Исследователи выяснили, почему вакцины с мРНК COVID-19 могут иногда вызывать воспаление сердца.
Ученые выяснили, почему вакцины с мРНК COVID-19 могут иногда вызывать воспаление сердца: сверхактивный иммунный ответ, который на короткое время превращает защитные сигналы в разрушительные. Автор: Shutterstock
Исследователи из Стэнфордского медицинского университета определили биологические этапы, которые объясняют, как вакцины против COVID-19 на основе мРНК могут в редких случаях приводить к воспалению сердца у некоторых подростков и молодых взрослых мужчин. Их работа также указывает на потенциальную стратегию снижения этого риска.
Объединив современные лабораторные методы с ранее опубликованными данными о вакцинированных людях, команда обнаружила двухэтапный иммунный ответ. В ходе этого процесса вакцина активирует один тип иммунных клеток, который затем стимулирует другой. В совокупности эти иммунные реакции приводят к воспалению, которое может повреждать клетки сердечной мышцы и вызывать дополнительные воспалительные эффекты.
Вакцины остаются в высшей степени безопасными и эффективными
По словам Джозефа Ву, доктора медицинских наук, директора Стэнфордского института сердечно-сосудистых заболеваний, эти результаты были получены, несмотря на то, что вакцины против мРНК COVID-19 вводились миллиарды раз по всему миру и продолжают демонстрировать отличную безопасность.
«Вакцины на основе мРНК проделали огромную работу по смягчению последствий пандемии COVID», — сказал Ву, Саймон Х. Штертцер, доктор медицинских наук, профессор медицины и радиологии. «Без этих вакцин больше людей заболело бы, у большего числа людей были бы тяжелые последствия, и еще больше людей умерло бы».
Вакцины на основе мРНК считаются важным достижением, поскольку их можно быстро разрабатывать, корректировать по мере изменения вирусов и адаптировать для борьбы с самыми разными патогенами. Тем не менее, как и при любом медицинском вмешательстве, реакции не у всех одинаковы.
Что такое вакциноассоциированный миокардит
Одним из редких, но документально подтвержденных побочных эффектов вакцин против COVID-19 с использованием мРНК является миокардит, который относится к воспалению сердечной мышцы. Симптомы могут включать боль в груди, одышку, лихорадку и учащенное сердцебиение. Эти симптомы возникают без вирусной инфекции и обычно проявляются в течение одного-трех дней после вакцинации.
У большинства пострадавших людей в крови повышается уровень сердечного тропонина, который является широко распространенным признаком повреждения сердечной мышцы. (Сердечный тропонин обычно содержится исключительно в сердечной мышце. Обнаруженный в крови, он указывает на повреждение клеток сердечной мышцы.)
Это заболевание возникает примерно у одного из каждых 140 000 человек после первой дозы вакцины и увеличивается примерно до одного из 32 000 после второй дозы. Показатели наиболее высоки среди мужчин в возрасте 30 лет и моложе, где заболевает примерно один из 16 750 реципиентов вакцины.
Результаты, как правило, легкие и временные
Ву подчеркнул, что большинство случаев миокардита, связанных с вакцинацией, быстро проходят, а функция сердца либо полностью сохраняется, либо восстанавливается.
«Это не сердечный приступ в традиционном смысле этого слова», — сказал он. «Нет закупорки кровеносных сосудов, которая наблюдается при большинстве распространенных сердечных приступов. Когда симптомы незначительны и воспаление не вызвало структурных повреждений сердца, мы просто наблюдаем за этими пациентами, чтобы убедиться, что они выздоравливают».
Однако в редких случаях сильное воспаление может привести к серьезным травмам, что может привести к госпитализации, интенсивной терапии или смерти.
«Но COVID — это еще хуже», — сказал Ву. Он отметил, что инфекция COVID-19 примерно в 10 раз чаще вызывает миокардит, чем вакцина против COVID-19 на основе мРНК, в дополнение ко многим другим рискам, связанным с этим заболеванием.
Более пристальный взгляд на иммунный ответ
Ву является старшим автором исследования, опубликованного 10 декабря в журнале Science Translational Medicine, вместе с Масатакой Нишигой, доктором медицинских наук, бывшим аспирантом Стэнфорда, ныне работающим в Университете штата Огайо. Ведущим автором исследования является Сюй Цао, доктор философии, также аспирант Стэнфордского университета.
«Ученые-медики прекрасно понимают, что COVID сам по себе может вызывать миокардит», — сказал Ву. «В меньшей степени это могут сделать вакцины с мРНК. Вопрос в том, почему?»
Выявлены подозреваемые
Чтобы ответить на этот вопрос, команда проанализировала образцы крови вакцинированных людей, в том числе тех, у кого развился миокардит. Когда они сравнили эти образцы с образцами крови людей, у которых не развилось воспаление сердца, выделились два белка.
«Были обнаружены два белка, названные CXCL10 и IFN-гамма. Мы считаем, что эти два белка являются основными факторами, вызывающими миокардит», — сказал Ву.
И CXCL10, и IFN-гамма являются цитокинами, сигнальными молекулами, которые иммунные клетки используют для связи и координации своей активности.
Как иммунные клетки взаимодействуют после вакцинации
Исследователи вырастили иммунные клетки человека, называемые макрофагами, в лабораторных условиях и подвергли их воздействию вакцин с мРНК. Макрофаги действуют как ранние звенья иммунной защиты.
После облучения макрофаги выделяли множество цитокинов, особенно высокий уровень CXCL10. Их поведение полностью соответствовало иммунным реакциям, ранее зафиксированным у вакцинированных людей.
Когда в систему были добавлены Т-клетки, либо непосредственно, либо путем воздействия на них жидкости из культур макрофагов, Т-клетки начали вырабатывать большое количество IFN-гамма. Напротив, у Т-клеток, подвергшихся воздействию только вакцины, этого всплеска не наблюдалось. Эти результаты показали, что макрофаги в основном продуцируют CXCL10, в то время как Т-клетки являются основным источником IFN-гамма после вакцинации.
Как цитокины влияют на сердце
Чтобы определить, наносят ли эти цитокины непосредственный вред сердцу, команда вакцинировала молодых мышей-самцов и наблюдала повышение уровня сердечного тропонина, что указывает на повреждение сердечной мышцы.
Они также обнаружили, что иммунные клетки, включая макрофаги и нейтрофилы, проникли в ткани сердца. Нейтрофилы — это короткоживущие иммунные клетки, которые агрессивно реагируют на угрозы и являются основным компонентом гноя. Подобная инфильтрация иммунными клетками наблюдается у людей, у которых развивается миокардит после вакцинации.
Блокирование CXCL10 и IFN-гамма уменьшало количество этих иммунных клеток, попадающих в сердце, и ограничивало повреждение здоровых тканей.
Исследователи также обнаружили повышенный уровень молекул адгезии в кровеносных сосудах сердца. Эти молекулы помогают иммунным клеткам закрепляться на стенках сосудов, облегчая им проникновение в ткани сердца.
В совокупности эти результаты подтвердили, что CXCL10 и IFN-гамма непосредственно способствуют повреждению сердца. Их блокирование в значительной степени сохраняет иммунный ответ на вакцинацию, снижая при этом признаки повреждения сердца.
Тестирование моделей тканей человеческого сердца
Лаборатория Ву специализируется на преобразовании клеток кожи или крови человека в стволовые клетки, которые могут стать клетками сердечной мышцы, иммунными клетками и клетками кровеносных сосудов. Эти клетки могут быть собраны в небольшие группы, имитирующие работу сердца.
Когда эти сердечные сфероиды подверглись воздействию CXCL10 и IFN-гамма, полученных из вакцинированных иммунных клеток, показатели сердечного стресса резко возросли. Использование ингибиторов для блокирования цитокинов уменьшило это повреждение.
Цитокины ухудшали показатели сердечной деятельности, включая силу сокращений и ритм сердцебиения, но улучшали их после того, как блокировали передачу сигналов.
Спасена соя
Ву предположил, что широко распространенное диетическое соединение может помочь защитить сердце. Поскольку миокардит чаще встречается у мужчин, а эстроген обладает противовоспалительным действием, он вновь обратился к генистеину, соединению, полученному из сои, которое его команда изучала ранее.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell в 2022 году, ученые показали, что генистеин обладает противовоспалительными свойствами и может противодействовать повреждению кровеносных сосудов и сердечной ткани, связанному с употреблением марихуаны.
«Генистеин слабо всасывается при пероральном приеме», — сказал Ву. «Еще ни у кого не было передозировки тофу».
Проверяем защитные свойства генистеина
Команда повторила свои эксперименты, предварительно обработав клетки, сердечные сфероиды и мышей (последних перорально вводили в больших количествах) генистеином. Это лечение в значительной степени уменьшило повреждения сердца, вызванные вакцинацией мРНК или комбинацией CXCL10 и IFN-гамма.
Форма генистеина, использованная в исследовании, была более очищенной и концентрированной, чем добавки, обычно продаваемые в магазинах.
«Есть основания полагать, что воспалительная реакция, вызванная мРНК-вакциной, может распространяться на другие органы», — сказал Ву. «Мы и другие ученые наблюдали некоторые признаки этого в легких, печени и почках. Возможно, генистеин также может обратить вспять эти изменения».
Более широкие последствия, помимо вакцин против COVID
Усиление передачи сигналов цитокинов может быть более широкой особенностью вакцин с мРНК. ИФН-гамма, в частности, играет важную роль в защите организма от чужеродных ДНК и РНК, включая вирусный генетический материал.
«Вашему организму необходимы эти цитокины для защиты от вирусов. Он необходим для иммунного ответа, но в больших количествах может стать токсичным», — сказал Ву. Избыток IFN-гамма может привести к симптомам, подобным миокардиту, и разрушению белков сердечной мышцы.
Этот риск не ограничивается только вакцинами против COVID.
«Другие вакцины могут вызывать миокардит и воспалительные процессы, но симптомы, как правило, более выражены», — сказал Ву. «Кроме того, риски, связанные с вакцинами против COVID-19, основанными на мРНК, были предметом пристального внимания общественности и освещались в средствах массовой информации. Если после введения вакцины против COVID у вас появляются боли в груди, вы идете в больницу на обследование, и если уровень тропонина в сыворотке крови положительный, вам ставят диагноз миокардит. Если после прививки от гриппа у вас заболят мышцы или суставы, просто не обращайте на это внимания».
Финансирование и поддержка
Исследование было проведено при поддержке Национального института здравоохранения (гранты R01 HL113006, R01 HL141371, R01 HL141851, R01 HL163680 и R01 HL176822) и Фонда Гуттера-Дженсена.