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Saurer pH-Wert fördert die SARS-CoV-2-Infektion durch Hochregulierung des ACE2-Rezeptors

Die anhaltende Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19), die durch ein neuartiges Coronavirus verursacht wird, nämlich, schweres akutes respiratorisches Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), hat weltweit mehr als 4,6 Millionen Menschenleben gefordert. Diese Krankheit verursacht ein breites Spektrum von Symptomen im Zusammenhang mit Atemwegserkrankungen, neurologische, und Verdauungsstörungen. Einige schwer infizierte COVID-19-Patienten entwickeln eine akute Lungenentzündung, während andere an gastrointestinalen (GI) Symptomen leiden, wie Durchfall, Erbrechen, usw.

SARS-CoV-2-Infektion beim Menschen

SARS-CoV-2 ist ein RNA-Virus, das zur Familie gehört Coronaviridae der Gattung Betacoronavirus. Das Spike (S) Protein dieses Virus vermittelt hauptsächlich die Interaktion mit den menschlichen Wirtszellen. Die auf der Oberfläche des S-Proteins vorhandene Rezeptor-Bindungsdomäne (RBD) bindet an den Angiotensin-Converting-Enzym-2-(ACE2)-Rezeptor des Wirts. ACE2 ist auf mehreren Wirtsgeweben vorhanden, wie GI-Epithelzellen und Leberzellen.

Forscher haben das Vorhandensein dieses Virus in mehreren Geweben nachgewiesen. wie die Speiseröhre, Magen, Zwölffingerdarm, und Rektum. Ebenfalls, Die Endoskopie von Krankenhauspatienten mit schwerer COVID-19-Infektion hat Ösophagusblutungen mit Erosionen und Geschwüren gezeigt.

Menschen mit Komorbiditäten leiden in der Regel an einer schweren COVID-19-Infektion. Diese Patienten weisen höhere ACE2-Spiegel in der Lunge auf als Patienten ohne Begleiterkrankungen. Eine kürzlich durchgeführte Studie hat gezeigt, dass ACE2 in der Lunge von Menschen mit chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen und pulmonaler arterieller Hypertonie signifikant exprimiert wird. Da die Expression des ACE2 von bestimmten Bedingungen wie erhöhten Glukosespiegeln abhängt, Hypoxie, und Zellstress, Forscher glauben, dass andere Komorbiditäten im Zusammenhang mit dem GI mit verschiedenen Formen von COVID-19 in Verbindung gebracht werden könnten.

Eine neue Studie

Eine neue Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen der Medizin zeigten, dass Barrett-Ösophagus (BE) und gastroösophageale Refluxkrankheit (GERD) neue Komorbiditäten im Zusammenhang mit der SARS-CoV-2-Erkrankung darstellen könnten. Eine frühere Studie hatte geschätzt, dass in den Vereinigten Staaten 5,6 % der Erwachsenen haben BE, eine Krankheit, bei der die Plattenepithelschleimhaut der Speiseröhre durch GERD beschädigt wird.

In dieser Studie, Forscher zeigten, dass ACE2 in der Speiseröhre von Patienten mit BE stark exprimiert wird. Bei diesen Patienten, der saure pH-Wert induziert die Expression von ACE2. Das Team kultivierte humane primäre Monozyten bei reduziertem pH-Wert, Dies zeigte eine Erhöhung der Expression von ACE2 und eine signifikantere Viruslast bei einer SARS-CoV-2-Infektion.

Die Forscher vermuten, dass ein saurer pH-Wert die COVID-19-Infektion durch die Hochregulierung des ACE2-Rezeptors verstärkt. und das, im Gegenzug, könnte klinische Auswirkungen auf Patienten haben, die an GERD oder BE leiden. Obwohl es keine Hinweise auf Mechanismen gibt, die pH-Änderungen und ACE2-Expression verbinden, frühere Studien haben gezeigt, dass hypoxische Bedingungen die Expression von ACE2 erhöhen können. Diese Studie ergab, dass zwei der bekannten Regulatoren von ACE2, nämlich, HNF1B und FOXA2, wurden in 6 von 8 BE-Transkriptomstudien als hochreguliert beschrieben. Dies deutet darauf hin, dass diese Regulatoren mit der pH-induzierten ACE2-Expression in BE in Verbindung stehen könnten.

Eines der wichtigsten charakteristischen Merkmale der COVID-19-Krankheit sind Lungenschäden, was zu akuter Hypoxie und einer weiteren respiratorischen Azidose führen kann. Zusätzlich, Forscher glauben, dass bei einigen der schwer infizierten COVID-19-Patienten, Blutazidose tritt auf. Dieser Zustand verschlechtert den Zustand des Patienten, indem er die ACE2-Expression erhöht, die den Eintritt von SARS-CoV-2 in menschliche Zellen verbessert. Ebenfalls, ein erhöhter Spiegel des Lactatdehydrogenase-Enzyms, das Laktat aus Pyruvat umwandelt, wurde mit einer schweren COVID-19-Erkrankung in Verbindung gebracht. Dieser erhöhte Laktatspiegel kann den extrazellulären und intrazellulären pH-Wert direkt verändern. was die ACE2-Expression verändert. Weitere Forschung ist erforderlich, um zu beurteilen, inwieweit eine akute systemische Azidose den Schweregrad von COVID-19 beeinflusst. In dieser Studie, Forscher haben darauf hingewiesen, dass der pH-Wert allein in der Lage sein könnte, die ACE2-Expression zu modifizieren und anschließend die SARS-CoV-2-Infektion bei Patienten zu hemmen.

Meta-Analyse der Transkriptome des gastroösophagealen Übergangs von Patienten mit Barrett-Ösophagus. (A) Meta-Analyse von 8 Studien von Barrett-Ösophagus-Transkriptomen. (B) Anzahl der unterschiedlich exprimierten Gene im Barrett-Ösophagus im Vergleich zu Nicht-Barrett-Ösophagus. Die Linien zeigen die Anzahl der Gene (y-Achse), die im Barrett-Ösophagus als hochreguliert (rote Linien) oder herunterreguliert (blaue Linien) angesehen werden (P-Wert <0,05; log2-fache Änderung> 1; kombinierter FDR <0,01) in einem oder mehreren Datensätzen (x-Achse). Die Anzahl der hoch- und herunterregulierten Gene in mindestens sieben Studien ist angegeben. (C) ACE2 ist bei Patienten mit Barrett-Ösophagus hochreguliert. Jeder Balken repräsentiert die log2-Expressions-Faltungsänderung zwischen Patienten und Kontrollpersonen. Die Fehlerbalken geben das 95 %-Konfidenzintervall an. Rote Balken repräsentieren einen P-Wert <0,05 und grau einen nicht signifikanten P-Wert. (D) Pathway-Anreicherungsanalyse unter Verwendung der hochregulierten und herunterregulierten Gene in mindestens sieben Studien. Die Balken stellen den kombinierten Score (x-Achse) dar, der vom Enrichr-Tool für ausgewählte Gene Ontology-Gensets (y-Achse) berechnet wurde. (E) ACE2-Expression in Zellen, die mit Protonenpumpenhemmern behandelt wurden. Jedes Boxplot repräsentiert die log2-Expression von unbehandelten (CTRL) Zellen und Zellen, die entweder mit Omeprazol (OPZ) oder Lansoprazol (LPZ) behandelt wurden. (F) Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) der 8 Studien von Barrett-Ösophagus-Transkriptomen mit pH-bezogenen Gensets. Die Größe und Farbe der Kreise sind proportional zum normalisierten Anreicherungsscore (NES) der Gensätze (Spalten) in jeder Studie (Zeilen). Die Gene Ontology IDs sind oben angegeben.

Diese Studie umfasste zwei unabhängige Kohorten, bestehend aus 1 357 SARS-CoV-2-infizierte Patienten. Eine Gruppe hatte in der Vergangenheit Protonenpumpenhemmer (PPI) verwendet und eine andere Gruppe enthielt Personen, die das Medikament nicht einnahmen. Diese Studie ergab, dass Patienten, die mit PPI (zur GERD-Behandlung verwendet) behandelt wurden, ein höheres Risiko hatten, eine schwere SARS-CoV-2-Infektion zu entwickeln. Dies wurde durch die Beobachtung einer erhöhten Intensivstationsaufnahme beurteilt.

Weiter, die Wissenschaftler berichteten auch, dass die Sterblichkeitsrate in der mit PPI behandelten Gruppe um das 2- bis 3-Fache anstieg, im Vergleich zu denen, die dieses Medikament nicht verwenden. Dieses Ergebnis stimmt mit früheren Studien überein, die eine Metaanalyse durchführten, die ergab, dass PPIs das Risiko einer Progression zu schwerem COVID-19 erhöhten. Eine frühere Studie berichtete auch, dass Personen, die mit PPI behandelt wurden, einem höheren Risiko ausgesetzt waren, eine COVID-19-Infektion zu bekommen. vielleicht weil PPI die Magenbarriere gegen SARS-CoV-2 reduziert hat.

Abschluss

Die Autoren dieser Studie glauben, dass der pH-Wert einen großen Einfluss auf die SARS-CoV-2-Infektion und die Schwere der Erkrankung haben kann. Jedoch, weitere Studien mit größeren Kohorten sind erforderlich, um dieses Ergebnis zu validieren und auch den molekularen Mechanismus im Zusammenhang mit der pH-induzierten ACE2-Expression zu bestimmen.