Метаболизмът на глюкозата играе ключова роля в цитокиновата буря, наблюдавана при грип, и връзката може да има потенциални последици за нови коронавирусни инфекции
"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Регистрация "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">
Много от хората, умиращи в новата пандемия на коронавирус, изглежда са ощетени повече от собствената си имунна система, отколкото от самия вирус. Инфекцията може да предизвика цитокинова буря - прилив на клетъчно-сигнализиращи протеини, които предизвикват възпаление - който удря белите дробове, атакувайки тъканите и потенциално води до органна недостатъчност и смърт. Но това явление не е уникално за COVID-19; понякога се среща и при тежък грип. Сега проучване хвърля светлина върху един от метаболитните механизми, които помагат да се организира такова избягало възпаление.
Учените отдавна знаят, че вирусните инфекции могат да повлияят на клетъчния метаболизъм на човека, системата от биохимични реакции, необходими за осигуряване на енергия за всичко, което клетките правят. В новата статия изследователите показват, че при живи мишки и човешки клетки инфекцията с грипен вирус А - един от двата типа, които обикновено причиняват сезонен грип - създава верига от клетъчни събития или път, който засилва метаболизма на глюкозата . Това действие от своя страна предизвиква производството на лавина от цитокини. И блокирането на ключов ензим, участващ в глюкозния път, може да бъде един от начините за предотвратяване на смъртоносна цитокинова буря, според проучването, публикувано миналата седмица в Science Advances.
Въпреки че изследването не е фокусирано върху новия коронавирус, екипът казва, че същият механизъм вероятно играе ролята на заболяването, което причинява: COVID-19. Тази връзка може да обясни защо хората с диабет са изложени на по-висок риск от смърт от вируса.
Когато вирусът инфектира клетка, той краде ресурси, за да направи копия от себе си, обяснява Пол Томас, имунолог от Детската болница за лечение на деца в Сейнт Джуд в Мемфис, Тенеси. Заразените клетки трябва да засилят метаболизма си, за да попълнят тези ресурси, а здравите клетки също трябва да го направят, за да постигнат ефективен имунен отговор, казва той.
Предишни изследвания показват, че грипната инфекция увеличава метаболизма на глюкозата, молекулата на захарта, която подхранва повечето клетъчни дейности. И в предишна работа авторите на новия доклад са идентифицирали път, включващ сигнален протеин, наречен интерферонов регулаторен фактор 5 (IRF5), при който грипната инфекция може да доведе до цитокинова буря.
В последното си проучване екипът разкри на подробно молекулярно ниво как пътят на глюкозния метаболизъм, активиран от грипна инфекция, води до извън контрол имунен отговор. По време на такава инфекция високите нива на глюкоза в кръвта карат ензим, наречен О-свързан β-N-ацетилглюкозамин трансфераза (OGT), да се свърже и да модифицира химически IRF5 в процес, известен като гликозилиране. Тази стъпка позволява друга химическа модификация, наречена убиквитинация, която води до възпалителен отговор на цитокините.
Изследователите са заразили мишки с грип А и след това са прилагали глюкозамин, захар, която започва този метаболитен път на глюкозата. Те показаха, че това увеличава производството на цитокини. След това те са генетично инженерни мишки, на които липсва генът, който позволява производството на OGT. Тези мишки не развиват отговорен цитокинов отговор, когато са изложени на глюкозамин.
И накрая, учените анализираха кръв, събрана от пациенти с грип и здрави индивиди в Ухан, Китай, между 2018 и 2019 г. Те откриха, че кръвта на заразените с грип пациенти има по-високи нива на глюкоза - и съответно по-високи нива на сигнални молекули на имунната система - от тази на здравите пациенти. Този резултат допълнително подкрепя идеята, че метаболизмът на глюкозата играе роля при грипната инфекция.
Констатациите показват, че намесата в този път може да бъде един от начините за предотвратяване на цитокиновата буря, наблюдавана при грип и други вирусни инфекции. Такава намеса обаче ще трябва да се прави внимателно, за да се избегне изключването на способността на организма да се бори с вируса изобщо.
„Може да е от значение да се намесва в метаболизма на глюкозата с помощта на химични инхибитори и да се [модулира] производството на цитокини“, казва съавторът на изследването Менджи Лу, професор в Института по вирусология на Университетската болница в Есен, Германия. „Но трябва да се каже, че енергийният метаболизъм е от съществено значение за нашите имунни клетки [за борба с] вирус. Може да е важно да се комбинират антивирусно лечение и метаболитни инхибитори - потискане на вируса и едновременно намаляване на прекомерната имунна реакция. "
Подобен процес на производство на избягал цитокин е наблюдаван при COVID-19, казва Лу. Но няма конкретни лекарства, насочени към вируса на SARS-CoV-2, който причинява заболяването, добавя той, така че „намесата само в енергийния метаболизъм може да доведе до срив на нашата имунна защита и не дава полза“.
Други изследователи хвалят изследването. „Тази статия върши хубава работа, като предлага и валидира един механизъм, чрез който метаболитните промени могат да се насочат към възпалителни реакции“, казва Томас. Предишни проучвания показват по-широко, че метаболизмът на глюкозата играе роля в отговора на грипната инфекция. Но този разказва подробно какво се случва на молекулярно ниво и как намесата в този процес може да предотврати неконтролирано възпаление, добавя той.
Констатациите потвърждават това, което Хайтао Уен, сега асистент по имунология в Държавния университет в Охайо, и неговите колеги са открили в проучване през 2018 г. на същия метаболитен път, използвайки различен РНК вирус. Проучване от друга група през 2019 г. също стигна до подобни заключения. И трите проучвания показват, че ензимът OGT, участващ в този път, е необходим, за да инициира реакцията на стрес на гостоприемника към вирусна инфекция. „Първоначалният момент на този стрес отговор е да се изгради антипатогенен имунен отговор и да се опита да се бори срещу вируса“, казва Уен, който не участва в новия документ. "Но ако възпалителният отговор продължи, това ще доведе до допълнителни щети."
Като се има предвид ролята на глюкозата в пътя, може ли диетата на човек да повлияе върху отговора му на вирусна инфекция? "Това е много добър въпрос", казва Уен. „В този момент мисля, че е твърде рано да се преценява [дали] специална диета може да се бори срещу вирусна инфекция.“ Това, което учените знаят, е, че хората с диабет тип 2 са по-податливи на тежки грипни инфекции. Но този риск не е защото те имат по-високи нива на глюкоза в кръвта си. Истинската причина, казва Уен, е, че те не могат да използват ефективно глюкозата - и по този начин не могат да предизвикат правилен антивирусен отговор.
В крайна сметка надеждата е, че като се намесим в този път на метаболизма на глюкозата, може да успеем да предотвратим смъртоносните цитокинови бури, наблюдавани при тежки случаи на грип или COVID-19. Но екипът на Lu все още не е правил проучвания върху хора. „В момента нямаме данни за пациенти, които да демонстрират ефекта от намесата в енергийния метаболизъм“, казва той. „Рано е да се прави заключение относно потенциалната клинична употреба.“