Новости

Исследования показывают, что инфекция SARS-CoV-2 может спровоцировать развитие диабета у некоторых людей, даже у тех, у кого нет других факторов риска.    Вскоре после того, как в начале 2020 года COVID-19 с разрушительными последствиями обрушился на Милан, Италия, Паоло Фиорина, эндокринолог из Миланского университета, направлялся на свое рабочее место в больнице Sacco, когда патологоанатом обратился к нему по поводу пациентов, которых она обследовала и которые недавно умерли от этой болезни. У всех умерших - не только у больных диабетом - была гипергликемия. Фиорина говорит, что первой его мыслью было, что, должно быть, произошла ошибка. "Пациенты с диабетом более склонны к летальному исходу от COVID-19 по сравнению с недиабетиками, поэтому я подумал, что это может быть причиной", - говорит он, но это не объясняет, почему у метаболически здоровых людей в момент смерти также наблюдалась гипергликемия.    Фиорина просмотрел истории болезни умерших пациентов и медицинские карты некоторых других пациентов, поступивших в больницу с COVID-19, и вскоре понял, что у неожиданно большого числа из них был аномально высокий уровень сахара в крови. У некоторых из них имелись медицинские карты до поступления в больницу с COVID-19, и в них, как правило, не было признаков диабета или преддиабета - состояний, связанных с дисрегуляцией уровня сахара в крови. "Поэтому мы начали думать о потенциальной связи между COVID-19 и дисгликемией или гликометаболическими нарушениями", - рассказывает Фиорина.    Это привело к публикации исследования в мае 2021 года, в котором сообщалось о когорте из 551 человека, поступившего в больницу Sacco с COVID-19; почти у половины из них уровень сахара в крови был выше нормы. Даже среди 27 % пациентов, у которых уровень сахара в крови был в норме, дальнейший мониторинг показал, что у некоторых из них со временем после выздоровления от COVID-19 произошли изменения в контроле уровня сахара в крови.    Фиорина и его коллеги - лишь одна группа из многих по всему миру, которые связали COVID-19 и диабет. Многочисленные исследования показывают, что помимо того, что диабет связан с худшим исходом COVID-19, инфекция SARS-CoV-2 может вызывать новый диабет даже у людей без предсуществующих факторов риска. Полученные данные повышают вероятность того, что пандемия может привести к опасному и дорогостоящему увеличению частоты хронического заболевания, распространенность которого уже и так росла во всем мире до нынешней пандемии. Отслеживание новых случаев диабета, вызванных пандемией    Зияд Аль-Али, руководитель отдела исследований и разработок в системе здравоохранения VA Saint Louis в штате Миссури, был впервые предупрежден о возможной связи между COVID-19 и диабетом благодаря сообщениям пациентов. Даже в первые несколько месяцев пандемии люди, выздоровевшие от COVID-19, возвращались в клинику, описывая симптомы, которые сейчас обозначаются как длительный COVID, такие как затуманенность сознания, усталость и мышечные боли. Но у некоторых также наблюдались симптомы метаболических нарушений, включая болезни сердца и диабет. Аль-Али и его коллеги решили провести дальнейшее исследование. Чтобы сделать это эффективно, им нужна была контрольная группа, подвергавшаяся тем же условиям пандемии - например, изоляции, стрессу и отсутствию физической нагрузки, - но не заболевшая COVID-19.    Исследование группы, опубликованное в прошлом месяце и включавшее более 180 000 человек, заразившихся COVID-19, и 4,1 миллиона человек контрольной группы, показало, что COVID-19 связан с 40%-ным повышением риска развития нового диабета в течение года после инфицирования. Это означает более чем один дополнительный новый случай диабета на 100 случаев заражения COVID-19."Если начать рассматривать в контексте, что 1-2 % людей с COVID-19 могут означать на глобальном уровне, то это означает миллионы, миллионы и миллионы людей с диабетом", - говорит Аль-Али.    А это имеет серьезные последствия для здоровья, общества и экономики. "Диабет - очень дорогостоящее заболевание, лечение которого требует больших затрат, и имеет очень серьезные последствия для последующей жизни", - говорит он, указывая на повышенный риск инсультов, сердечно-сосудистых заболеваний и болезней глаз. "Я думаю, что это будет серьезной проблемой для всех нас".Как COVID-19 может повысить риск развития диабета   До появления COVID-19 диабет был девятой основной причиной смерти во всем мире, а в 2017 году чуть более 6% населения планеты страдали диабетом 2 типа - расстройством, при котором организм становится менее восприимчивым к инсулину, который направляет накопление избыточного сахара в клетках крови в качестве будущего источника энергии. В отличие от диабета 1 типа, аутоиммунного заболевания, при котором разрушаются бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, диабет 2 типа связан с факторами образа жизни, такими как неправильное питание и недостаток физической активности.   Показатели диабета 2 типа во всем мире росли еще до появления SARS-CoV-2, но такие исследования, как проведенное Аль-Али, позволяют предположить, что COVID-19 может усугубить эту тенденцию.Одно из возможных объяснений очевидной связи между этими двумя заболеваниями заключается в том, что люди с факторами риска развития диабета, такими как ожирение и сердечные заболевания, или те, кто уже находился на пути к развитию диабета в состоянии, известном как преддиабет, могут с большей вероятностью заболеть COVID-19, попасть в больницу и умереть. Например, по словам Фиорины, исследование, проведенное им и его коллегами в 2021 году, показало, что примерно каждый второй человек с самым высоким уровнем сахара в крови умирал от COVID-19, в то время как люди с самым низким уровнем сахара в крови почти все выживали. Это может объяснить, почему уровень высокого сахара в крови и диабета среди пациентов Фиорины и Аль-Али оказался выше, чем ожидалось.   Однако Аль-Али и его коллеги обнаружили, что даже среди людей с очень небольшим количеством или отсутствием факторов риска развития диабета, COVID-19 был связан с повышенным риском развития диабета в течение года после заражения. Возможно, высокий уровень диабета был обнаружен просто потому, что во время пандемии было госпитализировано или попало в систему здравоохранения гораздо больше людей, и рутинный мониторинг уровня сахара в крови в рамках лечения выявил случаи диабета и преддиабета, которые в противном случае могли бы оставаться незамеченными еще некоторое время. Но в исследовании Аль-Али была сделана поправка на эту "погрешность констатации" - например, путем учета использования медицинских услуг в когортах COVID-19 и контрольной - и все равно был выявлен гораздо более высокий уровень диабета среди выздоровевших пациентов COVID-19.   По словам Пола Зиммета, исследователя диабета из Университета Монаша в Мельбурне, Австралия, одна из подсказок о том, что происходит на физиологическом уровне, исходит от людей, которые уже страдают диабетом до того, как заразились COVID-19. Исследования показали, что "у людей, которые тяжело болеют COVID-19 и уже имеют диабет и находятся на инсулине, резко увеличивается количество необходимого инсулина, потому что клетки их организма становятся устойчивыми к инсулину", - говорит Зиммет.   Доменико Ачили, директор Научно-исследовательского центра диабета и эндокринологии Колумбийского университета в Нью-Йорке, говорит, что он был шокирован количеством пациентов, заболевших COVID-19, у которых развился диабетический кетоацидоз - состояние опасно высокого уровня сахара в крови, несмотря на то, что до поступления в больницу у них не было никаких признаков диабета или аномального уровня сахара в крови.    Сам по себе этот факт можно было бы ожидать у людей, госпитализированных с тяжелой инфекцией, говорит Ачили, потому что высокий уровень воспаления, возникающий в этой ситуации, снижает способность тканей реагировать на инсулин и накапливать сахар в крови. "Хорошо известно, что особенно у пожилых пациентов с ... пневмонией иногда развивается гипергликемия, вызванная стрессом, - говорит он. Это может способствовать более позднему развитию диабета у людей, у которых не было очевидных факторов риска заболевания, точно так же, как женщины, заболевшие гестационным диабетом во время беременности, имеют более высокий риск развития диабета второго типа в более позднем возрасте".   Механизм такой гипергликемии, вызванной стрессом, до конца не ясен, но в этом может быть виновато воспаление. Общей чертой COVID-19, и особенно тяжелого COVID-19, является неуправляемый иммунный ответ, который приводит к высокому уровню воспаления, характеризующемуся выработкой цитокинов. Фиорина говорит, что в своем исследовании он и его коллеги обнаружили, что у пациентов, госпитализированных с тяжелой формой COVID-19, чрезвычайно высок уровень воспалительного цитокина IL-6. Инсулин-продуцирующие бета-клетки в поджелудочной железе имеют много рецепторов для IL-6, что может быть причиной того, что воспаление повреждает эти клетки и влияет на производство инсулина, говорит он. В недавнем исследовании они также показали, что воздействие на бета-клетки поджелудочной железы сывороткой, взятой у пациентов с COVID-19, провоцирует самоуничтожение бета-клеток.   Дополнительным подтверждением идеи о том, что SARS-CoV-2 оказывает разрушительное воздействие на эти клетки, вырабатывающие инсулин, является наблюдение Фиорины и коллег о том, что среди пациентов с высоким уровнем IL-6 и высоким уровнем глюкозы в крови, те, кто получал лечение тоцилизумабом, воздействующим на рецептор IL-6, показали большее снижение уровня сахара в крови, чем те, кто не получал препарат.    Помимо вызываемого им воспаления, SARS-CoV-2 может вызывать дисрегуляцию уровня сахара в крови благодаря способу взаимодействия вируса с клетками, говорит Аль-Али. Белок шипа на его поверхности соединяется с рецептором ACE2 на поверхности клетки-хозяина. Эти рецепторы находятся по всему организму, но, что очень важно, также на поверхности бета-клеток. "Взаимодействие белка спайка с рецептором ACE2 на поверхности бета-клеток поджелудочной железы может каким-то образом нарушить секрецию инсулина и все последующие процессы, которые могут привести к фенотипу диабета", - полагает Аль-Али.   Шарлотта Стинблок, изучающая клеточные стрессовые реакции в Университетской клинике Карла Густава Каруса в Дрездене, Германия, и ее коллеги показали в прошлом году, что вирус SARS-CoV-2 распространился по всей поджелудочной железе, в том числе в бета-клетках, у пациентов, умерших от COVID-19. Исследователи также нашли доказательства того, что клетки, вырабатывающие инсулин, подверглись запрограммированной клеточной смерти в ответ на инфекцию. Хотя у них была лишь неполная клиническая информация о пациентах, полученные данные позволили предположить, что у пациентов с более высоким уровнем сахара в крови было больше вируса в поджелудочной железе и больше рецепторов ACE2 на клетках поджелудочной железы.   Однако Стинблок отмечает, что эта закономерность не была постоянной. По ее словам, некоторые пациенты с высоким уровнем сахара в крови, которые умерли, имели низкий уровень рецепторов ACE2, в то время как у других все было наоборот. Она вспоминает пациентку с ожирением, которая очень быстро умерла от инфекции: "У нее была действительно высокая экспрессия ACE2, но при этом в ее организме можно было увидеть большое количество вируса". По словам Стинблок, полученные результаты свидетельствуют о том, что концентрация рецепторов АСЕ2 связана с риском и тяжестью гипергликемии у некоторых пациентов с тяжелой и смертельной формой COVID-19, но это не единственная часть головоломки COVID-19 и диабета.   Пандемия не только указала влияние инфекции SARS-CoV-2 на риск развития диабета, но и обозначила важность эффективного лечения существующего диабета. "Хорошо контролируемые диабетики не попадают в отделение COVID-19", - говорит Ачили, и высокий уровень сахара в крови приводит к ухудшению исхода COVID-19. "Это либо гипергликемия, либо стресс, связанный с ней, либо тот факт, что при плохом контроле у них возникает больше осложнений, так что функция их органов уже нарушена".   Фиорина утверждает, что врачи должны искать повышенный сахар в крови и диабет у людей с COVID-19, потому что если он есть, то можно использовать различные препараты для снижения сахара в крови. Зиммет говорит, что его больше всего беспокоят долгосрочные последствия этой потенциальной новой волны диагнозов диабета после заражения COVID-19. "Ситуация с диабетом действительно очень, очень серьезная, - говорит он. Это лишь одна из граней более серьезной проблемы длинного COVID и того, что Зиммет называет "главой 2" истории пандемии.     "Мы еще очень, очень далеки от того, чтобы быть готовыми к долгосрочным последствиям COVID-19".

Бактериальный секретом включает в себя полипептиды, экспрессируемые на поверхности клетки или выделяемые во внеклеточную среду, а также соответствующие механизмы секреции.     Несмотря на ограниченные возможности кодирования, Mycoplasma spp. способны производить и выделять в окружающую среду несколько компонентов, включая полипептиды, экзополисахариды и внеклеточные везикулы. Технические трудности с очисткой этих элементов из сложных бульонных сред, используемых для выращивания микоплазм, были недавно преодолены путем оптимизации условий роста и перехода на химически заданные культуральные среды. Однако пути секреции, ответственные за выделение этих структурно разнообразных элементов, у микоплазм все еще плохо описаны. Мы предлагаем использовать термин "релиасом" вместо термина "секретом" для обозначения молекул, выделяемых микоплазмами в окружающую среду.    Целью данного обзора является более точное определение элементов, которые следует считать частью микоплазменного релиасома, и их роли во взаимодействии микоплазм с клетками и тканями хозяина. Термины    Релиасом: совокупность не прикрепленных к клетке молекул (белков, полисахаридов, ДНК и метаболитов) и элементов, выделяемых живой клеткой во внеклеточную среду, независимо от механизма выделения/секреции, но исключая выделение при лизисе клетки и загрязнение компонентами среды. В отличие от секретома, механизм секреции может быть неизвестен.    Секретом: классически определяется как совокупность белков и соответствующих им систем секреции, обеспечивающих транслокацию через мембрану изнутри клетки наружу. Это подразумевает, что системы секреции известны.    Экзопротеин: белок, выделяемый жизнеспособными микоплазмами в окружающую среду. Сюда не входят прикрепленные к клетке белки.    Экзопротеом: набор экзопротеинов, секретируемых клеткой в определенное время и в определенной среде.    Внеклеточная везикула (EV): наноразмерная, мембранная сферическая структура, образованная из жизнеспособных клеток путем почкования. EV состоят из части мембраны и цитоплазмы родительской клетки, но в результате селекции грузов их состав не совпадает с составом родительской клетки.    Клеточно-связанный полисахарид (CPS): полисахарид, ковалентно связанный с поверхностью клетки. Полученный полимер остается прикрепленным к клетке, где он может образовывать капсулу или слой вокруг клеток. CPS очищают из промытых клеток.    Экзополисахарид (EPS): полисахарид, нековалентно связанный с поверхностью клетки и свободно выделяющийся в супернатанте культуры или внутри хозяина. Такие полисахариды очищают in vitro из бесклеточного супернатанта.    Термин бактериальный секретом был введен в самом начале 21 века для описания "компонентов механизмов секреции белков и собственных секретируемых белков", при этом основное внимание уделялось системам секреции, т.е. механизмам, участвующим в транслокации мембран. С тех пор определение секретома регулярно пересматривалось, чтобы больше сосредоточиться на конечной локализации секретируемых белков и их потенциальных различных ассоциированных функциях.    В настоящее время понятие секретома включает в себя белки, находящиеся на поверхности (поверхностный протеом), белки, высвобождающиеся в свободном виде (не прикрепленные к клеткам) в бактериальную среду (экзопротеом) и белки, встроенные во внеклеточные везикулы (протеовезикулом). Бактериальный секретом играет ряд ролей во взаимодействии с хозяином (включая адгезию, инвазию, уклонение от иммунитета и модуляцию), получении питательных веществ и взаимодействии между бактериальными клетками. Некоторые из этих взаимодействий являются конструктивными, например, образование биопленки, другие могут быть негативными, например, конкуренция.     Многие белки, участвующие в вирулентности, находятся в секретоме, и характеристика этих белков важна для понимания взаимодействия хозяина и патогена и, в конечном счете, для разработки подходящей стратегии борьбы с заболеваниями. Однако, хотя большая часть литературы посвящена секретируемым белкам, другие полимеры, такие как полисахариды, также экспортируются бактериями и выполняют различные функции в зависимости от их конечного местоположения, т.е. прикреплены они к клеткам или нет.     В данном обзоре мы предлагаем:    (i) расширить понятие бактериального секретома, включив в него неполипептидные молекулы, такие как полисахариды, и более сложные элементы, такие как внеклеточные везикулы (EV), и     (ii) переименовать эту более широкую группу компонентов в релиасом, чтобы учесть пробелы в знаниях о механизмах секреции в некоторых бактериальных моделях (что особенно актуально для микоплазм) и сместить фокус исключительно на неклеточные элементы, выделяемые живыми клетками.    Полисахариды - это длинноцепочечные полимеры, состоящие из сахаров, соединенных гликозидными связями. Внеклеточные полисахариды либо прикреплены к клетке и образуют капсулу или слой вокруг клетки, либо выделяются в виде внеклеточных полисахаридов в непосредственное окружение бактерии. Общий термин "экзополисахариды" был предложен в 1972 году для описания этих двух внеклеточных локализаций. Во многих исследованиях, посвященных экзополисахаридам, не удается четко определить их точную локализацию (свободная или прикрепленная к клетке). Однако очень важно проводить различие между экзополисахаридами, связанными с клетками и не связанными с клетками, поскольку эти две формы могут играть различную роль во взаимодействии с хозяином.     В данном обзоре, в целях пояснения, мы используем аббревиатуру для обозначения клеточно-связанных полисахаридов (CPS), которые могут образовывать капсулу или оболочку вокруг клетки, а термин экзополисахариды (EPS) мы используем строго для обозначения внеклеточных полисахаридов. Тот факт, что состав и структура молекулы полисахарида могут быть идентичными с одним общим путем биосинтеза, может затруднить различие между CPS и EPS: например, стрессы могут высвобождать CPS в окружающую среду, а такие структуры, как биопленки, могут затруднить оценку прикрепления клеток.    Внеклеточные везикулы являются наиболее сложными структурами релиасома, поскольку они состоят из липидов, белков, гликоконъюгатов и нуклеиновых кислот. Их состав отражает их биогенез из клетки. Бактериальные EV определяются как нерепликативные, мембранные сферические структуры размером 20-400 нм, которые секретируются жизнеспособными клетками.    Определение релиасома особенно подходит для бактерий рода Mycoplasma, для которых системы секреции плохо известны или плохо предсказуемы in silico. Микоплазмы, т.е. бактерии, принадлежащие к роду Mycoplasma - это маленькие (300-800 нм в диаметре), лишенные стенок бактерии, имеющие только фосфолипидную, богатую холестерином бислойную мембрану, окружающую цитоплазму. Высвобожденные молекулы "просто" транслоцируются через цитоплазматическую мембрану, что является более простой ситуацией, чем у бактерий Грам+ и Грам-.     Из-за своего небольшого генома, кодирующего менее 1000 белков, и скудности метаболических путей микоплазмы считаются простейшими бактериями, способными реплицироваться в ацеллюлярной среде. Первые свидетельства о выделении микоплазмами внеклеточных молекул исторически связаны с первой культурой (в 1898 году) M. mycoides subsp. mycoides, возбудителя контагиозной плевропневмонии крупного рогатого скота (CBPP) (Nocard and Roux, 1898).     Авторы использовали коллодионный мешок, содержащий бульон, инокулированный серозной легочной жидкостью от больной CBPP коровы и помещенный в перитонеальную полость кролика. Микоплазмы смогли выжить и расти внутри этого непермиссивного хозяина, поскольку коллодионный мешок был проницаем для выделяемых хозяином питательных веществ, но обеспечивал защиту от иммунной системы кролика (Bove, 1999). В их работе также были найдены доказательства того, что коллодионный мешок выделял продуцируемый микоплазмой компонент, который вызывал некроз в окружающих тканях и мог способствовать развитию кахексии у кролика (Lloyd, 1966).     Другие исследования 1960-1970-х годов продемонстрировали некоторые внеклеточные молекулы, выделяемые микоплазмами, такие как полисахариды или антигены, выделенные из жидкостей организма инфицированных CBPP животных, наноразмерные глобулярные элементы, наблюдаемые при микроскопии в бульонных культурах M. pneumoniae, и неохарактеризованные молекулы, обладающие цитотоксической активностью в супернатанте культур M. bovigenitalium. Однако исследователи того времени не смогли точно определить химическую структуру этих элементов, поскольку не смогли очистить их от компонентов сложной ростовой среды или из жидкостей организма. В последнее время эти узкие места в экспериментах были устранены с помощью различных стратегий.    Микоплазмы активно выделяют в окружающую среду широкий спектр молекул и элементов - от метаболитов до белков, полисахаридов, ДНК и EV. Не все эти элементы связаны с известной системой секреции, но их общая внеклеточная локализация дает основание объединить их под общим термином релиасома.  Характеристика релиасомы Mycoplasma spp. началась с первой культуры микоплазмы в 1898 году. По аналогии с другими бактериями, первыми искомыми внеклеточными элементами были токсины и другие факторы вирулентности.     Несмотря на методологические недостатки того времени, протеазы, липазы и нуклеазы во внеклеточной среде были обнаружены довольно рано, но соответствующие механизмы секреции и их субстраты не были идентифицированы. Со временем возникла другая трудность, поскольку большинство высвобождаемых элементов или их частей также имеют клеточно-локализованный аналог, который может иметь другую функцию, что подчеркивает тесную связь между релиасомой и поверхностью клетки. EVs играют важную роль в релиасоме, поскольку они могут содержать белки, полисахариды и ДНК в защищенной среде. Физическая форма (свободная или связанная с EV) различных элементов релиасомы может изменять их роль, как это было описано для LPS-индуцированной активации инфламмасомы у P. aeruginosa (Bitto et al., 2018).    Данные, собранные для целей настоящего обзора, показывают, что элементы релиасома в настоящее время признаны играющими важную роль в получении питательных веществ, адгезии к клеткам хозяина и вторжении в них, а также в модуляции и уклонении от иммунной системы. Однако лучшее понимание глобальной роли и динамики релиасома зависит от изучения баланса его различных компонентов (белков, полисахаридов, метаболитов и EV) в точный момент времени после инфицирования хозяина, в различных участках хозяина, в конкретных физиологических состояниях микоплазм, включая их внутриклеточность.    Дальнейшие успехи в расшифровке релиасома микоплазм принесут дополнительные знания и гипотезы о взаимодействии между микоплазмами и их хозяевами и помогут продвинуться в идентификации новых молекул, участвующих в вирулентности, или цитоплазматических или мембранных молекул, выполняющих различные роли после их высвобождения из клетки.     Такие факторы вирулентности не включены в существующие инактивированные вакцины. Более того, модификации экзопротеома наблюдались после серийного пассажа in vitro (Zhang et al., 2021), что указывает на то, что релиасом аттенуированных вакцинных штаммов может отличаться от релиасома вирулентных полевых штаммов. В конечном итоге необходимы эксперименты для оценки пользы от добавления компонентов релиасома к существующим вакцинам.