Hypoxia and novel coronavirus infection: Hypoxia-inducible factor 1-alpha as marker of disease severity and new therapeutic target

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

BACKGROUND: Hypoxia has been identified as a crucial factor in the pathogenesis of the novel coronavirus infection, with studies demonstrating its role in inflammatory processes and complications. Hypoxia-inducible factor 1-alpha plays a critical role in regulating the body’s adaptation to oxygen deficiency. A comprehensive investigation of variations in hypoxia-inducible factor 1-alpha in patients with new coronavirus infection allows for elucidating the pathogenetic mechanisms of the disease and identifying promising therapeutic targets.

AIM: The work aimed to evaluate the role of hypoxia-inducible factor 1-alpha in the compensation and adaptation of the body to hypoxic stress during novel coronavirus infection.

METHODS: From January 2020 to March 2022, 295 patients were assessed at the Naval Therapy Clinic of the Kirov Military Medical Academy, with 272 of them diagnosed with the novel coronavirus infection. The patients were divided into three age groups based on the World Health Organization’s classification: group 1, young age (207 patients); group 2, middle age, (56 patients); and group 3, elderly age (32 patients). Serum hypoxia-inducible factor 1-alpha was measured using an enzyme immunoassay. Statistical data were processed using GraphPad Prism 8 and IBM SPSS Statistics. Statistical significance was set at p < 0.05.

RESULTS: Hypoxia-inducible factor 1-alpha correlated with both age and novel coronavirus infection severity, peaking among elderly patients with severe forms of the disease. Hypoxia-inducible factor 1-alpha decreased during recovery, indicating the adaptive response to hypoxic stress termination. In the group of elderly patients, higher hypoxia-inducible factor 1-alpha values were associated with mild novel coronavirus infection, which was related to existing comorbidities.

CONCLUSION: The findings corroborate the hypothesis that hypoxia-inducible factor 1-alpha is a valuable prognostic marker for hypoxic complication severity in patients with the novel coronavirus infection and confirm its potential as a therapeutic target. Further studies are needed to elucidate the molecular mechanisms of its regulation and develop pharmacological treatment strategies for hypoxic disorders.

作者简介

Semyon Efimov

Kirov Military Medical Academy; Saint Petersburg Medical and Social Institute

编辑信件的主要联系方式.
Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0002-0384-3359
SPIN 代码: 6351-6832

MD, Cand. Sci. (Medicine)

俄罗斯联邦, 6Zh Akademika Lebedeva st., Saint Petersburg, 194044; Saint Petersburg

Andrey Lyubimov

Kirov Military Medical Academy; Institute of Experimental Medicine

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0001-9829-4681
SPIN 代码: 5307-4186

MD, Cand. Sci. (Medicine)

俄罗斯联邦, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Dmitry Cherkashin

Kirov Military Medical Academy

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0003-1363-6860
SPIN 代码: 2781-9507

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Anton Tarachteev

Kirov Military Medical Academy

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0009-0006-4294-1839
SPIN 代码: 9657-2590

cadet

俄罗斯联邦, Saint Perersburg

Diana Bykova

Kirov Military Medical Academy

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0009-0009-7450-6411
SPIN 代码: 4909-7667

cadet

俄罗斯联邦, Saint Perersburg

Vladislav Vasiliev

1st Branch of the 425 Military Hospital

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0009-0003-9489-979X
SPIN 代码: 3525-5337

department resident

俄罗斯联邦, Irkutsk

Aleksandra Trandina

Kirov Military Medical Academy

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0000-0003-1875-1059
SPIN 代码: 6089-3495

doctor of laboratory diagnostics

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Elena Pogozhaya

Medical Center for Premorbid and Emergency Conditions of the Mandryka Central Military Clinical Hospital

Email: vmeda-nio@mil.ru
ORCID iD: 0009-0009-5996-166X
SPIN 代码: 7542-5026

doctor of the medical department

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Serebrovska ZO, Chong EY, Serebrovska TV, et al. Hypoxia, HIF-1α, and COVID-19: from pathogenic factors to potential therapeutic targets. Acta Pharmacologica Sinica. 2020;41(12):1539–1546. doi: 10.1038/s41401-020-00554-8 EDN: ZOWZPC
  2. Sabirov I, Mamedova K, Sultanova M, et al. The role and significance of the hypoxic component in the development of complications of COVID-19. Scientific Heritage. 2021;(62-2):21–28. doi: 10.24412/9215-0365-2021-62-2-21-28 EDN: QWHHBA
  3. Rahman A, Tabassum T, Araf Y, et al. Silent hypoxia in COVID-19: pathomechanism and possible management strategy. Mol Biol Rep. 2021;48(4):3863–3869. doi: 10.1007/s11033-021-06358-1 EDN: FIIYPN
  4. Lyubimov AV, Cherkashin DV, Efimov SV, et al. Mechanisms and triggers of adaptation to hypoxia. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2021;19(3):269–280. doi: 10.17816/RCF193269-280 EDN: NDYWMH
  5. Mitroshina EV, Savyuk MO, Ponimaskin E, et al. Hypoxia-inducible factor (HIF) in ischemic stroke and neurodegenerative disease. Front Cell Dev Biol. 2021;9:703084. doi: 10.3389/fcell.2021.703084 EDN: CBZODC
  6. Kalinin RE, Suchkov IA, Raitsev SN, et al. Role of hypoxia-inducible factor 1α in adaptation to hypoxia in pathogenesis of novel coronavirus disease 2019. I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2024;32(1):133–144. doi: 10.17816/PAVLOVJ16553 EDN: PFOGIO
  7. Jahani M, Dokaneheifard S, Mansouri K. Hypoxia: A key feature of COVID-19 launching activation of HIF-1 and cytokine storm. J Inflamm (Lond). 2020;17:33. doi: 10.1186/s12950-020-00263-3 EDN: GIPMEH
  8. Guo W, Li M, Dong Y, et al. Diabetes is a risk factor for the progression and prognosis of COVID-19. Diabetes Metab Res Rev. 2020;36(7):e3319. doi: 10.1002/dmrr.3319 EDN: ZJITDV
  9. Jordan RE, Adab P, Cheng KK. COVID-19: risk factors for severe disease and death. BMJ. 2020;368:m1198. doi: 10.1136/bmj.m1198
  10. Andreenko AA, Andreychuk YuV, Arsentiev VG, et al. Epidemiology of the new coronavirus infection (COVID-19). In: Infection Caused by SARS-COV-2. Saint Petersburg: Kirov Military Medical Academy; 2023. P. 17–22. EDN: QFKFPF (In Russ.)
  11. Vassilaki N, Frakolaki E. Virus-host interactions under hypoxia. Microbes Infect. 2017;19(3):193–203. doi: 10.1016/j.micinf.2016.10.004 EDN: YWACOH
  12. Bourgonje AR, Abdulle AE, Timens W, et al. Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), SARS-CoV-2 and the pathophysiology of coronavirus disease 2019 (COVID-19). J Pathol. 2020;251(3):228–248. doi: 10.1002/path.5471 EDN: QHGXPH
  13. Zhang R, Wu Y, Zhao M, et al. Role of HIF-1α in the regulation ACE and ACE2 expression in hypoxic human pulmonary artery smooth muscle cells. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2009;297(4):L631–L640. doi: 10.1152/ajplung.90415.2008
  14. Codo AC, Davanzo GG, Monteiro LB, et al. Elevated glucose levels favor SARS-CoV-2 infection and monocyte response through a HIF-1α/glycolysis-dependent axis. Cell Metab. 2020;32(3):437–446. doi: 10.1016/j.cmet.2020.07.007
  15. May L, Chu CF, Zielinski CE. Single-cell RNA sequencing reveals HIF1A as a severity-sensitive immunological scar in circulating monocytes of convalescent comorbidity-free COVID-19 patients. Cells. 2024;13(4):300. doi: 10.3390/cells13040300 EDN: HZQZXS
  16. Lazzeri M, Lanza A, Bellini R, et al. Respiratory physiotherapy in patients with COVID-19 infection in acute setting: a position paper of the Italian association of respiratory physiotherapists (ARIR). Monaldi Arch Chest Dis. 2020;90(1). doi: 10.4081/monaldi.2020.1285 EDN: IHWHJH
  17. He J, Wu B, Chen Y, et al. Characteristic electrocardiographic manifestations in patients with COVID-19. Can J Cardiol. 2020;36(6):966.e1–966.e4. doi: 10.1016/j.cjca.2020.03.028 EDN: WEYHIF
  18. Bickler PE, Feiner JR, Lipnick MS, et al. ”Silent” presentation of hypoxemia and cardiorespiratory compensation in COVID-19. Anesthesiology. 2021;134(2):262–269. doi: 10.1097/ALN.0000000000003578
  19. Batah SS, Fabro AT. Pulmonary pathology of ARDS in COVID-19: A pathological review for clinicians. Respir Med. 2021;176:106239. doi: 10.1016/j.rmed.2020.106239 EDN: GZVJPH
  20. Yeo EJ. Hypoxia and aging. Exp Mol Med. 2019;51(6):1–15. doi: 10.1038/s12276-019-0233-3 EDN: ELMSKX
  21. Lahiri S, Antosiewicz J, Pokorski M. A common oxygen sensor regulates the sensory discharge and glomus cell HIF-1alpha in the rat carotid body. J Physiol Pharmacol. 2007;58(5):327–333.
  22. Semenza GL. Regulation of mammalian O2 homeostasis by hypoxia-inducible factor 1. Annu Rev Cell Dev Biol. 1999;15:551–578. doi: 10.1146/annurev.cellbio.15.1.551
  23. Chen J, Huang X, Tao C, et al. Berberine chloride suppresses non-small cell lung cancer by deregulating Sin3A/TOP2B pathway in vitro and in vivo. Cancer Chemother Pharmacol. 2020;86(1):151–161. doi: 10.1007/s00280-020-04050-y EDN: JMYAUA
  24. Gao H, Nepovimova E, Heger Z, et al. Role of hypoxia in cellular senescence. Pharmacol Res. 2023;194:106841. doi: 10.1016/j.phrs.2023.106841 EDN: QZEQGF

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. HIF-1a levels in various age groups with moderate COVID-19.

下载 (46KB)
索引源数据
3. Fig. 2. HIF-1a level in group 1 patients with various forms of COVID-19.

下载 (45KB)
索引源数据
4. Fig. 3. HIF-1a level in group 2 patients with various forms of COVID-19.

下载 (26KB)
索引源数据
5. Рис. 4. Уровень HIF-1α пациентов 3-й группы при различных формах COVID-19.

下载 (36KB)
索引源数据

版权所有 © Eco-Vector, 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».