Considerando che il mondo sta attualmente entrando in una nuova ondata che coinvolge la variante SARs-CoV-2 BA.5 più trasmissibile e più immunitaria evasiva che è risultata essere più patogena e mostra un trofismo ancora più forte nei confronti dei polmoni, l’importanza dell’integrazione di vitamina D ora è ancora più importante.
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.26.493539v1
I risultati dello studio sono stati pubblicati su un server di prestampa e sono attualmente in fase di revisione paritaria. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.06.29.498158v1
Un basso stato di vitamina D è stato associato a risultati peggiori a seguito di malattie respiratorie acute, inclusa l’influenza [1]. Gli integratori di vitamina D sono stati pubblicizzati come utili in dosi elevate per ridurre la gravità dell’influenza stagionale [2-4]. La recente comparsa della sindrome respiratoria acuta grave (SARS)-coronavirus (CoV)-2 e la pandemia in corso hanno portato a un rinnovato interesse per gli integratori di vitamina D ad alte dosi per prevenire e curare la malattia grave SARS-CoV-2 (cioè COVID-19 ) [4].
Una recente revisione sistemica ha concluso che bassi livelli circolanti di vitamina D (siero 25(OH)D, 25D) erano associati a sintomi più gravi e mortalità più elevata nei pazienti con COVID-19 [7]. Gli interventi che controllano la risposta infiammatoria polmonare ai virus hanno il potenziale per avvantaggiare la popolazione globale.
Al contrario, il trattamento 1,25D delle cellule epiteliali umane infettate dal virus respiratorio sinciziale (RSV) in vitro non ha influenzato la replicazione virale [9]. La produzione di peptidi antimicrobici come catelicidina, β-defensina ecc. e la produzione di citochine come TNFα, IL-5, IL-1β, IL-6, IL-10 e interferoni di tipo I sulla superficie della mucosa sono parti importanti della risposta immunitaria innata contro i virus [10,11].
Diversi studi hanno dimostrato che 1,25D e altri analoghi della vitamina D hanno indotto la produzione di catelicidina in risposta all’infezione da virus [12]. La catelicidina LL-37 ha dimostrato di legare e uccidere i virus inclusi i virus dell’influenza in vitro [13-17]. Pertanto, è possibile che la vitamina D attraverso l’induzione della catelicidina possa colpire direttamente la SARS-CoV-2 e l’influenza. 1,25D limita anche le risposte infiammatorie diminuendo IFNγ, IL-6 e TNFα [18,19]. Gli effetti della 1,25D per ridurre l’infiammazione potrebbero essere dannosi per la capacità dell’ospite di eliminare alcuni virus.
Le cellule epiteliali polmonari sono bersagli della vitamina D poiché esprimono il recettore della vitamina D (VDR) e sono regolate da trattamenti 1,25D. Nei topi, i trattamenti con 1,25D hanno ridotto l’infiammazione a seguito di danno polmonare indotto da lipopolisaccaridi e regolato l’espressione dell’enzima di conversione dell’angiotensina (ACE) nell’epitelio polmonare del ratto [20].
I topi knockout VDR (KO) avevano un’espressione ridotta di proteine a giunzione stretta come zonula occludens-1, occludin e claudine (2,4 e 12), suggerendo un ruolo importante per il VDR nel mantenimento dell’integrità del polmone [24] . La vitamina D ha effetti diretti sull’epitelio polmonare e la 1,25D sopprime l’infiammazione nel polmone.
Ampi studi di associazione sull’uomo hanno portato alla proposta che gli integratori di vitamina D ad alto dosaggio potrebbero essere utili per la protezione dall’influenza grave e dalle infezioni da SARS-CoV-2. Poiché causa ed effetto sono estremamente difficili da determinare negli studi sull’uomo: abbiamo cercato di valutare gli effetti della vitamina D sulla risposta antivirale polmonare in modelli animali.
I dati di topi e criceti suggeriscono che l’integrazione di vitamina D riduce l’infiammazione nel polmone in seguito all’infezione pandemica H1N1 e SARS-CoV-2. I topi D avevano un’infiammazione polmonare anche senza infezione. Avevamo dimostrato in precedenza che l’alimentazione di diete D a topi che non possono produrre 1,25D (Cyp KO) provocava una grave carenza di vitamina D [25].
La malattia influenzale era maggiore nei topi D-Cyp KO e la minor quantità di malattia nei topi D+ WT. La sopravvivenza dei topi D+ Cyp KO era significativamente inferiore rispetto ai topi D+ WT a seguito di un’infezione influenzale. La supplementazione di vitamina D ha ridotto l’infiammazione polmonare e l’espressione di Ifnβ nel polmone dei topi in seguito all’infezione da SARS-CoV-2.
I trattamenti con vitamina D non hanno avuto alcun effetto sull’espressione dell’RNA virale per l’influenza SARS-CoV-2 o H1N1 nei polmoni di criceti o topi. Invece, i dati supportano un ruolo importante per la vitamina D e 1,25D nel controllo della risposta infiammatoria dell’ospite ai virus nei polmoni.
Discussione
La carenza di vitamina D ha provocato infiammazione polmonare in assenza di infezione. I topi D infetti presentavano un’infiammazione polmonare e sintomi respiratori più gravi rispetto ai topi D+ o D++ quando infettati con l’influenza H1N1 o SARS-CoV-2. I dati indicano gli effetti condivisi della vitamina D per controllare l’infiammazione nel polmone dopo l’influenza o l’infezione da coronavirus.
I topi D presentavano un’infiammazione significativamente maggiore rispetto ai topi D + in seguito all’infezione da influenza H1N1 (Fig. 1). Il trattamento ad alte dosi di vitamina D (D++) ha comportato una certa protezione dei topi da SARS-CoV-2 (Fig. 3). Inoltre, il trattamento con 1,25D ha mostrato una tendenza verso un recupero più rapido dei topi sopravvissuti da SARS-CoV-2 (Fig. 3).
Altri hanno dimostrato che i topi trattati con 1,25D avevano una ridotta infiammazione polmonare [20,21] e il trattamento di topi D+ con 25D ha avuto un piccolo effetto protettivo sulla perdita di peso e sulla letalità dopo l’infezione da H1N1 [22]. Un recente studio clinico che ha utilizzato 25D nell’uomo ha mostrato una mortalità ridotta nei pazienti ospedalizzati con COVID-19 [37,38]. Tuttavia, non è chiaro se il trattamento 25D sarebbe efficace nei modelli murini o criceti di SARS-CoV-2.
Questo è il primo studio che ha studiato gli effetti della vitamina D in modelli animali di SARS-CoV-2. I dati suggeriscono che la vitamina D e 1,25D possono essere efficaci per proteggere il polmone da SARS-CoV-2. L’infezione da SARS-CoV-2 ha indotto Cyp27B1 e Cyp24A1 nel polmone dei topi, suggerendo un ruolo dei metaboliti della vitamina D nella risposta polmonare all’infezione da SARS-CoV-2 (Fig. 2). Esistono probabilmente meccanismi condivisi e unici mediante i quali la vitamina D regola la risposta dell’ospite all’influenza rispetto a SARS-CoV-2.
È necessaria una migliore comprensione dei meccanismi mediante i quali la vitamina D regola la risposta antivirale nel polmone sia all’influenza che ai coronavirus per informare gli studi clinici. I topi Cyp27B1 KO non possono produrre 1,25D, che induce Cyp24A1 e degrada 25D e 1,25D. L’alimentazione di topi Cyp27B1 KO con diete D+ provoca l’accumulo di 25D (Fig. 1A, [25,39]). 25D è un ligando a bassa affinità per il VDR ed è stato dimostrato che elevate quantità di 25D possono sostituire la necessità di 1,25D per la regolazione dell’omeostasi del calcio e dell’osteomalacia [40].
Precedenti esperimenti hanno mostrato che i topi D+ Cyp KO e D+ WT hanno eliminato un’infezione batterica nell’intestino con una cinetica simile [25]. Al contrario, i topi D+ Cyp KO avevano una maggiore letalità e un’infiammazione più grave rispetto ai topi D+ WT quando infettati dall’influenza H1N1 (Fig. 1). Gli effetti dell’espressione di Cyp27B1 sulla resistenza dell’ospite a un batterio potrebbero essere diversi dagli effetti sulla resistenza dell’ospite a un virus. Sarebbe interessante determinare l’effetto dell’eliminazione di Cyp27B1 sulla resistenza dell’ospite ad altri virus respiratori, incluso SARS-CoV-2.
Al contrario, l’effetto differenziale di Cyp27B1 potrebbe essere dovuto alla posizione dell’infezione nell’intestino rispetto al polmone. Indipendentemente da ciò, sembra che la capacità dell’ospite di produrre Cyp27B1 sia importante affinché i topi sopravvivano a un’infezione polmonare H1N1.
Gli interventi dietetici per generare topi K18hACE2 D-, D+ e D++ hanno portato a topi D++, ma non D+, con siero 25D più elevato rispetto ai topi D (Fig. 4). È interessante notare che gli studi sui criceti suggeriscono che il cibo disponibile in commercio potrebbe non essere adeguato per aumentare i livelli sierici di 25D (Fig. 5A).
I dati suggeriscono che l’adeguatezza della vitamina D dovrebbe essere considerata nella valutazione degli studi che infettano i criceti nutriti con chow con SARS-CoV-2. All’infezione d6 post-SARS-CoV-2, i topi D++ K18-hACE2 avevano meno infiammazione e IFNβ inferiore nel polmone rispetto ai topi D (Fig. 3).
I risultati sono coerenti con gli effetti antinfiammatori della vitamina D. La soppressione delle citochine infiammatorie di tipo 1 da parte della vitamina D è alla base degli effetti della vitamina D e della 1,25D per sopprimere le malattie immuno-mediate [41-43]. I benefici del 25D dall’infezione influenzale erano associati a una riduzione dell’IFN-γ nel polmone [22].
Recentemente, Chauss et.al hanno dimostrato che 1,25D promuove risposte antinfiammatorie disattivando la produzione di IFNγ dalle cellule Th1 e sovraregolando IL-10 [44]. La produzione di IFN-γ e IFNβ è essenziale per un’efficace clearance virale, i virus hanno meccanismi per eludere le risposte di IFN e il COVID-19 grave è associato alla disregolazione delle risposte di IFN [45-47].
La down-regulation dell’IFNβ da parte della vitamina D è associata alla protezione dall’infiammazione del polmone a seguito di un’infezione virale con influenza o SARS-CoV-2.
È importante sottolineare che non vi è stato alcun effetto della vitamina D sul gene SARS-CoV-2 N o sull’espressione del gene H1N1 M nei polmoni di topi o criceti. Ciò indica che la vitamina D non ha ridotto o inibito la replicazione virale nel polmone. Abbiamo trovato l’espressione del gene SARS-CoV-2 N nei due punti del criceto.
È interessante notare che i due punti D avevano un’espressione genica SARS-CoV-2 N relativamente maggiore rispetto ai due punti D+. Le implicazioni dell’avere SARS-CoV-2 nel colon ma non nel polmone dovrebbero essere determinate e sarebbe importante quantificare il virus vivo nei tessuti. Sfortunatamente, non abbiamo salvato i due punti dai nostri studi sui topi SARS-CoV-2. La vitamina D ha dimostrato di essere un forte induttore della catelicidina LL-37 nelle cellule umane [48].
Ci sono state alcune prove che LL-37 può uccidere direttamente alcuni virus inclusi i virus dell’influenza [13-17]. Il trattamento dei topi con una dose elevata (500 µg/giorno) di peptide LL-37 umano ha protetto dall’infezione influenzale letale e ha ridotto significativamente i titoli virali a d3 post-H1N1 nel polmone [49]. LL-37 ha inibito il legame della proteina spike SARS-CoV-2 contenente pseudo virus sia in vivo che in vitro, bloccando l’ingresso tramite ACE2 [50].
Non ci sono stati effetti della vitamina D in vivo sull’espressione dei geni virali per l’influenza SARS-CoV-2 o H1N1 nel polmone. I peptidi della catelicidina trovati nei topi non sono gli stessi dell’LL-37 nell’uomo e la catelicidina del topo non è regolata dalla vitamina D [51]. La mancanza di un effetto della vitamina D su SARS-CoV2 è stata mostrata nei topi e nel polmone del criceto.
Non è chiaro se il gene della catelicidina del criceto abbia elementi di risposta alla vitamina D. Inoltre, non sono stati condotti studi per testare l’effetto della vitamina D su SARS-CoV-2 in vitro. Non si può quindi escludere un effetto della vitamina D attraverso l’induzione di peptidi antibatterici, come l’LL-37, che riduca i titoli virali.
