие и невыжившие после болезни, повышение СФ вместе с IL-6 и IL-10 было определено как маркер более тяжелого течения заболевания и рекомендовано к определению при поступлении пациентов в стационар и в динамике [33].

Однако было не совсем понятно, что именно является источником повышенной концентрации СФ и потенциальная роль этого белка во время воспаления при COVID-19. Во время цитокинового шторма быстро продуцируются многие воспалительные цитокины, в том числе IL-6, TNF-α, IL-1β, IL-12 и IFN-γ, которые стимулируют гепатоциты, Купферовы клетки и макрофаги [34]. Очевидно, что макрофаги, вырабатывающие цитокины и отвечающие за большинство иммунных клеток в паренхиме легких, могут быть также ответственны за секрецию СФ [21]. Неконтролируемый и дисфункциональный иммунный ответ, связанный с активацией макрофагов, гиперферритинемическим синдромом, а также тромбоэмболическим синдромом, в конечном итоге приводит к множественному повреждению органов [2]. Поскольку ферритин может активно секретироваться в очаге инфекции, он, вероятно, играет самостоятельную роль в патогенезе воспаления, а не просто является его следствием как положительный острофазный белок. Накопленные данные позволяют говорить о ферритине как сигнальной молекуле и медиаторе иммунной системы, так как не только цитокины могут индуцировать экспрессию ферритина сыворотки, но и сам ферритин может индуцировать экспрессию про- и противовоспалительных цитокинов (через активацию макрофагов H-субъединицами) [21]. Этот факт подтверждает мнение о патогенной роли ферритина во время воспаления [7].

Помимо активной секреции во время воспалительной реакции, повышение уровня СФ может возникать также в результате гибели клеток, в частности клеток печени. После выхода из гепатоцитов ферритин высвобождает часть железа, что приводит к чрезвычайно высоким уровням «свободного железа» в сыворотке крови [35]. Похоже, что избыток циркулирующего «свободного железа», обнаруживаемый при тяжелом воспалении, может ухудшить воспалительную реакцию за счет влияния свободных радикалов, в частности на эритроциты и фибрин, приводя к коагулопатиям [35, 36]. В некоторых исследованиях было показано, что хелатирование железа может ослаблять воспалительный процесс [37].

Рисунок описывает роль ферритина во время инфекции COVID-19.

Роль ферритина при тяжелом течении COVID-19 (адаптировано из V. Mariappan и соавт. Potential biomarkers for the early prediction of SARS-CoV-2 disease outcome. Microbial Pathogenesis, 2021. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2021.105057)

Рисунок адаптирован и включен в статью на следующих правах: Since January 2020 Elsevier has created a COVID-19 resource centre with free information in English and Mandarin on the novel coronavirus COVID-19. The COVID-19 resource centre is hosted on Elsevier Connect, the company’s public news and information website. Elsevier hereby grants permission to make all its COVID-19-related research that is available on the COVID-19 resource centre — including this research content — immediately available in PubMed Central and other publicly funded repositories, such as the WHO COVID database with rights for unrestricted research re-use and analyses in any form or by any means with acknowledgement of the original source. These permissions are granted for free by Elsevier for as long as the COVID-19 resource centre remains active.

Ферритин сыворотки как маркер тяжести течения COVID-19

Мы проанализировали имеющиеся в доступе (PubMed, EMBASE, CNKI, Web of Science) исследования, обзоры и метаанализы, где фигурирует определение СФ при COVID-19.

Одни из первых результатов клинической оценки пациентов с COVID-19, опубликованные F. Zhou и соавт., показали, что вероятность смерти в больнице была выше среди пациентов с уровнем СФ >300 нг/мл по сравнению с пациентами с СФ ≤299 нг/мл (отношение шансов составляло 9,10 (95% ДИ 2,04; 40,58, p=0,0038). Действительно, уровни СФ были повышены у невыживших (1435,3 [IQR 728,9—2000] нг/мл) по сравнению с выжившими (503,2 [IQR 264,0—921,5] нг/мл, p<0,0001) на протяжении всего периода госпитализации и повышались с ухудшением состояния [5].

Аналогичные результаты были получены X. Li и соавт., которые показали, что повышение уровня СФ >500 нг/мл в целом встречалось у 67,4% пациентов с коронавирусной инфекцией, при этом в группе погибших пациентов — значительно чаще по сравнению с выжившими (81,7% против 67,4%, p<0,001) [38].

Один из крупных метаанализов, проведенный L. Cheng и соавт., включал в общей сложности 52 исследования (10 614 пациентов), посвященных изучению связи уровня СФ с неблагоприятным исходом COVID-19. В этом метаанализе были обнаружены более высокие уровни ферритина в группах пациентов с тяжелым течением коронавирусной инфекции по сравнению с уровнями у менее тяжелых пациентов [WMD 397,77 (95% ДИ 306,51—489,02) нг/мл, p<0,0001; WMD — взвешенная разница средних]. Концентрация СФ увеличивалась у пациентов с высоким риском летального исхода [WMD 677,17 (95% ДИ 391,01—963,33) нг/мл, p<0,0001], а его снижение указывало на снижение воспаления, что способствовало выживанию. Метаанализ также показал, что пациенты с COVID-19, имеющие одно или несколько сопутствующих заболеваний (сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания, ревматоидный артрит и т.д.), имели значительно более высокий уровень СФ по сравнению с пациентами без сопутствующей патологии [WMD 670,87 (95% ДИ 262,32—1079,41) нг/мл], что свидетельствовало о плохом прогнозе у пациентов с сопутствующими заболеваниями [39].

В другом обзоре, включавшем 8 исследований и 1234 пациента, в группе пациентов с нетяжелым течением COVID-19 концентрация СФ в среднем была на уровне 155—525 нг/мл, в то время как у пациентов с тяжелым течением — >800 нг/мл. Было показано, что у погибших пациентов уровень СФ при поступлении составил около 1400 нг/мл, что в среднем в 3—4 раза выше, чем у выживших. Также сообщалось о высоких уровнях сывороточных цитокинов (IL-6) у пациентов с тяжелым течением и невыживших [40]. В этих исследованиях концентрация СФ измерялась только на момент поступления пациентов в стационар.

В исследовании G. Dimopoulos и соавт. у 8 пациентов с тяжелой формой COVID-19 был диагностирован вторичный гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз (sHLH) на основании шкалы гемофагоцитоза (HScore), которая включает 9 пунктов, в том числе СФ. Все пациенты, у которых наблюдалось клиническое ухудшение, включая повышенный уровень СФ (максимальная концентрация 12 670 нг/мл), получали лечение анакинрой (рекомбинантный антагонист рецептора IL-1), которое приводило к улучшению их состояния, снижению показателей HScore и параметров sHLH, включая СФ [41]. Эти данные были подтверждены в метаанализе, посвященном использованию анакинры у пациентов с тяжелой формой COVID-19 [42].

Y. Meng и соавт. впервые исследовали уровни СФ и других маркеров воспаления у пациентов с COVID-19 и онкологией, которые показали значительно более высокий уровень СФ у них по сравнению с таким же течением без онкологии [43].

Многие исследования также показали, что уровни ферритина сыворотки у пациентов с COVID-19 с тромботическими осложнениями были выше, чем у пациентов без них, что свидетельствует о состоянии гипервоспаления у пациентов с тромбозом [44, 45].

По данным еще одного крупного метаанализа, проведенного B. Henry и соавт. с целью выявить гематологические, биохимические и иммунологические биомаркеры, связанные с тяжелым течением или летальными исходами COVID-19, в группе невыживших пациентов наблюдалось значительное увеличение IL-6 и СФ по сравнению с выжившими (WMD: 4,6 пг/мл и 760,2 нг/мл соответственно), а также при тяжелом течении по сравнению с нетяжелой формой (WMD: 1,7 пг/мл и 408,3 нг/мл соответственно). Авторы предлагают использовать оба параметра для мониторинга прогноза у пациентов с COVID-19 в течение курса госпитализации. Увеличение IL-6, СФ и СРБ указывает на развитие синдрома системного воспалительного ответа (SIRS) у пациентов с тяжелой формой заболевания [33].

Основываясь на опубликованных на этот момент данных, уровни СФ выше 500 нг/мл можно рассматривать как пороговое значение для выявления случаев тяжелого течения коронавирусной инфекции [46].

Необходимо понимать, что все метаанализы и тем более исследования могут иметь некоторые ограничения. В первую очередь неоднородность по полу, возрасту, времени и методам измерения ферритина, диагностическим критериям из-за постоянных обновлений рекомендаций. Эти ограничения следует учитывать в определении дискриминационных значений СФ для выбора тактики ведения пациентов. Однако несомненным является тот факт, что определение данного маркера должно быть доступным во всех лечебных учреждениях, работающих с COVID-19, и проводиться в динамике, что находит свое подтверждение и во Временных методических рекомендациях Минздрава России по профилактике, диагностике и лечению новой коронавирусной инфекции [47].

Заключение

Проведенный анализ данных литературы показал, что ферритин сыворотки является важнейшим маркером воспаления, а также предиктором гипервоспалительной реакции при COVID-19, которая имеет корреляцию со степенью тяжести течения заболевания и могут быть сигналом неблагоприятного исхода.

Публикация была выполнена в рамках государственного задания Минздрава России (номер ЕГИСУ: 121031100286-1).

Авторы подтверждают, что статья или ее части ранее не были опубликованы.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.