scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-16-4-60-70scbmt-1219Research ArticleДОКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОМЕДИЦИНЕNON-CLINICAL RESEARCH IN BIOMEDICINEЭффекты тоцилизумаба, антагониста рецептора интерлейкина-6, на экспрессию цитокинов и выживаемость животных в модели фатального острого респираторного дистресс-синдромаEffects of Tocilizumab, an Interleukin-6 Receptor Antagonist, on Cytokine Expression and Animal Survival in a Model of Fatal Acute Respiratory Distress SyndromeКаркищенкоВ. Н.KarkischenkoV. N.

Каркищенко Владислав Николаевич, д.м.н., проф.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, владение 1

Vladislav N. Karkischenko, Dr. Sci. (Med.), Prof.

143442, Moscow region, Krasnogorsk district, Svetlye gory village, building 1

scbmt@yandex.ruПомыткинИ. А.PomytkinI. A.

Помыткин Игорь Анатольевич, к.х.н.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, владение 1

Igor A. Pomytkin, Cand. Sci. (Chem.)

143442, Moscow region, Krasnogorsk district, Svetlye gory village, building 1

ipomytkin@mail.ruПетроваН. В.PetrovaN. V.

Петрова Наталья Владимировна

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, владение 1

Nataliya V. Petrova

143442, Moscow region, Krasnogorsk district, Svetlye gory village, building 1

m-sklad@yandex.ruМаксименкоС. В.MaksimenkoS. V.

Максименко Сергей Васильевич, к.б.н.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, владение 1

Sergey V. Maksimenko, Cand. Sci. (Biol.)

143442, Moscow region, Krasnogorsk district, Svetlye gory village, building 1

vx136@rambler.ruСкрипкинаМ. М.SkripkinaM. M.

Скрипкина Мария Михайловна

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, владение 1

Mariya M. Skripkina

143442, Moscow region, Krasnogorsk district, Svetlye gory village, building 1

skripkina.fmba@gmail.comЛевашоваА. И.LevashovaA. I.

Левашова Анна Игоревна, к.х.н.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, владение 1

Anna I. Levashova, Cand. Sci. (Chem.)

143442, Moscow region, Krasnogorsk district, Svetlye gory village, building 1

annalevashova3@gmail.comДеньгинаС. Е.DenginaS. E.

Деньгина Светлана Евгеньевна

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, владение 1

Svetlana E. Dengina

143442, Moscow region, Krasnogorsk district, Svetlye gory village, building 1

gloria-69@list.ruФГБУН «Научный центр биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства России»РоссияScientific Center of Biomedical Technologies of the Federal Medical and Biological Agency of RussiaRussian Federation2020161020201646070Copyright © Каркищенко В.Н., Помыткин И.А., Петрова Н.В., Максименко С.В., Скрипкина М.М., Левашова А.И., Деньгина С.Е., 20202020Каркищенко В.Н., Помыткин И.А., Петрова Н.В., Максименко С.В., Скрипкина М.М., Левашова А.И., Деньгина С.Е.Karkischenko V.N., Pomytkin I.A., Petrova N.V., Maksimenko S.V., Skripkina M.M., Levashova A.I., Dengina S.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1219

Настоящая работа посвящена изучению эффектов тоцилизумаба, моноклонального антитела к рецепторам интерлейкина-6 (IL-6), на экспрессию цитокинов и выживаемость животных в модели фатального острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), характеризующейся высокой смертностью и повышенной продукцией IL-6 в легких. Экспрессию интерлейкина-1β (IL-1β), интерлейкина-6 (IL-6), фактора некроза опухоли (TNF-α), интерферонов α (IFN-α) и β (IFN-β) в легких оценивали методом ПЦР в реальном времени. Продукцию цитокинов оценивали методом иммуноферментного анализа. Тоцилизумаб не влиял на экспрессию исследованных цитокинов в легких животных с ОРДС, но менял профили их высвобождения в легких. Острое многократное повышение уровней IL-6 в легких наблюдалось в первые два часа после введения тоцилизумаба с последующим их снижением до низких значений, близких к наблюдаемым у интактных животных. Тоцилизумаб не снижал смертность животных с ОРДС по сравнению с нелечеными животными с ОРДС. Таким образом, ингибирование только сигнального пути рецептора IL-6 не обеспечивает эффективного решения проблемы снижения смертности от ОРДС, связанного с развитием «цитокинового шторма».

This study aims to investigate effects of tocilizumab, a monoclonal antibody to interleukin-6 (IL-6) receptors, on cytokine expression and animal survival in a model of fatal acute respiratory distress syndrome (ARDS) characterized by high mortality rates and increased IL-6 production in the lungs. The expression of interleukin-1β (IL-1β), interleukin-6 (IL-6), tumour necrosis factor (TNF-α) and interferons α (IFN-α) and β (IFN-β) in the lungs was assessed by real-time PCR. Cytokine production was assessed by enzyme immunoassay. Although tocilizumab did not affect the expression of the studied cytokines in the lungs of animals with ARDS, it changed the profiles of their release. An acute multifold increase in the levels of IL-6 in the lungs was observed in the first two hours after the administration of tocilizumab, followed by a decrease of IL-6 to lower values similar to those observed in intact animals. Tocilizumab did not reduce mortality in treated animals with ARDS compared to those without treatment. Thus, the inhibition of the IL-6 receptor signaling pathway alone does not provide an effective solution to the problem of reducing mortality from ARDS associated with the development of a “cytokine storm”.

тоцилизумабострый респираторный дистресс-синдроммыши линии C57Bl/6Y«цитокиновый шторм»интерлейкин-6выживаемостьКаплан — МейерCOVID-19tocilizumabacute respiratory distress syndromeC57Bl/6Y mice“cytokine storm”interleukin-6survivalKaplan — MeierCOVID-19ReferencesКаркищенко Н.Н. Альтернативы биомедицины. Т. 1. Основы биомедицины и фармакомоделирования. М.: Изд-во ВПК, 2007. 320 с.Karkischenko N.N. Al’ternativy biomediciny. T. 1. Osnovy biomediciny i farmakomodelirovaniya [Biomedicine alternatives. Vol. 1. Fundamentals of biomedicine and pharmaco-modeling]. Moscow: Izdatel’stvo VPK, 2007. 320 p. (In Russian).Каркищенко Н.Н. Основы биомоделирования. М.: Межакадемическое изд-во ВПК, 2004. 607 с.Karkischenko N.N. Osnovy biomodelirovaniya [Basics of biomodeling]. Moscow: Mezhakademicheskoye Izdatel’stvo VPK, 2004. 607 p. (In Russian).Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях / Под ред. Н.Н. Каркищенко и др. М.: Профиль-2С, 2010. 358 c.Rukovodstvo po laboratornym zhivotnym i al’ternativnym modelyam v biomedicinskih issledovaniyah [Manual on laboratory animals and alternative models in biomedical research]. Ed. by N.N. Karkischenko, et al. Moscow: Profil’-2S Publ., 2010. 358 p. (In Russian).Rincon M., Irvin C.G. Role of IL-6 in asthma and other inflammatory pulmonary diseases. Int. J. Biol. Sci. 2012;8(9):1281–1290.Rincon M., Irvin C.G. Role of IL-6 in asthma and other inflammatory pulmonary diseases. Int. J. Biol. Sci. 2012;8(9):1281–1290.Yokoyama A., Kohno N., Fujino S., Hamada H., Inoue Y., Fujioka S., et al. Circulating interleukin-6 levels in patients with bronchial asthma. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1995;151(5):1354–1358.Yokoyama A., Kohno N., Fujino S., Hamada H., Inoue Y., Fujioka S., et al. Circulating interleukin-6 levels in patients with bronchial asthma. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1995;151(5):1354–1358.Celli B.R., Locantore N., Yates J., Tal-Singer R., Miller B.E., Bakke P., et al . ECLIPSE Investigators. Inflammatory biomarkers improve clinical prediction of mortality in chronic obstructive pulmonary disease. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2012;185(10):1065–1072.Celli B.R., Locantore N., Yates J., Tal-Singer R., Miller B.E., Bakke P., et al . ECLIPSE Investigators. Inflammatory biomarkers improve clinical prediction of mortality in chronic obstructive pulmonary disease. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2012;185(10):1065–1072.Bordon J., Aliberti S., Fernandez-Botran R., Uriarte S.M., Rane M.J., Duvvuri P., et al. Understanding the roles of cytokines and neutrophil activity and neutrophil apoptosis in the protective versus deleterious inflammatory response in pneumonia. Int. J. Infect. Dis. 2013;17(2):e76–83.Bordon J., Aliberti S., Fernandez-Botran R., Uriarte S.M., Rane M.J., Duvvuri P., et al. Understanding the roles of cytokines and neutrophil activity and neutrophil apoptosis in the protective versus deleterious inflammatory response in pneumonia. Int. J. Infect. Dis. 2013;17(2):e76–83.Bacci M.R., Leme R.C., Zing N.P., Murad N., Adami F., Hinnig P.F., et al. IL-6 and TNF-α serum levels are associated with early death in community-acquired pneumonia patients. Braz. J. Med. Biol. Res. 2015;48(5):427–432.Bacci M.R., Leme R.C., Zing N.P., Murad N., Adami F., Hinnig P.F., et al. IL-6 and TNF-α serum levels are associated with early death in community-acquired pneumonia patients. Braz. J. Med. Biol. Res. 2015;48(5):427–432.Andrijevic I., Matijasevic J., Andrijevic L., Kovacevic T., Zaric B. Interleukin-6 and procalcitonin as biomarkers in mortality prediction of hospitalized patients with community acquired pneumonia. Ann. Thorac. Med. 2014;9(3):162–167.Andrijevic I., Matijasevic J., Andrijevic L., Kovacevic T., Zaric B. Interleukin-6 and procalcitonin as biomarkers in mortality prediction of hospitalized patients with community acquired pneumonia. Ann. Thorac. Med. 2014;9(3):162–167.McGonagle D., Sharif K., O’Regan A., Bridgewood C. The Role of Cytokines including Interleukin-6 in COVID-19 induced Pneumonia and Macrophage Activation Syndrome-Like Disease. Autoimmun. Rev. 2020;19(6):102537.McGonagle D., Sharif K., O’Regan A., Bridgewood C. The Role of Cytokines including Interleukin-6 in COVID-19 induced Pneumonia and Macrophage Activation Syndrome-Like Disease. Autoimmun. Rev. 2020;19(6):102537.Liu B., Li M., Zhou Z., Guan X., Xiang Y. Can we use interleukin-6 (IL-6) blockade for coronavirus disease 2019 (COVID-19)-induced cytokine release syndrome (CRS)? J. Autoimmun. 2020;111:102452.Liu B., Li M., Zhou Z., Guan X., Xiang Y. Can we use interleukin-6 (IL-6) blockade for coronavirus disease 2019 (COVID-19)-induced cytokine release syndrome (CRS)? J. Autoimmun. 2020;111:102452.Papiris S.A., Tomos I.P., Karakatsani A., Spathis A., Korbila I., Analitis A., et al. High levels of IL-6 and IL-8 characterize early-on idiopathic pulmonary fibrosis acute exacerbations. Cytokine. 2018;102:168–172.Papiris S.A., Tomos I.P., Karakatsani A., Spathis A., Korbila I., Analitis A., et al. High levels of IL-6 and IL-8 characterize early-on idiopathic pulmonary fibrosis acute exacerbations. Cytokine. 2018;102:168–172.Gubernatorova E.O., Gorshkova E.A., Polinova A.I., Drutskaya M.S. IL-6: Relevance for immunopathology of SARS-CoV-2. Cytokine Growth Factor Rev. 2020;53:13–24.Gubernatorova E.O., Gorshkova E.A., Polinova A.I., Drutskaya M.S. IL-6: Relevance for immunopathology of SARS-CoV-2. Cytokine Growth Factor Rev. 2020;53:13–24.Luo M., Liu J., Jiang W., Yue S., Liu H., Wei S. IL-6 and CD8 + T cell counts combined are an early predictor of in-hospital mortality of patients with COVID-19. JCI Insight. 2020;5(13):e139024.Luo M., Liu J., Jiang W., Yue S., Liu H., Wei S. IL-6 and CD8 + T cell counts combined are an early predictor of in-hospital mortality of patients with COVID-19. JCI Insight. 2020;5(13):e139024.Henry B.M., de Oliveira M.H.S., Benoit S., Plebani M., Lippi G. Hematologic, biochemical and immune biomarker abnormalities associated with severe illness and mortality in coronavirus disease 2019 (COVID-19): a meta-analysis. Clin. Chem. Lab. Med. 2020;58(7):1021–1028.Henry B.M., de Oliveira M.H.S., Benoit S., Plebani M., Lippi G. Hematologic, biochemical and immune biomarker abnormalities associated with severe illness and mortality in coronavirus disease 2019 (COVID-19): a meta-analysis. Clin. Chem. Lab. Med. 2020;58(7):1021–1028.Zhang C., Wu Z., Li J.W., Zhao H., Wang G.Q. Cytokine release syndrome in severe COVID-19: interleukin-6 receptor antagonist tocilizumab may be the key to reduce mortality. Int. J. Antimicrob. Agents. 2020;55(5):105954.Zhang C., Wu Z., Li J.W., Zhao H., Wang G.Q. Cytokine release syndrome in severe COVID-19: interleukin-6 receptor antagonist tocilizumab may be the key to reduce mortality. Int. J. Antimicrob. Agents. 2020;55(5):105954.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.