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褪黑激素能否成为治疗COVID-19的潜在“银弹”?

褪黑激素能否成为治疗COVID-19的潜在“银弹”?


丹尼尔b。格雷戈里·卡迪纳利m。 Brown ௨和新闻稿r。 Pandi-Perumal ௩,*

1 阿根廷天主教大学,医学院,阿根廷布宜诺斯艾利斯1007; daniel_cardinali@uca.edu.ar

2 多伦多大学精神病学中心成瘾与心理健康中心,

加拿大,多伦多,M5T 1R8; gregory.brown@camh.ca

3 Somnogen Canada Inc.,加拿大安大略省M6H 1C5,多伦多大学街

* 对应:Pandiperumal2020@gmail.com

收到:2020年11月4日;接受:2020年11月24日;发布时间:2020年11月26日

 

摘要:提倡褪黑激素作为一种慢性细菌细胞保护剂,可以抵消COVID-19感染的后果。由于其作为抗氧化剂,抗炎药和免疫调节化合物的广泛作用,褪黑激素在损害SARS-CoV-2感染后果方面可能是独特的。此外,间接证据表明褪黑激素可能通过干扰SARS-CoV-2/血管紧张素转化酶2的缔合而发挥抗病毒作用。褪黑激素还是一种有效的生时剂,可以逆转昼夜节律对社会隔离的破坏,并控制重症患者的del妄。褪黑激素作为一种细胞保护剂,可抵抗多种合并症,例如糖尿病,代谢综合征以及缺血性和非缺血性心血管疾病,这些疾病会加重COVID-19疾病。鉴于有证据表明感染COVID-19的患者会出现神经后遗症,因此褪黑激素的另一种潜在应用是基于其神经保护特性。由于褪黑激素是在最小程度的认知障碍中控制认知衰退的有效手段,因此应考虑其对SARS-CoV-2感染神经后遗症的治疗意义。最后,但很重要的是,外源性褪黑激素可以作为佐剂,能够增强抗SARS-CoV-2疫苗的功效。我们在这篇综述中讨论实验证据表明褪黑激素是COVID 19大流行中潜在的“银子弹”。

 

关键词:老化抗SARS-CoV-2疫苗接种;计时疗法; 2019冠状病毒病大流行;细胞保护;糖尿病;炎;代谢综合征;褪黑激素认知障碍;神经变性氧化应激肾素-血管紧张素系统



1. 介绍


根据维基百科的说法,在民间传说中,用银子弹铸成的子弹通常是对付狼人或女巫的少数武器之一[1]。该术语也是对一个难题的简单,看似神奇的解决方案的隐喻:例如,青霉素是可以治疗并成功治愈许多细菌感染的灵丹妙药。我们在本次迷你讨论中讨论了褪黑激素(一种在所有已知的需氧生物中存在的异常的系统发育保护分子)作为COVID-19大流行的预防和治疗剂的潜力。

这种可能性已成为文献[2,3]的分析主题。作为对该观点的扩展,我们在此讨论暗示褪黑激素(a)预防SARS感染CoV-2的证据; (b)适合作为有效的抗炎/免疫调节/抗氧化剂;

(c)抵销计时性破裂; (d)与多种合并症作斗争,例如糖尿病,代谢综合征以及缺血性和非缺血性心血管疾病,这些疾病加重了COVID-19疾病; (e)在急性和慢性感染的SARS-CoV-2患者中发挥神经保护作用;(f)可以作为增强抗SARS-CoV-2疫苗的佐剂。这种多因素治疗潜力是褪黑激素所独有的,而其他任何针对COVID 19大流行的治疗药物均无法共享。通过搜索包括MEDLINE和EMBASE的数据库,已出版文献的参考书目以及临床试验注册中心/数据库来识别医学文献。搜索最后更新于2020年11月23日。


2. 褪黑素在SARS-CoV-2感染中的作用


SARS-CoV-2病毒通过血管紧张素转换酶(ACE)2进入肺上皮细胞和其他组织器官。病毒粒子表面上的尖峰糖蛋白与ACE2二聚体对接是人类细胞SARS-CoV-2感染过程中必不可少的步骤[4]。全身性肾素-血管紧张素系统失衡导致ACE2表达下调,同时也促进了多器官损伤。

ACE2受体必须位于脂质筏中,并且似乎需要形成二聚体以使SARS-CoV-2进入。在SARS-CoV-2对人细胞的攻击中,病毒体表面上的峰状糖蛋白三聚体对接至ACE2二聚体结构是必不可少的步骤[5,6]。膜融合后,病毒RNA基因组被释放到细胞质中并被翻译成两种多蛋白,这些蛋白被SARS-CoV-2主蛋白酶(也称为胰凝乳蛋白酶样蛋白酶)切割,从而形成复制转录复合物。

几项实验表明褪黑激素可能是COVID-19中有效的抗病毒药物

大流行(例如[7])。通过实施基于系统药理学的网络医学平台,量化HCoV宿主相互作用组的包膜和核衣壳蛋白与人蛋白质-蛋白质相互作用网络中的药物靶标之间的相互作用,鉴定了16种潜在的抗HCoV可重复利用药物,包括褪黑素,巯基嘌呤和西罗莫司[8]。褪黑素加巯基嘌呤的药物组合被确定可有效击中HCoV宿主子网,并被推荐作为SARS-CoV-2感染的潜在药物组合。

在另一项研究中,褪黑激素的结构和理化性质使用电子结构方法和分子力学工具作为褪黑激素针对冠状病毒2蛋白的生物活性的预测因子进行了检验[9]。基于获得的对接分数,作者提出褪黑激素可以有效防御脆弱人群的病毒载量。

SARS-CoV-2的主要蛋白酶是一种在冠状病毒物种中保守的酶。通过使用计算机软件识别新的可能的SARS-CoV-2主要蛋白酶抑制剂,分子对接研究描述了74种配体复合物的结合位点和相互作用能[10]。褪黑激素显示与SARS-CoV-2主蛋白酶的相互作用能比其他配体更好。褪黑素调节病毒感染的另一种可能方法与其有效结合和抑制钙调蛋白(CaM)有关[11,12]。 CaM调节ACE2在质膜中的表面表达和保留,并且该钙结合蛋白的抑制剂通过减少CaM与ACE2之间的结合来增强ACE2胞外域的释放[13]。因此,褪黑激素可能是

被归类为病毒颗粒融合过程中ACE2-SARS-CoV-2偶联的间接抑制剂。

褪黑激素可能具有抗病毒作用的间接证据可能解释了一项研究,该研究监测了11672名具有预测COVID-19感染的统计模型的患者[14]。男性,非裔美国人,老年患者以及已知暴露于COVID-19的患者,其COVID-19阳性的风险较高,而接受褪黑素,帕罗西汀或卡维地洛治疗的患者的风险降低。

SARS-CoV-2-ACE2相互作用引起了对基于肾素-血管紧张素系统的COVID-19治疗策略发展的极大兴趣。通常,肾素-血管紧张素系统通过ACE /血管紧张素II /血管紧张素II 1型受体AT1R)轴诱导血管收缩,高血压,炎症,纤维化和增殖,并通过ACE2 /血管紧张素诱导相反的作用(1-7) / Mas轴功能[15,16]。肾素-血管紧张素系统被慢性炎症激活高血压,糖尿病,肥胖和癌症。 SARS-CoV-2诱导ACE2内化和脱落,导致ACE2 /血管紧张素(1-7)/Mas轴失活。据推测,在已有炎症的患者中,肾素-血管紧张素系统受到两次打击可驱动COVID-19进程。第一个打击源于激活ACE /血管紧张素II / AT1R轴的慢性炎症,第二个打击源于使ACE2 /血管紧张素(1-7)/Mas轴失活的COVID-19感染[17]。肾素-血管紧张素系统的这两次打击可能是导致COVID-19合并症并发低度炎症(例如肥胖症,糖尿病,高血压和癌症)的患者或老年患者死亡率增加的主要原因。褪黑素是血管紧张素II激活的有效抑制剂,可能促进了血管紧张素(1-7)的作用[18-20]。因此,褪黑激素的给药可以抑制肾素-血管紧张素系统的两次打击。


3. 褪黑素作为抗炎/免疫调节和抗氧化治疗


褪黑素是一种存在于所有形式的有氧呼吸中的甲氧基吲哚,其主要功能显然是细胞保护作用,具有间接的抗病毒作用,作为抗炎药,抗氧化剂和免疫调节剂[21,22]。

3.1. 褪黑素的抗炎/免疫调节活性

T淋巴细胞是人类免疫系统中最进化的细胞。 T辅助淋巴细胞(Th)(CD4 +)细胞通常包括Th1,Th2和Th17(CD4 + CD17 +)细胞和调节性T(Treg)(CD4 + CD25 +)细胞。相对于Treg细胞,Th1,Th2和Th17细胞被称为效应T细胞[23]。尽管免疫系统非常复杂,但其功能的基础基本上基于三个主要的T淋巴细胞亚群,即Th1,Treg和T17淋巴细胞。

Th细胞通过诱导自然杀伤(NK)细胞进化为淋巴因子激活的杀伤细胞[27-29]来激活T reg淋巴细胞[24],抑制Th17细胞[25,26]并促进抗原非依赖性细胞毒性。 Th细胞最重要的作用是通过分泌IL-2(T淋巴细胞的主要生长因子)来完成的[27,30]。

这三个主要的T淋巴细胞亚群之间发生的关系构成了人类主要系统疾病的主要生物标志物,包括癌症,自身免疫性疾病和感染。三个相关比率包括Th1-Treg细胞比率(Th1 / Treg R),Th17-Treg细胞比率(Th17/ T regR)和Th1-Th17细胞比率(Th1 / Th17 R)。异常低的Th1 / Treg比值是晚期肿瘤的主要特征,取决于Th1细胞数的减少与Treg细胞数的增加[31]。自身免疫性疾病的主要特征是由于Th17细胞的增加和Threg细胞的下降所致的Th17 / TregR的增加[26],Th17细胞的作用抑制了它们的生长[26]。 Th17/ Treg R的这种增加也发生在冠状病毒引起的急性呼吸窘迫综合征中[32,33]。

SARS-CoV-2感染的主要病理生理学涉及中性粒细胞,巨噬细胞和肥大细胞的激活(“细胞因子风暴”)引起的促炎性细胞因子的急剧上调。它包括白介素(IL)-1β,IL-6和IL-17的增加; C反应蛋白和肿瘤坏死因子(TNF)α,通常在一周内会逐渐增加内源性抗病毒细胞,CD8 + T细胞,NK细胞和γδ-T细胞的水平和活性[34] 。但是,这种抗病毒应答的活性在SARS-CoV-2感染中受损,这些抑制的细胞显示出精疲力竭的迹象,这与肿瘤微环境中观察到的免疫抑制作用经典地相关。

褪黑激素通过多种途径发挥抗炎作用。其中之一是sirtuin-1,抑制巨噬细胞向促炎型的分化[35,36]。褪黑激素的抗炎作用还包括抑制NF-κB的活化[37-39]。此外,在肝脏保护和心脏保护研究中,褪黑激素刺激了Nrf2的产生[40]。炎症通常与细胞因子和趋化因子的产生升高有关。褪黑激素导致促炎性细胞因子(TNF-α,IL-1β,IL-6,L-8,IL-17)减少,抗炎性细胞因子(如IL-10)水平升高[35,41]。

SARS-CoV-2感染中,高炎症性单核细胞/巨噬细胞大量堆积在下呼吸道中,它们在确定疾病的严重程度中起关键作用。感染SARS-CoV-2病毒的单核细胞/巨噬细胞通过生成稳定低氧诱导因子1α(HIF-1α)的活性氧,将其代谢过程从线粒体氧化磷酸化重编程为胞质糖酵解以产生ATP(Warburg效应)[42] 。具有这种代谢表型的单核细胞/巨噬细胞产生更多的细胞因子,导致T细胞破坏和肺泡内膜细胞杀伤,严重加剧了COVID-19感染。褪黑素将高度促炎的糖酵解M1巨噬细胞转化为消炎的M2巨噬细胞,后者利用线粒体的氧化磷酸化作用[43]。褪黑激素的这种作用可能是通过充分证明的HIF-1α的下调来发挥的[36]。

 

3.2. 褪黑素的抗氧化性能

在细胞质和细胞核中,褪黑激素都对自由基具有重要的抗氧化剂和清除作用,而自由基基本上独立于受体[41]。这些作用通过三种方式发挥:(a)褪黑激素是一种自由基清除剂; (b)褪黑激素被代谢成具有高抗氧化活性的化合物; (c)褪黑激素是一种间接抗氧化剂,可刺激抗氧化剂酶的合成并抑制前氧化剂酶的合成。褪黑素在防止氧化损伤和消除自由基方面被证明优于维生素C和E [44]。此外,褪黑激素可增强其他抗氧化剂的作用,例如维生素C和Trolox。褪黑素在局部缺血(与自由基无关)的条件下发挥了几种抗凋亡和细胞保护作用,这可归因于其对线粒体膜的稳定作用[45]。

在炎症水平高的疾病中,褪黑激素的应用显示出令人鼓舞的结果,可大大减弱循环中的细胞因子水平。糖尿病和牙周炎[46]和严重的多发性硬化症[47]的患者对此进行了记录。此外,在炎症的急性期,在手术压力[48],脑再灌注[49]或冠状动脉再灌注[50]期间,褪黑激素治疗可降低促炎细胞因子的水平。

通常,褪黑激素的这些抗炎/免疫调节和抗氧化作用需要通过异速测定法得出的剂量远高于褪黑激素发挥计时作用的3-10 mg /天范围。异形法适用于比例随大小变化的属性,而等角线与大小的关系保持不变。体表面积而不是体重与几种哺乳动物的生物学参数密切相关,包括氧气利用率,热量消耗,基础代谢,血容量,血浆血浆蛋白和肾功能,因此被认为是在转换剂量进行翻译时使用从动物到人类[51]。异速测定法通常用于确定I期人类临床药物试验的剂量。在临床医学中,通过Allometry转换成人数据以预测儿童的药物药代动力学参数是可行的,这可以显着降低儿童使用的新药的毒性和死亡率。值得注意的是,从动物研究中得出的理论人体等效剂量(研究褪黑素的抗炎/免疫调节/抗氧化活性)比人类通常使用的剂量大2至3个数量级,即100-300 mg /天范围[52]。

根据COVID-19临床报告,患有严重感染的患者发生败血症和心脏骤停的风险增加[53,54]。现有信息表明,褪黑激素的应用可以通过抑制NLRP3途径来改善败血性休克[55]。在大鼠中,褪黑激素对败血症引起的肾脏损害,败血性心肌病和肝损害具有预防作用[56-58]。在人类新生儿败血症中,褪黑激素治疗后临床结局得到了改善[59-62]。褪黑激素还据报道对患有心肌梗塞,心肌病,高血压心脏病和肺动脉高压的患者有益。在重症患者中,深度镇静会增加长期死亡率,褪黑激素的使用会减少镇静剂的使用和疼痛的发生频率,躁动和焦虑[63],还可以改善重症监护病房患者的睡眠质量。因此,在COVID-19中使用大剂量褪黑素的基本原理不仅着重于减轻感染引起的呼吸系统疾病,而且着重于全面改善和预防可能的并发症,包括神经系统并发症[64]。

    最近的一项研究确定了大剂量褪黑激素(36 mg /天每天72mg除了标准和/或经验疗法外,还分四次服用)作为辅助疗法[65]。入院的所有患者均具有流感样症状,并且胸部影像学检查显示玻璃膜混浊非常提示COVID-19肺炎。接受褪黑激素的10例患者具有年龄(> 60岁)或/和既定合并症确定的高风险特征。除嗜睡外,未观察到明显的副作用。观察到时间可用于临床改善(症状减轻,肺浸润的稳定和/或消退,促炎性标志物减少),以及机械通气的需求,住院时间和结局(死亡,恢复或恢复)的益处。放电)[65]。

另一份最近的报告是根据哥伦比亚大学欧文医学中心的临床经验进行的回顾性分析,涉及用于治疗需要气管插管的COVID-19感染患者的呼吸窘迫的药物[66]。在对791名需要插管的诊断为COVID-19的患者进行了全面评估之后,褪黑激素的应用是唯一与统计学上更高的阳性临床结果相关联的药物,包括插管患者和需要机械通气的患者的生存率。截止到2020年11月23日,该论文已作为预印本发表[66]。


4. 褪黑激素作为一种慢性生物制剂


慢性生长期一词始于1970年代初,已被广泛用于定义一种影响人体时钟生理调节的药物,特别是能够短期或长期或预防性地恢复失调的昼夜节律的药物。避免在遭受环境攻击后将其中断[67]。相变的大小和方向取决于化合物在其中的昼夜节律相,这反过来在行为节律中产生明显的相变。例如,在早晨服用褪黑素会延迟昼夜节律的阶段,而在晚上服用会褪色昼夜节律的阶段。在一天的大部分时间里,褪黑激素的给药无法改变内源性时钟的相位(相位响应曲线)[68]。

衰老与对COVID-19感染的更高脆弱性的关联是一个非常重要的主题。几个因素,包括由于社会孤立而造成的更大压力,随着年龄的增长褪黑激素水平降低以及个体在晚上没有足够的光照,这会降低褪黑激素水平并破坏昼夜节律,这对于维持老年个体的昼夜健康至关重要。在其他几种合并症中,老年人更容易受到冠状病毒感染,而衰老与更易感染COVID-19感染的关联目前是最重要的主题[33]。在社会上孤立的老年人中,压力和沮丧感的增加导致促炎性增加和抗病毒免疫反应降低。在强制锁定期间呆在室内的后果中,昼夜节律尤其是睡眠/唤醒周期的节律紊乱非常频繁,并且与年龄相关的昼夜节律不齐发展。昼夜节律系统的失调被认为与老年个体的几种医学和精神状况有关,尤其是心血管和神经退行性疾病[69,70]。

诸如当前大流行期间的强制锁定会中断暴露于环境光(最重要的环境Zeitgeber)的时间和持续时间。使用手机,平板电脑和计算机观看新闻,狂欢观看网络连续剧以及在社交媒体上进行连接会导致傍晚的屏幕时间过长。屏幕发出的蓝光会抑制夜间褪黑激素的自然产生。白天的活动水平也会影响睡眠方式。


低水平的活动(无论是由于坐月子还是沮丧),对于剧烈的活动(例如,由于压力或工作负荷过大)也会对睡眠产生负面影响[71,72]。

衰老通常与睡眠效率和连续性的显着降低有关,这

与褪黑激素节律幅度的显着降低相吻合,因此也与许多其他昼夜节律有关[73]。老年人中经常报告清晨觉醒的增加和入睡的困难。褪黑素分泌受损与老年人失眠症中遇到的睡眠障碍有关。的确,衰老可能是褪黑激素缺乏引起的相对昼夜节律失调所导致或加重的过程。褪黑素通过公认的生长期能力,可以有效改善老年人的生活质量[74]。

衰老期间睡眠障碍的常见原因包括但不限于生活方式(例如退休生活),既往的医学和精神疾病,多药店,不良的睡眠习惯,既往的睡眠障碍和心理困扰[75] 。睡眠功能障碍和睡眠障碍在老年人口中非常普遍[71]。如上所述,在COVID-19大流行期间,睡眠中断变得更加普遍。

计时疗法的目的是在考虑人体的昼夜节律的情况下优化药物治疗[76,77]。计时疗法通过两种方式起作用:(a)它改变患者的睡眠/苏醒节律,以改善几种病理的后遗症; (b)通过评估患者的昼夜节律可以改善治疗时机。两种方法都与COVID-19大流行期间老年患者实施计时疗法策略有关。即使是生物钟的轻微功能障碍,也会极大地影响睡眠/苏醒生理,导致过多的昼夜嗜睡,睡眠发作潜伏期增加,阶段延迟或睡眠发作进展,频繁的夜间觉醒,睡眠效率降低,快速眼动睡眠的延迟和缩短,或腿部周期性运动增加[78]。计时疗法旨在通过适当的睡眠卫生,定时的光照以及使用褪黑激素这样的生长期药物来恢复老年人的适当的昼夜节律,从而影响昼夜节律的输出阶段。

节奏,从而控制时钟[79]。

关于计时疗法的第二个基础,应该强调的是免疫系统具有很强的昼夜节律性[80]。在日常活动开始时,促炎性介质(如白介素(IL)-1β,IL-6和IL-12)以及巨噬细胞和白细胞活性的表达增加,从而导致对组织的潜在损害。相比之下,抗炎介质和其他生长或血管生成因子在静止期达到峰值(例如,参见[81])。在静止阶段,针对病毒抗原的CD4 +和CD8 + T细胞活性均达到最高水平,而自然杀伤细胞的细胞毒性活性在一天的活跃部分开始时最为严重。

实际上,一天中发生病毒感染的时间会影响生存。例如感染在活动阶段开始时,比在休息阶段开始时发生的感染更具致命性[82]。这些时间模式在老年人中可能会受到干扰,因此在老年人群中使用免疫调节剂和抗炎药时应考虑昼夜节律紊乱[81]。合理的昼夜节律性抗炎药(计时疗法)可以针对COVID-19患者中有害的炎性级联反应,而不会干扰免疫系统对抗病毒的作用。这对于低剂量地塞米松治疗可能非常重要,因为最近的研究表明它可以将严重感染的COVID-19患者的死亡率降低到三分之一[83]。

接受机械通气的高达50%的住院老年患者和80%的重症患者发现妄[84]。用褪黑激素治疗这种经时破裂与缩短重症监护病房住院时间,减少ir妄发生率和改善睡眠质量有关[85]。在COVID-19疾病中,大约15%的住院患者意识受损,范围从嗜睡到神志不清,ir妄,木僵和昏迷[86]。褪黑激素应被视为有效改善睡眠的药物,并有可能最大程度地减少服用苯二氮卓类药物或抗精神病药可能会使老年人或患有中枢性呼吸抑制的人的ir妄恶化[87]。


5. 褪黑素和细胞保护


糖尿病,代谢综合症以及缺血性和非缺血性心血管疾病是加重COVID-19疾病的合并症。代谢综合征的患病率在15%到30%之间变化,具体取决于所考虑的地区,当存在代谢综合征时,心血管死亡率会增加1.5到2.5倍[88,89]。据美国疾病控制与预防中心报道,据估计,患有2型糖尿病后发生代谢综合症的人死于COVID-19的风险可能高达10倍[90]。根据COVID-19患者的病情轻重,确诊的COVID-19病例中确定的心血管合并症数量在4.2%至40%之间,并且在疾病过程中急性心脏损伤的发生率在12%至23%之间。调查[91]。因此,对这些疾病的充分控制是在正在进行的大流行中实现的主要目标。

在人类中,糖尿病,代谢综合征,缺血性和非缺血性心血管疾病中循环褪黑激素水平持续降低,并且通过有限数量的临床试验表明褪黑激素的治疗价值,这些临床试验通常以2-5 mg /日范围[92,93]。在代谢综合征,缺血性和非缺血性心血管疾病的动物模型研究中,褪黑激素在减少症状方面非常有效[52]。人体中几乎每个细胞都含有褪黑激素,其含量远高于从松果体的血液中循环的褪黑素[94]。现已证实线粒体合成褪黑激素的能力,但由于无法解释的原因,细胞内褪黑激素不会进入细胞外空间。要改变细胞内褪黑激素的水平,需要的剂量要比用作生时激素的剂量高得多[95]。此外,从动物研究得出的异速计算表明,预期的人类褪黑激素细胞保护剂量为40-100 mg /天,在临床实践中很少使用。

 

褪黑激素能否成为治疗COVID-19患者的潜在“银弹”?(下)

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