Immagine: il ruolo del colesterolo alto nella mortalità COVID19 correlata all’età. Credito di immagine: Naeblys / Shutterstock.
In nuovo studio pubblicato sul server di prestampa bioRxiv * nel maggio 2020 suggerisce che la mortalità sorprendentemente aumentata nei pazienti COVID-19 che sono anziani o hanno anche ipertensione, diabete, malattie cardiovascolari è dovuta a livelli elevati di colesterolo nei tessuti.
Indica anche il ruolo di una dieta sana, dimostrando che gli acidi grassi polinsaturi (PUFA) nel sangue si oppongono agli effetti del colesterolo e quindi al rischio di gravi sintomi COVID-19.
Variazione dell’infettività tra adulti e bambini
La sindrome respiratoria acuta grave da SARS-CoV-2, che causa la malattia COVID-19, è nota per infettare ed entrare nelle cellule ospiti impiegando la molecola del recettore ACE2 presente all’esterno della membrana cellulare ospite. Inizialmente si pensava che bassi livelli di ACE2 nei bambini causassero un ridotto rischio per questa condizione, ma studi recenti dimostrano che ciò non è necessariamente sempre vero. Alcuni bambini mostrano alti livelli di ACE2 nella prima infanzia.
Il presente studio mira a rispondere alla domanda su cosa controlla l’ingresso di SARS-CoV-2 nella cellula ospite.
Il ruolo del colesterolo nell’ingresso virale
Ricerche virali SARS-CoV precedenti potrebbero aiutare a fornire la risposta. Questo virus entra nella cellula solo in presenza di colesterolo e monosialotetrahexosylganglioside1 (GM1) sotto forma di zattere lipidiche, in coltura. Il colesterolo è necessario per la formazione di queste zattere lipidiche GM-1 e i virus si attaccano ad esse ed entrano nella cellula per endocitosi. Queste zattere GM-1 migrano da aree di lipidi disordinate o grassi polinsaturi. Il colesterolo è un grasso presente nelle membrane cellulari di tutto il corpo e si deposita nei tessuti ricchi di macrofagi con infiammazione cronica. Nelle malattie polmonari si osserva che le cellule polmonari e i macrofagi assorbono e rilasciano il colesterolo. Lo studio, pertanto, si è concentrato sulla ricerca della relazione tra il potenziale infettivo del virus e la concentrazione di colesterolo.
Il colesterolo favorisce l’ingresso virale
In primo luogo, utilizzando uno pseudovirus che esprime la proteina spike (S) di SARS-CoV-2, i ricercatori hanno caricato il colesterolo nelle cellule in coltura insieme alla proteina vettore e al siero del sangue. La proteina S è responsabile dell’ingresso virale. Nella forma legata al colesterolo, la proteina apoE si lega al recettore LDL della cellula per caricare il colesterolo nella cellula. Se libero, il suo legame favorisce lo scarico del colesterolo dalla cellula. Nella condizione di carico del colesterolo, l’ingresso virale è aumentato notevolmente del 50%, mentre è stato significativamente ridotto nello stato di scarico. L’aggiunta di una sostanza chimica che rimuove il colesterolo chiamata metil-beta-ciclodestrina (MβCD) alla coltura cellulare ha duplicato l’effetto virale di inibizione dell’entrata nella cellula ospite durante lo scarico del colesterolo. I ricercatori hanno concluso che la mancanza di ingresso del virus con lo scarico del colesterolo non è dovuta alla mancanza del recettore ACE2, poiché quest’ultimo è stato espresso ad alti livelli normali in presenza sia di apoE che di MβCD.
Avendo indicato l’entrata del virus dipendente dal colesterolo, i ricercatori hanno esaminato i meccanismi molecolari sottostanti. Il colesterolo è essenziale per il numero e le dimensioni delle zattere GM1, nonché per il movimento in entrata e in uscita delle proteine nelle zattere nella membrana cellulare. Con un aumento di queste, anche l’ingresso virale aumenta.
Il colesterolo facilita una maggiore disponibilità di ACE2
Il movimento dei recettori ACE2 verso il sito di ingresso virale aumenta anche con il carico di colesterolo. Per scoprire quanto del recettore è localizzato in questi siti della zattera e quanto varia con la concentrazione di colesterolo, i ricercatori hanno usato anticorpi fluorescenti con ACE2 per le cellule trattate con apoE e siero e hanno usato dSTORM (microscopia di ricostruzione ottica stocastica diretta) per acquisire immagini della struttura del dominio lipidico su scala nanometrica.
I ricercatori hanno scoperto che i recettori ACE2 erano correlati con le zattere lipidiche GM1 più di 3 volte nelle condizioni di carico di colesterolo della cellula. L’effetto opposto (una riduzione di oltre il 70% della localizzazione alle zattere) è stato osservato con l’aggiunta di MβCD. Pertanto, il carico di colesterolo mediato da apoE provoca la localizzazione di ACE2 nel punto di entrata virale.
Perché COVID-19 è molto più pericoloso negli anziani e nei malati?
Questo meccanismo di localizzazione ACE2 dipendente dal colesterolo, così come l’ingresso del virus, potrebbe essere il motivo per cui COVID-19 è molto più letale negli anziani. I livelli di colesterolo nei tessuti aumentano con l’età a causa di patologie croniche come l’aterosclerosi e altre infiammazioni acute o croniche. Queste sono le stesse condizioni che si riscontrano in caso di aumento della gravità e probabilità della malattia sintomatica di COVID-19.
Sulla base di questi risultati, i ricercatori suggeriscono che il colesterolo è essenziale per l’infezione da SARS-CoV-2. Bassi livelli di colesterolo forniscono pochi punti di accesso e ne riducono le dimensioni, come nei bambini. Tuttavia, con l’invecchiamento, livelli più elevati di colesterolo causano un aumento del numero e della dimensione dei punti di ingresso, aumentando la probabilità di infezione da SARS-CoV-2.
I ricercatori hanno quindi tentato di scoprire se la ridotta entrata virale fosse dovuta a un minore legame del recettore. Hanno testato il legame del virus al dominio di legame del recettore (RBD) del recettore ACE2 sulle cellule di coltura, sia con che senza l’aggiunta di MβCD alle cellule. La leggera riduzione del legame RBD dovuta alla presenza della sostanza chimica era insignificante. Il passo successivo è stato scoprire come l’ingresso virale è stato influenzato dall’espressione di ACE2 e dai bassi livelli di colesterolo. I ricercatori hanno scoperto che con concentrazioni di ACE2 più elevate, i recettori si sono allontanati dalle vicinanze delle zattere lipidiche GM1, probabilmente perché l’eccesso di ACE2 è migrato nella regione lipidica disordinata. Sebbene il virus si attacchi all’ACE2 in questa regione, non può entrare nella cellula, e quindi questo stato protegge dalle infezioni, come si vede nei bambini.
Il colesterolo aumenta la disponibilità di furina
Il virus richiede l’innesco mediato dalla proteasi per entrare nella cellula ospite. In SARS-CoV-2, questo viene eseguito dalla furina, che ha un sito di scissione, unico per questo virus, tra le subunità S1 e S2 della proteina S. Nello pseudovirus, questo sito è suddiviso nelle cellule che producono il virus. D’altra parte, un altro sito fende un peptide di fusione e consente al virus di entrare nella membrana della cellula ospite. Ciò dovrebbe essere risolto dalle proteasi TMPRSS2 o cathepsin.
Per provarlo, i ricercatori hanno etichettato sia la furina che TMPRSS2 insieme alle zattere GM1. Hanno scoperto che solo la furina era associata alle zattere. In condizioni di colesterolo basso, questa associazione è scomparsa. Infine, lo studio rivela anche l’attaccamento dei residui di palmitoile durante la modifica post-traduzione. Questi lipidi a 16 atomi di carbonio si attaccano a molte proteine per facilitarne l’ingresso e l’uscita dalle zattere lipidiche GM1. L’endodomain SARS-CoV deve essere palmitoilato per consentire la fusione virale e l’ingresso attraverso la proteina S. Tutti i siti di palmitoilazione considerati presenti in questo virus si trovano anche in SARS-CoV-2, con uno in più, il che può indicare che questa alterazione favorisce la sopravvivenza del virus.
Meccanismi multipli di infettività dipendente dal colesterolo
Il modello mostra che nelle regioni ad alto contenuto di colesterolo, si formano sempre più zattere lipidiche GM1 nella membrana cellulare a causa del carico di colesterolo. L’ACE2 si sposta nella zattera lipidica GM1 ed entra nella cellula attraverso l’endocitosi. La proteina spike che copre la superficie del virus si lega all’ACE2, eventualmente tirando i lipidi GM1 sul virus e facilitando così l’ingresso endosomiale.
Nel complesso, quindi, lo studio suggerisce 3 meccanismi distinti che potrebbero spiegare le differenze di infettività tra sottogruppi di popolazione con comorbidità e infiammazione cronica:
-il primo è l’aumento dipendente dal colesterolo nel numero e nella dimensione delle zattere lipidiche GM1, e quindi i punti di ingresso per il virus.
-in secondo luogo, il recettore può attraccare nei siti che offrono il beneficio più significativo per l’ingresso virale, sempre in modo dipendente dal colesterolo,
-in terzo luogo, le proteasi richieste per la prefusione di attivazione del virus sono assenti in condizioni di basso colesterolo.
Nei bambini, che in genere hanno solo un’entrata virale superficiale piuttosto che un’endocitosi mediata dalla zattera lipidica, l’ingresso virale limitato porta a una lieve infezione. Il colesterolo basso riduce ancora di più il potenziale infettivo del virus. Con un colesterolo più alto, il legame con RBD migliora, il che potrebbe indicare l’uso preferenziale dell’endocitosi da parte del virus per l’ingresso delle cellule. L’aumento di TMPRSS2 è legato a una maggiore infettività. Tuttavia, se questa proteasi è preferita nei bambini, potrebbe essere inefficace nei pazienti più anziani e malati.
Vedi anche: COVID 19: farmaco immunosoppressore nelle prime fasi del processo patologico potrebbe migliorare l’esito
In che modo questo risultato è importante per il trattamento COVID-19?
Il fatto che la maggior parte delle colture cellulari per SARS-CoV-2 siano effettuate senza una fonte di colesterolo come il siero è vitale nello sviluppo di terapie per COVID-19, alla luce di questi risultati. È fondamentale notare che un alto livello di colesterolo nei tessuti e non un livello ematico elevato è il motore dell’infettività di questo virus. Ciò significa che gli attuali test per il colesterolo nel sangue non indicano sempre il rischio effettivo di malattia grave o critica. Un esempio chiave di questo apparente paradosso è la presenza di infiammazione cronica, in cui i livelli di colesterolo nei tessuti sono alti sebbene il colesterolo nel sangue sia basso. Il motivo è che lo scarico del colesterolo nel tessuto è inibito, mentre i macrofagi lo caricano nelle cellule.
Lo studio potrebbe quindi aiutare a portare avanti la ricerca sul ruolo del colesterolo nell’infezione virale in COVID-19. Sono necessarie ulteriori ricerche per trovare il ruolo di altre proteine e lipidi nel complesso ambiente della membrana, che potrebbero influenzare in modo significativo l’ingresso del virus e l’infezione della cellula ospite.
Fonte: bioRxiv
