Articles / november 13, 2021

Frontiers in Immunology

Introduction

In afwezigheid van primaire preventie door immunisatie en een specifieke behandeling voor COVID-19 kunnen rationale behandelingsstrategieën niettemin beschikbaar zijn. Naast therapieën om de virusreplicatie rechtstreeks te beïnvloeden, zijn immunotherapieën voorgesteld om de effecten van de door het virus veroorzaakte ontsteking te verminderen (2). Deze omvatten behandeling met corticosteroïden, die niet worden aanbevolen wegens hun immunosuppressieve effecten, die kunnen leiden tot een slechter resultaat in vergelijking met niet behandelde proefpersonen. Meer specifieke benaderingen zijn gericht op IL-6, TNFα, Janus kinase (JAK1/JAK2) remmers, en type 1 inteferonen . Ten slotte wordt ook het complementsysteem als doelwit beschouwd (3-5). Deze parameters kunnen van prognostisch belang zijn, aangezien de verhouding IL6/interferon IFɤ de ernst van de ziekte lijkt te voorspellen (6).

Daarnaast opent het inzicht dat het virus het membraangebonden angiotensineconverterend enzym 2 (ACE2) als ingangspunt gebruikt, mogelijke strategieën om de activiteit van dit systeem te wijzigen. Er is geopperd dat het gebruik van angiotensinereceptorblokkers, die tot een verhoogde expressie van ACE2 leiden, schadelijk kan zijn (7). Er is ook geopperd dat deze stoffen een gunstig effect kunnen hebben (8), uitgaande van de fysiologisch ontstekingsremmende en beschermende werking van dit enzym. Deze controverse is onlangs duidelijk uiteengezet (9, 10). De uitdaging is om ACE2 als toegangspunt te verminderen zonder de ontstekingsreactie te verergeren, wanneer een infectie eenmaal is opgetreden.

ACE2 reductie om Covid-19 toegang te verminderen?

Volgens de mechanistische bevindingen zou het verminderen van ACE2 expressie het aantal toegangspunten van het virus naar het lichaam verminderen tijdens de primaire infectie en mogelijk de verspreiding binnen het lichaam. Beide zouden moeten leiden tot een mogelijk milder klinisch beloop. Cellen die vatbaar zijn voor de infectie met SARS blijken voornamelijk type II pneumocyten, ileale absorptieve enterocyten en nasale goblet secretorische cellen te zijn (11). Daarom kan het de moeite waard zijn een mechanisme te identificeren om de expressie van ACE2 in het membraan van deze cellen te verminderen (met mogelijke negatieve gevolgen in het achterhoofd). Om de aannemelijkheid van een dergelijke benadering te vergroten zou het nuttig zijn de rapporten te volgen over het succesvolle gebruik van traditionele Chinese geneeskunde (TCM) benaderingen. Een van de meest gebruikte verbindingen van TCM bevat een extract van glycyrrhiza glabra, d.w.z. de zoethoutplant (12) en heeft een wisselwerking met het angiotensine-aldosteronsysteem: Een van de werkzame bestanddelen is glycyrrhizine (GL), dat in de darm van de mens wordt gemetaboliseerd tot de systemisch actieve metaboliet glycyrrhetinezuur (GA). De toediening van GL en GA heeft een aantal relevante effecten: GA remt voornamelijk een enzym dat 11-bèta-hydroxysteroïde dehydrogenase (11bHSD) wordt genoemd, zowel type 1 als type 2 (13). Van belang lijkt hier type 2 (11bHSD2). Door remming ervan krijgt cortisol toegang tot mineralocorticoïdreceptoren (MR) in aldosteron-specifiek perifeer weefsel, waaronder de nieren, longen, neus- en endotheelcellen, waar het anders verhinderd zou zijn dit te doen. Dit komt door zijn activiteit om cortisol intracellulair snel af te breken, zodat aldosteron toegang krijgt tot de receptor. Met andere woorden, een remming van dit enzym leidt tot een aldosteron-achtige activering van MR via cortisol en kan lijken op de effecten van hoge aldosteronniveaus in deze organen. Van belang in dit verband is dat hoge aldosteronspiegels leiden tot een downregulatie van ACE2 in de nier (14), een weefsel dat 11bHSD2 tot expressie brengt zoals de long en de neusepitheelcellen, d.w.z. de belangrijkste ingangspunten voor COVID-19, terwijl MR-antagonisme in verschillende weefsels tegengestelde effecten heeft (15). Dit is in overeenstemming met de waarneming dat onder bepaalde omstandigheden aldosteronverlagende verbindingen, zoals enalapril, kunnen leiden tot een toename van ACE2 expressie (16, 17).

Direct antiviraal effect van GA of GL

Intrigerend is dat GL of zijn actieve metaboliet GA antivirale effecten tot uiting brengt voor het verwante SARS-coronavirus (18, 19) in celcultuur: Verum-cellen geïnfecteerd met patiëntenplasmamonsters vertoonden een significant verminderde virusabsorptie en replicatiesnelheid, wanneer GL gelijktijdig werd toegediend (18); Een soortgelijk effect is beschreven door Chen et al. in een Vero-E6 cellijn, er werd echter geen effect waargenomen in een fRhK4 cellijn (19). Belangrijk is dat GA, de systemisch actieve verbinding na orale toediening, niet werd bestudeerd, waardoor deze bevindingen mogelijk relevant zijn voor lokale (geïnhaleerde) of intraveneuze toediening. In een studie met menselijke luchtwegcellen vertoonde GA, maar niet GL, een effect op de infectiesnelheid met het menselijke respiratoire syncytiale virus (20). Deze directe antivirale effecten buiten MR wijzen op een bijkomend, maar onbekend mechanisme. In dit verband kan het van belang zijn erop te wijzen dat naast ACE2 het serineprotease TMPRSS2 vereist is voor de infectie van een cel (21). De remming van dit enzym door een proteaseremmer als therapeutische interventie is door de auteurs voorgesteld. TMPRSS2 is betrokken bij zowel coronaire als influenza virus infecties (22). Interessant is dat de expressie van dit enzym wordt gereguleerd door GA (23), hetgeen de bredere antivirale effecten van GL zou kunnen verklaren (24). Het wordt gereguleerd door androgenen (23), wat voor een deel de genderverschillen in de klinische expressie van COVID-19 infecties kan verklaren.

ACE2 Antiinflammation and Glycyrrhizin’s Anti-Inflammatory Effects

De downstream gevolgen van verminderde ACE2 expressie zijn, zoals hierboven geschetst, enigszins controversieel (25). ACE2 activiteit is over het algemeen beschermend, ook voor longweefsel (26). Dit gebeurt door het onderdrukken van de gevolgen van de activatie van de receptor voor endotoxine (LPS), d.w.z. de toll-like receptor 4 (TLR4) en als gevolg daarvan gerelateerde ontsteking in de long (endotoxin storm) (27): ACE2 overexpressie remde de LPS geïnduceerde ontsteking in deze studie. Daarom zou de verminderde expressie van ACE2 als zorgwekkend kunnen worden beschouwd. In deze context wordt een tweede eigenschap van glycyrrhizine belangrijk, namelijk zijn immuunmodulerende werking. De best bekende daarvan is zijn antagonistisch effect van TLR4 afhankelijke mechanismen. Een TLR4 antagonistisch effect van GA vermindert de ontsteking in verschillende weefsels, waaronder de long (28). Bovendien leidde GL tot een vermindering van TLR4 expressie in het hart en de long in een LPS model van ontsteking. Dit ging gepaard met een significante vermindering van de cytokine-afgifte, d.w.z. de afgifte van TNFα, IL6, en IL1ß (29). In overeenstemming daarmee heeft GL beschermende effecten bij acuut respiratoir distress syndroom, geïnduceerd door de TLR4 activator LPS bij muizen (28). Het ontstekingsremmend potentieel in de long werd ook aangetoond in een muismodel van Streptococcus aureus-infectie, waar intraperitoneale toediening van GL de ontstekingsmarkers breed onderdrukte (30). Deze bevindingen komen overeen met de activiteit van GL of GA om ontstekingswegen te remmen, via TLR4 (31-34). Het mechanisme van GL tegen long- en hartontsteking kan gedeeltelijk indirect zijn door verandering van de verhouding tussen myeloïde afgeleide suppressorcellen (MDSC’s) en CD11b+Gr1 myeloïde cellen (29). In het algemeen kan de werking van GL om de TLR4 activiteit te remmen een ontstekingsremmende activiteit induceren stroomafwaarts van het minder actieve ACE2 (35). Bovendien leidt GA tot een onderdrukking van de klassieke, maar niet van de alternatieve complementroute (36). Ten slotte is een invloed op de secretie van interferon beschreven: glycyrrhiza-extract leidt tot een verhoogde secretie van interferon 1ß in cellen van de bovenste en onderste luchtwegen (20), vergelijkbaar met het effect van GL en GA bij muizen, zoals vastgesteld in serummonsters (37); bovendien vermindert GL de sterfte bij muizen die zijn geïnfecteerd met een dodelijke dosis influenzavirus via een interferon ɤ- en T-celafhankelijke manier (38). Deze anti-inflammatoire mechanismen kunnen ook van belang zijn in het CZS (39, 40) en kunnen daarom bescherming bieden tegen neurologische en psychiatrische gevolgen van een COVID-19 infectie.

Vanuit een meer praktisch perspectief kan het ook relevant zijn dat het coronavirus SARS Co-V, dat gelijkenissen vertoont met COVID-19, vaak leidde tot arteriële hypotensie (25), wat niet ongewoon is bij ontstekingsprocessen. Dit potentieel kritieke symptoom kan ook worden overwonnen met glycyrrhizine, dat leidt tot een verhoging van de bloeddruk (13). Zie figuur 1 voor een schematisch overzicht.

FIGUUR 1

Figuur 1. Schematisch model van het effect van glycyrrhizine: COVID-19 toegang tot cellen wordt gemedieerd via ACE2 met TMPRSS2 als co-factor. De expressie van ACE2 wordt gereguleerd door mineralocorticoid receptoren (MR): MR-activatie leidt tot een vermindering van ACE2-expressie; GA remt de 11βHSD2, waardoor cortisol MR kan activeren, gevolgd door ACE2-downregulatie (pijl 1). TMPRSS2 sensibiliseert ACE2 voor de update van het virus in de cel. GA leidt tot een verminderde expressie van TMPRSS2 en kan daardoor een bijkomend mechanisme verschaffen om de toegang van het virus tot de cel te beperken (pijl 2). ACE2 heeft een ontstekingsremmend mechanisme door de aanmaak van angiotensine 1-7 en angiotensine 1-9. Via activering van MAS of angiotensine 2-receptoren worden ontstekingswegen onderdrukt. Dit omvat ook een verminderde expressie en/of activering van de membraan TLR4-receptor (links), d.w.z. dat de verminderde ACE2-expressie als problematisch zou kunnen worden beschouwd (35). GA remt echter direct TLR4 onafhankelijk van ACE2 activatie (Pijl 3). (ϕ en onderbroken lijnen symboliseren remming; rode ononderbroken lijnen symboliseren activering).

Discussie

Vele vragen blijven open. Wat is de rol van oplosbaar versus membraangebonden ACE2? Kan er een rol zijn van oplosbaar ACE2 om membraanbezetting te beschermen? Dit is onlangs voorgesteld op basis van bevindingen in celcultuurexperimenten (41). Dit kan echter enigszins in tegenspraak zijn met de waarneming dat personen met hartfalen, die als hoog risico moeten worden beschouwd, hoge niveaus van oplosbaar ACE2 vertonen (42). Wat is het verschil in verschillende organen met of zonder 11bHSD2-expressie? Wat is de rol van de gelijktijdige contraregulerende verlaging van plasma aldosteron bij toediening van een 11betaHSD2-remmer? Deze vragen kunnen worden beantwoord in geschikte klinische trials. De bepaling van het eindproduct van het ACE2 enzym, d.w.z. angiotensine 1-7, alsmede de mogelijke klinische gevolgen voor de bloeddruk kunnen nuttig zijn om sommige van deze kwesties op te helderen.

Belangrijk is dat glycyrrhizine over het algemeen goed wordt verdragen. Het heeft een FDA-verklaring van GRAS (algemeen beschouwd als veilig) (13). Met name een chronisch gebruikte dosis tot 100 mg/dag is veilig en leidt niet tot veranderingen, die zijn waargenomen bij chronisch gebruik in hogere doses. De verwachte ongewenste effecten van hoge doses, waaronder hypertensie en hypokaliëmie, moeten echter in het oog worden gehouden. In het kader van SARS is voor orale toediening een dosis tot 300 mg aanbevolen en voor intraveneuze toediening een dosis van ongeveer 240 mg (19). Chen et al. stellen echter dat deze dosis voor de i.v.-toediening te laag kan zijn, rekening houdend met de EC50 van het effect op de virusreplicatie. Er moet worden gesteld dat dit directe effect slechts één van de drie relevante mechanismen is om het COVID-19 gerelateerde ziekteproces aan te pakken. Twee open-label klinische proeven zijn geregistreerd op de website voor de registratie van klinische proeven van de WHO, een gerandomiseerde open-label proef (ChiCTR2000029768) en een case-serie (ChiCTR2000030490). Voor de proef wordt een dosis van 300 mg glycyrrhizine oraal/dag gebruikt, de dosis voor het andere onderzoek werd niet gerapporteerd. Voor de keuze van de toedieningsweg is het belangrijk te bedenken dat voor een door GA geïnduceerde werking de orale toediening van GL van cruciaal belang is, aangezien GL niet systemisch tot GA wordt gemetaboliseerd. Voor een gelokaliseerd effect van GL kan echter een intraveneuze of geïnhaleerde toediening nodig zijn, die moet worden gecombineerd met een orale toediening. Voor het gebruik van een potentiële primaire preventie kan een pragmatische dosiskeuze van 150 mg/dag oraal worden overwogen voor verdere studies, aangezien deze dosis de activiteit van de MR beïnvloedt.

Conclusie

Glycyrrhizine is een algemeen verkrijgbare en over het algemeen veilige verbinding. Het kan in staat zijn de expressie van ACE2 in de long te verminderen en ondanks dat de longontsteking verminderen. Het zou het overwegen waard zijn deze verbinding te bestuderen voor een soort primaire preventie, die niet noodzakelijk het risico op besmetting vermindert, maar mogelijk wel de ernst van de ziekte, en in het verminderen van reeds bestaande symptomatologie. Dit zou kunnen helpen het aantal ernstig zieke patiënten te verminderen, die momenteel de gezondheidszorg overspoelen.

Bijdragen van de auteur

HM stelde het manuscript en de definitieve versie op.

Belangenverstrengeling

HM heeft een patent op het gebruik van glycyrrhizine bij therapie-refractaire depressie.

De auteur verklaart dat het onderzoek werd uitgevoerd in de afwezigheid van enige commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.

Acknowledgments

HM wil Laura Zumpano bedanken voor haar review en nuttig commentaar voor het manuscript.

1. Sanders JM, Monogue ML, Jodlowski TZ, Cutrell JB. Farmacologische behandelingen voor coronavirusziekte 2019 (COVID-19): een review. JAMA. (2020). doi: 10.1001/jama.2020.6019. .