ACE2 Różnice płciowe w udarze z COVID-19 (ACEGENDER)

Nowy koronawirus został zidentyfikowany w grudniu 2019 r. w Wuhan w Chinach jako czynnik sprawczy „zespołu ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej” (SARS-CoV-2), wirusowej infekcji płuc określanej akronimem COVID-19 (coronavirus disease 2019). Do końca stycznia 2020 r. ten szybko rozprzestrzeniający się wirus zainfekował już ponad 100 000 osób w kilku krajach, co skłoniło Światową Organizację Zdrowia do ogłoszenia „globalnego stanu wyjątkowego” [Wu i in. 2020]. Objawy kliniczne COVID-19 mogą się różnić, od zwykłego przeziębienia do poważniejszych chorób płuc, takich jak te obserwowane w „zespole ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej” (SARS) w latach 2002-2003 i „zespole niewydolności oddechowej na Bliskim Wschodzie” (MERS) w 2011 r. .

Wirus Sars-Cov2, podobnie jak inne wirusy RNA, również wykazywał formę neurowirulencji, co w konsekwencji prowadziło do zajęcia ośrodkowego układu nerwowego (OUN) i obwodowego układu nerwowego (SNP) u niektórych pacjentów [Baig i in., 2020].

Objawy neurologiczne u pacjentów z zakażeniem COVID-19 dzielą się na trzy kategorie:

1. neurologiczne przejawy objawów choroby podstawowej (ból głowy, zawroty głowy, zaburzenia świadomości, ataksja, objawy padaczkowe i udar mózgu)
2. objawy pochodzenia nerwowo-obwodowego (hipo-ageusia, hyposmia, neuralgia);
3. objawy uszkodzenia mięśni szkieletowych, często związane z uszkodzeniem wątroby i nerek.

Pierwsze dane dotyczące zakażenia COVID-19 przemawiają za zaangażowaniem neurologicznym w różnym odsetku przypadków ze szczególną ekspresją u pacjentów o cięższym przebiegu [Mao i in., 2020]. Według niektórych autorów zajęcie układu nerwowego może być częściowo odpowiedzialne za upośledzenie oddychania [Yan-Chao i in., 2020].

Należy zauważyć, że w przypadku zakażenia SARS-CoV, w mysim modelu ekspresji ludzkiego ACE2, wirus przedostał się do mózgu głównie drogą opuszki węchowej [Netland i in., 2008]. Inwazja mózgu była jednolicie śmiertelna z dalszymi dowodami, że inokulacja mózgu niskimi dawkami wirusa może być śmiertelna nawet bez zajęcia płuc. Śmierć zwierzęcia była racjonalnie związana z dysfunkcją/śmiercią neuronów w ośrodkach krążeniowo-oddechowych szpiku kostnego, a obraz histopatologiczny charakteryzował się minimalnym naciekiem komórkowym w mózgu, co potwierdza hipotezę transsynaptycznego rozprzestrzeniania się wirusa. Brak ACE2 zapobiegał ciężkiej encefalopatii w modelu zwierzęcym. Strukturami selektywnie dotkniętymi śmiercią neuronów były grzbietowy kompleks nerwu błędnego (jądro pasma samotnego, obszar postremaktyczny, grzbietowe jądro ruchowe nerwu błędnego).

Z drugiej strony inwazja przeznosowa selektywnie ingerowała w jądra wzgórza, podwzgórza i ciała migdałowatego. Niektóre dotknięte jądra nie miały wyjaśnienia w związku (np. jądra ślimakowe). Przywoływany mechanizm utraty neuronów polegał na „stadzie” cytokin (IL-6).

Zajęcie OUN/SNP i mięśni występuje u pacjentów z COVID-19 i pożądana jest ich ostrożna interpretacja. Zgłoszona hiposmia sugeruje drogę zakażenia nosa z bezpośrednim dostępem do OUN. Ta ścieżka może być alternatywą dla dróg oddechowych i jelitowych i teoretycznie może wystąpić, jak w niektórych przypadkach SARS-COV, z objawami głównie neurologicznymi.

Ostatnio doniesiono, że objawy uszkodzenia przewodu korowo-rdzeniowego zaobserwowano u 67% pacjentów [Helms i in., 2020].

Zebrane dotychczas dane epidemiologiczne wskazują na istotną różnicę między kobietami i mężczyznami w zakresie objawów klinicznych i zakażeń SARS-CoV-2. W szczególności śmiertelność wśród mężczyzn wynosi 73% w Chinach [Chen i in., 2020], 59% w Korei Południowej [Koreańskie społeczeństwo chorób zakaźnych, 2020] i 70% we Włoszech, jak podał Wyższy Instytut ds. Zdrowie (ISS). Ponadto śmiertelność jest bardzo zależna od obecności chorób współistniejących. W rzeczywistości u 45 000 chińskich pacjentów z dodatnim wynikiem testu na COVID-19 śmiertelność wzrosła z 0,9% u pacjentów bez chorób współistniejących do odpowiednio 10,5%, 7,3% i 6,3% u osób z chorobami układu krążenia, cukrzycą i nadciśnieniem tętniczym [Novel Coronavirus Pneumonia Emergency Zespół Epidemiologii Reagowania, 2020].

We Włoszech dane dostarczone przez ISS udokumentowały odsetek zgonów wynoszący około 2,1% u pacjentów bez chorób współistniejących, odsetek ten wzrasta do 21,3%, 25,9% i 50,7% u pacjentów z odpowiednio jedną, dwiema i trzema chorobami współistniejącymi.

W ten sposób płeć i obecność chorób współistniejących zostały zidentyfikowane jako kluczowe czynniki w ewolucji COVID-19.

Oprócz istniejących wcześniej chorób współistniejących, które, jak już informowano, prawie zawsze występują u pacjentów z ciężkim i śmiertelnym COVID-19 z większą częstością u mężczyzn, za obserwowaną różnicę między płciami należy uznać mechanizmy biologiczne.

Hipoteza, która próbuje wyjaśnić wszystkie te dane epidemiologiczne, opiera się na regulacji ekspresji receptora ACE2 (Angiotensin Converting Enzyme 2).

ACE2 jest enzymem rozkładającym angiotensynę II przez wytwarzanie angiotensyny (1-7), która odgrywa rolę ochronną przed uszkodzeniami spowodowanymi infekcją, stanem zapalnym i stresem [Vickers i in., 2002; Zisman i in., 2003].

Wirus SARS-CoV-2 przenika do komórek docelowych układu oddechowego poprzez wiązanie swojego powierzchniowego białka S (białka kolczastego) z receptorem ACE2, zmniejszając jego ekspresję.

W ten sposób następuje również spadek poziomu angiotensyny (1-7), co skutkuje zwiększonym nadciśnieniem i niewydolnością płuc [Gurwitz i in., 2020].

Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę ekspresję ACE2 u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym, chorobami serca lub cukrzycą podczas oceny różnych wskaźników śmiertelności u pacjentów z tymi chorobami współistniejącymi.

Ponadto śmiertelność specyficzna dla płci może być dokładnie związana z modulacją ekspresji ACE2. W rzeczywistości estrogeny indukują wzrost ekspresji receptora ACE2, co sugeruje, że przynajmniej u kobiet w wieku rozrodczym, nawet po zakażeniu, enzym ten jest w stanie pełnić swoją funkcję ochronną, szczególnie w stosunku do płuc. Wydaje się, że u mężczyzn hormony androgenne odgrywają patogenetyczną rolę w modulowaniu ekspresji enzymów komórkowych, takich jak proteaza serynowa TMPSSR2, biorących udział w fazach następujących po ataku wirusa na receptor, tj. zakażenie komórek płucnych.

Gen ACE2 jest kodowany przez region chromosomu X, który wymyka się inaktywacji, co potwierdza hipotezę zwiększonej ekspresji tego białka u kobiet, które miałyby tę zaletę, że byłyby chronione przed powikłaniami i zgonami zakażenia COVID-19.

Proces inaktywacji chromosomu X obejmuje metylację DNA, w wyniku czego następuje spadek ekspresji tych genów, na które wpływa metylacja. W ten sposób mechanizm epigenetyczny mógłby modulować ekspresję ACE2 w sposób specyficzny dla płci, określając jego poziomy, aw konsekwencji jego rolę ochronną.

Również w tym regulacyjnym kontekście ekspresji ACE2 rola mikroRNA (miRNA) może być bardzo istotna. W rzeczywistości nieulegający translacji region 3' (UTR) ACE2 przedstawia sekwencję wiążącą miRNA miR-200c-3p, która została znaleziona na wysokim poziomie ekspresji w modelach komórkowych zakażonych wirusem grypy H5N1 [Liu i in., 2017].

Ponadto wysokie poziomy miR-200c-3p w osoczu stwierdzono u pacjentów z ciężkim zapaleniem płuc, podczas gdy ACE2 było zmniejszone, co sugeruje regulacyjną rolę tego miRNA w ekspresji receptora ACE2 [Liu i in., 2017].

Witamina D zmniejsza ryzyko infekcji wirusowych, zwłaszcza infekcji dróg oddechowych, jak opisano w literaturze [Martineau i in., 2016; Gruber-Bzura i in., 2018; Gombart i in., 2020; Grant i in., 2020]. W rzeczywistości witamina D zwiększa odporność komórkową poprzez zmniejszenie krążących cytokin indukowanych przez wrodzony układ odpornościowy w odpowiedzi na infekcje wirusowe [Huang i in., 2020].

Niedobór lub niedobór witaminy D przyczynia się do ostrego zespołu oddechowego, w którym śmiertelność wzrasta wraz z wiekiem i przewlekłymi chorobami współistniejącymi [Vásárhelyi i in., 2011]. Ta witamina jest prohormonem, który, jak wykazano, łagodzi ostre uszkodzenie płuc wywołane przez lipopolisacharydy u myszy poprzez regulację ekspresji składników układu renina-angiotensyna, w tym ACE i ACE2, reniny i angiotensyny III [Xu J, 2017; Tsujino i in., 2019]. W ciągu tych dwóch miesięcy różne grupy badawcze zdecydowanie sugerowały potrzebę analizy korelacji między poziomem witaminy D a infekcjami COVID-19 [Tian i in., 2020; Panarese i in., 2020; Marik i in., 2020]. Stężenia witaminy D (25(OH)D) w surowicy mają tendencję do zmniejszania się wraz z wiekiem, co może być wyznacznikiem zakażenia COVID-19 ze względu na rosnący wraz z wiekiem współczynnik śmiertelności przypadków (CFR).

Powody to mniej czasu spędzonego na słońcu i zmniejszona produkcja witaminy D w wyniku niższego poziomu 7-dehydrocholesterolu w skórze [Siotto i in., 2019]. Ponadto zwrócono uwagę, że niedobór 25 (OH)D jest szczególnie powszechny wśród starszych i otyłych mężczyzn (kobiety po menopauzie mają tendencję do kontrolowania poziomu poprzez suplementację witaminy D), zwłaszcza zimą i wiosną, co podkreśla różnice zależne od płci zaobserwowano w zakażeniu COVID-19 [La Vignera i in., 2020].

Biorąc pod uwagę znaczenie tej witaminy również w rekonwalescencji fizycznej [Siotto i in., 2019], oprócz jej roli w szlaku układu renina-angiotensyna, istotna wydaje się ocena poziomu tej witaminy w surowicy u pacjentów po przebytym COVID-19 ze skutkami udaru mózgu w przyjęcia i na zakończenie procesu rehabilitacji.

Podsumowując, dane epidemiologiczne zebrane w ostatnich miesiącach w różnych krajach świata pokazały, jak różnice płciowe i obecność chorób współistniejących wpływają na śmiertelność z powodu COVID-19. Nasza hipoteza jest taka, że ​​czynniki biologiczne mogą odgrywać ważną rolę w określaniu ciężkości choroby, w szczególności receptor ACE2 może być kluczowym elementem w rozwoju różnic w odpowiedzi immunologicznej związanej z płcią.

Cele studiów

Główne cele:

Zbadanie molekularnego mechanizmu regulacji ACE2 w zależności od płci u pacjentów po przebytym przebiegu NeuroCovid-19, aw szczególności po udarze mózgu w przebiegu Covid-19, hospitalizowanych w 3 ośrodkach rehabilitacyjnych.

Wykonane zostaną w szczególności:

• Badanie epigenetyczne: ocena poziomów metylacji promotora ACE2 i poziomów miR-200c-3p.
• Analiza biochemiczna: ocena poziomu angiotensyny II, ACE2 i witaminy D w surowicy.
• Korelacja między wynikami rehabilitacji a markerami biologicznymi (epigenetycznymi i biochemicznymi) W ramach tego projektu zbadane zostaną mechanizmy molekularne leżące u podstaw regulacji ACE2 związane z różnicami płciowymi u pacjentów po udarze mózgu w NeuroCOVID-19 (udar) hospitalizowanych w placówkach rehabilitacyjnych oraz związek między tymi zmiennymi a wynik rehabilitacji.

Gdyby badanie wykazało obecność mechanizmów molekularnych wpływających na powrót do zdrowia, moglibyśmy zidentyfikować ścieżki rehabilitacji bardziej dostosowane do charakterystyki pacjenta.