Метаболизмът на глюкозата играе ключова роля в цитокиновата буря, наблюдавана при грипна инфекция, което може да има последици за новия коронавирус.

предизвика

Както грипът, така и COVID-19 могат да предизвикат неконтролиран имунен отговор, включващ молекули, известни като цитокини. В изображението, представяне на клетка, освобождаваща цитокини. [Wikimedia Commons]

При тази нова пандемия уврежданията, наблюдавани в органите и тъканите на пациенти с по-лоша прогноза, изглежда са причинени от действието на имунната система, а не от самия вирус. Инфекцията може да предизвика така наречената цитокинова буря - прилив на протеини, участващи в клетъчната сигнализация, която стимулира възпалението - която засяга белите дробове, атакува тъканите и дори може да доведе до органна недостатъчност и смърт. Това явление обаче се наблюдава не само при COVID-19, но понякога се среща и при тежки случаи на грип. Сега проучване идентифицира един от метаболитните механизми, който помага за организирането на тази изострена възпалителна реакция.

Учените отдавна знаят, че вирусните инфекции могат да повлияят метаболизма на човешките клетки; това е съвкупността от биохимични реакции, отговорни за производството на енергия, необходима за правилното функциониране на клетъчните процеси. В новата статия изследователите показват, че при мишки и човешки клетки инфекцията с грипния вирус A H1N1 - един от двата типа, който причинява сезонен грип - предизвиква верига от клетъчни събития или пътища, които увеличават метаболизма на глюкозата. Това от своя страна насърчава производството на лавина от цитокини. Според работата, публикувана наскоро от списанието Science Advances, инхибирането на ключов ензим, участващ в глюкозния път, може да предотврати тази потенциално смъртоносна цитокинова буря.

Въпреки че изследването не се фокусира върху новия коронавирус, екипът постулира, че този механизъм също може да играе важна роля при болестта COVID-19. По същия начин тази връзка би обяснила защо хората с диабет имат по-висок риск да умрат от вируса.

Когато вирусът заразява клетка, той монополизира ресурсите си, за да прави копия от себе си, обяснява Пол Томас, имунолог от Детска болница "Сейнт Джуд" в Мемфис, Тенеси, който не е участвал в изследването. Заразените клетки трябва да увеличат метаболизма си, за да попълнят тези ресурси, действие, което здравите клетки също трябва да извършат, за да изпълнят ефективен имунен отговор, добавя той.

Предишна работа показа, че грипната инфекция увеличава метаболизма на глюкозата, захарната молекула, която подхранва повечето клетъчни процеси. Освен това в миналото авторите на неотдавнашни изследвания са идентифицирали нов път, включващ сигнален протеин, известен като интерферон-регулиращ фактор номер 5 (IRF5), чрез който грипът може да предизвика цитокинова буря.

В последното проучване екипът разкрива на молекулярно ниво как активираният от грип път на метаболизма на глюкозата води до имунен отговор извън контрол. По време на инфекцията, високите нива на кръвната захар благоприятстват гликозилирането на IRF5 от ензима N-ацетилглюкозамин О-свързана трансфераза (OGT). Тази стъпка позволява друга химическа модификация, наречена убиквитинация, която води до възпалителна реакция на цитокините.

Изследователите заразили мишките с грип А и след това им дали глюкозамин, захар, която инициира този път на метаболизма на глюкозата. Това увеличи производството на цитокини. При генетично модифицирани мишки обаче делецията на гена, кодиращ OGT, инхибира свръхпроизводството на цитокини в отговор на експозицията на глюкозамин.

И накрая, учените анализираха кръвни проби, получени от пациенти с грип, както и здрави индивиди, в Ухан, Китай, между 2018 и 2019 г. Данните разкриха, че концентрацията на глюкоза е по-висока при болните и в допълнение, корелира с нивата на повишената кръв нива на сигнални молекули на имунната система. По този начин този резултат изглежда потвърждава въздействието на метаболизма на глюкозата при грипна инфекция.

Откритието също така предполага, че инхибирането на този път може да помогне за предотвратяване на цитокиновата буря, наблюдавана при грип и други вирусни инфекции. Тази стратегия обаче трябва да се прави внимателно, за да не се наруши способността на организма да се бори с вируса.

„Може да е от интерес да се намесим в метаболизма на глюкозата чрез използване на химични инхибитори, за да модулираме производството на цитокини“, казва Менджи Лу, професор в Института по вирусология в Университетската болница в Есен, Германия, и съавтор от статията. „Необходимо е обаче да се подчертае, че нашите имунни клетки се нуждаят от енергията, произведена от метаболизма, за да се борят с вирус. Поради тази причина трябва да разгледаме възможността за комбиниране на антивирусни средства с инхибитори на метаболизма, които потискат вируса, като същевременно намаляват свръхреакцията на имунната система ».

Подобно свръхпроизводство на цитокини се наблюдава при COVID-19, казва Лу. Но нямаме специфични лечения срещу SARS-CoV-2, вирусът, който причинява заболяването, добавя той, "така че намесата само в енергийния метаболизъм може да доведе до провал на имунната ни защита и да не даде никаква полза."

Други учени хвалят изследването. „Тази статия върши много работа, като предлага и потвърждава ролята на един механизъм в метаболитните промени, които насърчават възпалителния отговор“, обяснява Томас. Предишна работа показа по-общо как метаболизмът на глюкозата участва в отговора на грипната инфекция. Но той описва подробно какво се случва на молекулярно ниво и как инхибирането на този процес може да предотврати неконтролирано възпаление, заключава той.

Резултатите потвърждават това, което Хайтао Уен, сега доцент по имунология в Държавния университет в Охайо, и неговите сътрудници са открили през 2018 г., след изучаване на същия метаболитен път, но при инфекция, причинена от различен РНК вирус. Разследване от 2019 г. също стигна до подобни заключения. Трите произведения показват, че ензимът OGT, участващ в този път, е от съществено значение за иницииране на реакцията на гостоприемника на стрес, причинен от вирусна инфекция. „Отправната точка на тази реакция е да активира антипатогенен имунен отговор, за да се опита да се бори с вируса“, ​​казва Уен, който не участва в новата статия. „Ако обаче възпалителният отговор не бъде спрян, това може да причини съпътстващи щети“.

Като се има предвид ролята на глюкозата по този път, може ли диетата на човек да повлияе на реакцията на тялото му към вируса? "Това е много добър въпрос", казва Уен. "С данните, с които разполагаме, мисля, че е рано да се каже дали специален тип диета би могла да помогне в борбата срещу вирусна инфекция." Въпреки че е вярно, че хората с диабет тип 2 са по-податливи на сериозни грипни инфекции, това не е следствие от високите нива на глюкоза в кръвта им. Истинската причина, обяснява Кога, е, че тези хора не могат да използват ефективно глюкозата - факт, който им пречи да инициират адекватен антивирусен отговор.

В крайна сметка се надяваме, че намесата в този път на метаболизма на глюкозата ще ни позволи да спрем смъртоносните цитокинови бури, които се случват при тежки случаи на грип или COVID-19. Екипът на Лу обаче все още не е провеждал човешки изпитания. "В момента нямаме данни, които да демонстрират ефекта от въздействието върху енергийния метаболизъм при пациентите", казва той. "Рано е да се правят изводи за потенциалното му използване в клиничната практика."

Таня Луис

намирам тук цялото изследователско и научно съдържание за пандемията COVID-19. Можете също така да получите достъп до статиите, публикувани от Scientific American и други негови международни издания чрез тази мрежа.