Las alteraciones recientes de memoria y confusión mental están entre las secuelas neurológicas más comunes de Covid-19. Y experimentos con hamsters conducidos en la Universidad de San Pablo (USP) pueden ayudar a entender cómo surgen esos síntomas y hasta indicar una forma de combatirlos.
La investigación se realizó con animales vivos y también con astrocitos aislados del sistema nervioso central de los roedores y cultivados in vitro. Los resultados sugieren que la infección por SARS-CoV-2 acelera el metabolismo de estas células nerviosas y aumenta el consumo de moléculas utilizadas en la generación de energía, como la glucosa y el aminoácido glutamina.
El gran problema es que la glutamina también es importante para la síntesis de glutamato, el principal neurotransmisor involucrado en la comunicación entre neuronas, que aparentemente está alterado. En los animales, la presencia del vírus y alteraciones en el nivel de proteínas relacionadas con el metabolismo energético se observaron en el hipocampo (región fundamental del cerebro para la consolidación de la memoria y para el aprendizaje) e en el córtex (también importante para la memoria, la cognición y el lenguaje).
“Al parecer, el SARS-CoV-2 sobreactiva el metabolismo de los astrocitos con el fin de obtener más energía para replicar su material genético y producir nuevas partículas virales. Tan es así que cuando usamos un fármaco para bloquear la glutaminólisis [la producción de energía a partir de la glutamina], la replicación viral en células cultivadas se redujo en aproximadamente un tercio”, dijo Jean Pierre Peron, profesor del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB-USP ), investigador de la Plataforma Científica Pasteur-USP (SPPU) y coordinador de la investigación.
El proyecto contó con la colaboración de grupos de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y el Centro de Investigación de Enfermedades Inflamatorias (CRID) de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP-USP). Recibió apoyo de FAPESP a través de siete proyectos (20/06145-4, 20/07251-2, 17/27131-9, 15/15626-8, 20/04579-7, 20/04746-0 y 15/25364-0 ). Los resultados preliminares se publicaron en el repositorio bioRxiv, en un artículo aún sin revisión por pares.
Evidencia previa
Los astrocitos son las células más abundantes del sistema nervioso central y entre sus diversas funciones se encuentra la de apoyar el funcionamiento de las neuronas aportando nutrientes como glucosa y glutamina. También regulan la concentración de neurotransmisores y otras sustancias con el potencial de interferir con la función neuronal, como el potasio. Además, forman parte de la barrera hematoencefálica, que protege al cerebro contra patógenos y toxinas.
También en 2020, el grupo coordinado por Thiago Cunha en FMRP-USP analizó el tejido cerebral de personas que murieron de COVID-19 y confirmó la presencia de SARS-CoV-2 dentro de los astrocitos.
En tanto en Unicamp, el equipo de Daniel Martins-de-Souza demostró que el nuevo coronavirus es capaz de infectar y replicarse en astrocitos humanos derivados de células madre pluripotentes inducidas (IPS, por su sigla en inglés), método que consiste en reprogramar células cutáneas adultas u otros tejidos de fácil acceso (leer más en: agencia.fapesp.br/34364).
Las pruebas in vitro realizadas en ese momento indicaron que la infección inducía alteraciones en las vías bioquímicas relacionadas con el metabolismo energético. Este hallazgo ahora se ha reforzado con experimentos realizados en la SPPU.
“Todo este conjunto de datos sugiere que la participación del sistema nervioso central en los infectados con SARS-CoV-2 pasa a través de los astrocitos y que el metabolismo energético juega un papel importante en este proceso”, dijo Martins-de-Souza a la Agência FAPESP.
Resultados recientes
Después de infectar astrocitos de hámster con SARS-CoV-2, los investigadores observaron que las células comenzaron a producir moléculas inflamatorias (citocinas) y notaron un cambio en la expresión de proteínas relacionadas con el metabolismo del carbono (glucosa). Al analizar los metabolitos presentes en el cultivo celular, notaron que algunas sustancias estaban muy reducidas en comparación con el control (astrocitos no infectados).
“Vimos que había menos glutamina y otras moléculas involucradas en la generación de energía y síntesis de proteínas, como aspartato, piruvato y alfa-cetoglutarato. Este resultado sugiere que la célula está muy activada metabólicamente. Creemos que esto se debe a que el virus requiere más energía para replicarse”, explicó Perón.
En otro experimento, se colocaron cultivos de astrocitos en un dispositivo capaz de medir el consumo de glucosa y oxígeno, una técnica conocida como respirometría. El análisis confirmó el metabolismo más acelerado de las células infectadas.
“Al tratarse del sistema nervioso central, llamó nuestra atención el hecho de que la glutamina es menor, ya que es la materia prima para la síntesis de glutamato y alrededor del 90% de las sinapsis están mediadas por este neurotransmisor. Al parecer, por tanto, la infección provoca un desequilibrio energético que, a su vez, conduce a un desequilibrio en los niveles de glutamato. Es posible que esto altere el funcionamiento de las neuronas, pero es algo que todavía hay que probar”, dice el profesor del ICB-USP.
Cuando los astrocitos infectados se trataron con un fármaco capaz de bloquear la glutaminólisis, la replicación viral se redujo; hubo tanta disminución en la concentración de ARN viral como en la cantidad de partículas de SARS-CoV-2 presentes en el medio de cultivo.
En las pruebas in vivo, se infectaron hámsteres por vía intranasal y se controló la presencia del virus en el sistema nervioso central hasta 14 días después. Se pudo observar que, como ocurrió in vitro, la infección indujo la producción de citocinas inflamatorias y también provocó alteraciones en el perfil de proteínas cerebrales.
“Observamos la presencia de partículas virales en el hipocampo y el córtex, dos regiones ricas en glutamato. También vimos cambios en varias proteínas relacionadas con el metabolismo del carbono y de la glutamina. Esto nos hace pensar que algo similar está sucediendo en los humanos y quizás este sea el origen de síntomas como pérdida de memoria, deterioro cognitivo, dificultad para concentrarse y confusión mental”, dice Perón.
Martins-de-Souza comentó que, en pruebas con astrocitos humanos, ya se había observado una reducción de glutamina. “Estos nuevos hallazgos confirman que la glutaminólisis es un proceso importante para la replicación viral. Estamos, por tanto, hablando de un objetivo en el cerebro que se puede explorar en la búsqueda de terapias”, afirmó.
Para Perón, algo más susceptible de ser probado en el corto plazo es el tratamiento de las secuelas neurológicas del COVID-19 con fármacos capaces de modular las sinapsis mediadas por glutamato. Este tipo de fármaco ya se utiliza en pacientes con Alzheimer.
El artículo "SARS-CoV-2 Infection Impacts Carbon Metabolism and Depends on Glutamine for Replication in Syrian Hamster Astrocytes" puede leerse en: www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.10.23.465567v1.
Traducción Programa INFOSALUD