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Altos níveis de glicose em monócitos favorecem a infecção por Coronavírus e o desenvolvimento das formas mais severas da COVID-19

01.08.2020

Por: Mell

E mecanismos atrelados podem ser usadas como novos alvos terapêuticos

Texto: Larissa Brussa Reis (Instagram laribrussa)

Revisoras: Mellanie F. Dutra (@mellziland), Melissa Markoski (@melmarkoski)

ANÁLISE DA PESQUISA: Elevated Glucose Levels Favor SARS-CoV-2 Infection and Monocyte Response through a HIF-1α/Glycolysis-Dependent Axis
Fonte:https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(20)30365-X?fbclid=IwAR2apZulWEpYrSzCqUsc00vUVT8380xKeiyXm3236lth7bKmM0C1NgMsyp8
Imagem: autoral

Recentemente, um grupo brasileiro composto por pesquisadores de diferentes expertises publicou um estudo importante em uma das revistas de mais alto fator de impacto do mundo (Cell Metabolism), relacionando aspectos da infecção por COVID-19 com os níveis elevados de glicose e a via de glicólise aeróbica (ou seja, do consumo, por nossas células, da glicose na presença de oxigênio) em monócitos [1]. Trata-se de um estudo multicêntrico, com profissionais pertencentes a diversos laboratórios, institutos e departamentos que abordam diferentes expertises, como imuno metabolismo, genética, bioquímica, biologia animal, medicina, hematologia, biologia funcional e estrutural, situados na Universidade de Campinas e na Universidade de São Paulo. Com tantas mentes brilhantes reunidas, fica fácil imaginar a relevância e a complexidade do estudo, e nós da Rede Análise COVID-19 vamos tentar detalhar e esclarecer alguns pontos do artigo para facilitar o entendimento.

Como já é do conhecimento de muitos, a COVID-19 é uma doença altamente infecciosa, causada pelo vírus da síndrome respiratória aguda (SARS-CoV-2), popularmente conhecido como novo coronavírus. Para termos uma ideia da gravidade desta doença, no dia 3 de julho deste ano já se tinha o registro de mais de 16 milhões de pessoas infectadas e mais de 650.000 mortes, de acordo com o Centro de Recursos de Coronavírus da Universidade John Hopkins [2]. E os números não param de crescer, com uma curva de contágio cada vez mais acentuada no Brasil, chegando a mais de 88 mil mortes e mais de mil mortes em 24 horas [3]. Se os números assustam, a falta de informação sobre os mecanismos exatos que estão por trás dessa doença e de uma justificativa para a infecção atingir seus graus mais elevados em determinados grupos de pessoas pode assustar ainda mais. Esse estudo se propõe a contribuir no preenchimento dessas lacunas, investigando a razão dos indivíduos diabéticos e obesos com níveis descontrolados de glicose no sangue serem mais propensos a desenvolver a forma mais severa de COVID-19 [4].

Para iniciar o entendimento deste estudo, precisamos revisitar alguns conceitos básicos do fantástico universo do Sistema Imune. Preparados?

Algumas informações sobre a forma como a doença da COVID-19 ocorre no corpo já estão bem reconhecidas, como o papel central das células mielóides – células presentes no sangue, formadas na medula óssea vermelha – chamadas de monócitos e macrófagos, que se apresentam como as células imunes em maior abundância nos pulmões dos pacientes sintomáticos [5]. Monócitos e macrófagos (que são os monócitos maduros que atingem os tecidos e desempenham a função de defesa propriamente dita) são as células responsáveis por eliminar elementos perigosos para o nosso organismo, sendo as protagonistas nos processos inflamatórios e infecciosos. Eles fazem parte da chamada resposta Imune Adaptativa. Em linhas gerais, esse tipo de resposta imune é ativada pelo contato com agentes infecciosos, e pode ser de dois tipos: humoral, que gera uma resposta através da produção de anticorpos, e celular, ativada em resposta à infecções virais e de algumas bactérias que passam a se proliferar dentro das células do hospedeiro e ficam inacessíveis aos anticorpos circulantes. Por isso que a resposta celular é tão importante quanto a resposta humoral de anticorpos. O tipo imunidade adaptativa celular é mediada pelas células T e tenta promover a destruição do microrganismo ou a morte das células infectadas, na tentativa de eliminar a infecção como um todo [7]. Sabendo que os diabéticos com doença descontrolada (ou seja, pacientes que apresentam altas quantidades de glicose circulante) e obesos infectados pelo novo  coronavírus podem apresentar um comprometimento severo em suas respostas imune adaptativas, além de apresentar disfunção pulmonar grave, o grupo hipotetizou que a disponibilidade de glicose poderia afetar a capacidade de replicação viral do novo coronavírus e… BINGO!

Usando dados de sequenciamento, ou seja, identificação de cada constituinte que forma as moléculas de RNA (técnica conhecida como RNA-seq), obtidas por procedimento de lavagem broncoalveolar em pulmões de pacientes com formas médias e graves da doença [5] foram encontrados vários genes regulados associados com a via de sinalização de interferon alfa/beta em agrupamentos de monócitos. Esses monócitos são recrutados por quimiocinas, moléculas que atraem essas células, produzidas pelas células epiteliais pulmonares infectadas, e produzem interferons (IFNs), que são um tipo de molécula (chamada citocina) com a “missão” de interferir na replicação de vírus e outros patógenos, além de estimular a atividade de defesa de outras células imunes [6]. Foi demonstrado que o novo coronavírus infecta monócitos do sangue periférico e produz IFNs que induzem o aumento de uma das proteínas usadas pelo vírus para penetrar na célula, chamada ACE2, consequentemente aumentando a capacidade de replicação do vírus no organismo infectado.

À partir daí, os esforços do grupo se focaram em demonstrar a relação dessa capacidade aumentada de replicação com os níveis de glicose circulante. Através de experimentos de cultivo celular, utilizando monócitos cultivados in vitro (numa placa apropriada para manter células) com diferentes concentrações de glicose (baixa, normal e alta), infectados com o novo coronavírus, foi possível demonstrar que as células com altos níveis de glicose tiveram maior carga viral de uma maneira dose-dependente, ou seja, quanto maior a dose, maior a carga viral. Essas células, quando infectadas, adaptam seu metabolismo e passam a apresentar altos níveis de glicólise aeróbica, o processo metabólico no qual as moléculas de glicose, em última instância, são utilizadas para produzir energia nas células com moléculas de oxigênio presentes. Essa energia “extra” facilita a replicação do vírus e esse aumento da glicólise em monócitos demonstrou ser um mecanismo específico e essencial no estabelecimento da infecção pelo novo coronavírus. O achado também foi visualizado em monócitos isolados de pacientes tanto obesos, quanto com diabetes descontrolada, que tiveram o mesmo comportamento quando comparados com monócitos de controles saudáveis. Os monócitos coletados dos pacientes com formas severas da COVID-19 apresentaram uma maior expressão de genes alvo dos chamados fatores induzíveis à hipóxia (HIFs, do inglês Hypoxia-inducible factors). HIFs são fatores de transcrição (regulam a formação de novos RNA mensageiros) que respondem a reduções no oxigênio disponível no ambiente celular (ou hipóxia) [7]. Foi demonstrado neste estudo que o tipo HIF-1alfa induziu mudanças no metabolismo dos monócitos presentes no sangue de pacientes diabéticos e obesos infectados pelo novo coronavírus, inibindo diretamente a resposta de células T (aquelas células responsáveis por mediar a imunidade adaptativa celular, necessária para destruir a infecção) e reduzindo a sobrevivência de células epiteliais pulmonares. 

Em organismos expostos ao oxigênio ocorre o fenômeno de stress oxidativo, através da produção de espécies reativas de oxigênio, as quais, em níveis elevados, podem ser muito nocivas para as células do corpo (ROS, do inglês Reactive oxygen species, também conhecidas como Radicais livres). Algumas situações patológicas aumentam a produção dessas espécies, que podem agir como poderosos agentes oxidantes responsáveis por danificar diversos tipos de estruturas celulares, inclusive o nosso material genético [8]. Os ROS são fortes indutores de HIF-1alfa, sendo as mitocôndrias (um importante componente das nossas células) as responsáveis por boa parte dos níveis intracelulares de ROS (mtROS). Os investigadores do estudo observaram que genes associados ao stress oxidativo apresentaram sua expressão aumentada nos monócitos de pacientes com COVID-19 grave. Foram realizados tratamentos desses monócitos infectados com moléculas antioxidantes, que conseguem combater esses ROS, e esses antioxidantes conseguiram inibir a replicação viral através da estabilização dos níveis de HIF-1alfa e da expressão de ACE2.

Além de todas as elucidações sobre os mecanismos envolvidos no estudo, uma das maiores contribuições e mensagens do artigo é demonstrar que as vias metabólicas do eixo mtROS/HIF-1alfa/glicólise podem ter ótimo potencial terapêutico para o desenvolvimento de novas drogas para tratar a COVID-19.

Referências:

[1] Codo, A.C. et al. (2020) Elevated Glucose Levels Favor SARS-CoV-2 Infection and Monocyte Response through a HIF-1α/Glycolysis-Dependent Axis. Cell Metab. 32: 1-10.
https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3606770

[2] Johns Hopkins. Coronavirus Resource Center, 2020. Página inicial. Disponível em: <https://coronavirus.jhu.edu/>. Acesso em 29 de jul. de 2020.

[3] Coronavírus Brasil. Painel Coronavírus, 2020. Página inicial. Disponível em: <https://covid.saude.gov.br/>. Acesso em 29 de jul. de 2020.

[4] Zhu, L. et al. (2020). Association of blood glucose control and outcomes in patients with COVID-19 and pre-existing type 2 diabetes. Cell Metab. 31, 1068–1077.e3.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413120302382

[5] Bost, P. et al. (2020) Host-viral infection maps reveal signatures of severe COVID-19 patients. Cell 181: 1475–1488.e12.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420305687

[6] Murphy, Kenneth. Imunobiologia de Janeway [recurso eletrônico]/ Kenneth Murphy; tradução: Denise C. Machado, Gaby Renard, Lucien Peroni Gualdi; revisão técnica: Denise C. Machado. – 8. ed. – Dados eletrônicos. Porto Alegre : Artmed, 2014. ISBN 978-85-8271-040-1 

[7] Smith T.G.; Robbins P.A.; Ratcliffe P.J. (2008) The human side of hypoxia-inducible factor. British Journal of Haematology 141 (3): 325–34. 
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2408651/#:~:text=Emerging%20evidence%20indicates%20that%20the,the%20systemic%20and%20cellular%20levels.

[8] Ray, P.D.; Huang, B-W; Tsuji, Y (2012) Reactive oxygen species (ROS) homeostasis and redox regulation in cellular signaling. Cell Signal. 24 (5): 981-990.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22286106/

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