Avaliação do bacterioma fecal e correlação com marcadores inflamatórios sistêmicos em pacientes infectados pelo Sars-CoV-2

Abstract

A COVID-19 é uma doença infecciosa causada pelo coronavírus associado a síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2). Segundo a Organização Mundial de Saúde, o SARSCoV-2 infectou mais de 778 milhões de pessoas mundialmente, com mais de 7 milhões de óbitos. O Brasil foi um dos países mais afetados, com mais de 39 milhões de casos confirmados e 716.238 mortes. A doença compreende um amplo espectro de manifestações clínicas, incluindo desde pacientes assintomáticos a pacientes críticos, com envolvimento não só do trato respiratório, mas também do gastrointestinal. A microbiota intestinal desempenha um papel fundamental no eixo intestino-pulmão, influenciando as respostas imunes locais e sistêmicas. A disbiose intestinal, com redução da diversidade e função da microbiota, têm sido relacionada à patogênese da COVID-19 e evidências sugerem que essas disfunções podem não apenas influenciar a gravidade da doença, mas também impactar desfechos a longo prazo. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar o bacterioma fecal em pacientes infectados pelo SARS-CoV2 e correlacionar à marcadores inflamatórios sistêmicos e dados clínicos. Esse estudo foi aprovado pelo comitê de ética em pesquisa da UNESP (nº 4.310.336/2020) e todos os pacientes assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido. Foram incluídas amostras de sangue e fezes de pacientes com COVID-19 (n = 79), condição pós-COVID-19 (CPC; n = 141) e indivíduos controles (n = 97). O DNA foi extraído das fezes e o bacterioma foi avaliado por sequenciamento 16S. As citocinas no plasma foram quantificadas por citometria de fluxo e os níveis plasmáticos de proteína C reativa, zonulina e TGF-β por ensaio imunoenzimático. A detecção de sIgA e calprotectina nas fezes foram realizadas por ELISA. Observamos diferenças significativas (p <0,05) nas métricas de diversidade (Richness, Chao1, Shannon e Faith) em pacientes infectados pelo SARS-CoV-2, quando comparados aos controles, bem como diferentes agrupamentos nas análises de beta diversidade. Em relação à análise de abundância diferencial e distribuição taxonômica, observamos diferenças significativas entre os grupos infectados pelo SARS-CoV-2 e os controles. Detectamos altas concentrações das citocinas inflamatórias IL-2, IL-6, IL-17A, IFNγ e de zonulina no plasma dos pacientes. Alguns gêneros diferencialmente aumentados na COVID-19 apresentaram correlação com os níveis de proteína C reativa. Da mesma forma, alguns táxons apresentaram correlação com o aumento das concentrações de zonulina, incluindo Enterobacteriaceae e Escherichia-Shigella, sugerindo o papel da disbiose intestinal na disfunção da barreira, favorecendo a translocação bacteriana e a inflamação sistêmica. Nossos resultados reforçam a importância do eixo intestino-pulmão e o papel da microbiota intestinal na modulação das respostas imunes e na manutenção da integridade da barreira intestinal, sugerindo a capacidade de modular a imunidade frente ao SARS-CoV-2 por meio da microbiota intestinal.

COVID-19 is an infectious disease caused by the coronavirus associated with severe acute respiratory syndrome 2 (SARS-CoV-2). According to the World Health Organization, SARS-CoV 2 has infected over 778 million people worldwide, with more than 7 million deaths. Brazil has been one of the most affected countries, with over 39 million confirmed cases and 716,238 deaths. The disease presents a wide spectrum of clinical manifestations, ranging from asymptomatic individuals to critically ill patients, affecting not only the respiratory tract but also the gastrointestinal system. The gut microbiota plays a crucial role in the gut-lung axis, influencing both local and systemic immune responses. Intestinal dysbiosis, characterized by reduced diversity and function of the microbiota, has been implicated in the pathogenesis of COVID-19, and evidence suggests that these microbial disturbances may influence not only disease severity but also long-term outcomes. Thus, the aim of this study was to evaluate the fecal bacteriome in patients infected with SARS-CoV-2 and correlate it with systemic inflammatory markers and clinical data. This study was approved by the UNESP Research Ethics Committee (no. 4.310.336/2020), and all participants signed informed consent forms. Blood and stool samples were collected from patients with COVID-19 (n = 79), post-COVID-19 condition (PCC; n = 141), and control individuals (n = 97). DNA was extracted from fecal samples, and the bacteriome was assessed by 16S sequencing. Cytokines in plasma were measured by flow cytometry, and plasma levels of C-reactive protein (CRP), zonulin, and TGF-β were determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Detection of fecal sIgA and calprotectin was also performed by ELISA. We observed significant differences (p < 0.05) in diversity metrics (Richness, Chao1, Shannon, and Faith) in SARS-CoV- 2-infected patients compared to controls, as well as distinct clustering in beta diversity analyses. Differential abundance and taxonomic distribution analyses revealed significant differences between the SARS-CoV-2-infected group and controls. Elevated concentrations of inflammatory cytokines IL-2, IL-6, IL-17A, IFN-γ, and zonulin were detected in patient plasma. Some bacterial genera that were differentially increased in COVID-19 showed correlations with CRP levels. Likewise, certain taxa correlated with increased zonulin levels, including Enterobacteriaceae and Escherichia-Shigella, suggesting the role of intestinal dysbiosis in barrier dysfunction, promoting bacterial translocation and systemic inflammation. Our results highlight the importance of the gut- lung axis and the role of the gut microbiota in modulating immune responses and maintaining intestinal barrier integrity, suggesting that the gut microbiota may influence immunity against SARS-CoV-2.