Inflammasomes are activated in response to SARS-CoV-2 infection and are associated with COVID-19 severity in patients

  • J Exp Med. 2021 Mar 1;218(3):e20201707. doi: 10.1084/jem.20201707.
Tamara S Rodrigues  1 ,  Keyla S G de Sá  1 ,  Adriene Y Ishimoto  1 ,  Amanda Becerra  1 ,  Samuel Oliveira  1 ,  Leticia Almeida  1  2 ,  Augusto V Gonçalves  1 ,  Debora B Perucello  1 ,  Warrison A Andrade  1 ,  Ricardo Castro  3 ,  Flavio P Veras  4 ,  Juliana E Toller-Kawahisa  4 ,  Daniele C Nascimento  4 ,  Mikhael H F de Lima  4 ,  Camila M S Silva  4 ,  Diego B Caetite  4 ,  Ronaldo B Martins  1 ,  Italo A Castro  1 ,  Marjorie C Pontelli  1 ,  Fabio C de Barros  5  6 ,  Natália B do Amaral  7 ,  Marcela C Giannini  7 ,  Letícia P Bonjorno  7 ,  Maria Isabel F Lopes  7 ,  Rodrigo C Santana  7 ,  Fernando C Vilar  7 ,  Maria Auxiliadora-Martins  8 ,  Rodrigo Luppino-Assad  7 ,  Sergio C L de Almeida  7 ,  Fabiola R de Oliveira  7 ,  Sabrina S Batah  9 ,  Li Siyuan  9 ,  Maira N Benatti  9 ,  Thiago M Cunha  2  4 ,  José C Alves-Filho  2  4 ,  Fernando Q Cunha  2  4 ,  Larissa D Cunha  1 ,  Fabiani G Frantz  3 ,  Tiana Kohlsdorf  5 ,  Alexandre T Fabro  9 ,  Eurico Arruda  1 ,  Renê D R de Oliveira  7 ,  Paulo Louzada-Junior  7 ,  Dario S Zamboni  1  2
Affiliations
  • 1. Departamento de Biologia Celular e Molecular e Bioagentes Patogênicos, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
  • 2. Center of Research in Inflammatory Diseases, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
  • 3. Departamento de Análises Clínicas, Toxicológicas e Bromatologia, Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
  • 4. Departamento de Farmacologia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
  • 5. Departamento de Biologia, Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
  • 6. Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva, Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo, Diadema, Brazil.
  • 7. Divisão de Imunologia Clinica, Emergência, Doenças Infecciosas e Unidade de Terapia Intensiva, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
  • 8. Divisão de Medicina Intensiva, Departamento de Cirurgia e Anatomia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
  • 9. Departamento de Patologia e Medicina Legal, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, Brazil.
PMID: 33231615 DOI: 10.1084/jem.20201707
Abstract

Severe cases of COVID-19 are characterized by a strong inflammatory process that may ultimately lead to organ failure and patient death. The NLRP3 inflammasome is a molecular platform that promotes inflammation via cleavage and activation of key inflammatory molecules including active Caspase-1 (Casp1p20), IL-1β, and IL-18. Although participation of the inflammasome in COVID-19 has been highly speculated, the inflammasome activation and participation in the outcome of the disease are unknown. Here we demonstrate that the NLRP3 inflammasome is activated in response to SARS-CoV-2 Infection and is active in COVID-19 patients. Studying moderate and severe COVID-19 patients, we found active NLRP3 inflammasome in PBMCs and tissues of postmortem patients upon autopsy. Inflammasome-derived products such as Casp1p20 and IL-18 in the sera correlated with the markers of COVID-19 severity, including IL-6 and LDH. Moreover, higher levels of IL-18 and Casp1p20 are associated with disease severity and poor clinical outcome. Our results suggest that inflammasomes participate in the pathophysiology of the disease, indicating that these platforms might be a marker of disease severity and a potential therapeutic target for COVID-19.