Назад к основам биохимии SC0V2: окклюзионные связи гликанов в микрососудах

budetlyanin108 — 22.04.2024

заболеваемость и определяют терапевтический ответ

к

Дэвид Э. Шейм 1,*Питер И. Парри 2,3, Дэвид Дж. Рабболини 4, Коллин Олдос 5, Моримаса Ягисава 6,7, Роберт Клэнси 8, Томас Дж. Бороди 9 и Венди Э. Хой 10

1. Служба общественного здравоохранения США, Комиссарский корпус, Неактивный резерв, Блэксбург, Вирджиния 24060, США

2. Клиническое отделение исследований детского здоровья, медицинский факультет, Университет Квинсленда, Южный Брисбен, QLD 4101, Австралия

3. Кафедра психиатрии, Университет Флиндерс, Бедфорд-Парк, ЮАР 5042, Австралия

4. Институт Коллинга, факультет медицины и здравоохранения, Сиднейский университет, Сент-Леонардс, Новый Южный Уэльс 2064, Австралия

5. Колледж медицинских наук, Университет Квазулу-Наталь, Дурбан 4041, Южная Африка

6. Мемориальный научно-исследовательский институт Сатоши Омуры, Университет Китасато, Токио 108-8641, Япония

7. Центр медицинских исследований Луи Пастера, Киото 606-8225, Япония

8. Почетный профессор факультета медицины и общественного здравоохранения Университета Ньюкасла, Ньюкасл, NE1 7RU, Австралия

9. Центр пищеварительных заболеваний, Five Dock, Новый Южный Уэльс, 2046, Австралия

10. Почетный профессор медицины, Университет Квинсленда, Херстон, QLD 4029, Австралия

*Автор, которому следует адресовать корреспонденцию.

Абстрактный

В соответствии с биохимией коронавирусов, хорошо установленной на протяжении десятилетий, SARS-CoV-2 первоначально прикрепляется к клеткам-хозяевам посредством связывания своего шипового белка (SP) с сиалилированными гликанами (содержащими моносахарид сиаловой кислоты) на поверхности клетки. Затем вирус может проскользнуть и проникнуть через ACE2. SARS-CoV-2 SP особенно прочно прикрепляется к триллионам красных кровяных телец (RBC), тромбоцитов и эндотелиальных клеток в организме человека, каждая клетка очень плотно покрыта поверхностными молекулами сиаловой кислоты, но не имеет ACE2 или имеет минимальный уровень ACE2. Эти переплетенные соединения вызывают агрегацию клеток крови, окклюзию микрососудов и повреждение сосудов, которые лежат в основе гипоксии, свертывания крови и связанных с ними заболеваний при тяжелой форме COVID-19. Примечательно, что два бетакоронавируса человека, экспрессирующие фермент, расщепляющий сиаловую кислоту, являются доброкачественными, а три других — SARS, SARS-CoV-2 и MERS — вирулентными. Агрегация эритроцитов, экспериментально индуцированная у нескольких видов животных с помощью инъекционного полисахарида, вызывала большинство тех же заболеваний, что и тяжелая форма COVID-19. Эта биохимия гликанов является ключом к разрешению споров, возникших по поводу эффективности некоторых дженериков для лечения COVID-19 и безопасности вакцин против COVID-19 на основе SP. В более широком смысле, игнорирование активной физиологической роли эритроцитов приводит к ненадежным или ошибочным данным о фармакокинетических параметрах, которые обычно получают для большинства лекарств и других биологически активных агентов с использованием обнаружения в плазме, при этом уровни в цельной крови могут быть в 30 раз выше. Признание активной роли эритроцитов может пролить свет на микрососудистые основы других заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, а также терапевтические возможности для их решения.

1. Введение
Поскольку продолжающиеся прорывы в генетике стали приоритетом в финансировании медицинских исследований в последние десятилетия, некоторые биохимические открытия прошлого исчезли из коллективной памяти, в том числе те, которые имеют решающее значение для заболеваемости COVID-19 и вариантов смягчения последствий. В частности, в значительной степени упускаются из виду хорошо известные связывания белка-шипа (SP) SARS-CoV-2 и других коронавирусов с поверхностными гликанами крови, эндотелия и других клеток-хозяев, а также их патогенные последствия. Благодаря обоснованию, представленному в недавнем углубленном обзоре [ 1 ] и десятках других работ, включая [ 2 , 3 , 4 , 5 ], ключевые принципы биохимии гликанов необходимы для понимания и лечения COVID-19 и его пост-острых последствий ( длинный COVID) представлены ниже. Как будет подробно описано, прикрепление коронавируса к остаткам сиаловой кислоты (СК) клетки-хозяина, расположенным на кончиках гликанов клеточной поверхности, является важным и игнорируемым патологическим этапом. После первоначального прикрепления к SA, который повсеместно распространен на поверхности эукариотических клеток [ 6 , 7 , 8 ], вирус может затем скользить к рецептору клетки-хозяина для проникновения в клетку, слияния и репликации, например, через рецептор репликации ACE2 для SARS-CoV-2. Это не новое открытие, а довольно хорошо зарекомендовавшая себя биохимия коронавируса, известная на протяжении десятилетий и недавно подтвержденная многогранными данными о SARS-CoV-2 [ 1 ]. Игнорирование этих биохимических основ и предположение, что для SARS-CoV-2 представляет интерес только рецептор репликации ACE2, привело к неспособности интерпретировать важные патологические последствия, необходимые для понимания клинической симптоматики. Эти упущения включают следующее:
Центральная роль в патологии SARS-CoV-2 25 триллионов эритроцитов и почти по одному триллиону тромбоцитов и эндотелиальных клеток у среднего взрослого человека недооценивается, поскольку они либо не имеют ACE2 [ 9 , 10 , 11 ] или, для эндотелиальных клеток, имеют минимальный ACE2 [ 12 , 13 , 14 , 15 , 16 ]. Тем не менее, все три клетки имеют от миллионов до миллиардов поверхностных молекул SA на клетку (см. Приложение A ), с которыми прочно связывается SP SARS-CoV-2, образуя присоединения, которые являются ключом к тяжелым сосудистым заболеваниям, связанным с COVID-19.
В качестве примера упущения, отмеченного выше, исследователи изо всех сил пытались объяснить клинические наблюдения инфильтрации эндотелиальных клеток SP SARS-CoV-2 и связанного с этим повреждения сосудов, исходя из предположения, что ACE2 является единственной точкой прикрепления вируса к клеткам-хозяевам, учитывая что эндотелиальные клетки имеют минимальный уровень ACE2 [ 17 , 18 ] (но у них есть миллиарды молекул СК на клетку [ 19 ]).
В более широком смысле, игнорирование активной физиологической роли эритроцитов приводит к ненадежным или ошибочным данным о фармакокинетических параметрах, которые обычно получают для большинства лекарств и других биологически активных агентов, обнаруживаемых в плазме, при этом их уровни в цельной крови могут быть в 30 раз выше. Связывание SP SARS-CoV-2 с гликанами клеток-хозяев, особенно с эритроцитами, тромбоцитами и эндотелиальными клетками, происходит в более широком контексте воспалительных и коагуляционных путей, которые лежат в основе сосудистых заболеваний при тяжелой форме COVID-19. Эти пути агрегации клеток крови, воспаления и коагуляции сложно переплетаются, например, агрегация эритроцитов служит триггером каскада коагуляции и последующего тромбоза [ 20 , 21 , 22 , 23 ]. Однако биохимические процессы и прямые последствия связывания SP SARS-CoV-2 с гликанами клеток-хозяев наиболее четко рассматриваются в более узком контексте, и их важность иллюстрируется, например, выявлением in vivo основных тяжелых заболеваний, связанных с COVID-19 путем экспериментально индуцированной агрегации эритроцитов in vivo, как описано ниже.

2. Коронавирусы, включая SARS-CoV-2, прикрепляются к клеткам-хозяевам посредством сиалилированных гликанов.
Коронавирусы используют для репликации различные рецепторы клеток-хозяев, включая DPP4 для MERS, ACE2 для SARS и SARS-CoV-2 и APN для HCoV-229E [ 24 ]. Еще более важным для патологии SARS-CoV-2 и других коронавирусов является механизм, с помощью которого они первоначально прикрепляются к клеткам-хозяевам, а именно через молекулы гликоконъюгата (гликаны) на поверхности клетки [ 1 , 3 , 4 , 6 , 25, 25, 25 ]. 26 , 27 ]. Сиаловая кислота (SA), наиболее распространенный концевой моносахарид (мономер сахара) у позвоночных [ 28 ], является специфической точкой прикрепления к гликанам клеток-хозяев для SP SARS-CoV-2 [ 3 , 29 , 30 , 31 ]. После прикрепления вирус скользит к своей мишени-рецептору для слияния и репликации. Соотношение одного миллиона или более молекул SA к ста или менее рецепторам ACE2 на типичную человеческую клетку (см. Приложение A ) указывает на то, почему SA является наиболее доступной начальной точкой прикрепления SARS-CoV-2 к клеткам-хозяевам.
2.1. Эритроциты и тромбоциты вызывают неспецифический иммунный ответ, прикрепляясь к определенным патогенам.
После того, как SARS-CoV-2 проникает в кровоток через нарушенный альвеолярно-капиллярный барьер [ 32 , 33 ] и прикрепляется к SA на поверхности клеток крови, соответственно, к эритроцитам, наиболее распространенным клеткам в организме человека [ 34 , 35 ] и тромбоцитам. вызвать первичный иммунный ответ против таких SA-связывающих патогенов [ 1 , 4 ]. Эритроциты и тромбоциты (оба сильно сиалилированные, без ACE2 [ 1 , 9 , 10 , 11 , 19 , 36 ]) прикрепляются к таким патогенам, образуя переплетенные с вирусом агрегаты эритроцитов, и доставляют их к лейкоцитам или макрофагам в печени и селезенке для фагоцитоза [ 1 , 4 ]. Примечательно, что гликофорин А, сиалогликопротеин, миллион нитей которого отходит от поверхности каждого эритроцита [ 37 ], не имеет никакой другой известной физиологической роли, кроме как для этого первичного иммунного ответа [ 28 , 38 ]. Однако при тяжелых инфекциях COVID-19 размер образующихся скоплений эритроцитов может превышать способность хозяина их изолировать.
2.2. Многогранные доказательства высокоаффинного связывания SP SARS-CoV-2 с гликанами клетки-хозяина.
Высокоаффинное связывание SP SARS-CoV-2 с сиалилированными гликанами на поверхности клеток-хозяев неоднократно подтверждалось в доклинических и клинических исследованиях [ 1 , 4 ]. В этих исследованиях использовались массивы наночастиц производных SA [ 29 ] и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) [ 30 ] и обнаружено SP-индуцированное скопление эритроцитов с помощью анализа гемагглютинации [ 39 ]. Клинически следы SP были обнаружены в 41% эритроцитов госпитализированных пациентов с COVID-19 [ 40 ]. Когда SARS-CoV-2 SP вводили эмбрионам рыбок данио, образовывались небольшие агрегаты эритроцитов, а кровоток замедлялся в течение нескольких минут, поскольку в капиллярах, артериях и венах развивался тромбоз [ 41 ]. Конкурентный SP-связывающий агент, введенный совместно с SP, блокировал этот тромбогенный эффект [ 41 ]. В двух исследованиях in vitro, в которых не удалось обнаружить прикрепление SP SARS-CoV-2 к SA [ 42 ] или к сиалилированному клеточному рецептору [ 43 ], использовалось обнаружение на микрочипах вместо методов наночипов, необходимых для поддержки мультивалентных связей, образующих прочные прикрепления [ 1]. , 4 ].

3. Клинические последствия прикрепления гликанов SP SARS-CoV-2 к крови и эндотелиальным клеткам.

Многие исследования показали, что после того, как COVID-19 достигает инфекционного проникновения в легкие, при тяжелых инфекциях вирус SARS-CoV-2 проникает в кровоток через нарушенный альвеолярно-капиллярный барьер [ 32 , 33 ]. Повреждение сосудов и окклюзия вызывают тяжелые заболевания, включая гипоксию и свертывание крови [ 1 , 4 , 44 , 45 , 46 ]. Действительно, учитывая триллионы эритроцитов, тромбоцитов и эндотелиальных клеток на взрослого человека, каждый из которых сильно сиалилирован [ 1 , 4 , 19 ], неудивительно, что SARS-CoV-2 SP может серьезно повредить сосудистую систему человека. Сгустки эритроцитов были обнаружены в крови большинства пациентов с тяжелым течением COVID-19 в нескольких исследованиях [ 1 , 23 , 47 , 48 , 49 ]. Вирус SARS-CoV-2 или SP часто выявлялся на эндотелиальных клетках у тяжелых пациентов с COVID-19, при этом также наблюдались сильно поврежденные эндотелиальные клетки [ 1 ]. Вирусно-индуцированное слипание эритроцитов отражается в значительно увеличенной скорости оседания эритроцитов (СОЭ) [ 50 , 51 , 52 , 53 , 54 ] и снижении [ 55 ] уровней гематокрита у тяжелых пациентов с COVID-19. Кроме того, фактор фон Виллебранда (vWF), медиатор иммунотромбоза, связанного с эндотелиальным воспалением, был резко повышен у пациентов с COVID-19 [ 56 , 57 ] и длительным течением COVID [ 58 ] по сравнению с контрольной группой (см. Приложение B ). Возможность агрегации эритроцитов и повреждения эндотелия запускать каскад свертывания крови, приводящий к тромбозу, указана в [ 20 , 22 , 23 ] и других исследованиях [ 1 ].

Слипание эритроцитов и повреждение эндотелия вызывают окклюзию микрососудов, гипоксию и образование тромбов

В соответствии с агрегатами эритроцитов, обнаруженными у большинства пациентов с тяжелой формой COVID-19 в исследованиях, отмеченных выше, и связанными с ними триггерами коагуляционного каскада, во многих исследованиях сообщалось об окклюзии микрососудов как в легочных, так и во внелегочных сосудах таких пациентов [ 1 , 4 ]. Скопления эритроцитов и микротромбы в легких считаются вероятными причинами гипоксемии, что отражается в снижении периферического насыщения кислородом (SpO2) у тяжелых пациентов с COVID-19 [ 1 , 4 ]. При аутопсийных исследованиях пациентов с COVID-19 часто наблюдались микротромбы в других частях тела, в том числе в сердце, почках и печени, часто с сопутствующим полиорганным повреждением и образованием тромбов [ 1 , 4 ]. Присоединение SP SARS-CoV-2 к гликанам клеток-хозяев, лежащих в основе этих заболеваний при тяжелой форме COVID-19, показано на рисунке 1 .

Рисунок 1. Ключевые аспекты биохимической основы тяжелых заболеваний, вызванных COVID-19. Воспроизведено в рамках CC-BY 4.0 из Scheim et al. 2023 [ 1 ]. Нижняя левая панель: положительно заряженный SP SARS-CoV-2 связывается с эритроцитами, тромбоцитами и эндотелиальными клетками, поверхность которых густо покрыта отрицательно заряженными сиалилированными гликанами. Верхняя левая панель: два бетакоронавируса человека, экспрессирующие фермент HE, расщепляющий SA, являются доброкачественными, а остальные три — SARS, SARS-CoV-2 и MERS — вирулентными. Верхняя центральная панель: агрегация эритроцитов, экспериментально вызванная in vivo путем инъекции высокомолекулярного декстрана (HMWD), вызвала большинство тех же заболеваний, что и тяжелая форма COVID-19. Средняя центральная панель: показаны переплетенный лист эритроцитов в анализе гемагглютинации ( слева ) и сгустки эритроцитов в эмбрионах рыбок данио ( справа ), оба индуцированные введением SARS-CoV-2 SP. Нижняя центральная панель: каждый из трех ключевых факторов риска заболеваемости COVID-19 — пожилого возраста, диабета и ожирения — связан со значительно повышенной агрегацией эритроцитов.
Средняя правая панель: показано электронно-микроскопическое изображение сгустков эритроцитов в крови и изображен SP в поврежденных эндотелиальных клетках, причем и то, и другое обычно наблюдается у тяжелых пациентов с COVID-19.
Нижняя правая панель : микрососудистая окклюзия в капиллярах перегородки легких связана с гипоксией, а микрососудистая окклюзия во внелегочных капиллярах связана с тромбами.

4. Обоснование биохимических основ тяжелой заболеваемости COVID-19.

Ключевая роль связывания SP SARS-CoV-2 с гликанами клеток-хозяев и связанной с этим агрегации клеток крови в тяжелых заболеваниях, вызванных COVID-19, была подтверждена следующими доклиническими и клиническими данными. Что касается первых трех пунктов ниже, то эритроциты, наиболее распространенная клетка в организме человека, были ключевым предметом большинства соответствующих исследований, но аналогичные эффекты наблюдались и для тромбоцитов.
Доказательства следующие:
Агрегация эритроцитов, экспериментально вызванная у нескольких видов животных путем инъекции полисахарида HMWD, вызвала большинство тех же заболеваний, что и тяжелая форма COVID-19, в частности, окклюзию микрососудов, гипоксию и образование тромбов. В исследованиях, проводившихся в 1940-х годах на собаках, кроликах, мышах, хомяках и других животных, слипание эритроцитов вызывалось в течение нескольких минут или часов после инъекции HMWD, за чем следовали отмеченные заболевания, причем предполагаемым механизмом было молекулярное соединение эритроцитов с помощью HMWD. Декстран с низкой молекулярной массой (LMWD) ингибировал и обращал вспять агрегацию эритроцитов и окклюзию микрососудов, когда слипание эритроцитов не перешло в свертывание [ 1 ].
Каждый из трех основных факторов риска смертности от COVID-19 — пожилой возраст, диабет и ожирение — связан со значительно повышенной агрегацией эритроцитов и окклюзией микрососудистых сосудов [ 1 , 59 , 60 ].
Три непатентованных препарата, которые наиболее тщательно изучались на предмет потенциальных клинических преимуществ против COVID-19, либо уменьшают агрегацию эритроцитов, либо специфически ингибируют вирусно-индуцированную агрегацию эритроцитов путем конкурентного связывания с SARS-CoV-2 SP [ 1 ].
Для видов млекопитающих степень клинической восприимчивости к COVID-19 коррелирует со степенью агрегации эритроцитов с p = 0,033 [ 1 ].
Из пяти бетакоронавирусов человека два, которые экспрессируют гемагглютининэстеразу (HE), фермент, который высвобождает вирусные связи с сиалилированными гликанами клеток-хозяев, являются доброкачественными (вирусы простуды HKU1 и OC43). Остальные три — SARS, SARS-CoV-2 и MERS — вирулентны, хотя вирусная нагрузка для COVID-19 и простудных инфекций примерно одинакова [ 1 ].
Важным открытием, связанным с экспериментально индуцированным слипанием эритроцитов с помощью HMWD, а также его ингибированием и обращением вспять с помощью LMWD, является то, что агрегация эритроцитов происходит временно даже у здоровых млекопитающих в условиях медленного кровотока, при этом более крупные сгустки секвестрируются через распределенную сеть артериол и легочный захват. архитектура ловушек [ 61 , 62 ]. Однако когда степень слипания эритроцитов превышает емкость этой секвестрационной сети или когда образуются стабилизированные фибрином микротромбы, это уже необратимо, и проявляются заболевания, наблюдаемые в этих исследованиях.

5. SP SARS-CoV-2, не связанный с вирусом, вызывает окклюзию микрососудов.
Экспериментальная система in vivo для изучения эффектов SP SARS-CoV-2, не связанного с цельным вирусом в крови, была предоставлена ​​путем внутривенной инъекции мРНК вакцины против COVID-19, которая индуцирует синтез SP клетками-хозяевами, выстилающими триллион эндотелиальных клеток в кровеносных сосудах (подходят для этой роли) [ 1 ]. В исследованиях на мышах [ 63 ] и крысах [ 64 ] спектр побочных эффектов, вызванных внутривенным введением вакцины BNT162b2 (в отличие от внутримышечного (в/м) пути введения, используемого в клинической практике), включал выраженную гиперкоагуляцию крови наряду с повреждением перикарда, изменениями на электрокардиограмме и другие отклонения, отражающие повреждение миокарда. Подобные повреждения миокарда были частыми побочными эффектами в исследованиях слипания эритроцитов, вызванных HMWD [ 1 ]. У всех мышей в группах, которым вводили внутривенно и внутримышечно мРНК, наблюдалась инфильтрация миокарда лейкоцитами, дегенерация и некроз кардиомиоцитов по сравнению с отсутствием эффектов у контрольной группы, которой вводили физиологический раствор.
Клинически вакцина против COVID-19, изготовленная из инактивированного цельного вируса, вакцина Sinovac-CoronaVac, не вызывала изменений сосудистой плотности (VD) проточных кровеносных сосудов сетчатки (за исключением закупоренных, непроточных сосудов), что определялось методом оптической когерентности, томографическая ангиография [ 65 , 66 ]. CoronaVac и аналогичные вакцины на основе антигенов отличаются от мРНК и аденовектор-ДНК-вакцин против COVID-19 тем, что их липидно-наночастичные или аденовирусные оболочки-носители трансфицируют клеточные и тканевые мембраны вдали от места инъекции и производят нерегулируемые, потенциально большие количества СП в течение длительного времени, возможные периоды до месяцев [ 2 ].
Однако мРНК-вакцина Pfizer-BioNTech BNT162b2 вызывала небольшое, но статистически значимое снижение ( p <0,001) различных показателей VD [ 66 , 67 ], что указывает на микрососудистую окклюзию. Через четыре недели после вакцинации семь из этих снижений VD сохранялись на статистически значимом уровне [ 66 ]. В другом исследовании, в котором использовалось сканирование ПЭТ/КТ для отслеживания поглощения миокардом фтордезоксиглюкозы F 18 (ФДГ), индикатора повреждения миокарда [ 68 , 69 ], это значение было аномально высоким и значительно выше у субъектов, вакцинированных мРНК, по сравнению с невакцинированными контрольными группами, поскольку выявляется через 1–180 дней после вакцинации (медиана 4,8 против 3,3, р <0,0001) [ 70 ]. Аналогичные потенциальные риски без явных клинических проявлений были выявлены по маркерам сердечных тестов через 2–10 недель после вакцинации мРНК COVID-19 по сравнению со значениями до вакцинации у 566 пациентов в кардиологической клинике, с увеличением прогнозируемого пятилетнего риска острого сердечного приступа событий от 11% до 25% [ 71 ].
Период риска возникновения возможных микрососудистых осложнений после вакцинации против COVID-19 не установлен, но масс-спектрометрический анализ цельной крови выявил СП у 50% мРНК-вакцинированных субъектов в течение до шести месяцев после вакцинации [ 72 ]. Другое исследование показало, что из 16 пациентов, вакцинированных мРНК COVID-19, впоследствии госпитализированных по поводу миокардита, у всех были значительные уровни SP SARS-CoV-2 в крови, в то время как у 45 бессимптомных вакцинированных субъектов не было обнаруживаемого SP [ 73 ]. Исследования, в том числе исследование, недавно проведенное многонациональной коллаборацией, в ходе которого были изучены медицинские записи 99 миллионов человек, вакцинированных против COVID-19 [ 74 ], и Йельское исследование побочных эффектов, проявляющихся после вакцинации против COVID-19 [ 75 ], могут помочь гармонизировать поствакцинальные признаки микрососудистой окклюзии и миокардита в результате поглощения ФДГ сетчаткой и миокардом, как отмечалось выше, а также нарушений ЭКГ [ 76 , 77 ] с сигналами безопасности/токсичности, соответствующими явным клиническим событиям.

ПРОДОЛЖЕНИЕ: https://budetlyanin108.livejournal.com/3763919.html?newpost=1

Оставить комментарий

Популярные посты:

mesian

Volkswagen Teramont X: инженерное совершенство в кузове внедорожника

shushpanzer_ru

Когда расперло во все стороны

antimeridiem

Течение жизни

colonelcassad

В Ростове снесли памятник коллаборационисту Краснову

matsam

Решающая неделя

guryshkina

Провела очередной френдоцид

katia_lexx

Магия цвета

rurik_l

О Коломойском

foto_history

В плену отчаяния: тюрьма жизни сменяется тюрьмой наркомании

• Ранее
• Архив