2226-5988 2686-6749 Клиническая и экспериментальная морфология Clinical and Experimental Morphology ООО "Группа МДВ" 10.31088/CEM2024.13.3.26-33 Нейтрофильные синцитии в периферической крови пациентов с коронавирусной инфекцией (COVID-19) Neutrophil syncytia in the peripheral blood of patients with coronavirus infection (COVID-19) Сомова Лариса Михайловна Сомова Лариса Михайловна Somova Larisa M. l_somova@mail.ru 0000-0003-2023-1503 Абрамова Светлана Алексеевна Абрамова Светлана Алексеевна Abramova Svetlana A. cem.journal@mail.ru 0000-0002-2428-3186 Дробот Елена Игоревна Дробот Елена Игоревна Drobot Elena I. cem.journal@mail.ru 0000-0001-7672-1582 Пустовалов Евгений Владиславович Пустовалов Евгений Владиславович Pustovalov Evgeny V. cem.journal@mail.ru 0000-0003-1036-3975 Ляпун Ирина Николаевна Ляпун Ирина Николаевна Lyapun Irina N. cem.journal@mail.ru 0000-0002-5290-3864 Щелканов Михаил Юрьевич Щелканов Михаил Юрьевич Shchelkanov Mikhail Yu. cem.journal@mail.ru 0000-0001-8610-7623 ФГБНУ Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова Роспотребнадзора, Владивосток, Россия Somov Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Vladivostok, Russia ФГБНУ Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова Роспотребнадзора, Владивосток, Россия; ФГАОУ ВО Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия Somov Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Vladivostok, Russia; Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia ФГБНУ Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова Роспотребнадзора, Владивосток, Россия; ФГАОУ ВО Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия; ФГБУН Национальный научный центр морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН, Владивосток, Россия Somov Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Vladivostok, Russia; Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia; A.V. Zhirmunsky National Scientific Center of Marine Biology, Far Eastern Branch, Vladivostok, Russia 01 09 2024 13 3 26 33 14 03 2024 01 04 2024 25 03 2024

Введение. COVID-19, этиологически связанная с коронавирусом SARS-CoV-2 инфекционная болезнь, проявляется лихорадкой, респираторными симптомами, а также лимфоцитопенией. Механизмы патогенеза COVID-19 остаются в значительной степени неясными. Установлено, что инфицирование вирусом SARS-CoV-2 может приводить к образованию многоядерных синцитиев, которые преобладают в тканях легких и могут нацеливаться на лимфоциты, потенциально способствуя лимфоцитопении. Образование этих структур расценивается как результат фузогенной cпособности шиповидного (спайкового) белка SARS-CoV-2. Целью настоящей работы было исследование морфологии и патогенетического значения межклеточных взаимодействий лейкоцитов периферической крови у пациентов с коронавирусной инфекцией, вызванной SARS-CoV-2. Материалы и методы. Исследована кровь 30 пациентов, инфицированных SARS-CoV-2, находившихся на лечении в 2021–2022 годах в краевой клинической больнице № 2 Владивостока. Диагноз «коронавирусная инфекция» (COVID-19) был подтвержден с помощью ПЦР-теста. Фиксированные в OsO4 образцы лейкоконцентрата периферической крови были залиты в эпоксидную смолу White Resin с последующим приготовлением ультратонких срезов. Результаты. Настоящее исследование показало, что на фоне морфологической аномалии лейкоцитов, выявленной нами ранее, в периферической крови пациентов с COVID-19 формируются нейтрофильные синцитии, состоящие из клеток, соединенных между собой цитоплазматическими мостиками. Прослежены три этапа формирования нейтрофильного синцития: на первом этапе наблюдается сближение клеток друг с другом с образованием крупных выростов, участвующих в процессе стыковки клеток; на втором этапе выявлено образование синаптической связи между клетками (щелевой контакт); на третьем этапе происходило полное слияние наружных мембран клеток с образованием синцития. Заключение. Анализ полученных результатов позволяет высказать предположение, что выявленное нами формирование нейтрофильных синцитиев в периферической крови пациентов с COVID-19 создает условия для гематогенной диссеминации SARS-CoV-2 и вирусемии с генерализацией инфекции и развитием полиорганной патологии.

Introduction. COVID-19, an infectious disease etiologically related to the coronavirus SARS-CoV-2, manifests with fever, respiratory symptoms, and lymphocytopenia. Pathogenic mechanisms of COVID-19 remain largely unclear. SARS-CoV-2 infection was found to cause the formation of multinucleated syncytia, which dominate in lung tissues and can target lymphocytes, potentially contributing to lymphocytopenia. The formation of these structures is considered to be the result of the fusogenic ability of the SARS-CoV-2 spike-like protein. The aim was to study the morphology and pathogenic significance of intercellular interactions of peripheral blood leukocytes in patients with coronavirus infection caused by SARS-CoV-2. Materials and methods. We studied blood samples of 30 patients infected with the SARS-CoV-2 virus, who underwent treatment in the Regional Clinical Hospital No. 2, Vladivostok, in 2021–2022. The COVID-19 diagnosis was confirmed using a PCR test. Peripheral blood buffy coat samples fixed in OsO4 were embedded in white resin epoxy (Sigma-Aldrich, USA), and then ultrathin sections were prepared. Results. Against the background of the morphological leukocyte abnormality, in the peripheral blood of patients with COVID-19, neutrophilic syncytia were formed. These syncytia consisted of cells interconnected by cytoplasmic bridges. We distinguished three stages of the neutrophilic syncytium formation, at the first one, cells approaching each other and forming large outgrowths involved in cell docking. The second one was characterized by the formation of a synaptic connection between cells (split contact). At the last stage, outer cell membranes fused completely and the syncytium formed. Conclusion. Based on our analysis we assume that the formation of neutrophil syncytia in the peripheral blood of patients with COVID-19 creates conditions for hematogenous dissemination of SARS-CoV-2 and viremia, generalization of infection and the development of multiorgan pathology.

 Ключевые слова кровь лейкоциты нейтрофильные синцитии морфология COVID-19 коронавирус SARS-CoV-2 Keywords blood leukocytes neutrophil syncytia morphology COVID-19 coronavirus SARS-CoV-2 Исследование выполнено в рамках государственного задания Научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии им. Г.П. Сомова Роспотребнадзора (№ 141-00089-21-02) при поддержке гранта РФФИ № 20-04-60212 «Комплексный эколого-вирусологический мониторинг коронавирусов в экосистемах Дальнего Востока». The study was carried out within the framework of State Assignment to Somov Research Institute of Epidemiology and Microbiology (No. 141-00089-21-02) and was supported by the RFBR Project No. 20-04-60212 “Integrated ecological and virological monitoring of coronaviruses in the ecosystems of the Far East”. Zhou P, Yang XL, Wang XG, Hu B, Zhang L, Zhang W et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020;579(7798):270–3. DOI: 10.1038/s41586-020-2012-7. Wu F, Zhao S, Yu B, Chen YM, Wang W, Song ZG et al. A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature. 2020;579(7798):265–9. DOI: 10.1038/s41586-020-2008-3. Щелканов М.Ю. Этиология COVID‑19. В кн.: О.А. Бургасова, В.В. Никифоров (ред.). COVID‑19: от этиологии до вакцинопрофилактики: Руководство для врачей. Москва: ГЭОТАР‑Медиа, 2023. С. 11–53. DOI: 10.33029/9704-7967-4-COV-2023-1-288. Shchelkanov MYu. Etiology of COVID‑19. In: O.A. Burgasova, V.V. Nikiforov (eds.). COVID‑19: from etiology to vaccine prevention: Guide for doctors. Moscow: GEOTAR‑Media, 2023. P. 11–53 (In Russ.). DOI: 10.33029/9704-7967-4-COV-2023-1-288. Guan WJ, Ni ZY, Hu Y, Liang WH, Ou CQ, He JX et al. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 in China. N Engl J Med. 2020;382(18):1708–20. DOI: 10.1056/NEJMoa2002032. Zhang Z, Zheng Y, Niu Z, Zhang B, Wang C, Yao X et al. SARS‑CoV‑2 spike protein dictates syncytium‑mediated lymphocyte elimination. Cell Death Differ. 2021;28(9):2765–77. DOI: 10.1038/s41418-021-00782-3. Braga L, Ali H, Secco I, Chiavacci E, Neves G, Goldhill D et al. Drugs that inhibit TMEM16 proteins block SARS‑CoV‑2 spike‑induced syncytia. Nature. 2021;594(7861):88–93. DOI: 10.1038/s41586-021-03491-6. Buchrieser J, Dufloo J, Hubert M, Monel B, Planas D, Rajah MM et al. Syncytia formation by SARS‑CoV‑2‑infected cells. EMBO J. 2020;39(23):e106267. DOI: 10.15252/embj.2020106267. Jiang X, Zhang Z, Wang C, Ren H, Gao L, Peng H et al. Bimodular effects of D614G mutation on the spike glycoprotein of SARS‑CoV‑2 enhance protein processing, membrane fusion, and viral infectivity. Signal Transduct Target Ther. 2020;5(1):268. DOI: 10.1038/s41392-020-00392-4. World Medical Association. World Medical Association Declaration of Helsinki. Ethical principles for medical research involving human subjects. Bull World Health Organ. 2001;79(4):373–4. PMID: 11357217. Сомова Л.М., Дробот Е.И., Пустовалов Е.В., Абрамова С.А., Плехова Н.Г., Симакова А.И. и др. Морфология лейкоцитов периферической крови у пациентов с новой коронавирусной инфекцией (COVID‑19). Клиническая и экспериментальная морфология. 2023;12(3):41–49. DOI: 10.31088/CEM2023.12.3.41-49. Somova LM, Drobot EI, Pustovalov EV, Abramova SA, Plekhova NG, Simakova AI et al. Morphology of peripheral blood leukocytes in patients with new coronavirus infection (COVID‑19). Clinical and experimental morphology. 2023;12(3):41–49 (In Russ.). DOI: 10.31088/CEM2023.12.3.41-49. Huang H, Chen Z, Sun Q. Mammalian cell competitions, cell‑in‑cell phenomena and their biomedical implications. Curr Mol Med. 2015;15(9):852–60. DOI: 10.2174/1566524015666151026101101. Sun Q, Chen W. Cell‑in‑cell: an emerging player in COVID‑19 and immune disorders. Natl Sci Open. 2022;1(1):20220001. DOI: 10.1360/nso/20220001. Overholtzer M, Brugge JS. The cell biology of cell‑in‑cell structures. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008;9(10):796–809. DOI: 10.1038/nrm2504. Wang X. Cell‑in‑cell phenomenon: a new paradigm in life sciences. Curr Mol Med. 2015;15(9):810–8. DOI: 10.2174/1566524015666151026095730. Overholtzer M, Mailleux AA, Mouneimne G, Normand G, Schnitt SJ, King RW et al. A nonapoptotic cell death process, entosis, that occurs by cell‑in‑cell invasion. Cell. 2007;131(5):966–79. DOI: 10.1016/j.cell.2007.10.040. Wang S, Guo Z, Xia P, Liu T, Wang J, Li S et al. Internalization of NK cells into tumor cells requires ezrin and leads to programmed cell‑in‑cell death. Cell Res. 2009;19(12):1350–62. DOI: 10.1038/cr.2009.114. Kroemer G, Galluzzi L, Vandenabeele P, Abrams J, Alnemri ES, Baehrecke EH et al. Classification of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2009. Cell Death Differ. 2009;16(1):3–11. DOI: 10.1038/cdd.2008.150. Ni C, Chen Y, Zeng M, Pei R, Du Y, Tang L et al. In‑cell infection: a novel pathway for Epstein‑Barr virus infection mediated by cell‑in‑cell structures. Cell Res. 2015;25(7):785–800. DOI: 10.1038/cr.2015.50. Ni C, Huang L, Chen Y, He M, Hu Y, Liu S et al. Implication of cell‑in‑cell structures in the transmission of HIV virus to epithelial cells. Cell Res. 2015;25(11):1265–8. DOI: 10.1038/cr.2015.119. Chen YH, Wang S, He MF, Wang Y, Zhao H, Zhu HY et al. Prevalence of heterotypic tumor/immune cell‑in‑cell structure in vitro and in vivo leading to formation of aneuploidy. PLoS One. 2013;8(3):e59418. DOI: 10.1371/journal.pone.0059418. Зайратьянц О.В., Самсонова М.В., Михалева Л.М., Черняев А.Л., Мишнев О.Д., Крупнов Н.М. и др. Патологическая анатомия COVID‑19: Атлас / Под ред. О.В. Зайратьянца. Москва: ГБУ НИИОЗММ ДЗМ, 2020. 140 с. Zayratyants OV, Samsonova MV, Mikhaleva LM, Chernyaev AL, Mishnev OD, Krupnov NM et al. COVID‑19 anatomical pathology: Atlas / Ed. by O.V. Zayratyants. Moscow: GBU NIIOZMM (Research Institute of Health Organization and Medical Management of the Moscow Department of Health), 2020. 140 p. (In Russ.). Zheng Y, Zhou LL, Su Y, Sun Q. Cell fusion in the pathogenesis of COVID‑19. Mil Med Res. 2021;8(1):68. DOI: 10.1186/s40779-021-00348-x. Zeng C, Evans JP, King T, Zheng YM, Oltz EM, Whelan SPJ et al. SARS‑CoV‑2 spreads through cell‑to‑cell transmission. Proc Natl Acad Sci USA. 2021;119(1):e2111400119. DOI: 10.1073/pnas.2111400119. Zhong P, Agosto LM, Munro JB, Mothes W. Cell‑to‑cell transmission of viruses. Curr Opin Virol. 2013;3(1):44–50. DOI: 10.1016/j.coviro.2012.11.004. Mothes W, Sherer NM, Jin J, Zhong P. Virus cell‑to‑cell transmission. J Virol. 2010;84(17):8360–8. DOI: 10.1128/JVI.00443-10. Brimacombe CL, Grove J, Meredith LW, Hu K, Syder AJ, Flores MV et al. Neutralizing antibody‑resistant hepatitis C virus cell‑to‑cell transmission. J Virol. 2011;85(1):596–605. DOI: 10.1128/JVI.01592-10. Li H, Zony C, Chen P, Chen BK. Reduced potency and incomplete neutralization of broadly neutralizing antibodies against cell‑to‑cell transmission of HIV‑1 with transmitted founder Envs. J Virol. 2017;91(9):e02425–16. DOI: 10.1128/JVI.02425-16. Miao C, Li M, Zheng YM, Cohen FS, Liu SL. Cell‑cell contact promotes Ebola virus GP‑mediated infection. Virology. 2016;488:202–15. DOI: 10.1016/j.virol.2015.11.019. Harrison AG, Lin T, Wang P. Mechanisms of SARS‑CoV‑2 transmission and pathogenesis. Trends Immunol. 2020;41(12):1100–15. DOI: 10.1016/j.it.2020.10.004. Zhong P, Agosto LM, Ilinskaya A, Dorjbal B, Truong R, Derse D et al. Cell‑to‑cell transmission can overcome multiple donor and target cell barriers imposed on cell‑free HIV. PLoS One. 2013;8(1):e53138. DOI: 10.1371/journal.pone.0053138. Peiris JS, Chu CM, Cheng VC, Chan KS, Hung IF, Poon LL et al. Clinical progression and viral load in a community outbreak of coronavirus‑associated SARS pneumonia: a prospective study. Lancet. 2003;361(9371):1767–72. DOI: 10.1016/s0140-6736(03)13412-5. Jia HP, Look DC, Shi L, Hickey M, Pewe L, Netland J et al. ACE2 receptor expression and severe acute respiratory syndrome coronavirus infection depend on differentiation of human airway epithelia. J Virol. 2005;79(23):14614–21. DOI: 10.1128/JVI.79.23.14614-14621.2005. Kuba K, Imai Y, Rao S, Gao H, Guo F, Guan B et al. A crucial role of angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) in SARS coronavirus‑induced lung injury. Nat Med. 2005;11(8):875–9. DOI: 10.1038/nm1267. Ziegler CGK, Allon SJ, Nyquist SK, Mbano IM, Miao VN, Tzouanas CN et al. SARS‑CoV‑2 receptor ACE2 is an interferon‑stimulated gene in human airway epithelial cells and is detected in specific cell subsets across tissues. Cell. 2020;181(5):1016–35.e19. DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.035. Wang D, Hu B, Hu C, Zhu F, Liu X, Zhang J et al. Clinical characteristics of 138 hospitalized patients with 2019 novel coronavirus‑infected pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020;323(11):1061–9. DOI: 10.1001/jama.2020.1585. Varga Z, Flammer AJ, Steiger P, Haberecker M, Andermatt R, Zinkernagel AS et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID‑19. Lancet. 2020;395(10234):1417–8. DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30937-5. Li H, Liu L, Zhang D, Xu J, Dai H, Tang N et al. SARS‑CoV‑2 and viral sepsis: observations and hypotheses. Lancet. 2020;395(10235):1517–20. DOI: 10.1016/S0140-6736(20)30920-X. Beltrán‑García J, Osca‑Verdegal R, Pallardó FV, Ferreres J, Rodríguez M, Mulet S et al. Sepsis and coronavirus disease 2019: common features and anti‑inflammatory therapeutic approaches. Crit Care Med. 2020;48(12):1841–4. DOI: 10.1097/CCM.0000000000004625. Karakike E, Giamarellos‑Bourboulis EJ, Kyprianou M, Fleischmann‑Struzek C, Pletz MW, Netea MG et al. Coronavirus disease 2019 as cause of viral sepsis: a systematic review and meta‑analysis. Crit Care Med. 2021;49(12):2042–57. DOI: 10.1097/CCM.0000000000005195.