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Eculizumab suppresses zymosan-induced release of inflammatory cytokines IL-1α, IL-1β, IFN-γ and IL-2 in autologous serum-substituted PBMC cultures: Relevance to cytokine storm in Covid-19 - 13/09/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115294 
Tamás Bakos a, Gergely T. Kozma b, János Szebeni b, c, d, e, 1, Gábor Szénási a, , 1
a Institute of Translational Medicine, Semmelweis University, Budapest, Hungary 
b SeroScience LTD., Budapest, Hungary 
c Nanomedicine Research and Education Center, Department of Translational Medicine, Semmelweis University, Budapest 1089, Hungary 
d Department of Nanobiotechnology and Regenerative Medicine, Faculty of Health Sciences, Miskolc University, Miskolc 2880, Hungary 
e School of Chemical Engineering and Translational Nanobioscience Research Center, Sungkyunkwan University, Suwon 16419, the Republic of Korea 

Correspondence to: Institute of Translational Medicine, Semmelweis University, Nagyvárad tér 4, 1089 Budapest, Hungary.Institute of Translational Medicine, Semmelweis UniversityNagyvárad tér 4Budapest1089Hungary

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Abstract

Background and objective

Cytokine storm (CS) is a major contributor to the fatal outcome of severe infectious diseases, including Covid-19. Treatment with the complement (C) C5 inhibitor eculizumab was beneficial in end-stage Covid-19, however, the mechanism of this effect is unknown. To clarify this, we analyzed the relationship between C activation and production of pro-inflammatory cytokines in a PBMC model.

Methods

Human PBMC with or without 20 % autologous serum was incubated with C3a, C5a, zymosan or zymosan-pre-activated serum (ZAS) for 24 h with or without eculizumab or the C5a receptor antagonist, DF2593A. C activation (sC5b-9) and 9 inflammatory cytokines were measured by ELISA.

Results

In serum-free unstimulated PBMC only IL-8 release could be measured during incubation. Addition of C5a increased IL-8 secretion only, ZAS induced both IL-2 and IL-8, while zymosan led to significant production of all cytokines, most abundantly IL-8. In the presence of serum the above effects were greatly enhanced, and the zymosan-induced rises of IL-1α, IL-1β IFN-γ and IL-2 were significantly attenuated by eculizumab but not by DF2593a.

Conclusions

These data highlight the complexity of interrelationships between C activation and cytokine secretion under different experimental conditions. The clinically relevant findings include the abundant formation of the chemokine IL-8, which was stimulated by C5a, and the suppression of numerous inflammatory cytokines by eculizumab, which explains its therapeutic efficacy in severe Covid-19. These data strengthen the clinical relevance of the applied PBMC model for drug screening against CS, enabling the separation of complex innate immune cross-talks.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

In serum-free unstimulated human PBMC culture only IL-8 release could be measured.
Serum increased the release of all cytokines measured.
Zymosan increased the release of all cytokines much more in the presence of serum.
Eculizumab suppressed zymosan-induced secretion of IL-1a, IL-1b, IFγ and IL-2.
A differential relationship between C activation and cytokine release was revealed.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : PBMC, Complement activation, Cytokine storm, Anaphylatoxin, Complement inhibitor/antagonist


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