Influenza virus infection and postviral bacterial pneumonia pathogenesis induced by different subtypes of influenza virus in mice

• Published in: Medical Immunology (Russia)
• Main Authors: A. Poromov A., N. Makhmudova R., I. Falynskova N., E. Glubokova A., N. Kartashova P., I. Fedyakina T., O. Svitich A., I. Leneva A., А. Поромов А., Н. Махмудова Р., И. Фалынскова Н., Е. Глубокова А., Н. Карташова П., И. Федякина Т., О. Свитич А., И. Ленёва А.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: SPb RAACI 2020
• Subjects: influenza;Staphylococcus aureus;secondary bacterial pneumonia;oseltamivr;cefuroxime;cytokine; грипп;Staphylococcus aureus;вторичная бактериальная пневмония;осельтамивр;цефуроксим;цитокины; Anadyr; Anadyr’; Anadyr'
• Online Access: https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/1840; https://doi.org/10.15789/1563-0625-IVI-1840

Secondary bacterial infections after influenza virus infection further increase morbidity and mortality due to influenza. Despite of seasonal influenza vaccination, antiviral drugs and antibiotics are widely used in viral/bacterial pneumonia therapy. Therefore, further comprehensive study of the infection pathogenesis is relevant. Murine models for influenza virus infection were reproduced with different virus subtypes A/California/04/2009MA (pandemic H1N1 2009), A/Puerto Rico/8/34 (H1N1) and A/Aichi/2/69 (H3N2), Anadyr/177/2009 (H1N1) and for post-influenza bacterial pneumonia caused by the Gram-positive Staphylococcus aureus. After the infection occurs, its pathogenic features were detected by daily monitoring the mortality (survival) and morbidity rate (body weight loss) and, in addition, viral pathogenesis also was evaluated by assessing virus replication (viral titer) and humoral immune responses (production of pro- and anti-inflammatory cytokines) in respiratory tract of infected mice including during antiviral (oseltamivir) and antibacterial (cefuroxime) therapy. Mortality and virus titer in the infected mice did not differ significantly between the groups of different influenza A virus subtypes. However, production of cytokines (IL-10, IFNg, TNFa) and weight gain proved to be different. Mortality of the mice reached 100% after secondary bacterial infection, whereas IFNg and TNFa levels in mice lung increased reached maximal values in the treated groups. Viral subtype A/California/04/2009MA of influenza A was most pathogenic in mouse model of secondary bacterial pneumonia. Antiviral and antibacterial treatment caused a decrease in mortality, reduced viral titers in lungs, and retain body weight gain of mice. According to these points, the treatment groups did not significantly differ from each other. At the same time, it should be noted that the cytokine production significantly decreased in the treated groups, and IL-10 and IFNg levels in lungs were different, that may be due to therapeutic mechanisms of these drugs. Thus, antiviral therapy for influenza infection and combination therapy for viralbacterial pneumonia can be an effective tool to reduce mortality of influenza. Вторичные бактериальные осложнения после гриппозной инфекции являются основной причиной летальности при гриппе. Несмотря на широкое внедрение сезонных гриппозных вакцин, противовирусных препаратов и антибиотиков, актуальным является комплексное изучение развития патогенеза вирусно-бактериальной пневмонии, в том числе и на фоне терапии. В настоящем исследовании воспроизведена модель гриппозной инфекции вирусами гриппа А подтипов А/Калифорния/04/2009МА (пандемия H1N1 2009), A/Пуэрто-Рико/8/34(H1N1), Анадырь/177/2009 (H1N1) и А/Аичи/2/69 (H3N2), а также модель сочетанной вирусно-бактериальной пневмонии последовательным заражением вирусами гриппа и грамположительными бактериями Staphylococcus aureus. В работе оценены особенности гриппозной инфекции с учетом самого патогена (подтип вируса, заражающая доза, размножение вируса в легких), состояния организма (выживаемость, средняя продолжительность жизни, изменение веса мышей), его иммунной системы (продукция про- и противовоспалительных цитокинов в легких мышей) в том числе на фоне противовирусной (осельтамивиром) и антибактериальной (цефуроксимом) терапии. Патогенез гриппа А после заражения мышей разными субтипами вируса по показателям смертности животных и титру вируса не различается, однако различается по скорости набора массы и выработке некоторых цитокинов (IL-10, IFNγ, TNFα). В контрольной группе, группах, зараженных вирусами гриппа А, и группе, зараженной бактериями S. aureus, гибели животных не наблюдалось. Развитие вторичной бактериальной пневмонии приводило к полной или значительной гибели животных, прирост веса не наблюдался, а концентрации IFNγ и TNFα достигали высоких значений. Среди исследованных вирусов гриппа А наиболее патогенным в модели гриппозной инфекции являлся пандемический штамм А/Калифорния/04/2009МА. Как противовирусная, так и антибактериальная терапия приводили к снижению смертности в модели вторичной бактериальной пневмонии, уменьшению титра вируса в легких и стабилизации потери веса животных по этим показателям группы терапии достоверно не отличались между собой. Уровень цитокинов IL-2, IL-10, IFNγ снижался на фоне терапии, при этом в группе, получавшей цефуроксим в большей степени, концентрации IL-10 и IFNγ в легких мышей в группах терапии различались, что может быть связано с механизмами терапевтического действия исследуемых препаратов. Таким образом, противовирусная терапия гриппозной инфекции и комбинированная терапия вирусно-бактериальной пневмонии могут являться эффективным инструментом снижения летальности при гриппе.