Pesquisadores desvendam mecanismo que torna COVID-19 mais grave em diabéticos

Maior nível de glicose no sangue é captado por células de defesa e serve como fonte de energia que permite ao vírus se replicar mais, desencadeando resposta imunológica que mata células pulmonares e desregula sistema imune

André Julião | Agência FAPESP * – Um grupo brasileiro de pesquisadores desvendou uma das causas da maior gravidade da COVID-19 em pacientes diabéticos. Como mostraram os experimentos feitos em laboratório, o teor mais alto de glicose no sangue é captado por um tipo de célula de defesa conhecido como monócito e serve como uma fonte de energia extra, que permite ao novo coronavírus se replicar mais do que em um organismo saudável. Em resposta à crescente carga viral, os monócitos passam a liberar uma grande quantidade de citocinas [proteínas com ação inflamatória], que causam uma série de efeitos, como a morte de células pulmonares.

O estudo, apoiado pela FAPESP, é liderado por Pedro Moraes-Vieira, professor do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas (IB-Unicamp), e por pesquisadores que integram a força-tarefa contra a COVID-19 da universidade, coordenada por Marcelo Mori, também professor do IB-Unicamp e coautor do trabalho. O artigo foi publicado na revista Cell Metabolism.

“O trabalho mostra uma relação causal entre níveis aumentados de glicose com o que tem sido visto na clínica: maior gravidade da COVID-19 em pacientes com diabetes”, diz Moraes-Vieira, pesquisador do Experimental Medicine Research Cluster (EMRC) e do Centro de Pesquisa em Obesidade e Comorbidades (OCRC), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) apoiado pela FAPESP, com sede na Unicamp.

Por meio de ferramentas de bioinformática, os pesquisadores analisaram inicialmente dados públicos de células pulmonares de pacientes com quadros médios e severos de COVID-19. Foi observada uma superexpressão de genes envolvidos na chamada via de sinalização de interferon alfa e beta, que está ligada à resposta antiviral.

Os pesquisadores observaram ainda no pulmão de pacientes graves com COVID-19 uma grande quantidade de monócitos e macrófagos, duas células de defesa e de controle da homeostase do organismo.

Monócitos e macrófagos eram as células mais abundantes nas amostras e as análises mostraram que a chamada via glicolítica, que metaboliza a glicose, estava bastante aumentada.

As análises por bioinformática foram realizadas pelos pesquisadores Helder Nakaya, professor da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo (FCF-USP), e Robson Carvalho, professor do Instituto de Biociências de Botucatu da Universidade Estadual Paulista (IBB-Unesp).

Glicose e vírus

O grupo da Unicamp realizou, então, uma série de ensaios com monócitos infectados com o novo coronavírus, em que eles eram cultivados em diferentes concentrações de glicose. Os experimentos foram feitos no Laboratório de Estudos de Vírus Emergentes (Leve), que tem nível 3 de biossegurança – um dos mais altos –, e é coordenados por José Luiz Proença Módena, professor do IB-Unicamp apoiado pela FAPESP e coautor do trabalho.

“Quanto maior a concentração de glicose no monócito, mais o vírus se replicava e mais as células de defesa produziam moléculas como as interleucinas 6 [IL-6] e 1 beta [IL-1β)] e o fator de necrose tumoral alfa, que estão associadas ao fenômeno conhecido como tempestade de citocinas, em que não só o pulmão, como todo o organismo, é exposto a essa resposta imunológica descontrolada, desencadeando várias alterações sistêmicas observadas em pacientes graves e que pode levar à morte”, diz Moraes-Vieira.

Os pesquisadores usaram então, nas células infectadas, uma droga conhecida como 2-DG, utilizada para inibir o fluxo de glicose. Eles observaram que o tratamento bloqueou completamente a replicação do vírus, assim como o aumento da expressão das citocinas observadas anteriormente e da proteína ACE-2, aquela pela qual o coronavírus invade as células humanas.

Além disso, usaram uma droga que está sendo testada em pacientes com alguns tipos de câncer. Assim como alguns análogos, a 3-PO inibe a ação de um gene envolvido no aumento do fluxo de glicose nas células. O resultado da sua aplicação foi o mesmo da 2-DG: menos replicação viral e menos expressão de citocinas inflamatórias.

Os resultados que indicaram maior atividade da via glicolítica frente à infecção foram obtidos por meio de análises proteômicas dos monócitos infectados, realizadas em colaboração com Daniel Martins-de-Souza, professor do IB-Unicamp apoiado pela FAPESP.

Por fim, as análises mostraram que o mecanismo era mediado pelo fator induzido por hipóxia 1 alfa. Como é estudada em diversas doenças, é sabido que essa via é mantida estável, em parte pela a presença de espécies reativas de oxigênio na mitocôndria, a usina de energia das células.

Os pesquisadores usaram então antioxidantes nas células infectadas e viram que a hipóxia 1 alfa  diminuía a sua atividade e, assim, deixava de influenciar o metabolismo da glicose. Como consequência, fazia com que o vírus parasse de se replicar nos monócitos, as células de defesa infectadas, que não mais produziam citocinas tóxicas para o organismo.

“Quando intervimos no monócito com antioxidantes ou com drogas que inibem o metabolismo da glicose, nós revertemos a replicação do vírus e também a disfunção em outras células de defesa, os linfócitos T. Com isso, evitamos ainda morte das células pulmonares”, diz Moraes-Vieira.

Os estudos com linfócitos T e a análise da expressão de hipóxia 1 alfa em pacientes foram realizados em colaboração com Alessandro Farias, professor do IB-Unicamp e coautor do trabalho.

Como as drogas usadas nos experimentos com células estão atualmente em testes clínicos para alguns tipos de câncer, poderiam futuramente ser testadas em pacientes com COVID-19.

O trabalho tem como primeiros autores Ana Campos Codo, bolsista de mestrado da FAPESP; Gustavo Gastão Davanzo, que tem bolsa de doutorado da FAPESP e Lauar de Brito Monteiro, também bolsista de doutorado, todos no IB-Unicamp sob orientação de Moraes-Vieira.

“Esse trabalho só foi possível devido às colaborações, ao empenho dos alunos de pós-graduação, que tem trabalhado noite e dia nesse projeto, e ao financiamento rápido do FAEPEX [Fundo de Apoio ao Ensino, à Pesquisa e à Extensão] da Unicamp e da FAPESP”, diz Moraes-Vieira.

O artigo Elevated glucose levels favor SARS-CoV-2 infection and monocyte response through a HIF-1α/glycolysis dependent axis pode ser lido em: www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(20)30365-X.

* Texto atualizado em 17 de julho de 2020.