По всей видимости, многим людям, умирающим во время пандемии COVID-19, больше вредит не сам вирус, а их собственная иммунная система. Инфекция может спровоцировать гиперцитокинемию, или цитокиновую бурю, как называют резкий рост сигнальных протеинов, которые вызывают воспаление, поражающее легкие, ткани, и могущее привести к отказу органов и к смерти. Но это явление не уникальное, и оно не ограничено COVID-19. Иногда цитокиновая буря возникает и при тяжелой форме гриппа. Недавно было проведено исследование, проливающее свет на один из механизмов метаболизма, который инициирует такое безудержное воспаление.

Ученым уже давно известно, что вирусная инфекция может повлиять на клеточный метаболизм человека, как называют систему биохимических реакций, необходимых для обеспечения энергией всего того, что делает клетка. В своей новой работе ученые показывают, что у живых мышей и у человеческих клеток вирус гриппа А (один из двух типов, обычно вызывающий сезонную вспышку гриппа), провоцирует цепочку клеточных событий, или каскад реакций, который усиливает метаболизм глюкозы. Это, в свою очередь, дает толчок лавинообразному производству цитокинов. И если заблокировать ключевой энзим, отвечающий за каскад реакций с участием глюкозы, можно будет предотвратить смертоносную цитокиновую бурю. Об этом говорится в научном исследовании, опубликованном на прошлой неделе в журнале «Достижения науки» (Science Advances).

Это исследование не было посвящено новому коронавирусу, однако ученые говорят, что в вызываемой им болезни COVID-19 могут действовать точно такие же механизмы. Этой связью можно объяснить то, почему у людей с диабетом выше риск умереть от коронавируса.

Когда вирус заражает клетку, он крадет у нее ресурсы, чтобы делать копии самого себя, объясняет иммунолог Пол Томас (Paul Thomas), работающий в Мемфисе в детском исследовательском госпитале святого апостола Иуды и не участвовавший в новом исследовании. Инфицированным клеткам приходится активизировать свой обмен веществ, чтобы пополнить украденные ресурсы, а здоровые клетки вынуждены делать то же самое, чтобы дать эффективный иммунный ответ, говорит он.

Проведенные ранее исследования показали, что при заражении гриппом усиливается метаболизм глюкозы, или той молекулы сахара, которая питает деятельность клеток. Авторы новой работы как и прежде сумели идентифицировать метаболический путь с участием сигнального белка под названием регуляторный фактор интерферона 5 (IRF5), через который заражение гриппом может привести к гиперцитокинемии.

Коллектив ученых в своем исследовании на молекулярном уровне выяснил, каким образом каскад реакций метаболизма глюкозы, активируемый инфекцией, приводит к неконтролируемой иммунной реакции. Во время инфекции высокое содержание глюкозы в крови заставляет энзим OGT привязываться к IRF5 и химически модифицировать его в процессе гликозилирования. Это способствует еще одной химической модификации под названием убиквитинирование, которая приводит к реакции цитокинового воспаления.

Исследователи заразили мышей гриппом А, а затем стали вводить им сахар глюкозамин, который вызывает реакцию метаболизма глюкозы. Они показали, что это увеличивает производство цитокинов. Далее они генетическим путем вывели мышей без гена, обеспечивающего выработку OGT. У этих мышей не было чрезмерной цитокиновой реакции на глюкозамин.

Наконец, они проанализировали образцы крови, взятые у больных гриппом и у здоровых пациентов в китайском Ухане в период с 2018 по 2019 год. Они обнаружили, что в крови больных гриппом уровень глюкозы выше, и соответственно, выше содержание сигнальных молекул иммунной системы, чем у здоровых пациентов. Такой результат подтвердил идею о том, что метаболизм глюкозы играет определенную роль в инфекции гриппа.

Эти выводы указывают на то, что для предотвращения цитокиновой бури, возникающей при гриппе и других вирусных инфекциях, можно вмешиваться в этот каскад реакций. Однако такое вмешательство следует осуществлять крайне осторожно, чтобы не лишить организм возможности бороться с вирусом.

«Не исключено, что вмешиваться в метаболизм глюкозы следует с применением химических ингибиторов, регулируя выработку цитокинов, — говорит соавтор исследования, профессор Эссенского института вирусологии Менгджи Лу (Mengji Lu). — Но следует сказать, что энергетический обмен веществ жизненно важен для наших иммунных клеток, чтобы бороться с вирусом. Наверное, важно комбинировать противовирусное лечение и ингибиторы метаболизма, подавляя вирус и в то же время ослабляя чрезмерную иммунную реакцию».

Похожий процесс неудержимого производства цитокинов отмечается и во время COVID-19, говорит профессор Лу. Однако у нас нет конкретных лекарств, воздействующих на вирус SARS-CoV-2, который вызывает эту болезнь, добавляет он. А поэтому «вмешательство в один только энергетический обмен веществ может привести к разрушению иммунной защиты, но никакой пользы не принесет».

Другие ученые хвалят проведенное исследование. «Они провели замечательную работу, предложив и проверив один механизм, посредством которого метаболические изменения могут способствовать воспалительной реакции», — говорит Томас. Более ранние исследования в общем виде показывали, что метаболизм глюкозы играет определенную роль в реагировании на инфекцию гриппа. Но в этом исследовании подробно показано то, что происходит на молекулярном уровне, и как вмешательство в этот процесс может предотвратить неконтролируемое воспаление, отмечает он.

Эти выводы подтверждают то, что в 2018 году в ходе исследования того же самого метаболического пути с использованием другого вируса вместе с коллегами обнаружил Хайтао Вэнь (Haitao Wen), ныне работающий доцентом иммунологии в университете штата Огайо. К таким же выводам в 2019 году пришла другая группа ученых. Все три исследования показывают, что участвующий в этом метаболическом пути энзим OGT нужен для того, чтобы вызвать стрессовую реакцию носителя на вирусную инфекцию. «Начальная точка этой стрессовой реакции состоит в усилении антипатогенной иммунной реакции и в попытке бороться с вирусом, — говорит Вэнь, который не участвовал в новом исследовании. — Но если воспалительный процесс будет продолжаться, он вызовет побочный ущерб».

Принимая во внимание роль глюкозы в этом каскаде реакций, можно ли предположить, что рацион питания человека способен повлиять на его ответ на вирусную инфекцию? «Это очень хороший вопрос, — говорит Вэнь. — В данный момент я считаю, что пока слишком рано делать выводы о том, можно ли с помощью особой диеты побороть вирусную инфекцию». Ученым известно, что люди с диабетом второго типа в большей мере подвержены инфекции гриппа в тяжелой форме. Но это вызвано не тем, что у них в крови выше уровень глюкозы. Главная причина, отмечает Вэнь, заключается в том, что они не могут использовать глюкозу эффективно, а поэтому не могут инициировать должным образом противовирусную реакцию.

Так или иначе, есть надежда на то, что вмешавшись в процесс метаболизма глюкозы, мы сможем предотвратить смертоносные цитокиновые бури, которые случаются у тяжелых больных гриппом и COVID-19. Но коллектив Лу пока не проводил исследования на людях. «В настоящее время у нас нет данных по пациентам, демонстрирующим эффект от вмешательства в энергетический обмен веществ, — говорит он. — Пока еще рано делать выводы о возможном клиническом использовании».

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.