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Coronavírus infecta células do sistema nervoso e depende de aminoácido para se replicar
Trabalho mostrou, pela primeira vez, que o sars-cov-2 infecta e se replica em células cerebrais; fragmentos de RNA viral também foram encontrados em partes do cérebro de hamsters
Arte: Rebeca Alencar
Uma pesquisa liderada pela Plataforma Científica Pasteur-USP (SPPU, na sigla em inglês) trouxe informações inéditas sobre o impacto da covid-19 nas células cerebrais. Utilizando modelos in vitro (em células) e in vivo (em animais), os ensaios confirmaram que o sars-cov-2 não só infecta, mas também é capaz de se multiplicar em astrócitos (células mais abundantes do cérebro, que desempenham funções importantes, como sustentação e nutrição dos neurônios).
Além disso, a infecção causada pelo coronavírus induz mudanças importantes na expressão de proteínas e vias envolvidas com o metabolismo de carbono e glicose. “Expressão” é o termo usado para dizer que um gene está ativo, codificando proteína.
Os resultados estão descritos em um artigo preprint (ainda não revisado por outros cientistas), depositado no dia 24 de outubro na plataforma BioRxiv.
“Essas alterações nas vias de sinalização são semelhantes às que ocorrem em patologias neurológicas, como na Doença de Huntington, esclerose lateral amiotrófica (ELA) e depressão de longa duração”, explica o imunologista Jean Pierre Schatzmann Peron, último autor do estudo, ao Jornal da USP.
Os cientistas observaram, em culturas de células infectadas, que o vírus utiliza glutamina para produzir energia e se replicar. Quando bloqueada a via de utilização da glutamina, houve uma redução significativa na multiplicação viral e, consequentemente, a produção de citocinas inflamatórias.
A glutamina é um aminoácido precursor do glutamato, um dos neurotransmissores excitatórios do sistema nervoso. 90% das sinapses são mediadas por receptores de glutamato. “Sem o glutamato, várias regiões importantes do Sistema Nervoso Central (SNC) deixarão de ser ativadas e as redes neuronais não vão funcionar normalmente”, detalha Lilian Gomes de Oliveira, biomédica do SPPU e primeira autora do estudo.
Os estudiosos identificaram, ainda, a presença de RNA viral no hipocampo, córtex e bulbo olfatório dos animais doentes, mesmo depois de 14 dias da infecção por sars-cov-2.
O trabalho foi feito em colaboração com o professor Daniel Martins-de-Souza do Laboratório de Neuroproteomics da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e com o Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP.
Apesar de se caracterizar como uma doença respiratória, estudos já mostraram que o novo coronavírus infecta regiões do sistema nervoso central, como bulbo olfatório, hipocampo e córtex cerebral. Muito pouco se sabe sobre os impactos do sars-cov-2 no SNC a longo prazo, mas desde que os primeiros sintomas neurológicos foram relatados, a comunidade científica mundial tem se debruçado em investigar essa alterações, que vão desde anosmia (perda do olfato), ageusia (perda do paladar) até acidente vascular cerebral (AVC), dor de cabeça intensa e até alterações no sistema nervoso periférico, causando a Síndrome de Guillain-Barré. Dados mais recentes também apontam para características psiquiátricas residuais em pacientes que se recuperaram de covid-19, como fadiga crônica, declínio cognitivo, transtorno de humor, perda de memória, depressão e “brain fog” (confusão mental).
Diante desse cenário, os participantes desenharam um estudo com o objetivo de avaliar as alterações imuno metabólicas causadas pela doença. Segundo eles, os resultados são muito semelhantes àqueles observados em humanos. “É prematuro dizer [que a presença do vírus pode desencadear o surgimento de doenças como Alzheimer, mal de Parkinson etc.], mas é um sinal de alerta”, ressalta Lilian.
Astrócito, o protagonista
Estudos recentes demonstraram, por ressonância magnética e espectroscopia, que um paciente com perda de memória e confusão mental apresentou uma redução em glutamato e glutamina no sistema nervoso. “Por isso, hipotetizamos que de alguma maneira o coronavírus estaria mudando a utilização desses substratos para um padrão mais prejudicial para os neurônios”, esclarece Yan de Souza Angelo, biomédico que divide a primeira autoria do estudo com Lilian. Além disso, uma outra pesquisa também demonstrou a importância desses aminoácidos durante a infecção de células epiteliais do pulmão.
Na primeira parte do trabalho, os cientistas infectaram astrócitos de hamsters com o sars-cov-2. Foram detectadas quantidades aumentadas de RNA viral nessas culturas e a produção de citocinas pró-inflamatórias (entre elas, Il1-b, Il-6 Tnfa). Alguns dos genes estimulados por interferon (ISGs), como ISG20 e o próprio receptor de invasão viral, ACE-2, também estavam aumentados.
Em seguida, foi avaliado o impacto geral nos astrócitos infectados. Foram encontradas 646 proteínas com expressão diferenciada, das quais 568 estavam aumentadas e 78 diminuídas em relação aos controles. Uma análise mais minuciosa dessas vias evidenciou que a grande maioria delas se correlacionam com o metabolismo de carbono, do ciclo de Krebs (série de reações químicas que ocorrem na mitocôndria) e glicólise (primeira etapa do processo de respiração celular). Essas proteínas também estão desreguladas em várias doenças cerebrais, como mal de Parkinson, esclerose lateral amiotrófica (ELA) e Doença de Huntington.
Para determinar qual via de sinalização poderia favorecer a replicação do vírus, os cientistas tentaram três caminhos: trataram as culturas infectadas com inibidores de metabolismo de ácidos graxos (gorduras), glutaminólise e vias glicolíticas.
Como relata Angelo, o inibidor de glutaminólise foi o que causou os efeitos mais importantes. “Quando inibimos a mudança de glutamina para glutamato na mitocôndria utilizando o L-DON, vimos que os astrócitos diminuíram a expressão de citocinas inflamatórias (IFN-1) e a replicação das partículas virais quando comparados aos grupos controles”, destaca. “Ali estava uma evidência que o vírus é dependente da glutamina.”
Modelo animal conhecido
Para avaliar se o vírus seria capaz de atingir áreas importantes, os cientistas utilizaram hamsters sírios, um modelo animal conhecido por ser suscetível a infecções respiratórias, já incluindo a covid-19. Os animais foram infectados por via intranasal.
A presença de sars-cov-2 em áreas importantes do cérebro como o córtex, hipocampo e bulbo olfatório foram confirmadas no 3º, 5º, 7º e 14º dias pós-infecção, com títulos mais elevados no dia 3. Também houve aumento de expressão das mesmas citocinas pró-inflamatórias avaliadas in vitro (IL-6, Il-1b e TNFa) e dos os ISGs (ISG 20 e Ifitm3) no hipocampo e córtex cerebral.
Para confirmar ainda mais se essas mudanças estão de acordo com as observadas em humanos, os autores compararam os resultados da análise proteômica do estudo com um banco de dados que analisou mais de 64 mil células do cérebro de pacientes que morreram em decorrência da covid-19.
A investigação mostrou uma forte convergência das vias de glutamato e de sinapses excitatórias entre as amostras de hamsters e humanos e das proteínas relacionadas a doenças cerebrais, como mal de Parkinson, Huntington, Alzheimer e depressão prolongada.
“Foi interessante perceber que, após análise por bioinformática entre os nossos dados e dados de um estudo com cérebro de pessoas que morreram de covid-19, havia uma semelhança na alteração da expressão das mesmas vias, incluindo metabolismo de carbono e sinapses excitatórias, o que reforça nossas achados”, diz Peron.
Alvo terapêutico
Lilian disse ao Jornal da USP que seria importante, agora, avaliar a parte comportamental dos hamsters infectados. “Poderíamos realizar experimentos com L-DON, que é o inibidor da glutaminólise, e observar, a longo prazo, sinais de ansiedade e perda de memória desses animais”, diz a pesquisadora. Peron vai mais além e sugere refazer os mesmos testes em amostras de seres humanos.
Por fim, os cientistas acreditam ser possível desenvolver terapias para pacientes que desenvolvem deficiências neurológicas em decorrência da covid-19 com foco na via de sinalização do glutamato.
“Há vários fármacos que agem em receptores de glutamato utilizados em doenças neurológicas. Fica agora a critério dos neurologistas avaliar se utilizá-las poderá trazer algum benefício aos pacientes com covid-19 que apresentam sintomas como perda de memória, confusão mental ou depressão”, finaliza Peron.
Mais informações: e-mail danms90@gmail.com, com Jean Pierre Schatzmann Peron
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