Коронавирусная инфекция как мировая пандемия в настоящее время достигает катастрофических масштабов. Большая скорость распространения коронавирусной инфекции и высокая смертность (почти миллион смертей во всем мире менее чем за год) стали причинами серьезных социально-экономических последствий и эпидемических катаклизмов [1].

Заболевание COVID-19 вызывается РНК-содержащими вирусами с высокой генетической изменчивостью и способностью к рекомбинации в процессе межпопуляционных взаимоотношений вирусов и их природных резервуаров [2, 3]. Генетические и функциональные особенности строения коронавируса вызывают нарушения регуляции иммунного ответа, антиоксидантной защиты, выработки провоспалительных цитокинов, протеаз, с формированием острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), сепсиса и синдрома полиорганной недостаточности (ПОН) [4, 5]. Эти свойства коронавирусов, приводящие к высокой летальности и развитию тяжелых осложнений, определили необходимость поиска новых диагностических маркеров, которые смогли обеспечить высокую предсказательную ценность в отношении риска развития осложнений, течения заболевания, мониторинга результатов терапии у больных с коронавирусной инфекцией. Такое комбинированное сочетание раннего выявления больных с возможностью прогнозирования тяжести состояния и риска развития осложнений позволит решить проблемы госпитальных осложнений и летальных исходов у больных коронавирусной инфекцией [4].

Поиск лабораторных маркеров привел к изучению метаболических нарушений у больных коронавирусной инфекцией и обратил внимание на процессы метилирования, представляющих одну из наиболее важных метаболических функций организма. Значимость процессов метилирования, которые занимают центральное место в одноуглеродном метаболизме, объясняется прежде всего участием в биосинтезе нуклеотидов, протеинов, фосфолипидов, регуляции активности процессов свободно-радикального окисления и др. [6]. Известно, что процессы метилирования (нуклеиновые кислоты, модификация гистонов) определяют эпигенетические механизмы контроля экспрессии генов [7]. Установлено, что увеличение гомоцистеина, с которого начинается метилирование в фолатном и метиониновом циклах одноуглеродного метаболизма, опосредованно влияет на экспрессию генов, сопровождающее развитие многочисленных заболеваний человека. Именно этот факт определил направленность поиска [8—10].

Основное назначение гомоцистеина как клеточного метаболита связано с метилированием метионина (процесс реметилирования) для образования S-аденозилметионина (SAM), универсального донора одноуглеродных метильных групп (-СН₃), а также синтеза цистеина (процесс транссульфурации) [10—12]. Эти два пути метаболизма гомоцистеина, как правило, скоординированы и не приводят к накоплению гомоцистеина, препятствуя проявлению его негативных эффектов на организм человека (рис. 1). A. Mccaddon, B. Regland (2021) показали, что у больных коронавирусной инфекцией происходит накопление гомоцистеина, обусловленное отсутствием скоординированности процессов реметилирования и транссульфурации гомоцистеина. В основе этого нарушения метаболизма гомоцистеина лежат изменения, связанные с передачей метильной группы гомоцистеину ферментом метионинсинтетазой, MS (EC 2.1.1.13) (рис. 1) [10].

Рис. 1. Одноуглеродный метаболизм [10].

Коферментом метионинсинтетазы (MS) является метилкобаламин (витамин B12, у которого цианогруппа замещена на метильную) [9]. Важным для активизации метилкобаламина является восстановление иона кобальта, содержащегося в структуре витамина B12, от состояния окисления cob (III) до cob (I), которое происходит при переносе метильной группы от метилкобаламина к гомоцистеину. [10, 12].

Исходом этой реакции становится образование метионина и высокореактивного промежуточного соединения cob (I) (рис. 2, верхняя жирная стрелка) [10]. Образовавшееся промежуточное соединение cob (I), являясь химически активным соединением, вступает в реакцию переноса метильной группы от метилтетрагидрофолата (Methyl-THF), с образованием свободного тетрагидрофолата (THF) и регенерированного метилкобаламина, с состоянием окисления cob (III) (рис. 2, полужирная нижняя стрелка) [10]. Отмечено, что cob (I) может деактивироваться активными формами кислорода (ROS, АФК) и окисляться до cob (II) (рис. 2, пунктирные стрелки), представляющим собой не активную форму витамина B12. В такой ситуации происходит инактивация MS. Для ее запуска и поддержания цикла реметилирования гомоцистеина требуется реактивация cob (II), которая выполняется метильной группой S-аденозинметионина (SAM) (рис. 2, жирные боковые стрелки) [10]. Деактивация и повторная активация cob (II), как правило, имеет место при физиологическом функционировании этого процесса, и происходит обычно через каждые несколько тысяч циклов [12]. М.А. Даренская (2020) и другие исследователи показали, что свободнорадикальное окисление значительно усиливается коронавирусной инфекцией, что существенно увеличивает количество активных форм кислорода [10, 13]. Возросшая потребность в метильных группах в этой ситуации является причиной истощения SAM и, как следствие, вызывает накопление гомоцистеина в процессе реметилирования у больных коронавирусной инфекцией (рис. 1) [10].

Рис. 2. Процесс активации метионинсинтетазы [10].

Накопление гомоцистеина у больных с COVID-19 связано также с процессом транссульфурации (рис. 1) [10]. Известно, что процессы реметилирования и транссульфурации гомоцистеина координируются SAM, который проявляет себя как аллостерический ингибитор фермента метилентетрагидрофолатредуктазы MTHFR (EC 1.5.1.20), так и активатор фермента цистатионин-бета-синтазы CBS (EC4.2.1.22), коферментом которого является пиридоксаль-5-фосфат (ПФ, витамин В6). Такое распределение активности ферментов обеспечивает координацию между процессами реметилирования и транссульфурации гомоцистеина [10, 11]. При коронавирусной инфекции, как указывалось выше, происходит истощение SAM, снижение его внутриклеточной концентрации и, как следствие, это сопровождается уменьшением активности CBS, количества восстановленного глутатиона (GSH), цистеина и накоплением гомоцистеина [5].

Таким образом, установленные нарушения одноуглеродного метаболизма у больных, инфицированных коронавирусом, предполагают повышение количества гомоцистеина, не реализованного в процессах реметилирования и транссульфурации [5, 10, 14, 15]. Возрастание гомоцистеина сопровождается накоплением его метаболического предшественника S-аденозилгомоцистеина (SAH). Как показали P. Yi, S. Melnyk и соавт. (2000), в нормальных физиологических условиях (быстрый метаболизм или клеточный экспорт гомоцистеина) SAH как промежуточное соединение подвергается гидролизу с образованием гомоцистеина и аденозина. Однако метаболические изменения, мешающие эффективному удалению гомоцистеина, меняют условия реакции и формируют термодинамическое равновесие, которое способствует не гидролизу SAH, а его синтезу, повышая его содержание. Результаты этих исследований выявили положительную корреляцию между уровнем гомоцистеина и концентрацией SAH, а также установили связь между гипергомоцистеинемией и процессами гипометилирования белков, нуклеиновых кислот [16, 17]. Процессы гипометилирования при гипергомоцистеинемии нашли объяснение в том, что каталитические центры большинства метилтрансфераз имеют более высокое сродство к SAH по сравнению с SAM, и оказывают ингибирующее действие на активность клеточных метилтрансфераз. Подавление активности SAM-зависимых метилтрансфераз, сказывается на большинстве реакций клеточного метилирования, включая синтез креатина, мембранного фосфатидилхолина, нейромедиаторов, метилирование ДНК, РНК, а также гистонов [17]. Было установлено, что ингибирующее действие SAH на активность метилтрансфераз сопровождается нарушением метилирования промотора ДНК, и отражается на статусе транскрипции и связанной с этим измененной экспрессией генов [18, 19]. Были зафиксированы изменения в экспрессии таких генов как тромбоцитарный фактор роста (PDGF); ген p66Shc, принимающий участие в регуляции активных форм кислорода в клетке; гены, участвующие в биосинтезе холестерина (SREBF1 — белок1, связывающий регуляторный элемент стерола и LDLR — рецептор липопротеинов низкой плотности); гены, участвующие в регуляции клеточного цикла (BNIP3) [20—23]. Сюда же можно отнести гены, участвующие в индукции воспалительного ответа, (IL1B, IL6, IL8 и ICAM1) [24, 25].

Что касается процессов гипометилирования молекул РНК, то установлено, что гипометилирование препятствует считыванию информации и блокирует активность гена как при метилировании ДНК, только не на этапе транскрипции, а на этапе трансляции. Метилирование РНК влияет на синтез, созревание, транспорт и сплайсинг РНК [26]. Исследования по изучению метилирования РНК помогли понять механизм вирусного метилирования. Большинство РНК-вирусов, в том числе и коронавирус, реплицируются в цитоплазме и не имеют своих метилтрансфераз m6A. Вирус использует механизм метилирования m6A инфицированной клетки для эпигенетической модификации собственной РНК, ориентируя клеточный метаболизм зараженной клетки для синтеза пуринов de novo. Этот процесс поддерживается изменениями, происходящими в фолатном цикле у больного коронавирусной инфекцией [27, 28].

Метилирование белков, которое проводится с участием SAM как донора метильных групп, является широко распространенной посттрансляционной белковой модификацией. Ингибирование SAM-зависимых метилтрансфераз нарушает функции белка и уменьшает структурное разнообразие протеома [29, 30]. Наиболее значимым и изученным является метилирование таких белков, как гистоны, которое происходит в фолатном цикле, где перенос метильных групп с SAM катализируется гистоновыми метилтрансферазами. Метилирование гистонов является хорошо известным эпигенетическим механизмом, который регулирует экспрессию генов, влияет на процессы транскрипции, модулирует структуру хроматина [30—32].

Нарушение процессов метилирования также влияет на правильную трансляцию селенопротеинов, вызывая их трансляционное перекодирование, провоцирующее подавление экспрессии генов таких селенопротеинов, как глутатионпероксидазы (GPx). Изменение статуса селенопротеинов приводит к изменению не только продукции NO, но и меняет окислительно-восстановительное состояние клеток, с чрезмерным образованием активных форм кислорода (АФК) [33]. Помимо этого, исследованиями M. Barroso и соавт. (2016) было показано, что опосредованное гомоцистеином накопление SAH влияет на активацию провоспалительного сигнального пути ядерного фактора NF-κB и повышенную экспрессию молекул адгезии, усиливая выработку цитокинов и процессы тромбообразования [34].

Таким образом, приведенные выше возможности процессов метилирования и доказанное влияние гипергомоцистеинемии на изменение этих процессов является новым в патогенезе многих заболеваний [9, 31].

Нужно отметить, что установленные молекулярные механизмы негативных эффектов гипергомоцистеинемии лежат в основе развития эндотелиальной дисфункции [35, 36]. Последствия эндотелиальной дисфункции нашли отражение у больных COVID-19, в частности, в формировании сердечно-сосудистых и неврологических осложнений (ишемия, тромбоз глубоких вен, тромбоэмболия легких, геморрагия и т.п.) [37]. Помимо эндотелиальной дисфункции, часто встречаемый острый респираторный дистресс-синдром и полиорганная недостаточность при COVID-19 также могут провоцироваться повышением гомоцистеина. Стимуляция гомоцистеином выработки провоспалительных цитокинов, как было указано выше, провоцирует «цитокиновый шторм» и является причиной острого респираторного дистресс-синдрома [34, 38].

Поскольку в перечисленных патологических процессах активное участие принимает гомоцистеин, а его увеличение у больных с COVID-19 было подтверждено рядом исследований, гомоцистеин предлагался как прогностический параметр тяжести состояния больных, инфицированных коронавирусом [39—43].

Проведенные ретроспективные когортные исследования показали, что уровни гомоцистеина в плазме крови, из 40 диагностических параметров, назначенных для обследования больных с коронавирусной инфекцией, оказались значительно выше у пациентов, имеющих летальный исход. Логистический регрессионный анализ подтвердил, что увеличение возраста (OR 1,04), уровень гомоцистеина (OR 1,06) и отношение количества нейтрофилов/лимфоцитов (OR 1,03) были связаны с риском госпитальной смертности (p<0,05). Оптимальный порог гомоцистеина для прогнозирования внутрибольничной смертности был оценен как >16 мкмоль. Уровни гомоцистеина со значением >16 мкмоль/л достоверно коррелировали с худшим прогнозом (рис. 3) [41].

Рис. 3. ROC-кривая для прогнозирования исходов у госпитализированных пациентов с использованием концентрации гомоцистеина.

Площадь под кривой составляет 0,55 (пороговое значение: >16,4 мкмоль/л, чувствительность: 41%, специфичность: 83%) [42].

Помимо полученной оценки гомоцистеина как прогностического маркера, была изучена важность приема витаминов группы B (B6, B9-фолиевая кислота, B12), которые в значительной мере определяют метаболизм гомоцистеина, способствуя его снижению. Полученные данные продемонстрировали, что прием витаминов группы B (B6, B9-фолиевая кислота, B12) как дополнение к основному лечению давали клинический эффект на фоне нормализации уровня гомоцистеина в крови [41]. Такой же результат представили и отечественные ученые (А.Н. Бойко и соавт., 2020), показав, что дополнительный прием витаминов группы B, включая фолиевую кислоту, на фоне основного лечения COVID-19, способствовал уменьшению периода лихорадки и более ранней выписке пациентов из стационара на фоне нормализации маркеров воспаления и гомоцистеина [44]. По данным других отечественных исследователей (Л.Б. Гайковая и соавт., 2021) снижение фолиевой кислоты наблюдалось у пациентов с COVID-19 не только при поступлении в стационар (среднетяжелая форма течения болезни). Выявлена отрицательная динамика показателей фолиевой кислоты в группе этих же пациентов с COVID-19, которую подтвердило статистически значимое снижение концентрации фолиевой кислоты, зарегистрированное через 10—14 дней после проведенного лечения [45]. По данным М.Н Пономарева и соавт. (2021), на примере пациентов с офтальмопатией, которые переболели COVID-19, было показано, что включение в комплексную терапию фолиевой кислоты и комбилипена улучшало микроциркуляцию бульбарной коньюктивы [46].

Заключение

Таким образом, имеющиеся к настоящему времени результаты исследований свидетельствуют, что провоцирование повышенным уровнем гомоцистеина выработки цитокинов, развития тромбоза и воздействие на эндотелий должно указывать на раннее и активное лечение. Возможность контролировать тяжесть заболевания и предотвращать летальный исход у пациентов из группы риска, позволяет считать гомоцистеин одним из значимых и эффективных маркеров COVID-19. Однако, проблемы по оценке уровня гомоцистеина у больных COVID-19 и постковидных пациентов, необходимости включения фолиевой кислоты, витаминов B6, B12 в комплексную терапию для получения клинического эффекта остаются пока нерешенными и требуют своего дальнейшего изучения.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.