Differenze di genere ACE2 nell'ictus con COVID-19 (ACEGENDER)

Un nuovo coronavirus è stato identificato nel dicembre 2019 a Wuhan, in Cina, come agente eziologico della "Sindrome respiratoria acuta grave" (SARS-CoV-2), un'infezione polmonare virale indicata con l'acronimo COVID-19 (coronavirus disease 2019). Alla fine di gennaio 2020, questo virus in rapida diffusione aveva già infettato più di 100.000 persone in diversi paesi, portando l'Organizzazione Mondiale della Sanità a dichiarare una "emergenza globale" [Wu et al 2020]. Le manifestazioni cliniche del COVID-19 possono variare dal comune raffreddore a patologie polmonari più gravi come quelle osservate nella “Severe Acute Respiratory Syndrome” (SARS) del 2002-2003 e nella “Middle East Respiratory Syndrome” (MERS) del 2011 .

Anche il virus Sars-Cov2, come altri virus a RNA, ha mostrato una forma di neurovirulenza con conseguente coinvolgimento in alcuni pazienti del Sistema Nervoso Centrale (SNC) e del Sistema Nervoso Periferico (SNP) [Baig et al, 2020].

I sintomi neurologici nei pazienti con infezione da COVID-19 rientrano in tre categorie:

1. espressioni neurologiche dei sintomi della malattia di base (mal di testa, vertigini, disfunzione della coscienza, atassia, manifestazioni epilettiche e ictus)
2. sintomi di origine neuroperiferica (ipoageusia, iposmia, nevralgie);
3. sintomi di danno muscolare scheletrico, spesso associati a danno epatico e renale.

I primi dati sull'infezione da COVID-19 sono a favore del coinvolgimento neurologico in una percentuale variabile di casi con particolare espressione nei pazienti più gravi [Mao et al, 2020]. Secondo alcuni autori, il coinvolgimento del sistema nervoso potrebbe essere in parte responsabile della compromissione respiratoria [Yan-Chao et al, 2020].

Va notato che nel caso dell'infezione da SARS-CoV, in un modello murino per l'espressione umana di ACE2, il virus era entrato nel cervello principalmente attraverso la via del bulbo olfattivo [Netland et al, 2008]. L'invasione encefalica è stata uniformemente letale con ulteriori prove che l'inoculazione cerebrale con basse dosi virali potrebbe essere letale anche senza coinvolgimento polmonare. La morte dell'animale era ragionevolmente correlata alla disfunzione neuronale/morte nei centri del midollo osseo cardiorespiratorio e il quadro istopatologico era caratterizzato da un minimo infiltrato cellulare nel cervello a sostegno dell'ipotesi di una disseminazione virale transsinaptica. L'assenza di ACE2 ha impedito l'encefalopatia grave nel modello animale. Le strutture colpite selettivamente dalla morte neuronale sono state il complesso vagale dorsale (nucleo del tratto solitario, area postrematica, nucleo motorio dorsale del vago).

D'altra parte, l'invasione transnasale ha interferito selettivamente con i nuclei talamici, ipotalamici e dell'amigdala. Alcuni nuclei colpiti non avevano alcuna spiegazione nella connessione (ad es. nuclei cocleari). Il meccanismo invocato della perdita neuronale era quello di uno "stormo" di citochine (IL-6).

Il coinvolgimento del SNC/SNP e dei muscoli è presente nei pazienti con COVID-19 ed è auspicabile un'attenta interpretazione di essi. L'iposmia segnalata suggerisce una via di infezione nasale con accesso diretto al SNC. Questa via potrebbe essere alternativa alle vie respiratorie e intestinali e teoricamente potrebbe manifestarsi, come in alcuni casi di SARS-COV, con sintomi prevalentemente neurologici.

Recentemente è stato riportato che i sintomi di compromissione del tratto corticospinale sono stati osservati nel 67% dei pazienti [Helms et al, 2020].

I dati epidemiologici finora raccolti indicano una sostanziale differenza tra uomini e donne nelle manifestazioni cliniche e nelle infezioni da SARS-CoV-2. Nello specifico, un tasso di mortalità tra gli uomini è risultato pari al 73% in Cina [Chen et al, 2020], al 59% in Corea del Sud [Korean society of infettive disease, 2020] e al 70% in Italia come riportato dall'Istituto superiore di Salute (ISS). Inoltre, il tasso di mortalità dipende molto dalla presenza di comorbidità. Infatti, in 45000 pazienti cinesi positivi al COVID-19 il tasso di mortalità è passato dallo 0,9% in quei pazienti senza comorbilità al 10,5%, 7,3% e 6,3% in quelli con malattie cardiovascolari, diabete mellito e ipertensione, rispettivamente [Novel Coronavirus Pneumonia Emergency Gruppo di epidemiologia di risposta, 2020].

In Italia i dati forniti dall'Iss hanno documentato una percentuale di decessi intorno al 2,1% nei pazienti senza comorbidità, percentuale che sale rispettivamente al 21,3%, 25,9% e 50,7% nei pazienti con una, due e tre comorbidità.

Pertanto, il genere e la presenza di comorbilità sono stati identificati come fattori chiave nell'evoluzione di COVID-19.

Oltre alle comorbidità preesistenti, che, come già riportato, sono quasi sempre presenti nei pazienti con COVID-19 grave e letale con maggiore frequenza negli uomini, i meccanismi biologici sono da considerarsi i principali responsabili della differenza di genere osservata.

Un'ipotesi che tenta di spiegare tutti questi dati epidiemologici si basa sulla regolazione dell'espressione del recettore ACE2 (Angiotensin Converting Enzyme 2).

ACE2 è un enzima che degrada l'angiotensina II generando angiotensina (1-7) che svolge un ruolo protettivo contro i danni causati da infezioni, infiammazioni e stress [Vickers et al, 2002; Zisman e altri, 2003].

Il virus SARS-CoV-2 penetra nelle cellule bersaglio del sistema respiratorio attraverso il legame della sua proteina S di superficie (proteina spike) al recettore ACE2 riducendone l'espressione.

In questo modo si ha anche una diminuzione dei livelli di angiotensina (1-7) con conseguente aumento dell'ipertensione e dell'insufficienza polmonare [Gurwitz et al, 2020].

Pertanto, è importante considerare l'espressione di ACE2 in quei pazienti con ipertensione, malattie cardiache o diabete quando si valuta il diverso tasso di mortalità nei pazienti con queste comorbidità.

Inoltre, la mortalità specifica per genere potrebbe essere correlata con precisione alla modulazione dell'espressione di ACE2. Gli estrogeni, infatti, inducono un aumento dell'espressione del recettore ACE2, suggerendo che, almeno nelle donne in età fertile, anche dopo l'infezione, questo enzima è in grado di svolgere la sua funzione protettiva, in particolare nei confronti dei polmoni. Nell'uomo sembra che gli ormoni androgeni svolgano un ruolo patogenetico nel modulare l'espressione di enzimi cellulari come la serina proteasi TMPSSR2, coinvolta nelle fasi successive all'attacco del virus al recettore, ovvero nell'ingresso virale, favorendo la diffusione del infezione nelle cellule polmonari.

Il gene ACE2 è codificato da una regione del cromosoma X che sfugge all'inattivazione, avvalorando così l'ipotesi di una maggiore espressione di questa proteina nelle donne che avrebbero il vantaggio di essere protette dalle complicanze e dai decessi dell'infezione da COVID-19.

Il processo di inattivazione del cromosoma X include la metilazione del DNA e di conseguenza vi è una diminuzione dell'espressione di quei geni che sono interessati dalla metilazione. In questo modo un meccanismo epigenetico potrebbe modulare l'espressione di ACE2 in modo genere-specifico determinandone i livelli e di conseguenza il suo ruolo protettivo.

Anche in questo contesto normativo dell'espressione di ACE2 il ruolo del microRNA (miRNA) potrebbe essere molto importante. Infatti, la regione 3' non tradotta (UTR) di ACE2 presenta una sequenza di legame per il miRNA miR-200c-3p che è stata trovata ad alti livelli di espressione in modelli cellulari infettati dal virus dell'influenza H5N1 [Liu et al, 2017].

Inoltre, nei pazienti con polmonite grave sono stati riscontrati alti livelli plasmatici di miR-200c-3p mentre l'ACE2 era ridotto, suggerendo un ruolo regolatore di questo miRNA nell'espressione del recettore ACE2 [Liu et al, 2017].

La vitamina D riduce il rischio di infezioni virali, in particolare infezioni respiratorie come descritto in letteratura [Martineau et al, 2016; Gruber-Bzura et al, 2018; Gombart et al., 2020; Grant e altri, 2020]. Infatti, la vitamina D aumenta l'immunità cellulare riducendo le citochine circolanti indotte dal sistema immunitario innato in risposta alle infezioni virali [Huang et al, 2020].

La carenza o carenza di vitamina D contribuisce alla sindrome respiratoria acuta in cui la mortalità aumenta con l'età e comorbidità croniche [Vásárhelyi et al, 2011]. Questa vitamina è un proormone che ha dimostrato di attenuare il danno polmonare acuto indotto dai lipopolisaccaridi nei topi regolando l'espressione dei componenti del sistema renina-angiotensina, tra cui ACE e ACE2, renina e angiotensina III [Xu J, 2017; Tsujino et al., 2019]. In questi due mesi diversi gruppi di ricerca hanno fortemente suggerito la necessità di un'analisi sulle correlazioni tra livelli di vitamina D e infezioni da COVID-19 [Tian et al, 2020; Panarese et al, 2020; Marik et al., 2020]. Le concentrazioni sieriche di vitamina D (25 (OH) D) tendono a diminuire con l'età, il che può essere determinante nell'infezione da COVID-19 a causa dei tassi di mortalità per caso (CFR) che aumentano con l'età.

Le ragioni includono meno tempo trascorso al sole e ridotta produzione di vitamina D a causa di livelli più bassi di 7-deidrocolesterolo nella pelle [Siotto et al, 2019]. Inoltre, è stato evidenziato che la carenza di 25 (OH)D è particolarmente comune tra gli uomini anziani e obesi (le donne in post-menopausa tendono a controllarne i livelli attraverso integratori di vitamina D) soprattutto durante l'inverno e la primavera, evidenziando la differenza sesso-specifica osservato nell'infezione da COVID-19 [La Vignera et al, 2020].

Considerando l'importanza di questa vitamina anche nel recupero fisico [Siotto et al, 2019], oltre al suo ruolo nella via del sistema renina-angiotensina, sembra importante valutare i livelli sierici nei pazienti ex-COVID-19 con esiti di ictus in ricovero e al termine del percorso riabilitativo.

In sintesi, i dati epidemiologici raccolti negli ultimi mesi in diversi paesi del mondo hanno mostrato come le differenze di genere e la presenza di comorbilità influenzino il tasso di mortalità dovuto al COVID-19. La nostra ipotesi è che i fattori biologici potrebbero svolgere un ruolo importante nel determinare la gravità della malattia, in particolare il recettore ACE2 potrebbe essere l'elemento chiave nello sviluppo delle differenze nella risposta immunitaria correlata al genere.

Obiettivi dello studio

Obiettivi principali:

Studiare il meccanismo molecolare di regolazione di ACE2 in relazione al genere, in pazienti con esiti NeuroCovid19 ed in particolare con esiti ictus in Covid19, ricoverati in 3 strutture riabilitative.

In particolare verranno eseguiti:

• Studio epigenetico: valutazione dei livelli di metilazione del promotore ACE2 e dei livelli di miR-200c-3p.
• Analisi biochimiche: la valutazione dei livelli sierici di angiotensina II, ACE2 e vitamina D.
• Correlazione tra esito riabilitativo e marcatori biologici (epigenetici e biochimici) Questo progetto studierà i meccanismi molecolari alla base della regolazione dell'ACE2 relativi alle differenze di genere nei pazienti post ictus in NeuroCOVID-19 (ictus) ricoverati in strutture riabilitative e la relazione tra queste variabili e l'esito riabilitativo.

Se lo studio evidenziasse la presenza di meccanismi molecolari in grado di influenzare il recupero, potremmo individuare percorsi riabilitativi più adeguati alle caratteristiche del paziente.