Роль фактора, индуцируемого гипоксией, 1α при адаптации к гипоксии в патогенезе новой коронавирусной болезни 2019

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Новый коронавирус (англ.: severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2, SARS-CoV-2) появился в декабре 2019 г. и быстро распространился по миру, вызвав пандемию респираторного заболевания. Этот высокопатогенный вирус способен поражать лёгочную ткань и нарушать газообмен, приводя к острому респираторному дистресс-синдрому и системной гипоксии. В условиях гипоксии происходит активация адаптационных механизмов, в т. ч. фактора, индуцируемого гипоксией 1á (англ.: hypoxia-inducible factor, HIF-1á). HIF-1α вовлечён в регуляцию таких ключевых процессов, как, например, пролиферацию клеток, их метаболизм и ангиогенез. Помимо этого, уровень экспрессии HIF-1á связан с интенсивностью ответа иммунной системы организма, в т. ч. врождённого звена, опосредующего воспалительную реакцию. Поэтому понимание особенностей механизмов, лежащих в основе патогенеза этого заболевания, имеет большое значение для эффективной терапии коронавирусной болезни 2019 (англ.: COronaVIrus Disease 2019, COVID-19).

Цель. Анализ актуальных данных о HIF-1á и его влиянии на патогенез и прогрессирование COVID-19.

Проведен анализ актуальных отечественных и зарубежных литературных источников по разделам: HIF-1á как ключевой фактор адаптации к гипоксии, мишени воздействия HIF-1á в аспекте патогенеза COVID-19, нарушение HIF-1á опосредованной адаптации к гипоксии как элемент патогенеза гиперактивации иммунных клеток.

Заключение. HIF-1á препятствует проникновения вируса SARS-CoV-2 в клетку и проявляет себя главным регулятором провоспалительной активности в месте воспаления в окружении гипоксии. В условиях нарушенной метаболической гибкости высокий уровень HIF-1á обуславливает избыточный воспалительный ответ со стороны клеток иммунной системы. Высокий уровень HIF-1á в клетках в очаге воспаления ассоциирован с повышением продукции факторов ангиогенеза, опосредующих сосудистую проницаемость и процесс капиллярной утечки. Это сопровождается повреждением тканей и органной недостаточностью. В то же время, HIF-1á может опосредовать противовоспалительный эффект благодаря активации аденозинового рецептор-зависимого пути, что рассматривается как возможная защита клеток и органов от повреждения гиперактивными иммунными клетками.

Об авторах

Роман Евгеньевич Калинин

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова

Email: kalinin-re@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0817-9573

д.м.н., профессор

Россия, Рязань

Игорь Александрович Сучков

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова

Email: suchkov_med@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1292-5452

д.м.н., профессор

Россия, Рязань

Сергей Николаевич Райцев

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова

Автор, ответственный за переписку.
Email: raitsevsergei@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6892-1768
Россия, Рязань

Валентина Ивановна Звягина

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова

Email: vizvyagina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2800-5789

к.б.н., доцент

Россия, Рязань

Эдуард Сергеевич Бельских

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова

Email: ed.bels@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1803-0542

к.м.н.

Россия, Рязань

Список литературы

  1. WHO. Novel Coronavirus (2019-nCoV). Situation Report — 1. 21 January 2020 [Internet]. Available at: https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/situation-reports/20200121-sitrep-1-2019-ncov.pdf?sfvrsn=20a99c10_4. Accessed: 2023 January 31.
  2. Phan L.T., Nguyen T.V., Luong Q.C., et al. Importation and Human-to-Human Transmission of a Novel Coronavirus in Vietnam // N. Engl. J. Med. 2020. Vol. 382, No. 9. P. 872–874. doi: 10.1056/NEJMc2001272
  3. Serebrovska Z.O., Chong E.Y., Serebrovska T.V., et al. Hypoxia, HIF-1, and COVID-19: from pathogenic factors to potential therapeutic targets // Acta Pharmacol. Sin. 2020. Vol. 41, No. 12. P. 1539–1546. doi: 10.1038/s41401-020-00554-8
  4. Prompetchara E., Ketloy C., Palaga T. Immune responses in COVID-19 and potential vaccines: Lessons learned from SARS and MERS epidemic // Asian Pac. J. Allergy Immunol. 2020. Vol. 38, No. 1. P. 1–9. doi: 10.12932/AP-200220-0772
  5. Hirota K. Hypoxia-dependent signaling in perioperative and critical care medicine // J. Anesth. 2021. Vol. 35, No. 5. P. 741–756. doi: 10.1007/s00540-021-02940-w
  6. Semenza G.L. HIF-1 and mechanisms of hypoxia sensing // Curr. Opin. Cell Biol. 2001. Vol. 13, No. 2. P. 167–171. doi: 10.1016/s0955-0674(00)00194-0
  7. Левченкова О.С., Новиков В.Е. Индукторы регуляторного фактора адаптации к гипоксии // Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова. 2014. № 2. С. 133–143.
  8. Batah S.S., Fabro A.T. Pulmonary pathology of ARDS in COVID-19: A pathological review for clinicians // Respir. Med. 2021. Vol. 176. P. 106239. doi: 10.1016/j.rmed.2020.106239
  9. Matthay M.A., Zemans R.L., Zimmerman G.A., et al. Acute respiratory distress syndrome // Nat. Rev. 2019. Vol. 5, No. 18. P. 1–22. doi: 10.1038/s41572-019-0069-0
  10. Marini J.J., Gattinoni L. Management of COVID-19 Respiratory Distress // JAMA. 2020. Vol. 323, No. 22. P. 2329–2330. doi: 10.1001/jama.2020.6825
  11. Radovanovic D., Rizzi M., Pini S., et al. Helmet CPAP to Treat Acute Hypoxemic Respiratory Failure in Patients with COVID-19: A Management Strategy Proposal // J. Clin Med. 2020;9(4):1191. doi: 10.3390/jcm9041191
  12. Yang X., Yu Y., Xu J., et al. Clinical course and outcomes of critically ill patients with SARS-CoV-2 pneumonia in Wuhan, China: a single-centered, retrospective, observational study // Lancet Resp. Med. 2020. Vol. 8, No. 5. P. 475–481. doi: 10.1016/S2213-2600(20)30079-5
  13. Guarnotta V., Ferrigno R., Martino M., et al. Glucocorticoid excess and COVID-19 disease // Rev. Endocr. Metab. Disord. 2021. Vol. 22, No. 4. P. 703–714. doi: 10.1007/s11154-020-09598-x
  14. Prabhakar N.R., Semenza G.L. Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2 // Physiol. Rev. 2012. Vol. 92, No. 3. P. 967–1003. doi: 10.1152/physrev.00030.2011
  15. Ravenna L., Salvatori L., Russo M.A. HIF3α: the little we know // FEBS J. 2016. Vol. 283, No. 6. P. 993–1003. doi: 10.1111/febs.13572
  16. Жукова А.Г., Казицкая А.С., Сазонтова Т.Г., и др. Гипоксией индуцируемый фактор (HIF): структура, функции и генетический полиморфизм // Гигиена и санитария. 2019. Т. 98, № 7. С. 723–728. doi: 10.18821/0016-9900-2019-98-7-723-728
  17. Diao X., Ye F., Zhang M., et al. Identification of oleoylethanolamide as an endogenous ligand for HIF-3α // Nat. Commun. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 2529. doi: 10.1038/s41467-022-30338-z
  18. Zeidan E.M., Hossain M.A., El-Daly M., et al. Mitochondrial Regulation of the Hypoxia-Inducible Factor in the Development of Pulmonary Hypertension // J. Clin. Med. 2022. Vol. 11, No. 17. P. 5219. doi: 10.3390/jcm11175219
  19. Urrutia A.A., Aragonés J. HIF Oxygen Sensing Pathways in Lung Biology // Biomedicines. 2018. Vol. 6, No. 2. P. 68. doi: 10.3390/biomedicines6020068
  20. Лукьянова Л.Д. Сигнальные механизмы гипоксии. М.; 2019.
  21. Tretter L., Patocs A., Chinopoulos C. Succinate, an intermediate in metabolism, signal transduction, ROS, hypoxia, and tumorigenesis // Biochim. Biophys. Acta. 2016. Vol. 1857, No. 8. P. 1086–1101. doi: 10.1016/j.bbabio.2016.03.012
  22. Xiao M., Yang H., Xu W., et al. Inhibition of α-KG-dependent histone and DNA demethylases by fumarate and succinate that are accumulated in mutations of FH and SDH tumor suppressors // Genes Dev. 2012. Vol. 26, No. 12. P. 1326–1338. doi: 10.1101/gad.191056.112
  23. Paredes F., Williams H.C., San Martin A. Metabolic adaptation in hypoxia and cancer // Cancer Lett. 2021. Vol. 502. P. 133–142. doi: 10.1016/j.canlet.2020.12.020
  24. Приходько В.А., Селизарова Н.О., Оковитый С.В. Молекулярные механизмы развития гипоксии и адаптации к ней. Часть I // Архив патологии. 2021. Т. 83, № 2. С. 52–61. doi: 10.17116/patol20218302152
  25. Baltazar F., Afonso J., Costa M., et al. Lactate Beyond a Waste Metabolite: Metabolic Affairs and Signaling in Malignancy // Front. Oncol. 2020. Vol. 10. P. 231. doi: 10.3389/fonc.2020.00231
  26. Schober A.S., Berra E. DUBs, New Members in the Hypoxia Signaling club // Front. Oncol. 2016. Vol. 6. P. 53. doi: 10.3389/fonc.2016.00053
  27. Paz Ocaranza M., Riquelme J.A., García L., et al. Counter-regulatory renin-angiotensin system in cardiovascular disease // Nat. Rev. Cardiol. 2020. Vol. 17, No. 2. P. 116–129. doi: 10.1038/s41569-019-0244-8
  28. Hoffmann M., Kleine–Weber H., Schroeder S., et al. SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor // Cell. 2020. Vol. 181, No. 2. P. 271–280.e8. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.052
  29. Lian G., Li X., Zhang L., et al. Macrophage metabolic reprogramming aggravates aortic dissection through the HIF1α-ADAM17 pathway* // EBioMedicine. 2019. Vol. 49. P. 291–304. doi: 10.1016/j.ebiom.2019.09.041
  30. Zhang H., Penninger J.M., Li Y., et al. Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as a SARS-CoV-2 receptor: molecular mechanisms and potential therapeutic target // Intensive Care Med. 2020. Vol. 46, No. 4. P. 586–590. doi: 10.1007/s00134-020-05985-9
  31. Zhang R., Su H., Ma X., et al. MiRNA let-7b promotes the development of hypoxic pulmonary hypertension by targeting ACE2 // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2019. Vol. 316, No. 3. P. L547–L557. doi: 10.1152/ajplung.00387.2018
  32. Fernandez E.V., Reece K.M., Ley A.M., et al. Dual targeting of the androgen receptor and hypoxia-inducible factor 1α pathways syner- gistically inhibits castration-resistant prostate cancer cells // Mol. Pharmacol. 2015. Vol. 87, No. 6. P. 1006–1012. doi: 10.1124/mol.114.097477
  33. Wing P.A.C., Keeley T.P., Zhuang X., et al. Hypoxic and pharmacological activation of HIF inhibits SARS-CoV-2 infection of lung epithelial cells // Cell Rep. 2021. Vol. 35, No. 3. P. 109020. doi: 10.1016/j.celrep.2021.109020
  34. Olson K.A., Schell J.C., Rutter J., et al. Pyruvate and Metabolic Flexibility: Illuminating a Path Toward Selective Cancer Therapies // Trends Biochem. Sci. 2016. Vol. 41, No. 3. P. 219–230. doi: 10.1016/j.tibs.2016.01.002
  35. Sulkshane P., Ram J., Thakur A., et al. Ubiquitination and receptor-mediated mitophagy converge to eliminate oxidation-damaged mitochondria during hypoxia // Redox Biol. 2021. Vol. 45. P. 102047. doi: 10.1016/j.redox.2021.102047
  36. Smith R.L., Soeters M.R., Wüst R.C.I., et al. Metabolic Flexibility as an Adaptation to Energy Resources and Requirements in Health and Disease // Endocr. Rev. 2018. Vol. 39, No. 4. P. 489–517. doi: 10.1210/er.2017-00211
  37. Vaupel P., Schmidberger H., Mayer A. The Warburg effect: essential part of metabolic reprogramming and central contributor to cancer progression // Int. J. Radiat. Biol. 2019. Vol. 95, No. 7. P. 912–919. doi: 10.1080/09553002.2019.1589653
  38. Semenza G.L. Regulation of cancer cell metabolism by hypoxia-inducible factor 1 // Semin. Cancer Biol. 2009. Vol. 19, No. 1. P. 12–16. doi: 10.1016/j.semcancer.2008.11.009
  39. Walmsley S.R., Chilvers E.R., Thompson A.A., et al. Prolyl hydroxylase 3 (PHD3) is essential for hypoxic regulation of neutrophilic inflammation in humans and mice // J. Clin. Invest. 2011. Vol. 121, No. 3. P. 1053–1063. doi: 10.1172/JCI43273
  40. 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. Vol. 17. P. 33. doi: 10.1186/s12950-020-00263-3
  41. Rajasundaram S. Adenosine A2A Receptor Signaling in the Immunopathogenesis of Experimental Autoimmune Encephalomyelitis // Front. Immunol. 2018. Vol. 9. P. 402. doi: 10.3389/fimmu.2018.00402
  42. Galván–Peña S., O'Neill L.A.J. Metabolic reprograming in macrophage polarization // Front. Immunol. 2014. Vol. 5. P. 420. doi: 10.3389/fimmu. 2014.00420
  43. Shapouri–Moghaddam A., Mohammadian S., Vazini H., et al. Macrophage plasticity, polarization, and function in health and disease // J. Cell. Physiol. 2018. Vol. 233, No. 9. P. 6425–6440. doi: 10.1002/jcp.26429
  44. Ramasamy S., Subbian S. Critical Determinants of Cytokine Storm and Type I Interferon Response in COVID-19 Pathogenesis // Clin. Microbiol. Rev. 2021. Vol. 34, No. 3. P. e00299–20. doi: 10.1128/CMR.00299-20
  45. Shibuya M. Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and Its Receptor (VEGFR) Signaling in Angiogenesis: A Crucial Target for Anti- and Pro-Angiogenic Therapies // Genes Cancer. 2011. Vol. 2, No. 12. P. 1097–1105. doi: 10.1177/1947601911423031
  46. Walmsley S.R., Print C., Farahi N., et al. Hypoxia-induced neutrophil survival is mediated by HIF-1alpha-dependent NF-kappaB activity // J. Exp. Med. 2005. Vol. 201, No. 1. P. 105–115. doi: 10.1084/jem.20040624
  47. Juss J.K., House D., Amour A., et al. Acute Respiratory Distress Syndrome Neutrophils Have a Distinct Phenotype and Are Resistant to Phosphoinositide 3-Kinase Inhibition // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2016. Vol. 194, No. 8. P. 961–973. doi: 10.1164/rccm.201509-1818OC
  48. Любавин А.В., Котляров С.Н. Особенности течения острого коронарного синдрома у пациентов с новой коронавирусной инфекцией COVID-19 // Наука молодых (Eruditio Juvenium). 2022. Т. 10, № 1. С. 101–112. doi: 10.23888/HMJ2022101101-112
  49. Chauhan A., Kaur R., Chakrbarti P., et al. ‘Silent Hypoxemia’ Leads to Vicious Cycle of Infection, Coagulopathy and Cytokine Storm in COVID-19: Can Prophylactic Oxygen Therapy Prevent It? // Indian J. Clin. Biochem. 2021. Vol. 36, No. 4. P. 468–472. doi: 10.1007/s12291-021-00967-0

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Регуляция фактора, индуцируемого гипоксией, 1α [18, 19]. Примечания: АФК — активные формы кислорода, ЦТК — цикл трикарбоновых кислот, РНК — рибонуклеиновая кислота, СBP — cyclic AMP response element binding protein (ко-активаторы CREB-связывающего белка), FIH — factor inhibiting HIF (фактор, ингибирующий HIF); GLUT — glucose transporter (однонаправленный белок-переносчик глюкозы), HIF — hypoxia-inducible factor (фактор, индуцированный гипоксией), HK — hexokinase (гексокиназа), HREs — hypoxia response elements (элементы ответа на гипоксию), LDHA — lactate dehydrogenase A (лактатдегидрогеназа A), PDK — pyruvate dehydrogenase kinase (киназа пируватдегидрогеназы), VEGF — vascular endothelial growth factor (фактор роста эндотелия сосудов), VHL — von Hippel–Lindau (супрессорный белок фон Хиппеля–Линдау).

Скачать (176KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Процесс активация сигнального пути фактора, индуцированного гипоксией, 1α, связанный со снижением уровня экспрессии АПФ-2 и TMPRSS2 и повышением уровня активности металлопротеиназы ADAM17. Примечания: SARS-CoV-2 — severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (коронавирус 2, связанный с тяжелым острым респираторным синдромом), HIF — hypoxia-inducible factor (фактор, индуцированный гипоксией), АПФ — ангиотензин-превращающий фермент, TMPRSS — transmembrane protease, serine (трансмембранная протеаза серина), ADAM — a disintegrin and metalloproteinase domain (металлопротеиназа домен, относящаяся к семейству ADAM), мРНК — матричная рибонуклеиновая кислота.

Скачать (55KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


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».