Endothelial thrombomodulin downregulation caused by hypoxia contributes to severe infiltration and coagulopathy in COVID-19 patient lungs

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作者
Taejoon Won,Megan Kay Wood,David M. Hughes,Monica Vladut Talor,Zexu Ma,Jowaly Schneider,JOHN T. SKINNER,Beejan Asady,Erin Goerlich,Marc K. Halushka,Allison G. Hays,Deok‐Ho Kim,Chirag R. Parikh,Avi Z. Rosenberg,Isabelle Coppens,Roger A. Johns,Nisha Aggarwal Gilotra,Jody E. Hooper,Andrew S Pekosz,Daniela Čiháková
出处
期刊:EBioMedicine [Elsevier BV]
卷期号:75: 103812-103812 被引量:91
标识
DOI:10.1016/j.ebiom.2022.103812
摘要

BACKGROUND: Thromboembolism is a life-threatening manifestation of coronavirus disease 2019 (COVID-19). We investigated a dysfunctional phenotype of vascular endothelial cells in the lungs during COVID-19. METHODS: We obtained the lung specimens from the patients who died of COVID-19. The phenotype of endothelial cells and immune cells was examined by flow cytometry and immunohistochemistry (IHC) analysis. We tested the presence of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in the endothelium using IHC and electron microscopy. FINDINGS: The autopsy lungs of COVID-19 patients exhibited severe coagulation abnormalities, immune cell infiltration, and platelet activation. Pulmonary endothelial cells of COVID-19 patients showed increased expression of procoagulant von Willebrand factor (VWF) and decreased expression of anticoagulants thrombomodulin and endothelial protein C receptor (EPCR). In the autopsy lungs of COVID-19 patients, the number of macrophages, monocytes, and T cells was increased, showing an activated phenotype. Despite increased immune cells, adhesion molecules such as ICAM-1, VCAM-1, E-selectin, and P-selectin were downregulated in pulmonary endothelial cells of COVID-19 patients. Notably, decreased thrombomodulin expression in endothelial cells was associated with increased immune cell infiltration in the COVID-19 patient lungs. There were no SARS-CoV-2 particles detected in the lung endothelium of COVID-19 patients despite their dysfunctional phenotype. Meanwhile, the autopsy lungs of COVID-19 patients showed SARS-CoV-2 virions in damaged alveolar epithelium and evidence of hypoxic injury. INTERPRETATION: Pulmonary endothelial cells become dysfunctional during COVID-19, showing a loss of thrombomodulin expression related to severe thrombosis and infiltration, and endothelial cell dysfunction might be caused by a pathologic condition in COVID-19 patient lungs rather than a direct infection with SARS-CoV-2. FUNDING: This work was supported by the Johns Hopkins University, the American Heart Association, and the National Institutes of Health.

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