Množství epidemiologických a vakcinologických informací pomáhá při terapii pandemie koronaviru, ale to vše nestačí, infekce se šíří dále. Proto jsem položil 3 důležité otázky, na které jsem se pokusil sám odpovědět. Bohužel, v naší literatuře jsem totiž odpovědi nenašel. V době energetické krize se přímo nabízí otázka:
1) Jak koronavirus získává energii na svůj život a překotné množení?
Zdrojem energie je schopnost viru působit oxidační stres. Je to porucha rovnováhy mezi volnými radikály a antioxidanty ve prospěch volných radikálů. Volné radikály mají jeden či více nepárových elektronů a snaží se získat elektron do páru ze svého okolí. Látka, která elektron poskytne je oxidována a stává novým volným radikálem a tak to probíhá dále, dokud není volný radikál zneškodněn např. antioxidantem. Ovšem ne každý antioxidant je účinný na jakýkoliv volný radikál. ROS látky (reactive oxygen species) mají podobné vlastnosti, ale nemají nepárový elektron (singletový kyslík, peroxid vodíku, ozón). Ztráta elektronu je oxidace, zisk elektronu pak antioxidace (redukce). Protože virus sám nemá energeticky bohaté sloučeniny, musí energii získávat z buněk svého hostitele. Koronavirus je jednovláknová RNA a do buněk přináší informace, co má buňka udělat ve prospěch viru sars-CoV-2. Volné radikály oxidují (a tedy poškozují) tuky, bílkoviny, nukleové kyseliny atd. za vzniku energie. Volné radikály se liší silou, jakou přitahují elektrony z látek z okolí, nejsilnější se jeví volný hydroxylový radikál. Volné radikály získáváme ze znečištěného prostředí, rtg a gama záření, radioaktivitou, UV zářením, vyrábí si je i organismus, který jimi v bílých krvinkách zabíjí mikroby, kvasinky aj., v NK buňkách nádorové buňky,
vznikají po překrvení (reperfuzi) po předchozí ischemii. Volné radikály též působí jako signalizátory. Poškozením bílkovinných receptorů lze vysvětlit ztrátu chuti a čichu. U mnoha nemocí a stavů se volné radikály podílí na jejich vzniku. Velmi ohroženy jsou plíce. Virus SARS-CoV-2 využívá pro vstup do buněk (především plicních) také enzym ACE2 (1). Spike protein se váže na receptor ACE2 a tak se dostává do buňky. Jiným místem vstupu je transmembrání proteáza serin 2 (TMPRSS2). SARS-CoV-2 je schopen způsobit těžkou pneumonii infikováním pneumocytů. Tyto buňky obsahují velké množství mitochondrií syntetizujících acetyl-CoA, který může být použit pro syntézu mastných kyselin a cholesterolu. Izraelští vědci úspěšně zasáhli proti koronaviru fenofibrátem, snižujícím syntézu lipidů a tím i MDA (2,3). Volné radikály u koronaviru poškozují mj. plicní sklípky, léze se hojí jízvami, vzniká fibróza plic, může dojít i k sekundární infekci, to vše může způsobit smrt. Navíc plíce neumí syntetizovat cystein a jsou odkázány na exogenní přísun cysteinu, -SH skupin a sloučenin s cysteinem (např. GSH), které tvoří významnou antioxidační obranu organismu, když plíce jsou hodně zatěžovány volnými radikály jednak z vnějšího prostředí, jednak event. oxidačním stresem z koronaviru a jsou tedy velmi ohrožené (4). Důležitou složkou je acetyl-KoA. Vzniká při glykolýze, odštěpují ho z histonů event. dalších sloučenin NAD+ sirtuiny. Savci mají 7 různých sirtuinů (SIRT1 až SIRT7), ale i viry mají sirtuiny (5). Sirtuiny jsou produkovány jako odpověď na stres, např. na hladovění, intenzivní cvičení, ohrožení života. Jsou skupinou NAD závislých histon-deacetyláz. Acetylace a deacetylace histonu jsou klíčové metody regulace genů. Sirtuiny lze inhibovat apicidinem, houbovým metabolitem s antiproliferativními, antiinvasivními a protizánětlivými účinky. Aktivací sirtuinů v mozku se prodlužuje věk, dlouhověkost řídí mozek. U pacientů se středně těžkým a závažným onemocněním COVID-19 se často vyvine respirační tíseň kompenzovaná kyslíkovou terapií, která může způsobit oxidační stres a ARDS. Bylo prokázáno, že hyperoxie plic podporuje tvorbu ROS v mitochondriích, inhibuje
oxidační fosforylaci a snižuje hladinu ATP. Vstupu do buněk brání vitamin D a foláty (6).
Předpokládá se, že tři potenciální látky jsou účinné při zmírňování ARDS vyvolaných COVID-19, Aliskiren, Deltibant a Montelukast ( 7, 8,9). Aliskiren (inhibitor reninu) zabraňuje oxidačnímu stresu (zvyšuje superoxiddismutázu (SOD) a glutathion (GSH) a snižuje malondialdehyd v plicních tkáních. Montelukast (MLK), potenciálně snižuje úmrtnost. MLK zmírňuje hladiny TNF-α a IL-6, zvyšuje aktivitu GSH a SOD v tkáních plic, jater a ledvin.
Volné radikály poškozují i buněčné membrány, což rovněž podporuje průnik viru do buněk. Proti oxidačnímu stresu účinkují především antioxidanty s nízkým redox potenciálem, jejichž antioxidační schopnost je vysoká a prooxidační malá. Sem lze zařadit redukované pyridinové koenzymy (NMNH (10), NADH- nicotinamidadenindinucleotid-, NADPH) (11), dále redukovaný glutathion, melatonin, vitamin D3, některé flavonoidy, vodík (12) aj. Významný je příjem antioxidantů potravou a nápoji (13). Celková antioxidační kapacita s věkem klesá, proto senioři jsou více náchylní k onemocnění koronavirem. Přes den se volné radikály ukládají mj. v mozku, kde je hodně lipidů, v noci pak jsou odstraňovány. Tedy spánek působí jako antioxidant, spoluúčinkuje hormon melatonin, který je produkován ve tmě (není vhodné dlouhé svícení do noci).
Resveratrol moduluje expresi antioxidačního proteinu závislého na NRF2 (nuclear factor erythroid 2-related factor (regulátor resistence na oxidanty) podporuje neuroprotekci proti mozkovým ischemickým poraněním) a akceleruje sirtuiny (14).
Na životní funkce má velký vliv i psychická stránka. Negativní emoce podporují vznik volných radikálů, pozitivní naopak antioxidační schopnosti. V terapii koronaviru se tedy mohou uplatnit i endorfiny a další látky (15).
Druhou otázkou je:
2) Jak se koronavirus chrání před smrtí a jak prolomit jeho obranu?
Koronavirus nemá snahu zabít člověka, protože smrt hostitele je i jeho smrtí. Proto vytváří mutace, které jsou méně smrtelné, ale více infekční. Mutace jsou další obranou viru. Dědičné vlastnosti jsou uskladněny v DNA. Koronavirus je jednovláknová RNA. DNA je návodem k syntéze bílkoviny. Syntéza bílkovin probíhá cestou DNA→RNA→bílkovina, ale může probíhat i opačným směrem, čímž se návod na syntézu příslušné bílkoviny může dostat do genetického fondu (epigeneze). Kódování je umožněno 4 dusíkatými bazemi. Oxidační stres oxidací některých z těchto bazí vytváří mutace. Cizorodá bílkovina v těle produkuje protilátky, které ji vysráží a tím ji zneškodní. Též MDA též reaguje s deoxyadenosinem a deoxyguanosinem v DNA a vytváří adukty DNA, primární je M1G, který je mutagenní. Guanidinová skupina zbytků argininu kondenzuje s malondialdehydem za vzniku 2-aminopyrimidinů.
Pokud dojde k mutaci viru, tak protilátka již na novou bílkovinu není tak účinná. I vlastní bílkoviny se „opotřebují“ a jejich množství klesá a organismus musí si syntezovat nové. Vakciny obsahují bílkoviny viru, takže vzniklé protilátky účinkují nejlépe na původní virus, na mutované formy už hůře. Proto virus se brání protilátkám. Velké množství protilátek vzniká ve střevě, spolykaný virus pak je může oxidovat. Mutace by teoreticky mohly vzniknout u již nemocného pacienta a obraně uniklý virus může vytvářet latentní infekci ( covid longus). Dále oxidací tuků virus produkuje např. malondialdehyd, který se může navázat na dvě bílkoviny, protilátku či vakcinu, vzniklý komplex už viru nemusí škodit. Izraelští vědci mají úspěch snížením syntézy lipidů fenofibrátem (3). Dokud nezvládneme mutace, tak nedojde k eliminaci pandemie. Bránit mutacím lze podáním malých molekul seleničitanu či jodidu, které se dostanou do blízkosti nukleových kyselin a jsou přednostně oxidovány před dusíkatými bazemi. Samozřejmě účinné antioxidanty mohou být dobrou alternativou terapie.
3) Proč protilátky a vakciny časem ztrácejí na účinnosti a onemocnění se může opakovat?
I člověku vlastní bílkoviny se časem „opotřebují“ a organismus je musí nahradit syntézou nových. Pokud protilátky nejsou uloženy v genetickém fondu DNA (epigenezou), musí jich ubývat různou rychlostí. Protože virus se před nimi chrání též tím, že je naváže např. na malondialdehyd (MDA) (2), časem ho ubývá, což je laboratorně prokázáno. Rozdíl v hladině MDA mezi zdravým jedincem a těžce nemocným je vysoce signifikantně nižší u nemocného (p> 0,001) (16). Člověk naopak produkuje antiMDA, čímž chrání MDA, který snižuje hladinu protilátek proti koronaviru. MDA je reaktivní aldehyd a způsobuje toxický stres v buňkách a tvoří kovalentní proteinové adukty označované jako pokročilé lipoxidační koncové produkty (ALE), analogicky k pokročilým glykačním koncovým produktům (AGE). Produkce tohoto aldehydu se používá jako biomarker k měření úrovně oxidačního stresu v organismu a k posouzení poškození membrán ve spermiích. Na životní funkce má velký vliv i psychická stránka. Negativní emoce podporují vznik volných radikálů, pozitivní naopak antioxidační schopnosti. V terapii koronaviru se tedy mohou uplatnit i endorfiny a další látky.
Po určité době vstupuje i buňka do stavu senescence, kdy ztrácí schopnost proliferace. Ve stáří selhává eliminace senescentních buněk imunitním systémem. Tyto senescentní buňky organismus vyčerpávají, pořád berou živiny, potřebují kyslík, atd. Látky schopné zabíjet přednostně senescentní buňky se nazývají senolytika. K senolytikům, které působí preventivně protinádorově, patří desatanil s quercetinem, fisetin, pterostilben a L-theanin ze zeleného čaje.
ZÁVĚR:
V pandemii hraje roli i mnoho dalších faktorů jako vznik tromboxanu aj. Ovšem oxidační stres patří k základním
vlastnostem koronaviru, kterým získává energii, jeho snížení by teoreticky mohlo příznivě ovlivnit terapii pandemie i mutace viru.
References:
1. Sodhi CP, Wohlford-Lenane C, YamaguchY, et al. Útlum plicní aktivity ACE2 narušuje inaktivaci osy des-Arg9 bradykinin/BKB1R a usnadňuje infiltraci neutrofilů indukovanou LPS. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2018; 314: L17–31. DOI: https://doi.org/10.1152/ajplung.00498.2016.
2. V. Nair, C. L. O’Neil, P. G. Wang „Malondialdehyde“, Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2008, John Wiley & Sons, New York. doi:10.1002/047084289X.rm013.pub2
3. Grothman on Fenofibrate’s Effect on COVID-19 | U … https://grothman.house.gov/news/documentsingle.aspx?DocumentID=166
4. Zheng J, Miao J, Guo R, et al.: Mechanismus COVID-19 způsobující ARDS. Front Cell Infect Microbiol. 2022 Jun 14;12:931061, doi: 10.3389/fcimb.2022.931061. eCollection 2022.
5. Sinclair D. LIFESPAN: The Revolutionary Science of Why We Age—and Why We Don’t Have To. 2020, ISBN: 978-80-7555-109-2.
6. Abdrabbo M, Birch CM, Brandt M et al.: Vitamin D and COVID-19: A review on the role of vitamin D in preventing and reducing the severity of COVID-19 infection. Protein Sci.2021; 30(11): 2206-2220.
7. Akpinar E, Halici Z, Cadirci E, et al. Jaká je role inhibice reninu během septických stavů potkanů: preventivní účinek aliskirenu na poškození plic vyvolané sepsí. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 2014; 387: 969–78. DOI: https://doi.org/10.1007/s00210-014-1014-0
8. Lee CH, Shieh DC, Tzeng CY, et al. Bradykininem indukovaná exprese IL-6 prostřednictvím bradykininového B2 receptoru, fosfolipázy C, proteinkinázy Cδ a NF-κB dráhy v lidských synoviálních fibroblastech. Cell Mol Immunol 2008; 45: 3693–702. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molimm.2008.06.007
9. Coskun AK, Yigiter M, Oral A, et al. Účinky přípravku Montelukast na antioxidační enzymy a prozánětlivé cytokiny na srdce, játra, plíce a ledviny v modelu cekální ligace a sepse vyvolané punkcí potkanů. ScientificWorldJournal 2011; 11: 1341–56. DOI:https://doi.org/10.1100/tsw.2011.122
10.Holeček V., Kulich Vl., Čepelák V.: Factors influencing the amount of the synthesis of nicotinamidenucleotide in human erythrocytes. Folia Haematol. 78, 1962, 426-429, Berlin.
11.Rajman L, Chwalek K, Sinclair DA. Therapeutic Potential of NAD-Boosting Molecules: The In Vivo Evidence. Cell Metab. 2018; 6;27(3):529-547.
12.Alwazeer D, Liu FF, Wu XY et al.: Combating Oxidative Stress and Inflammation in COVID-19 by Molecular Hydrogen. Therapy: Mechanisms and Perspectives. Oxid Med Cell Longev. 2021 4;2021:5513868.
13. Holeček V. Racek J.: Antioxidační kapacita v potravinách a nápojích. Klinická biochemie a metabolismus, vol. 19, 2011, 202.
14. Cuadrado A, Pajares M, Benito C et al.: Can activation of NRF2 be a strategy against COVID-19? Trends Pharmacol Sci. 2020. https://doi.org/10.1016/j.tips.2020.07.003
15. Shrihari TG: ) Endorphins on cancer: A novel therapeutic approach. (2017. J carcinog Mutagen 8: 298.
16. Yahaya Muhammad , Yamuna Aminu Kani 2, Sani Iliya et al.: Nedostatek antioxidantů a zvýšený oxidační stres u pacientů s COVID-19: Průřezová srovnávací studie v
Jigawě v severozápadní Nigérii. SAGE Open Med. 2021 Únor 1;9:2050312121991246. DOI: 10.1177/2050312121991246. eCollection 2021.