ACE2 Kjønnsforskjeller i hjerneslag med COVID-19 (ACEGENDER)

Et nytt koronavirus ble identifisert i desember 2019 i Wuhan, Kina som årsak til "Severe Acute Respiratory Syndrome" (SARS-CoV-2), en viral lungeinfeksjon indikert med akronymet COVID-19 (coronavirus disease 2019). Ved utgangen av januar 2020 hadde dette raskt spredte viruset allerede infisert mer enn 100 000 mennesker i flere land, noe som førte til at Verdens helseorganisasjon erklærte en "global nødsituasjon" [Wu et al 2020]. De kliniske manifestasjonene av COVID-19 kan variere fra forkjølelse til mer alvorlige lungesykdommer som de som ble observert i "Severe Acute Respiratory Syndrome" (SARS) fra 2002-2003 og "Middle East Respiratory Syndrome" (MERS) i 2011 .

Sars-Cov2-viruset, som andre RNA-virus, viste også en form for nevrovirulens med påfølgende involvering hos noen pasienter i sentralnervesystemet (CNS) og det perifere nervesystemet (SNP) [Baig et al, 2020].

Nevrologiske symptomer hos pasienter med COVID-19-infeksjon faller inn i tre kategorier:

1. nevrologiske uttrykk for symptomene på den underliggende sykdommen (hodepine, svimmelhet, bevissthetssvikt, ataksi, epileptiske manifestasjoner og hjerneslag)
2. symptomer av nevro-perifer opprinnelse (hypo-ageusia, hyposmia, neuralgi);
3. symptomer på skjelettmuskelskade, ofte assosiert med lever- og nyreskade.

De første dataene om COVID-19-infeksjon er til fordel for nevrologisk involvering i en variabel prosentandel av tilfeller med spesielt uttrykk hos mer alvorlige pasienter [Mao et al, 2020]. Ifølge noen forfattere kan involvering av nervesystemet være delvis ansvarlig for respirasjonssvikt [Yan-Chao et al, 2020].

Det skal bemerkes at i tilfelle SARS-CoV-infeksjon, i en musemodell for human ACE2-ekspresjon, hadde viruset hovedsakelig kommet inn i hjernen gjennom luktpæreveien [Netland et al, 2008]. Encefalisk invasjon var jevnt dødelig med ytterligere bevis på at hjerneinokulasjon med lave virale doser kunne være dødelig selv uten lungepåvirkning. Dyrets død var rimelig relatert til nevronal dysfunksjon/død i kardiorespiratoriske benmargssentre, og det histopatologiske bildet var preget av et minimalt cellulært infiltrat i hjernen som støttet hypotesen om en transsynaptisk viral spredning. Fraværet av ACE2 forhindret alvorlig encefalopati i dyremodellen. Strukturene som ble selektivt påvirket av nevronal død var det dorsale vagale komplekset (kjernen i den solitære trakten, postremaktisk område, dorsal motorkjernen i vagus).

På den annen side interfererte transnasal invasjon selektivt med thalamus-, hypothalamus-, amygdala-kjerner. Noen berørte kjerner hadde ingen forklaring i forbindelsen (f.eks. cochlea-kjerner). Den påberopte mekanismen for nevronalt tap var den til en "flokk" av cytokiner (IL-6).

CNS/SNP og muskelinvolvering er tilstede hos COVID-19-pasienter og en nøye tolkning av dem er ønskelig. Den rapporterte hyposmien antyder en nasal infeksjonsrute med direkte tilgang til CNS. Denne veien kan være alternativ til luftveiene og tarmveiene, og teoretisk kan den forekomme, som i noen tilfeller av SARS-COV, med hovedsakelig nevrologiske symptomer.

Nylig har det blitt rapportert at symptomer på nedsatt kortikospinalkanal har blitt observert hos 67 % av pasientene [Helms et al, 2020].

De epidemiologiske dataene som er samlet inn så langt indikerer en betydelig forskjell mellom menn og kvinner i kliniske manifestasjoner og SARS-CoV-2-infeksjoner. Nærmere bestemt har en dødelighet blant menn blitt funnet å være 73 % i Kina [Chen et al, 2020], 59 % i Sør-Korea [det koreanske samfunnet for infeksjonssykdommer, 2020] og 70 % i Italia som rapportert av Higher Institute of Helse (ISS). I tillegg er dødeligheten svært avhengig av tilstedeværelsen av komorbiditeter. Faktisk gikk dødeligheten hos 45 000 kinesiske pasienter positive for COVID-19 fra 0,9 % hos pasienter uten komorbiditet til 10,5 %, 7,3 % og 6,3 % hos de med henholdsvis hjerte- og karsykdommer, diabetes mellitus og hypertensjon [Novel Coronavirus Pneumonia Emergency] Respons Epidemiology Team, 2020].

I Italia har data levert av ISS dokumentert en prosentandel av dødsfall rundt 2,1 % hos pasienter uten komorbiditet, en prosentandel som øker til 21,3 %, 25,9 % og 50,7 % hos de pasientene med henholdsvis en, to og tre komorbiditeter.

Derfor har kjønn og tilstedeværelse av komorbiditeter blitt identifisert som nøkkelfaktorer i utviklingen av COVID-19.

I tillegg til allerede eksisterende komorbiditeter, som, som allerede rapportert, nesten alltid er tilstede hos pasienter med alvorlig og dødelig COVID-19 med større hyppighet hos menn, er de biologiske mekanismene å betrakte som hovedansvarlige for den observerte kjønnsforskjellen.

En hypotese som forsøker å forklare alle disse epidiemologiske dataene er basert på reguleringen av ACE2-reseptoruttrykk (Angiotensin Converting Enzyme 2).

ACE2 er et enzym som bryter ned angiotensin II ved å generere angiotensin (1-7) som spiller en beskyttende rolle mot skader forårsaket av infeksjon, betennelse og stress [Vickers et al, 2002; Zisman et al, 2003].

SARS-CoV-2-viruset trenger inn i målcellene i luftveiene gjennom bindingen av dets overflate-S-protein (spikeprotein) til ACE2-reseptoren og reduserer uttrykket.

På denne måten er det også en reduksjon i angiotensinnivåer (1-7) som resulterer i økt hypertensjon og lungesvikt [Gurwitz et al, 2020].

Derfor er det viktig å vurdere uttrykket av ACE2 hos de pasientene med hypertensjon, hjertesykdom eller diabetes når man evaluerer den forskjellige dødeligheten hos pasienter med disse komorbiditetene.

I tillegg kan kjønnsspesifikk dødelighet være nøyaktig relatert til modulering av ACE2-uttrykk. Faktisk induserer østrogener en økning i ACE2-reseptoruttrykk, noe som tyder på at dette enzymet, i det minste hos kvinner i fertil alder, selv etter infeksjon, er i stand til å utføre sin beskyttende funksjon, spesielt mot lungene. Hos menn ser det ut til at androgene hormoner spiller en patogenetisk rolle i å modulere ekspresjonen av cellulære enzymer som serinprotease TMPSSR2, involvert i fasene etter angrepet av viruset på reseptoren, dvs. i den virale inngangen, og fremmer spredningen av infeksjon i lungeceller.

ACE2-genet er kodet av en region av X-kromosomet som unnslipper inaktivering, og støtter dermed hypotesen om økt uttrykk for dette proteinet hos kvinner som ville ha fordelen av å være beskyttet mot komplikasjoner og dødsfall ved COVID-19-infeksjon.

Prosessen med inaktivering av X-kromosomet inkluderer DNA-metylering, og som et resultat er det en reduksjon i uttrykket av de genene som påvirkes av metylering. På denne måten kan en epigenetisk mekanisme modulere uttrykket av ACE2 på en kjønnsspesifikk måte og bestemme nivåene og følgelig dens beskyttende rolle.

Også i denne regulatoriske konteksten av ACE2-ekspresjon kan rollen til mikroRNA (miRNA) være veldig viktig. Faktisk presenterer den utranslaterte 3'-regionen (UTR) av ACE2 en bindingssekvens for miRNA miR-200c-3p som er funnet ved høye ekspresjonsnivåer i cellulære modeller infisert med H5N1 influensavirus [Liu et al, 2017].

I tillegg ble høye plasmanivåer av miR-200c-3p funnet hos pasienter med alvorlig lungebetennelse mens ACE2 ble redusert, noe som tyder på en regulerende rolle til dette miRNA i ACE2-reseptoruttrykk [Liu et al, 2017].

Vitamin D reduserer risikoen for virusinfeksjoner, spesielt luftveisinfeksjoner som beskrevet i litteraturen [Martineau et al, 2016; Gruber-Bzura et al, 2018; Gombart et al, 2020; Grant et al, 2020]. Faktisk øker vitamin D cellulær immunitet ved å redusere sirkulerende cytokiner indusert av det medfødte immunsystemet som respons på virusinfeksjoner [Huang et al, 2020].

Vitamin D-mangel eller -mangel bidrar til akutt respiratorisk syndrom der dødeligheten øker med alderen og kroniske komorbiditeter [Vásárhelyi et al, 2011]. Dette vitaminet er et prohormon som har vist seg å dempe akutt lipopolysakkarid-indusert lungeskade hos mus ved å regulere uttrykket av komponenter i renin-angiotensinsystemet inkludert ACE og ACE2, renin og angiotensin III [Xu J, 2017; Tsujino et al, 2019]. I løpet av disse to månedene antydet forskjellige forskningsgrupper sterkt behovet for en analyse av korrelasjonene mellom vitamin D-nivåer og COVID-19-infeksjoner [Tian et al, 2020; Panarese et al, 2020; Marik et al, 2020]. Serumkonsentrasjoner av vitamin D (25 (OH)D) har en tendens til å avta med alderen, noe som kan være avgjørende for COVID-19-infeksjon på grunn av dødelighetsrater (CFR) som øker med alderen.

Årsakene inkluderer mindre tid brukt i solen og redusert vitamin D-produksjon som følge av lavere nivåer av 7-dehydrokolesterol i huden [Siotto et al, 2019]. I tillegg har det blitt påpekt at mangel på 25 (OH)D er spesielt vanlig blant eldre og overvektige menn (postmenopausale kvinner har en tendens til å kontrollere nivåene gjennom vitamin D-tilskudd), spesielt om vinteren og våren, noe som fremhever den kjønnsspesifikke forskjellen observert ved COVID-19-infeksjon [La Vignera et al, 2020].

Tatt i betraktning viktigheten av dette vitaminet også i fysisk utvinning [Siotto et al, 2019], i tillegg til dets rolle i banen til renin-angiotensinsystemet, synes det viktig å vurdere serumnivåer hos eks-COVID-19 pasienter med slagutfall i innleggelse og ved slutten av rehabiliteringsprosessen.

Oppsummert har epidemiologiske data samlet inn de siste månedene i forskjellige land rundt om i verden vist hvordan kjønnsforskjeller og tilstedeværelsen av komorbiditeter påvirker dødeligheten på grunn av COVID-19. Vår hypotese er at biologiske faktorer kan spille en viktig rolle i å bestemme alvorlighetsgraden av sykdommen, spesielt kan ACE2-reseptoren være nøkkelelementet i utviklingen av forskjellene i kjønnsrelatert immunrespons.

Studiemål

Hovedmål:

For å studere den molekylære mekanismen for regulering av ACE2 i forhold til kjønn, hos pasienter med NeuroCovid19-utfall og spesielt med slagutfall i Covid19, innlagt på 3 rehabiliteringsinstitusjoner.

Spesielt vil de bli utført:

• Epigenetisk studie: evaluering av metyleringsnivåer av ACE2-promoter og miR-200c-3p-nivåer.
• Biokjemisk analyse: evaluering av serumnivåer av angiotensin II, ACE2 og vitamin D.
• Korrelasjon mellom rehabiliterende utfall og biologiske markører (epigenetiske og biokjemiske) Dette prosjektet vil studere de molekylære mekanismene som ligger til grunn for reguleringen av ACE2 relatert til kjønnsforskjeller hos pasienter etter hjerneslag i NeuroCOVID-19 (slag) innlagt på sykehus i rehabiliteringsinstitusjoner og forholdet mellom disse variablene og rehabiliteringsresultatet.

Hvis studien viste tilstedeværelsen av molekylære mekanismer som er i stand til å påvirke utvinningen, kunne vi identifisere rehabiliteringsveier mer skreddersydd for pasientens egenskaper.