Impacto de la glucosa en el COVID-19

Metabolismo intracelular de la glucosa y replicación de SARS-Cov-2: una nueva frontera para prevención y tratamiento de la pandemia

La pandemia mundial que hoy nos toca vivir tiene graves repercusiones en materia socioeconómica presentes y futuras. No sabemos aún cómo el virus SARS-CoV-2 interactúa con la célula humana huésped desde el momento preciso de exponernos a su contagio. El virus entra al organismo y es eliminado al parecer en alrededor del 80% de los casos. Sin embargo, el otro 20% de los individuos que se contagian con este virus progresarán a sus formas más graves desarrollando una hiperinflamación y falla multiorgánica (1).

 
Existe evidencia científica que demuestra cómo el virus utiliza sustratos del propio huésped que infecta para asegurar su replicación y supervivencia. Por lo tanto, el momento metabólico del huésped al exponerse al virus podría ser clave para permitir, ya sea una rápida respuesta inmune que facilite el control de replicación viral, o en su defecto una lenta y deletérea respuesta que llevaría a gravedad y quizá a la muerte. Evidencias recientes han demostrado el papel fundamental de los niveles de glucosa como el elemento primordial en permitir o no una muy rápida replicación viral.

Actualmente, a ocho meses del inicio de esta pandemia, la pregunta que ha surgido en los centros de investigación es si la glucosa es la responsable real del mal pronóstico de las personas que se infectan, independiente de su obesidad o estado diabético, situaciones que empeoran esta situación (2).

Al parecer, la rápida utilización de glucosa por el virus al entrar a las células pulmonares o de algún otro órgano, provocado por un real secuestro por parte del virus de los mecanismos intracelulares de utilización de glucosa como combustible, activa cascadas hiperinflamatorias que en última instancia son las responsables de la falla multiorgánica en individuos que progresan a las formas severas de esta infección por COVID-19.

El virus prácticamente secuestra la vía de las hexosaminas, que es un paso metabólico solamente utilizado en un 5% en los humanos, y lo activa en un 95% redirigiendo el metabolismo hacia esta vía, en lugar de vías comunes como serían la glucolisis citosólica y piruvato o el ciclo de Krebs mitocondrial para utilizar glucosa como fuente de energía (3).

Este paso metabólico poco común, utilizado al extremo por el virus, desata que los productos finales de esta vía de hexosaminas activen sobreexpresiones del sistema inflamatorio como serían los interferones y citoquinas proinflamatorias. Específicamente, una clase de interferón llamado IRF5 es clave para penetrar al núcleo de las células y activar genes proinflamatorios de manera anormal y excesiva, particularmente la familia NF-kB, que dará lugar a la tormenta de citoquinas y daño multiorgánico (3, 4).  

Parece ser que los picos postprandiales de glucosa en esta época de aislamiento podrían jugar un papel determinante en el momento del encuentro con el virus, ya que las excursiones de glucosa después de desayunar, almorzar o cenar pudieran permitir al virus un ambiente propicio del huésped humano para reproducirse en el momento de contagiarse (3, 5).

La vía alterna de las hexosaminas (HBP) genera UDP-GlcNAc (uridinedifosfatoβ-D-N-acetilglucosamina). La gran importancia de la vía HBP es el poder vincular la señalización celular y la expresión génica con la glucosa, los aminoácidos, los ácidos grasos y el metabolismo de los nucleótidos a través de un importante metabolito GFAT que se especula juega un papel importantísimo en permitirle al virus reprogramar a su favor las vías metabólicas intracelulares.

La vía HBP también está regulada por las enzimas OGT (O-GlcNAc transferasa) y OGA (O-GlcNAcase), que catalizan la adición y eliminación de GlcNAc en proteínas. UDP-GlcNAc es el sustrato para la N-glicosilación, un proceso importante para el plegado de proteínas dentro del retículo endoplásmico. La vía HBP- OGlcNAc también se ha caracterizado como un importante contribuyente a los efectos nocivos de los estados disglucémicos.

Estos estados disglucémicos, principalmente en el postprandio (después de ingerir alimentos), son deletéreo para las células infectadas por el virus ya que aumentan el metabolismo intracelular viral para asegurar precursores de una mayor biosíntesis (lípidos, nucleótidos) para optimizar su producción y replicación (3, 4).

En resumen, la vía HBP-GlcNAc-OGT–IRF5-interferon-SARSCoV-2 puede tener implicaciones importantes con respecto a la prevención del inicio de la infección con COVID-19. Favorecen un estado de inflamación crónica subclínica de bajo grado que refuerza la hiperinflamación secundaria a la infección viral.

La hipótesis que hemos desarrollado, en colaboración el Dr. Raul Bastarrachea del Texas Biomedical Research Institute en San Antonio; el Dr. Ernesto Rodríguez de la Universidad Anáhuac México; y el Dr. Hugo Laviada de la Universidad Marista de Mérida, está siendo ensayada actualmente en un estudio de primates no humanos en el Centro de Investigación Nacional de Primates de los Estados Unidos, y en protocolos en humanos con la Dra. Yobana Pérez, experta en la vía HBP y en procesos de replicación viral y metabolismo celular en la Universidad Benito Juárez de Oaxaca.

Este tipo de colaboraciones internacionales e interinstitucionales es la clave para efectuar trabajos científicos de alta significancia e innovación que definitivamente aportan al progreso de la ciencia.  

El autor de este texto, el Dr. Ernesto Rodríguez Ayala, es investigador de la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad Anáhuac México y miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) en el área III (Ciencias médicas y de la salud).

Referencias:

1.    Cole SA, Laviada-Molina HA, Serres-Perales JM, Rodríguez-Ayala E, Bastarrachea RA. The COVID-19 Pandemic during the Time of the Diabetes Pandemic: Likely Fraternal Twins? Pathogens. 2020; 9(5).

2.    Pontiroli AE, La Sala L, Chiumello D, Folli F. Is blood glucose or obesity responsible for the bad prognosis of COVID-19 in obesity - diabetes? Diabetes Res Clin Pract. 2020:108342.

3.    Laviada-Molina HA, Leal-Berumen I, Rodríguez-Ayala E, Bastarrachea RA. Working Hypothesis for Glucose Metabolism and SARS-CoV-2 Replication: Interplay Between the Hexosamine Pathway and Interferon RF5 Triggering Hyperinflammation. Role of BCG Vaccine? Front Endocrinol (Lausanne). 2020; 11:514.

4.    Qiming Wang PF, Rui He, Mengqi Li, Haisheng Yu, Li Zhou, Yu Yi, Fubing Wang, Yuan Rong, Yi Zhang et al. O-GlcNAc transferase promotes influenza A virus–induced cytokine storm by targeting interferon regulatory factor–5. Science Advances - Virology. 2020;6(16):eaaz7086.

5.    Codo AC, Davanzo GG, Monteiro LB, de Souza GF, Muraro SP, Virgilio-da-Silva JV, et al. Elevated Glucose Levels Favor SARS-CoV-2 Infection and Monocyte Response through a HIF-1α/Glycolysis-Dependent Axis. Cell Metab. 2020.