O fenótipo metabólico determina a gravidade da infecção por coronavírus: o papel da via PAF/PAFR

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tese de doutorado

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Patrícia Torres Bozza
Niels Olsen Saraiva Câmara
George Eduardo Gabriel Kluck
Frederico Marianetti Soriani

Resumo

A COVID-19 grave é caracterizada por um estado imunoinflamatório desregulado. Esse agravamento é marcado por lesão pulmonar com ocorrência de síndrome respiratória aguda grave (SARS), coagulopatia e disfunção metabólica e de múltiplos órgãos. A tempestade de citocinas é um evento comum nessa síndrome, sendo frequente a produção de mediadores inflamatórios como IL-1β, CCL2, IL-6 e TNF. Análises de metabolômica e lipidômica revelaram alterações substanciais em amostras de sangue de pacientes com COVID-19, tanto na fase aguda quanto na de longo prazo. Nesse contexto, o fator de ativação plaquetária (PAF) emerge, atuando via ligação ao seu receptor PAFR na indução de eventos como a ativação e agregação plaquetária, no aumento da permeabilidade vascular e na transmigração leucocitária, na produção de espécies reativas de oxigênio e citocinas pró- inflamatórias e gliconeogênese hepática, mobilização e remodelamento do tecido adiposo. Diante do exposto, este projeto visou à compreensão do envolvimento da via PAF/PAFR nas repercussões inflamatórias e metabólicas na infecção por coronavírus em modelo animal, bem como em humanos. Nessa pesquisa foi utilizado um modelo de SARS induzida pelo betacoronavírus murino MHV-3, que mimetiza, em vários aspectos, a síndrome pulmonar e multissistêmica associada aos quadros graves da COVID-19. Camundongos foram infectados por via intranasal, com 30 ul de MHV-3 a um inóculo de 10³. No curso da infecção por coronavírus (1° a 5° dpi) foi observado aumento na expressão do gene Pafr no pulmão, além de alterações transientes na glicemia, aumento progressivo do colesterol, redução da massa adiposa e na produção de adipocinas, aumento do peso do fígado e expressão de Hif1α. Em comparação aos camundongos selvagens (WT) infectados, camundongos Pafr-/- apresentaram resposta inflamatória exacerbada e piores sinais clínicos, assim como maior lesão tecidual, sem, no entanto, alterar a letalidade e/ou os títulos virais nos pulmões e fígado. O próximo passo foi avaliar se alterações metabólicas decorrentes da infecção por MHV-3 poderiam estar associadas à piora clínica observada nos camundongos Pafr-/-. Os resultados mostraram que a infecção por MHV-3 induziu hipoglicemia, redução dos coxins adiposos, alterações na produção de adipocinas, elevação de triglicérides e de colesterol, baixo desempenho no teste de tolerância à glicose (TTG), aumento no gasto energético em repouso e elevação na expressão de Hif1α em pulmão e fígado. Estas alterações foram mais acentuadas nos camundongos Pafr-/-. Os camundongos Pafr-/ apresentaram maior produção de TNF, uma citocina importante para o agravamento da COVID-19. De maneira interessante, camundongos deficientes para o receptor inflamatório de TNF (Tnfr1-/-) foram protegidos do ponto de vista clínico, inflamatório e metabólico da infecção por MHV-3. Resultados similares foram obtidos com o tratamento farmacológico de camundongos WT e Pafr-/- com o inibidor de TNF, etanercepte. O tratamento com etanercepte nos animais Pafr-/- resultou em melhora do escore clínico, atraso na letalidade e menor perda de massa adiposa. Em contrapartida, camundongos Hif1α-/- exibiram distúrbios metabólicos mais pronunciados, incluindo maior mobilização do tecido adiposo, hipoglicemia e redução da massa hepática em comparação com os controles WT. Por fim, foram analisadas frequências alélicas de SNPs, em genes relacionados ao PAFR e a vias metabólicas em pacientes com COVID-19. Os dados revelaram associação entre esses SNPs, o polimorformismo no Ptafr e o fenótipo de hospitalização. Em conclusão, o eixo PAF/PAFR desempenha relevante contribuição na promoção das alterações inflamatórias e metabólicas associadas à infecção por coronavírus, por meio de mecanismos dependentes de TNF e HIF1-α.

Abstract

Severe COVID-19 is characterized by a dysregulated immunoinflammatory state. This severity is marked by lung injury with the occurrence of severe acute respiratory syndrome (SARS), coagulopathy, and metabolic and multi-organ dysfunction. The cytokine storm is a common event in this syndrome, frequently involving the production of inflammatory mediators such as IL-1β, CCL2, IL-6, and TNF. Metabolomic and lipidomic analyses have revealed substantial alterations in blood samples from COVID-19 patients during both acute and long-term phases. In this context, platelet-activating factor (PAF) emerges as a critical player, acting its receptor (PAFR) to induce events such as platelet activation and aggregation, increased vascular permeability and leukocyte transmigration, production of reactive oxygen species, pro-inflammatory cytokines, hepatic gluconeogenesis, mobilization, and remodeling of adipose tissue. Thus, this study aimed to understand the involvement of the PAF/PAFR pathway in the inflammatory and metabolic repercussions of coronavirus infection in both animal models and humans. This research utilized a SARS model induced by the murine betacoronavirus MHV-3, which mimics, in several aspects, the pulmonary and multisystemic syndrome associated with severe COVID-19 cases. Mice were infected intranasally with 30 µL of MHV-3 at an inoculum of 10³. During the course of coronavirus infection (1–5 dpi), an increase in Pafr gene expression in the lung was observed, along with transient glycemic alterations, a progressive increase in cholesterol, reduction in adipose mass and adipokine production, an increase in liver weight, and elevated expression of Hif1α. Compared to infected wild-type (WT) mice, Pafr-/- mice exhibited an exacerbated inflammatory response and worsened clinical signs, as well as greater tissue damage, without affecting lethality or viral titers in the lungs and liver. The next step was to evaluate whether metabolic alterations resulting from coronavirus infection could be associated with the clinical deterioration observed in Pafr-/- mice. The results demonstrated that MHV-3 infection induced hypoglycemia, reduction of adipose pads, alterations in adipokine production, elevated triglycerides and cholesterol, poor performance in glucose tolerance tests (GTT), increased resting energy expenditure, and elevated expression of Hif1α in the lungs and liver. These changes were more pronounced in Pafr-/- mice. Pafr-/- mice also displayed higher production of TNF, a cytokine critically involved in the worsening of COVID-19. Interestingly, mice deficient in the inflammatory TNF receptor (Tnfr1-/-) were protected from the clinical, inflammatory, and metabolic effects of MHV-3 infection. Similar results were obtained through pharmacological treatment of WT and Pafr-/- mice with the TNF inhibitor etanercept. Treatment with etanercept in Pafr-/- mice improved clinical scores, delayed lethality, and reduced adipose tissue loss. Conversely, Hif1α-/- mice exhibited more pronounced metabolic disturbances, including greater adipose tissue mobilization, hypoglycemia, and reduced liver mass compared to WT controls. Finally, allele frequencies of SNPs in genes related to PAFR and metabolic pathways were analyzed in COVID-19 patients. The data revealed associations between these SNPs, polymorphisms in PTAFR, and the hospitalization phenotype. In conclusion, the PAF/PAFR axis plays a significant role in promoting the inflammatory and metabolic alterations associated with coronavirus infection through mechanisms dependent on TNF and HIF1-α.

Assunto

Biologia Celular, Coronavirus, Infecções, Metabolismo, Fator de Ativação de Plaquetas, Fatores de Necrose Tumoral

Palavras-chave

Coronavirus, Infecção, Metabolismo, PAF, PAFR, TNF, HIF-1α

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