Un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Università della California, Los Angeles – USA e che ha coinvolto anche scienziati della Keck School of Medicine della University of Southern California – USA che coinvolge modelli murini ha scoperto che l’integrazione con l’aminoacido poco costoso GABA (acido gamma-aminobutirrico ) può ridurre la carica virale SARS-CoV-2 e anche aiutare a ridurre la gravità del COVID-19 e anche il rischio di mortalità.
acido gamma-aminobutirrico) o GABA è il principale neurotrasmettitore inibitorio nel sistema nervoso centrale dei mammiferi in via di sviluppo maturo. Il suo ruolo principale è ridurre l’eccitabilità neuronale in tutto il sistema nervoso.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista peer-reviewed: Frontiers In Immunology.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2022.1007955/full
I nostri studi hanno dimostrato che la somministrazione di GABA iniziata immediatamente, o l’infezione post-SARS-CoV-2 di due giorni, ha ridotto l’indice del coefficiente polmonare, la carica virale polmonare, la polmonite e il tasso di mortalità nei topi K18-hACE2 infetti da SARS-CoV-2. Questi risultati, insieme ai nostri precedenti risultati nei topi A/J infetti da MHV-1, sono i primi rapporti sulla somministrazione di GABA che modula l’esito delle infezioni virali.
La capacità del trattamento con GABA di limitare la gravità della malattia in seguito all’infezione con due coronavirus biologicamente distinti e letali in diversi ceppi di topo suggerisce che l’attivazione del GABA-R può essere una strategia terapeutica generalizzabile per aiutare a ridurre la gravità delle infezioni da coronavirus, almeno nei topi.
Le nostre osservazioni sono sorprendenti in diversi modi. In primo luogo, sulla base delle azioni antinfiammatorie del GABA nei modelli di malattie autoimmuni, cancro e infezione parassitaria, era altamente possibile che il trattamento precoce del GABA potesse esacerbare la malattia nei topi infetti da SARS-CoV-2 limitando o ritardando le risposte immunitarie innate all’infezione virale.
In secondo luogo, la capacità del GABA di ridurre modestamente la carica virale nei polmoni è stata sorprendente. Ciò indica che i cambiamenti mediati da GABA-R nell’ambiente ionico intracellulare modulano i processi coinvolti nell’ingresso, nella replicazione e/o nell’uscita di SARS-Cov-2.
Sappiamo da schermi su larga scala di librerie di farmaci che gli agonisti GABA-R non interferiscono con il legame SARS-CoV-2 con ACE2 o la sua interiorizzazione in cellule Vero E6 in coltura (69).
In particolare, i GABAA-R sono espressi dalle cellule bronchiali e alveolari polmonari (32, 33, 70) ed è possibile che l’attivazione del GABAA-R abbia portato a cambiamenti nei livelli di ioni intracellulari che hanno reso l’ambiente meno favorevole alla replicazione virale. Mentre l’attivazione dei GABAA-R neuronali porta all’afflusso di Cl e all’iperpolarizzazione, l’attivazione dei GABAA-R su altri tipi di cellule, come le cellule ATII alveolari, provoca efflusso di Cl e depolarizzazione (32, 33).
In effetti, è stato dimostrato che i calcio-antagonisti riducono la replicazione di SARS-CoV-2 in vitro, ma è controverso se conferiscano effetti benefici ai pazienti con COVID-19 (73-75).
Anche l’attivazione dei GABAA-R sulle cellule epiteliali alveolari e delle grandi vie aeree potrebbe essere alterata
1) la secrezione di molecole di segnalazione infiammatoria dalle cellule infette,
2) produzione/assorbimento di tensioattivi alveolari e/o
3) risposte infiammatorie alterate e processi autofagici (17) in modo da limitare l’infezione e la replicazione del virus.
Terzo, mentre c’è stata una certa caratterizzazione degli effetti del GABA sulla secrezione di citochine e chemochine delle cellule immunitarie in modelli di malattie autoimmuni e cancro, poco si sa sugli effetti del GABA sulle risposte antivirali. Abbiamo osservato che il trattamento con GABA ha spostato alcuni livelli di citochine e chemochine in direzioni che dovrebbero essere utili se estese al trattamento con COVID-19.
Il trattamento precoce con GABA ha elevato gli interferoni di tipo 1 in alcuni topi. Poiché le risposte ritardate o ridotte all’interferone di tipo I sono un fattore di rischio per lo sviluppo di COVID-19 grave (76), tali tendenze potrebbero essere utili.
Il trattamento con GABA ha ridotto significativamente i livelli di TNFa circolante nei topi infetti, estendendo le precedenti osservazioni secondo cui il GABA inibisce l’attivazione di NF-κB nel topo e nelle cellule immunitarie umane (7, 21). Di conseguenza, il trattamento con GABA ha leggermente ridotto l’IL-6 sierica media da 10,7 a 6,3 pg/mL.
Poiché il TNFa e l’IL-6 sono importanti mediatori pro-infiammatori, i livelli ridotti di TNFa e IL-6 circolanti hanno indicato che il trattamento con GABA ha soppresso le risposte immunitarie innate, che probabilmente hanno contribuito ai suoi effetti protettivi.
I topi trattati con GABA avevano anche livelli ridotti di IP-10 sierico, una chemochina pro-infiammatoria che attira la migrazione di macrofagi/monociti CXCR3+, cellule T e cellule NK (77). Livelli elevati di IP-10 sono costantemente rilevati nei pazienti con COVID-19 gravemente malati e possono fornire un marker predittivo dell’esito del paziente (78-81).
La produzione di IP-10 è indotta dall’attivazione di IFNγ, NF-κB e altri stimolatori in diversi tipi di cellule (82). Coerentemente con i livelli ridotti di IP-10, abbiamo anche scoperto che il livello sierico medio di IFNγ nei topi trattati con GABA era circa la metà di quello nei topi infetti da SARS-CoV-2 non trattati (4,0 contro 9,8 pg/mL).
Questi dati suggeriscono che il trattamento precoce con GABA ha ridotto la produzione di IFNγ e, insieme alla sua inibizione dell’attivazione di NF-κB, ha portato a una diminuzione della secrezione di IP-10. Dato che l’IP-10 funziona per reclutare l’infiltrazione di cellule infiammatorie nelle lesioni e modula la sopravvivenza cellulare, è probabile che i livelli più bassi di IP-10 circolante nei topi trattati con GABA abbiano limitato la migrazione di macrofagi, monociti e cellule NK nelle lesioni polmonari e ha contribuito a proteggere i topi dalla morte.
Allo stesso modo, abbiamo anche osservato che il trattamento con GABA ha leggermente ridotto i livelli sierici di CCL2 che potrebbero aver contribuito a proteggere i topi dalla morte poiché alti livelli di CCL2 sono associati a un’elevata mortalità nei pazienti con COVID-19 (83).
Il trattamento con GABA ha anche migliorato i livelli di IL-10 nei topi infetti da SARS-CoV-2. L’IL-10 è generalmente considerata una citochina antinfiammatoria, tuttavia può essere immunostimolante in determinati contesti e livelli elevati di IL-10 sono associati allo sviluppo di COVID-19 grave (84, 85).
Se l’aumento dei livelli di IL-10 nei topi infetti da SARS-CoV-2 trattati con GABA ha avuto effetti contro-terapeutici, è evidente che le azioni benefiche del GABA erano funzionalmente dominanti portando a risultati migliori.
È plausibile che i livelli aumentati di IL-10 dovuti al trattamento con GABA potrebbero essere stati terapeutici
1) le sue classiche azioni antinfiammatorie,
2) cellule immunitarie estenuanti,
3) ridurre il danno tissutale nei polmoni, o
4) altre azioni ancora da identificare.
L’inizio del trattamento con GABA 2 giorni dopo l’infezione da SARS-CoV-2, vicino al picco della carica virale nei polmoni, è stato essenzialmente altrettanto efficace dell’inizio del trattamento immediatamente dopo l’infezione in termini di limitazione della gravità della malattia e dei tassi di mortalità durante il periodo di osservazione .
In concomitanza con tali osservazioni, i polmoni dei topi trattati con GABA 2 giorni dopo l’infezione hanno mostrato un danno istopatologico ridotto rispetto ai controlli non trattati. Sarà interessante testare ulteriormente l’efficacia del GABA quando iniziato anche in momenti successivi all’infezione, tuttavia, i risultati attuali indicano chiaramente che il GABA è un eccellente candidato terapeutico per COVD-19 e a causa delle imperfezioni intrinseche di qualsiasi animale modello, il test finale di questo trattamento richiederà studi clinici sull’uomo.
Oltre ad esprimere il transgene hACE2 nelle cellule epiteliali delle cellule polmonari, i topi K18-hACE2 esprimono hACE2 ectopicamente nel loro SNC portando alla diffusione dell’infezione da SARS-CoV-2 al loro SNC nelle fasi avanzate del processo patologico (64, 66, 67). Poiché il GABA non attraversa la barriera ematoencefalica (BBB), è improbabile che il trattamento con GABA abbia esercitato effetti benefici direttamente sul SNC.
Tuttavia, i livelli ridotti di citochine e chemochine proinfiammatorie circolanti nei topi trattati con GABA potrebbero aver ridotto anche il loro ingresso nel SNC. Mentre si pensa che SARS-CoV-2 non si replichi in modo efficiente nel SNC umano (86), alcuni pazienti con COVID-19 sperimentano disturbi cognitivi (o “nebbia cerebrale”). Studi istologici sul cervello di pazienti affetti da COVID-19 hanno osservato infiltrati di cellule immunitarie e aumento della frequenza delle cellule gliali con fenotipi infiammatori che sono indicativi di risposte neuroinfiammatorie (86-93).
In studi precedenti, abbiamo dimostrato che il trattamento con omotaurina, un agonista specifico del GABAA-R che può passare attraverso il BBB, riduce la diffusione delle risposte infiammatorie dei linfociti T all’interno del SNC, limita l’attività pro-infiammatoria delle cellule presentanti l’antigene, e malattia migliorata in modelli murini di sclerosi multipla (15, 20).
Poiché la microglia e gli astrociti esprimono GABAA-R che agiscono per down-regolare le loro attività infiammatorie (94), il trattamento con omotaurina può anche avere un’infiammazione gliale limitata. L’omotaurina si è dimostrata efficace quanto il GABA nel proteggere i topi A/J infetti da MHV-1 da gravi malattie, indicando i GABAA-R come i principali mediatori degli effetti benefici del GABA in questo modello (54).
Queste osservazioni suggeriscono che il trattamento con omotaurina può fornire una nuova strategia sia per ridurre gli effetti deleteri dell’infezione da coronavirus nella periferia sia per limitare l’infiammazione nel SNC. È stato scoperto che l’omotaurina (nota anche come tramiprosato) interferisce fisicamente con l’aggregazione dell’amiloide in vitro, portando alla sua sperimentazione come trattamento per il morbo di Alzheimer in un ampio studio clinico di fase III a lungo termine (95-97).
Sebbene questo trattamento non sia riuscito a raggiungere gli endpoint primari, il trattamento sembrava essere molto sicuro e gli studi di follow-up hanno suggerito alcuni effetti modificanti la malattia (98, 99).
Infine, vale la pena notare che i livelli di GABA circolanti sono significativamente ridotti nei pazienti ospedalizzati con COVID-19 (52, 53). Questa scoperta clinica, indipendente dai nostri risultati qui presentati, solleva la questione se la terapia GABA possa essere benefica per i pazienti COVID-19.
È probabile che sorgano costantemente varianti di SARS-CoV-2 e nuovi coronavirus che non saranno sufficientemente controllati dai vaccini disponibili e dai farmaci antivirali. Lo sviluppo di nuovi vaccini contro questi nuovi virus sarà molto più lento della diffusione di questi nuovi virus tra la popolazione mondiale.
I nostri risultati suggeriscono che gli agonisti GABA-R possono fornire agenti economici pronti all’uso per aiutare a ridurre la gravità della malattia causata da questi nuovi virus. Poiché i meccanismi d’azione del GABA sono diversi da quelli di altri trattamenti contro il coronavirus, i trattamenti combinati potrebbero avere maggiori benefici.
Il GABA è considerato sicuro per l’uso umano ed è disponibile come integratore alimentare negli Stati Uniti, in Cina, in Giappone e in gran parte dell’Europa (100). In altri paesi, poiché il GABA è un aminoacido non proteico, è regolamentato come agente medicinale o farmaco (p. es., nel Regno Unito, in Canada e in Australia). Nei nostri studi, GABA a 2,0 e 0,2 mg/mL è stato ugualmente efficace nel proteggere i topi infetti da SARS-CoV-2 dalla morte (Figura 1B).
La dose equivalente umana di GABA a 0,2 mg/mL [assumendo un consumo di 3,5 mL/die di acqua, vedere la Figura 1 supplementare e calcolata come in (101)] è 0,68 g/die per una persona di 70 kg, che è ben all’interno del livello noto per essere sicuro (100). Mentre le nostre osservazioni precliniche indicano che gli agonisti GABA-R sono candidati promettenti per aiutare a curare le infezioni da coronavirus, mancano informazioni sul loro dosaggio e sulla finestra temporale durante la quale i loro effetti potrebbero essere benefici o dannosi durante un’infezione da coronavirus nell’uomo e sono necessari studi clinici per valutare il loro potenziale terapeutico.
