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Pérez MM, Pimentel VE, Fuzo CA, da Silva-Neto PV, Toro DM, Fraga-Silva TFC, Gardinassi LG, Oliveira CNS, Souza COS, Torre-Neto NT, de Carvalho JCS, De Leo TC, Nardini V, Feitosa MR, Parra RS, da Rocha JJR, Feres O, Vilar FC, Gaspar GG, Constant LF, Ostini FM, Degiovani AM, Amorim AP, Viana AL, Fernandes APM, Maruyama SR, Russo EMS, Santos IKFM, Bonato VLD, Cardoso CRB, Sorgi CA, Dias-Baruffi M, Faccioli LH. Acetylcholine, Fatty Acids, and Lipid Mediators Are Linked to COVID-19 Severity. JOURNAL OF IMMUNOLOGY (BALTIMORE, MD. : 1950) 2022; 209:250-261. [PMID: 35768148 DOI: 10.4049/jimmunol.2200079] [Citation(s) in RCA: 23] [Impact Index Per Article: 7.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/26/2022] [Accepted: 04/25/2022] [Indexed: 12/15/2022]
Abstract
Lipid and cholinergic mediators are inflammatory regulators, but their role in the immunopathology of COVID-19 is still unclear. Here, we used human blood and tracheal aspirate (TA) to investigate whether acetylcholine (Ach), fatty acids (FAs), and their derived lipid mediators (LMs) are associated with COVID-19 severity. First, we analyzed the perturbation profile induced by SARS-CoV-2 infection in the transcriptional profile of genes related to the ACh and FA/LM pathways. Blood and TA were used for metabolomic and lipidomic analyses and for quantification of leukocytes, cytokines, and ACh. Differential expression and coexpression gene network data revealed a unique transcriptional profile associated with ACh and FA/LM production, release, and cellular signaling. Transcriptomic data were corroborated by laboratory findings: SARS-CoV-2 infection increased plasma and TA levels of arachidonic acid, 5-hydroxy-6E,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoic acid, 11-hydroxy-5Z,8Z,12E,14Z-eicosatetraenoic acid, and ACh. TA samples also exhibited high levels of PGE2, thromboxane B2, 12-oxo-5Z,8Z,10E,14Z-eicosatetraenoic acid, and 6-trans-leukotriene B4 Bioinformatics and experimental approaches demonstrated robust correlation between transcriptional profile in Ach and FA/LM pathways and parameters of severe COVID-19. As expected, the increased neutrophil-to-lymphocyte ratio, neutrophil counts, and cytokine levels (IL-6, IL-10, IL-1β, and IL-8) correlated with worse clinical scores. Glucocorticoids protected severe and critical patients and correlated with reduced Ach levels in plasma and TA samples. We demonstrated that pulmonary and systemic hyperinflammation in severe COVID-19 are associated with high levels of Ach and FA/LM. Glucocorticoids favored the survival of patients with severe/critical disease, and this effect was associated with a reduction in ACh levels.
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Affiliation(s)
- Malena M Pérez
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Vinícius E Pimentel
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Imunologia Básica e Aplicada, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto São Paulo, Brazil
| | - Carlos A Fuzo
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Pedro V da Silva-Neto
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Programa de Pós-graduação em Imunologia Básica e Aplicada, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Amazonas, Manaus, Amazonas, Brazil
| | - Diana M Toro
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Programa de Pós-graduação em Imunologia Básica e Aplicada, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Amazonas, Manaus, Amazonas, Brazil
| | - Thais F C Fraga-Silva
- Departamento de Bioquímica e Imunologia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brazil
| | - Luiz G Gardinassi
- Instituto de Patologia Tropical e Saúde Pública, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, Goiás, Brazil
| | - Camilla N S Oliveira
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Imunologia Básica e Aplicada, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto São Paulo, Brazil
| | - Camila O S Souza
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Imunologia Básica e Aplicada, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto São Paulo, Brazil
| | - Nicola T Torre-Neto
- Departamento de Química. Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Jonatan C S de Carvalho
- Departamento de Química. Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Thais C De Leo
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Hospital São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Viviani Nardini
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Marley R Feitosa
- Departamento de Cirurgia e Anatomia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Hospital São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Rogerio S Parra
- Departamento de Cirurgia e Anatomia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Hospital São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - José J R da Rocha
- Departamento de Cirurgia e Anatomia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Omar Feres
- Departamento de Cirurgia e Anatomia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Hospital São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Fernando C Vilar
- Hospital São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
- Departamento de Clínica Médica, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brazil
| | - Gilberto G Gaspar
- Departamento de Clínica Médica, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brazil
| | - Leticia F Constant
- Hospital Santa Casa de Misericórdia de Ribeirão Preto, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Fátima M Ostini
- Hospital Santa Casa de Misericórdia de Ribeirão Preto, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Augusto M Degiovani
- Hospital Santa Casa de Misericórdia de Ribeirão Preto, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Alessandro P Amorim
- Hospital Santa Casa de Misericórdia de Ribeirão Preto, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Angelina L Viana
- Departamento de Enfermagem Materno-Infantil e Saúde Pública, Escola de Enfermagem de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Ana P M Fernandes
- Departamento de Enfermagem Geral e Especializada, Escola de Enfermagem de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Sandra R Maruyama
- Departamento de Genética e Evolução, Centro de Ciências Biológicas e da Saúde Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, São Paulo, Brazil
| | - Elisa M S Russo
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Isabel K F M Santos
- Departamento de Bioquímica e Imunologia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brazil
| | - Vânia L D Bonato
- Departamento de Bioquímica e Imunologia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brazil
| | - Cristina R B Cardoso
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Carlos A Sorgi
- Departamento de Química. Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil
| | - Marcelo Dias-Baruffi
- Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatológicas, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil;
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