Hartbeschadiging komt veel voor bij patiënten die met COVID-19 in het ziekenhuis zijn opgenomen, waardoor velen zich afvragen hoe het virus het hart beïnvloedt.
Nu hebben onderzoekers ontdekt dat het spike-eiwit van het ernstige acute respiratoire syndroom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) virus kan leiden tot hartspierbeschadiging door het ontstekingsproces, volgens voorlopig onderzoek dat zal worden gepresenteerd op de Basic Cardiovascular van de American Heart Association. Sciences Scientific Sessions 2022. De bijeenkomst, gehouden in Chicago op 25-28 juli, biedt het nieuwste onderzoek naar fundamentele en translationele cardiovasculaire wetenschap.
Het spike-eiwit bevindt zich op het oppervlak van SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt. Spike-eiwitten hechten zich vast aan receptoren die bekend staan als angiotensine-converting enzyme 2 (ACE2) op doelcellen. Het spike-eiwit vergemakkelijkt het binnendringen van het virus in gezonde cellen, wat de eerste stap in infectie is. Naast het infecteren van de longen, kan het virus zich ook verspreiden naar andere organen, wat leidt tot meer schade aan het lichaam, ernstige infectie en bij sommige mensen zelfs de dood.
“Van de klinische kant is al bekend dat een COVID-19-infectie hartletsel kan veroorzaken, maar wat we niet weten, zijn de mechanistische details van hoe dit gebeurt. Wat we vermoeden is dat het spike-eiwit onbekende pathologische rollen heeft”, zegt Zhiqiang Lin, Ph.D., hoofdauteur van de studie en een assistent-professor aan het Masonic Medical Research Institute in Utica, New York. “Onze gegevens laten zien dat het spike-eiwit van SARS-CoV-2 hartspierbeschadiging veroorzaakt.
“De natuurlijke immuniteit van de gastheer is de eerste verdedigingslinie tegen de invasie van pathogenen, en hartspiercellen hebben hun eigen natuurlijke immuunsysteem. Activering van de immuunrespons van het lichaam is essentieel voor de bestrijding van virusinfecties; dit kan echter ook de functie van de hartspiercellen aantasten en zelfs leiden tot celdood en hartfalen, “zei Lin.
De onderzoekers onderzochten of het SARS-CoV-2 spike-eiwit de natuurlijke immuunrespons in hartspiercellen activeert. HCoV-NL63 is een coronavirus dat de luchtwegen infecteert zonder hartletsel te veroorzaken, hoewel het spike-eiwit ook ACE2 gebruikt om het binnendringen van virussen te bemiddelen. Ze bestudeerden het potentiële vermogen om hartaandoeningen te veroorzaken van zowel het SARS-CoV-2-spike-eiwit als het NL63-spike-eiwit. Hun resultaten toonden aan dat het SARS-CoV-2-spike-eiwit de natuurlijke immuunrespons in hartspiercellen activeerde en het hart beschadigde, maar het NL63-spike-eiwit niet.
“Het feit dat het SARS-CoV-2-spike-eiwit de natuurlijke immuunrespons activeert, kan de hoge virulentie verklaren in vergelijking met de andere coronavirussen”, zei Lin. “De TLR4-signalering is de belangrijkste route die de natuurlijke immuunrespons van het lichaam activeert, en het SARS-CoV-2-spike-eiwit activeert TLR4, niet het reguliere grieppiek-eiwit.”
Om de impact van het SARS-CoV-2-spike-eiwit op het hart te onderzoeken, klonen onderzoekers het SARS-CoV-2-spike-eiwit en het NL63-spike-eiwit in de AAV9-virale vector. De AAV9-virale vector werd in laboratoriummuizen afgeleverd om het spike-eiwit in de hartspiercellen te activeren. Ze ontdekten dat het AAV9-gemedieerde het SARS-CoV-2-spike-eiwit, en niet het NL63-spike-eiwit, hartdisfunctie, hypertrofische hermodellering (vergroting) en hartontsteking veroorzaakte.
Bij laboratoriumtests van in schalen gekweekte hartcellen, merkten onderzoekers ook op dat het SARS-CoV-2-spike-eiwit de hartspiercellen veel groter maakte in vergelijking met cellen zonder een van beide spike-eiwitten. “We hebben direct bewijs gevonden dat het SARS-CoV-2-spike-eiwit giftig is voor hartspiercellen”, zei Lin.
Tijdens deze studie onderzochten onderzoekers ook een hartbiopsie van een overleden patiënt met een ontsteking als gevolg van COVID-19. Ze ontdekten het SARS-CoV-2 spike-eiwit en TLR4-eiwit in zowel hartspiercellen als andere celtypen. Deze twee eiwitten waren daarentegen afwezig in een biopsie van een gezond menselijk hart. “Dat betekent dat zodra het hart is geïnfecteerd met SARS-CoV-2, het de TLR4-signalering zal activeren”, zei Lin. “Naast de directe beschadiging van de hartspiercellen, is het spike-eiwit zelf erg inflammatoir en kan het systemische ontstekingen veroorzaken die indirect hartproblemen veroorzaken.”
ACE2 is een belangrijk enzym dat de bloeddruk regelt. SARS-CoV-2-infectie kan de ACE2-functie verminderen, wat op zijn beurt leidt tot een verhoging van de bloeddruk en daardoor tot letsel aan het hart. SARS-CoV-2 kan ook het hart beschadigen via andere onbekende wegen.
“Onze studie levert twee bewijzen dat het SARS-CoV-2 spike-eiwit geen ACE2 nodig heeft om het hart te verwonden. Ten eerste ontdekten we dat het SARS-CoV-2-spike-eiwit het hart van laboratoriummuizen verwondde. Anders dan ACE2 bij mensen, heeft ACE2 bij muizen geen interactie met SARS-CoV-2-spike-eiwit, daarom verwondde SARS-CoV-2-spike-eiwit het hart niet door de ACE2-functie direct te verstoren. Ten tweede, hoewel zowel de SARS-CoV-2- als de NL63-coronavirussen ACE2 gebruiken als een receptor om cellen te infecteren, had alleen het SARS-CoV-2-spike-eiwit interactie met TLR4 en inf.
Links