Дефицит селена связан с риском смертности от COVID-19

Выздоровление от КОВИД-19 зависит от селенового статуса организма

Дефицит селена связан с риском смертности от COVID-19

Резюме. Инфекции SARS-CoV-2 лежат в основе нынешней пандемии коронавирусной болезни (COVID-19) и являются причиной высокого числа смертей, особенно среди пожилых людей и лиц с сопутствующими заболеваниями. Селен (Se) является важным микроэлементом, имеющим большое значение для здоровья человека и особенно для хорошо сбалансированного иммунного ответа. Риск смерти от тяжелого заболевания, такого как сепсис или политравма, обратно связан со статусом Se. Мы предположили, что это отношение также применимо к COVID-19. Образцы сыворотки крови (n = 166) от пациентов COVID-19 (n = 33) были собраны последовательно и проанализированы на содержание общего Se с помощью рентгенофлуоресценции и селенопротеина Р (SELENOP или СЕЛЕНОП) с помощью валидированного ИФА. Оба биомаркера показали ожидаемую сильную корреляцию (r = 0,7758, p < 0,001), что указывает на недостаточную доступность Se для оптимальной экспрессии селенопротеина. По сравнению с референтными данными Европейского поперечного анализа (EPIC, n = 1915) у пациентов наблюдался выраженный дефицит концентрации общего сывороточного Se (среднее значение ± SD, 50,8 ± 15,7 против 84,4 ± 23,4 мкг/л) и СЕЛЕНОПА (3,0 ± 1,4 против 4,3 ± 1,0 мг/л). Статус Se ниже 2,5-го процентиля референтной популяции, то есть [Se] < 45,7 мкг/л и [SELENOP] < 2,56 мг/л, присутствовал в 43,4% и 39,2% ковидных проб соответственно. Статус Se был значительно выше в образцах выживших пациентов COVID по сравнению с не выжившими (Se; 53,3 ± 16,2 против 40,8 ± 8,1 мкг/л, СЕЛЕНОП; 3,3 ± 1,3 против 2,1 ± 0,9 мг/л), восстанавливаясь со временем у выживших, оставаясь низким или даже снижаясь у не выживших. Мы пришли к выводу, что анализ состояния Se у пациентов с COVID дает диагностическую информацию. Однако причинно-следственная связь остается неизвестной из-за наблюдательного характера этого исследования. Тем не менее полученные результаты укрепляют представление о релевантной роли Se для ковидного выздоровления и поддерживают дискуссию об адъювантной добавке Se у тяжелобольных и пациентов с дефицитом Se.

1. Вступление

Тяжелые острые респираторные синдромы инфекции коронавирус-2 (SARS-CoV-2) лежат в основе нынешней пандемии коронавирусной болезни (COVID-19) и являются причиной все более высокого числа смертей, особенно среди пожилых людей и тех, кто имеет тяжелые сопутствующие заболевания, например хроническую обструктивную болезнь легких, гипертонию, диабет, рак или их комбинацию [1,2]. Было сообщено, что тяжелое течение болезни часто ассоциируется с чрезмерной реакцией иммунной системы организма с массивным высвобождением цитокинов и хемокинов («цитокиновый шторм») [3]. Соответственно, попытки контролировать воспаление с помощью иммуносупрессивной терапии с использованием, например, высоких доз кортикостероидов показали многообещающие эффекты в снижении частоты фатального течения заболевания среди тяжелобольных пациентов COVID на искусственной вентиляции легких, вызывая всплеск спроса на дексаметазон [4]. Этот успех лечения напоминает положительные сообщения о том, что дексаметазон способен положительно влиять на течение тяжелого острого респираторного дистресс-синдрома [5] или снижать смертность у тяжелобольных и бредящих пациентов от брюшного тифа [6]. Стратегия перепрофилирования обычных лекарств, которые, как известно, положительно влияют на иммунный ответ, в настоящее время все чаще применяется в нынешней пандемии КОВИДА [7]. Положительные эффекты тоцилизумаба и сарилумаба являются самыми последними примерами. Адъювантная поставка определенных микроэлементов в качестве положительных модуляторов иммунной системы может дополнительно поддержать эти попытки, и некоторые витамины (А, В6, В12, С, D и Е) и основные микроэлементы (цинк, железо, селен (Se), магний или медь) обсуждаются как особенно перспективные [8]. Однако в настоящее время база данных очень мала по отношению к этим микроэлементам, и неизвестно, действительно ли некоторые витамины или микроэлементы являются дефицитными у пациентов с COVID-19, и связаны ли эти концентрации с тяжестью заболевания или риском смертности. По нескольким причинам существенный микроэлемент Se имеет особое значение для вирусных инфекций среди этих факторов питания. Иммунная система опирается на набор специфических селенопротеинов, содержащих селеноцистеин в своих активных центрах и, как известно, зависит от обильной поставки Se для их полной экспрессии и ферментативной активности [9,10]. Дефицит селена является установленным фактором риска вирусных инфекций [11]. Патогены проявляют более высокую частоту мутаций у субъектов с дефицитом Se и могут внести решающий вклад в быструю эволюцию патогенных вирусных видов [12]. Болезнь Кешана является эндемической кардиомиопатией, связанной с дефицитом Se, и дополнительный Se доказал свою значимость для снижения заболеваемости, связанной с вирусами [13]. Дефицит Se также является фактором риска смерти от тяжелого заболевания, как показано, например, при сепсисе [14] или политравматическом повреждении [15]. Примечательно, что показатель излечения от COVID-19 недавно был связан с базальным статусом Se в различных районах Китая [16]. В совокупности имеющиеся исследования подтверждают мнение о том, что Se может иметь отношение к инфекции SARS-CoV-2 и течению болезни COVID-19 [17,18,19]. Тем не менее, данные о статусе Se отдельных пациентов, серьезно пораженных COVID-19, отсутствуют. Мы предположили, что тяжелый дефицит Se распространен среди пациентов и связан с плохими шансами на выживание в COVID-19.

2. Материалы и методы

2.1. Дизайн исследования

Поперечное исследование пациентов с COVID-19 было проведено в некоммерческой государственной больнице Klinikum Aschaffenburg-Alzenau, Германия. Диагноз COVID-19 был основан на положительном обнаружении вирусной РНК с помощью ПЦР в реальном времени (real-time PCR - E-Gen по Corman et al. [20], Medizinisches Versorgungszentrum MVZ Labor PD Dr.Volkmann & Kollegen GbR, Карлсруэ, Германия). Исследование проводилось в соответствии с Хельсинкской декларацией. Этические консультации были предоставлены властями Баварии, Германия (Ethik-Kommission der Bayerischen Landesärztekammer, EA No. #20033), и исследование было зарегистрировано в немецком регистре клинических испытаний (Deutsches Register Klinischer Studien, ID: DRKS00022294). Все пациенты, включенные в анализ, или ближайшие родственники давали письменное информированное согласие. Количество анализов крови на одного пациента составило [медиана (IQR)] 4 (4) или [среднее значение ± SD] 5,03 ± 4,27 пробы на пациента. Образцы хранились при температуре -80 °C (Ашаффенбург, Германия) и отправлялись из клиники на сухом льду в удаленную лабораторию для анализа (Charité Universitätsmedizin Berlin, Берлин, Германия). Все измерения проводились учеными и техниками, слепыми к клинической информации. Референтные значения были получены из комплексного набора данных взрослых испытуемых, участвующих в Европейском проспективном исследовании рака и питания (EPIC), проанализированном по той же технологии, что и опубликованное недавно [21].

2.2. Анализ микроэлементов

Рентгеновскую флуоресценцию полного отражения (TXRF) использовали для определения концентрации Se в образцах сыворотки с использованием настольного спектрометра TXRF (S4 T-STAR, Bruker Nano GmbH, Берлин, Германия). Вкратце, образцы разбавляли стандартом галлия, наносили на предметные стекла из полированного кварцевого стекла и сушили в течение ночи. Контролем служил сывороточный стандарт Seronorm (Sero AS, Биллингстад, Норвегия). Измеренные концентрации были в пределах указанного диапазона стандарта, а коэффициент вариации (CV) между анализами был ниже 5% при концентрации 45 мкг Se / л сыворотки.

2.3. Количественное определение СЕЛЕНОПА методом ИФА

Концентрации СЕЛЕНОПА измеряли из образцов сыворотки крови сэндвич-методом с моноклональными антителами против СЕЛЕНОПА человека с использованием валидированного коммерческого СЕЛЕНОП-специфического иммуноферментного анализа ИФА (selenOtest ELISA, selenOmed GmbH, Берлин, Германия), как описано [22]. Качество измерений проверялось путем включения в каждый анализ двух стандартов сыворотки крови человека. Во время проведения анализов CV между анализами был ниже 15%.

2.4. Оценка активности глутатионпероксидазы-3 (GPx3)

Активность глутатионпероксидазы-3 (GPx3) оценивали методом сопряженного ферментативного теста с контролем потребления NADPH при 340 nm, как описано ранее [23,24]. Вкратце образцы сыворотки инкубировали с ферментным буфером, содержащим 3,4 mM восстановленного глутатиона (GSH), 0,27 мг/мл NADPH, 1 mM NaN3 и 0,3 Ед/мл глутатионредуктазы. Ферментативную реакцию запускали перекисью водорода, а расход NADPH контролировали при 340 nm.

2.5. Статистический анализ

Статистический анализ проводился с помощью GraphPad Prism (версия 7, GraphPad Software Inc., Сан-Диего, Калифорния, США) и открытое программное обеспечение R, версия 3.6.0 [25], применяющее пакеты «tidyr» [26], «dplyr» [27], «pROC» [28] и «ggplot2» [29]. Для оценки нормального распределения значений использовался критерий Шапиро–Уилка. Категориальные переменные оценивались с помощью критерия Бошлоо [30]. Сравнения проводились с помощью непарного t-критерия Стьюдента. Более двух групп были сопоставлены с помощью теста множественных сравнений ANOVA и теста Данна. Корреляции проверялись с помощью корреляционного теста Спирмена. Различия между кривыми ROC оценивались с помощью критерия Делонга для двух коррелированных кривых ROC. Все статистические тесты были двусторонними, и Р-значения < 0,05 считались значимыми; *Р < 0,05, **Р < 0,01, ***Р < 0,001 и ****Р < 0,0001.

3. Результаты

3.1. Характеристики пациентов

В общей сложности n = 33 пациента были квалифицированы для анализа и были включены в это обсервационное исследование, предоставляя набор из n = 166 последовательных образцов сыворотки крови. Пациенты с COVID-19, которые выжили или умерли, имели сходные характеристики, за исключением более низкого возрастного диапазона выживших (Таблица 1).

Таблица 1. Характеристика COVID-19 пациентов, внесших свой вклад в это исследование.

* Смерть в сочетании с диагнозом COVID-19, независимо от окончательной причины смертности.

3.2. Анализ селенового (Se) статуса

Состояние Se сыворотки крови оценивали по всем образцам пациентов с помощью трех комплементарных биомаркеров: общей концентрации Se сыворотки крови и СЕЛЕНОПА, а также активности GPx3. Три биомаркера статуса Se показали значимые и линейные корреляции по всему спектру данных, что свидетельствует о высоком качестве образцов (Рис.1). Коэффициенты корреляции были самыми высокими для пары параметров общей концентрации Se в сыворотке крови и концентрации СЕЛЕНОПА (рис. 1А), за которыми следовала пара параметров активности GPx3 и общей концентрация Se в сыворотке крови (рис. 1В). Активность GPx3 и концентрация СЕЛЕНОПА в сыворотке крови показали наименьшую строгую корреляцию (рис. 1C).

Рисунок 1. Анализ состояния Se из образцов пациентов, страдающих COVID-19, С помощью трех комплементарных сывороточных биомаркеров. Образцы сыворотки крови (n = 166) были проанализированы у пациентов COVID-19 (n = 33) путем измерения общей концентрации Se, уровня СЕЛЕНОПА (SELENOP) в сыворотке крови и активности секретируемого GPx3. (А) Транспортер селена SELENOP и общая концентрация Se показали тесную положительную линейную корреляцию (r = 0,7896), что согласуется с анализом (B) активности GPx3 и общей концентрации Se (r = 0,6239), а также с (C) активностью GPx3 и концентрацией SELENOP (r = 0,4954). r: коэффициент корреляции Спирмена (2-сторонний, 2-хвостовый), ****p < 0,0001.

3.3. Селеновый статус пациентов COVID-19 по отношению к референтному диапазону здоровых контрольных субъектов

Средний популяционный статус Se был выведен из n = 1915 наборов данных, полученных ранее от здоровых взрослых испытуемых, участвовавших в поперечном исследовании EPIC [21]. Референтные диапазоны для общих концентраций Se и СЕЛЕНОПА в сыворотке крови были выведены путем определения 2,5-го-97,5-го процентиля данных. Согласно этому крупному поперечному исследованию, концентрация СЕЛЕНОПА не связана с возрастом [21]. Выбранный критерий в 95% данных, составляющих контрольные диапазоны, классифицирует нормальный статус Se, когда он находится в диапазоне 45,7–131,6 мкг / л для концентрации Se в сыворотке крови и 2,56–6,63 мг / л для концентрации СЕЛЕНОПА в сыворотке, соответственно. Согласно этим контрольным диапазонам, 44,4% образцов от пациентов с COVID-19 имели дефицит Se, и 39,6% имели дефицит СЕЛЕНОПА.

3.4. Селеновый статус пациентов с COVID-19 в связи с выживанием

При отделении образцов пациентов от выживших и умерших пациентов с COVID-19 разница становится более очевидной. В образцах умерших пациентов с COVID-19 64,7% и 70,6% показали дефицит Se и СЕЛЕНОПА соответственно, тогда как только 39,3% и 32,6% образцов от выживших должны были быть классифицированы как Se- и СЕЛЕНОП-дефицитные соответственно. Соответственно, у не выживших был выявлен значительно более низкий статус Se по сравнению с выжившими по всем трем проанализированным биомаркерам статуса Se (табл.2).

Таблица 2. Сравнение биомаркеров статуса Se в образцах COVID-19 по отношению к выживаемости.

*T-критерий Стьюдента, 2-сторонний, 2-хвостовый, сравнение выписки со смертью (жирные цифры).

Сравнение медианных значений и межквартильных диапазонов (IQR) выборок из COVID-19 пациентов, не выживших по отношению к референтной когорте здоровых взрослых европейских испытуемых, показывает, что группы сильно различаются, то есть IQR не перекрываются. Это означает, что диапазоны, охватывающие 75% всех образцов, отделены друг от друга независимо от используемого биомаркера,т. е. как по отношению к общей концентрации Se в сыворотке крови, так и по отношению к концентрации СЕЛЕНОПА в сыворотке крови (рис.2A, B). Примечательно, что нижние 75% значений от умерших пациентов находятся ниже медианных значений выживших пациентов COVID-19, что позволяет предположить, что оба параметра статуса Se имеют значение для идентификации пациентов с тяжелым течением заболевания и высоким риском смертности.

Рисунок 2. Сравнение статуса Se у пациентов COVID-19, которые выжили или умерли по сравнению со здоровыми контрольными группами. А) Общая концентрация Se в сыворотке крови значительно различалась и была наиболее сильно снижена у пациентов COVID-19, которые не выжили. B) Концентрации СЕЛЕНОПА различались в одинаковой степени и были также самыми низкими у тех, кто не выжил. (C) Как было отмечено в полной когорте образцов, Se и SELENOP показали сильную положительную корреляцию в группе не выживших, а также (D) в группе выживших, хотя и в меньшем и более ограниченном диапазоне концентраций у не выживших. Все тесты были двусторонними, и р-значения < 0,05 считались статистически значимыми; R: коэффициент корреляции Спирмена (2-сторонний, 2-хвостовый), **** указывает на р < 0,0001.

Что касается выбора биомаркера, то как общая концентрация Se в сыворотке крови, так и концентрация СЕЛЕНОПА, по-видимому, одинаково подходят для предоставления информации о шансах выживания пациентов COVID-19. Важно отметить, что Se и SELENOP показали известную положительную линейную корреляцию как в группе не выживших,так и в группе выживших пациентов, которые были успешно выписаны (рис.2C, D).

Образцы, доступные для анализа, были взяты из разных моментов времени в качестве оставшейся сыворотки после рутинных лабораторных анализов. Таким образом, удалось провести анализ изменений статуса Se выживших и умерших пациентов COVID-19 с временным разрешением. Анализ показывает, что состояние Se у пациентов, переживших заболевание, имело тенденцию к восстановлению после низких значений, наблюдавшихся при поступлении в больницу, тогда как у тех, кто не пережил его, такого положительного развития не наблюдалось (Рис.3).

Рисунок 3. Временные изменения в статусе Se у выживших и умерших пациентов. Образцы сыворотки крови от пациентов COVID-19 были проанализированы на (А) общую концентрацию Se и (B) концентрацию СЕЛЕНОПА в сыворотке крови. Выжившие пациенты (синие точки) показали увеличение статуса Se со временем, как по отношению к сывороточному Se, так и по отношению к СЕЛЕНОПУ. В сравнении с этим статус Se оставался неизменным, а концентрация СЕЛЕНОПА снижалась, соответственно, у не выживших пациентов (красные точки). Все тесты были двусторонними, и p-значения < 0,05 считались статистически значимыми; R: коэффициент корреляции Спирмена (2-сторонний, 2-хвостовый); в целом, корреляции состояния Se и времени, связанные со смертью и выпиской, показаны в верхних левых углах.

Прямое сравнение статуса Se у пациентов с COVID-19 с эталонными значениями активности GPx3 как биомаркера было невозможно, так как GPx3 не был определен в образцах большой контрольной когорты из исследования EPIC [21].

Затем был проведен анализ кривой рабочих характеристик приемника (ROC) для анализа диагностической способности биомаркеров состояния Se для вероятности выживания. Анализ кривой ROC может способствовать принятию решения в системе бинарных классификаторов путем тестирования порога дискриминации путем вычисления всех возможных вариаций. Однако сами по себе графики ROC могут вводить в заблуждение и нести риск ошибки при применении в несбалансированных сценариях классификации [31]. По этой причине была рассчитана кривая точного отзыва (PRC) для определения доли истинных положительных результатов среди всех положительных прогнозов, что позволило более точно предсказать будущие результаты классификации (Рис.4). Имеющиеся данные о SELENOP, Se и GPx3 были пригодны для достоверного различия между теми пациентами, которые могли быть выписаны, и теми, кто умер, соответственно. Применение пошагового процесса отбора информационных критериев Акайке (AIC) показало, что концентрация СЕЛЕНОПА превосходит другие переменные, а также их комбинации. Этот результат отражается как на соответствующих кривых ROC, так и на PRC (рис. 4A, B). Расчет площади под кривой (AUC) для трех биомаркеров статуса Se указывает на лучшую пригодность концентраций общего Se и СЕЛЕНОПА в сыворотке крови по сравнению с активностью GPx3 для диагностики и прогнозирования, т. е. 75,9% для СЕЛЕНОПА и 74,2% для общего Se, соответственно, против 62,4% для активности GPx3.

Рис. 4. Анализ рабочих характеристик приемника (ROC) биомаркеров состояния Se в зависимости от риска смерти от COVID-19. (A) ROC-анализы как одномерные модели прогнозирования, основанные на сывороточных концентрациях SELENOP, Se и GPx3 в сыворотке (объединенные значения от момента поступления до конечной точки исследования), способны различать умерших пациентов и тех, кто был выписан. Оптимальная точка среза концентрации СЕЛЕНОПА на уровне 3,1 мг/л согласно J-статистике Юдена обозначена точкой, где пунктирные серые линии пересекаются. (B) Соответствующая кривая точного отзыва (PRC) показывает долю истинных положительных результатов среди всех положительных прогнозов и может служить значимым дополнением к текущим оценкам риска. Снова указывается соответствующая точка среза. (C) ROC-анализ статуса СЕЛЕНОПА в отношении риска смерти от COVID-19 в зависимости от возраста пациентов. Площадь под кривой (AUC) указывается ниже диагональной линии 50%.

Поскольку известно, что возраст сильно предрасполагает к тяжелому течению заболевания и риску смертности при COVID-19, был проведен анализ сывороточного Se и SELENOP в сочетании с возрастом. Модель, основанная на SELENOP, немного превосходила модель на основе Se. Существенные различия были обнаружены между моделями на основе либо SELENOP, либо Se и GPx3 (тест Делонга; AUC (SELENOP) = 75,9% против AUC (GPx3) = 62,4%, p = 0,004; AUC (Se) = 74,2% против AUC (GPx3) = 62,4%, p = 0,007). Окончательная одномерная модель, основанная на SELENOP, дала AUC 75,9%. Оптимальная точка отсечения на основе J-статистики Юдена была выбрана при 3,1 мг/л (рис. 4А). Эта точка отсечения характеризуется чувствительностью 91,2% и специфичностью 50,8% и может служить ценным средством скрининга, чтобы способствовать лучшей оценке риска смертности у пациентов, страдающих от COVID-19. Это также отражено в кривой точного отзыва (PRC), рекомендованной в таких анализах [31] (рис. 4B). Ввиду ограниченного размера выборки только для n = 33 пациентов биомаркеры статуса Se были проанализированы в одномерном процессе моделирования с помощью пошагового отбора AIC в обратном направлении, чтобы избежать перегрузки. Предпочтительная модель на основе SELENOP была окончательно скорректирована с учетом возраста пациентов и привела к увеличению AUC на 94,8% (Рисунок 4C).

Это понятие дополнительно подчеркивается конкретными характеристиками используемых моделей прогнозирования (Таблица 3).

Таблица 3. Специфические характеристики используемых прогностических моделей. Для каждой модели оценки переменных, включенные в расчеты, приводятся с соответствующим им доверительным интервалом (CI).

Все непрерывные предикторы центрированы по среднему значению и масштабируются на 1 стандартное отклонение. *** р < 0,001; * р

4. Обсуждение

В этой рукописи мы сообщаем, что пациенты, страдающие COVID-19, демонстрируют дефицит основного микроэлемента Se в крови, наряду с низкими концентрациями транспортера Se СЕЛЕНОПА и низкой ферментативной активностью секретируемой глутатионпероксидазы GPx3. Примечательно, что дефицит Se был очень сильным по сравнению со здоровыми взрослыми европейцами, и он был соответствующим образом отражен в относительно депрессивных показаниях всех трех определенных биомаркеров статуса Se. Наблюдение того, что дефицит Se был более выраженным в образцах, полученных от не выживших, по сравнению с выжившими от COVID-19, может предполагать некоторую значимость микроэлемента для борьбы с вирусом и для успешного выздоровления. Эта гипотеза также подтверждается разницей в развитии селенового статуса во времени, когда выжившие демонстрируют постепенно восстанавливающийся статус Se, а не выжившие - нет.

Помимо физиологической роли Se для поддержки биосинтеза селенопротеинов, относящихся к иммунной системе, полученные данные также подчеркивают, что определение статуса Se любым из оцениваемых биомаркеров имеет диагностическую ценность для лучшего прогнозирования течения заболевания и улучшения идентификации пациентов с особым риском проигрыша борьбы с этой разрушительной инфекцией. Однако надежный Se-анализ не всегда доступен во всех клиниках и больницах, и многие коммерческие или экспериментальные аналитические тест-системы для количественной оценки СЕЛЕНОПА не дают точных результатов [32], что вызывает путаницу и беспорядок [33]. По этой причине вопрос об избежании тяжелого дефицита Se в профилактических и клинических условиях с помощью соответственно сбалансированной диеты или подходящих добавок может быть наиболее актуальным и значимым следствием взаимодействия между дефицитом Se и риском смертности, наблюдаемым в этом исследовании.

Хотя природа анализа как наблюдательного исследования не позволяет выводить причинно-следственные связи, существуют различные гипотезы для лежащих в основе биохимических путей, ведущих к наблюдениям, представленным в этой рукописи.

Во-первых, статус Se уже может быть относительно низким у пациентов до заболевания, что является фактором риска вирусной инфекции, как это было показано ранее для других заболеваний [11,12]. В этом отношении опыт работы с вирусно-индуцированной болезнью Кешана [13] или СПИДом [34] может служить парадигматическими примерами, подчеркивающими потенциальную значимость Se для инфекционного риска и течения заболевания [34]. Однако высокая частота инфицирования SARS-CoV-2, по-видимому, заражающая очень многих непосредственно подвергшихся воздействию субъектов [35] в сочетании с большинством образцов COVID-19, демонстрирующих значения Se ниже 2,5-го процентиля популяционного диапазона, свидетельствует против Se-зависимой предрасположенности в качестве объяснения полученных результатов.

Во-вторых, при заболевании и при нарастающем воспалении потенциально ранее существовавший низкий статус Se может еще больше снизиться. Это представление подтверждается аналогичными результатами при других тяжелых заболеваниях, особенно сепсисе [14] и политравматических травмах [15], где наблюдался низкий, снижающийся и связанный со смертностью дефицит Se, что вряд ли является предрасположенностью. Кроме того, отрицательный острый фазовый ответ биосинтеза СЕЛЕНОПА в печени [36], а также подавляющие эффекты гипоксии [37] или цитокинов, например IL-6 [38], свидетельствуют в пользу этого механизма, способствующего возникновению различий.

В-третьих, более длительное пребывание в отделении интенсивной терапии при воспалительных и гипоксических условиях может привести к повышению потребности в Se из-за продолжающейся потери Se, поскольку Se эритроцитов часто остается нормальным, несмотря на снижение Se в крови [39]. В ходе эволюции человека высококачественная медицинская помощь с поддерживающей вентиляцией легких обычно была недоступна, и вскоре после заражения наступала либо ремиссия, либо смерть. В этих условиях сохранение необходимых микроэлементов для последующего восстановления не было преимуществом выживания. В настоящее время лечение в отделении интенсивной терапии в течение длительных периодов времени представляет собой принципиально иную ситуацию, когда постоянное подавление биосинтеза СЕЛЕНОПА в печени может потребовать дополнительных мер в долгосрочной перспективе [39]. В соответствии с этим предположением гипотетическая ассоциация низкого статуса Se с нарушенным восстановлением была получена из анализа In silico скорости излечения COVID-19 в различных районах Китая с расходящимся базовым статусом Se [16].

В-четвертых, избыточный иммунный ответ может быть напрямую связан со статусом Se, поскольку окислительный стресс может превысить способность защитных селеноферментов семейства GPx, тиоредоксинредуктазы и низкомолекулярных антиоксидантов [40]. Эта потеря окислительно-восстановительного баланса была выдвинута ранее как потенциальная этиопатогенная релевантность [12,41]. Терапевтический успех лечения дексаметазоном или тоциликумабом, а также перспектива применения имитатора GPx - эбселена в качестве перспективной терапевтической меры дают дополнительную поддержку этой теории [42,43].

Наконец, снижение уровня Se в сыворотке крови может быть лишь суррогатным маркером тяжести заболевания и тонуса патологических стрессоров, таких как гипоксия и воспалительные цитокины. Это мнение подтверждается обширной литературой о снижении биосинтеза селенопротеинов в условиях острой фазы, при воспалении и при гипоксии. Снижение статуса Se еще больше нарушит окислительно-восстановительный баланс, тем самым закрывая смертельную петлю обратной связи, снова доказывая потенциальную значимость некоторой дополнительной поддержки для прерывания этого порочного круга во время длительной болезни (Рис.5).

Рисунок 5. Патофизиологические механизмы, потенциально лежащие в основе низкого статуса Se при тяжелом COVID-19. Инфекции, вызванные SARS-CoV-2, происходят в значительной степени независимо от исходного состояния Se. (А) некоторые люди с плохой иммунной системой и низким исходным статусом Se (0) могут эффективно распространять вирус (синий) и допускать вирусную репликацию и быструю эволюцию определенных патогенных вирусных видов (красный) из-за низкой экспрессии защитных селеноферментов. Субъекты с лучшим статусом Se (1-3) могут быть менее склонны к тяжелому течению заболевания. B) COVID-19 характеризуется воспалением, гипоксией и высокой концентрацией цитокинов (например, IL-6). Сочетание гипоксии и IL-6 подавляет экспрессию селенопротеина. (C) Биосинтез Se-транспортера SELENOP в гепатоцитах особенно чувствителен, вызывая снижение статуса Se всего организма и недостаточную экспрессию защитных селеноферментов, например цитозольного GPx1 и GPx3 в плазме. Недостаточная инактивация пероксидов в качестве предшественников активных форм кислорода (ROS) приводит к серьезному нарушению окислительно-восстановительного баланса, закрывая порочный круг как в отношении экспрессии селенопротеина, концентрации Se и развития COVID-19. Предполагается, что дополнительный Se может прерывать эту серию вредных событий и способствовать улучшению шансов на выздоровление. Эта фигура была создана с использованием некоторых шаблонов Servier Medical Art, которые лицензированы в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution 3.0 Unported;

В совокупности, подобно предполагаемой взаимосвязи снижения статуса Se при злокачественных заболеваниях, сильный дефицит Se и СЕЛЕНОПА, наблюдаемый в COVID-19, может быть результатом комбинации вышеупомянутых путей и взаимодействий. Поддерживающие мероприятия, направленные на улучшение биосинтеза селенопротеина в COVID-19, могут способствовать лучшему окислительно-восстановительному контролю и тонкой настройке ответа иммунной системы [41]. Представляется целесообразным, своевременным и перспективным инициировать общепопуляционные мероприятия по выявлению субъектов с уже существующим дефицитом Se не только в качестве меры профилактики вирусных инфекций, их распространения и развития вирулентности [11,12,42], но и для снижения индивидуального риска сердечно-сосудистой смертности [44,45,46,47], рака [21,48,49] и смерти от тяжелых заболеваний [10,14,39].

Особенно сильными сторонами настоящего исследования являются параллельная оценка различных и когерентных биомаркеров статуса Se с помощью стандартизированной методологии и слепая настройка анализов. К числу ограничений относятся, как обычно в исследовательских экспериментальных исследованиях, относительно ограниченное число пациентов и образцов, а также отсутствие клинических данных о параметрах воспаления.

5. Выводы

КОВИД-19 представляет собой универсальную угрозу здоровью человека, требующую быстрых, перспективных и безопасных мер по снижению риска инфицирования, подавлению развития вирулентности, укреплению иммунной системы и поддержке выздоровления. Важнейший микроэлемент Se может быть наиболее релевантным для этих вопросов. Субъекты, проживающие в районах с плохим исходным запасом Se или ограниченным питанием, а также пациенты COVID с уже существующими сопутствующими заболеваниями или длительным течением заболевания подвергаются особенно высокому риску развития тяжелого дефицита Se и могут извлечь выгоду из улучшения запаса Se с помощью диетических или дополнительных мер. Наблюдаемая связь риска смертности с дефицитом Se и вероятным лежащим в его основе механизмом обратной связи доказывает необходимость инициирования интервенционных исследований в соответствии с самыми высокими стандартами качества, чтобы не упустить универсально доступные, недорогие и безопасные профилактические меры и адъювантные варианты лечения.

Дополнительно см.:

• Селенпропионикс
  
• Питание пациентов и пробиотическая терапия при COVID-19
• Ферментированное молоко, обогащенное мёдом, и его польза для здоровья (в контексте COVID-19)
• Селен, селенопротеины и вирусная инфекция
• Без сероконверсии: Т-клетки сформировали иммунитет против COVID-19
• Иммунорегуляторная роль пробиотиков при легочных заболеваниях
• Гонконгские ученые разработали пробиотик, который поможет бороться с COVID-19
• Связь между региональным статусом селена и исходами случаев COVID-19
• Грипп и борьба с пневмококовой инфекцией с помощью микробиоты
• Применение пробиотиков при острых инфекциях дыхательных путей
• Микробиом и COVID-19
• COVID-19 и сопутствующие нарушения здоровья
• О важной роли диеты при коронавирусной инфекции
• Роль кишечного микробиома при астме
• Как кишечные микробы защищают от гриппа
• Арильный углеводородный рецептор и иммунитет

Литература

1. Guan, W.J.; Liang, W.H.; Zhao, Y.; Liang, H.R.; Chen, Z.S.; Li, Y.M.; Liu, X.Q.; Chen, R.C.; Tang, C.L.; Wang, T.; et al. Comorbidity and its impact on 1590 patients with covid-19 in china: A nationwide analysis. Eur. Respir. J. 2020, 55, 2000547. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
2. Wang, B.L.; Li, R.B.; Lu, Z.; Huang, Y. Does comorbidity increase the risk of patients with COVID-19: Evidence from meta-analysis. Aging 2020, 12, 6049–6057. [Google Scholar] [CrossRef]
3. Song, P.; Li, W.; Xie, J.; Hou, Y.; You, C. Cytokine storm induced by sars-cov-2. Clin. Chim. Acta 2020, 509, 280–287. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
4. Mahase, E. COVID-19: Demand for dexamethasone surges as recovery trial publishes preprint. BMJ 2020, 369, m2512. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
5. Villar, J.; Ferrando, C.; Martinez, D.; Ambros, A.; Munoz, T.; Soler, J.A.; Aguilar, G.; Alba, F.; Gonzalez-Higueras, E.; Conesa, L.A.; et al. Dexamethasone treatment for the acute respiratory distress syndrome: A multicentre, randomised controlled trial. Lancet Respir. Med. 2020, 8, 267–276. [Google Scholar] [CrossRef]
6. Hoffman, S.L.; Punjabi, N.H.; Kumala, S.; Moechtar, M.A.; Pulungsih, S.P.; Rivai, A.R.; Rockhill, R.C.; Woodward, T.E.; Loedin, A.A. Reduction of mortality in chloramphenicol-treated severe typhoid fever by high-dose dexamethasone. N. Engl. J. Med. 1984, 310, 82–88. [Google Scholar] [CrossRef]
7. Joshi, S.; Joshi, M.; Degani, M.S. Tackling sars-cov-2: Proposed targets and repurposed drugs. Future Med. Chem. 2020. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Calder, P.C.; Carr, A.C.; Gombart, A.F.; Eggersdorfer, M. Optimal nutritional status for a well-functioning immune system is an important factor to protect against viral infections. Nutrients 2020, 12, 1181. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Hoffmann, P.R.; Berry, M.J. The influence of selenium on immune responses. Mol. Nutr. Food Res. 2008, 52, 1273–1280. [Google Scholar] [CrossRef]
10. Schomburg, L. The other view: The trace element selenium as a micronutrient in thyroid disease, diabetes, and beyond. Hormones 2020, 19, 15–24. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
11. Guillin, O.M.; Vindry, C.; Ohlmann, T.; Chavatte, L. Selenium, selenoproteins and viral infection. Nutrients 2019, 11, 2101. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
12. Beck, M.A.; Handy, J.; Levander, O.A. Host nutritional status: The neglected virulence factor. Trends Microbiol. 2004, 12, 417–423. [Google Scholar] [CrossRef]
13. Zhou, H.; Wang, T.; Li, Q.; Li, D. Prevention of keshan disease by selenium supplementation: A systematic review and meta-analysis. Biol. Trace Elem. Res. 2018, 186, 98–105. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
14. Forceville, X.; Vitoux, D.; Gauzit, R.; Combes, A.; Lahilaire, P.; Chappuis, P. Selenium, systemic immune response syndrome, sepsis, and outcome in critically ill patients. Crit. Care Med. 1998, 26, 1536–1544. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
15. Braunstein, M.; Kusmenkov, T.; Zuck, C.; Angstwurm, M.; Becker, N.P.; Bocker, W.; Schomburg, L.; Bogner-Flatz, V. Selenium and selenoprotein p deficiency correlates with complications and adverse outcome after major trauma. Shock 2020, 53, 63–70. [Google Scholar] [CrossRef]
16. Zhang, J.; Taylor, E.W.; Bennett, K.; Saad, R.; Rayman, M.P. Association between regional selenium status and reported outcome of covid-19 cases in china. Am. J. Clin. Nutr. 2020, 111, 1297–1299. [Google Scholar] [CrossRef]
17. Fakhrolmobasheri, M.; Nasr-Esfahany, Z.; Khanahmad, H.; Zeinalian, M. Selenium supplementation can relieve the clinical complications of covid-19 and other similar viral infections. Int. J. Vitam. Nutr. Res. 2020, 9, 1–3. [Google Scholar] [CrossRef]
18. Kieliszek, M.; Lipinski, B. Selenium supplementation in the prevention of coronavirus infections (covid-19). Med. Hypotheses 2020, 143, 109878. [Google Scholar] [CrossRef]
19. Seale, L.A.; Torres, D.J.; Berry, M.J.; Pitts, M.W. A role for selenium-dependent gpx1 in sars-cov-2 virulence. Am. J. Clin. Nutr. 2020. [Google Scholar] [CrossRef]
20. Corman, V.M.; Landt, O.; Kaiser, M.; Molenkamp, R.; Meijer, A.; Chu, D.K.; Bleicker, T.; Brunink, S.; Schneider, J.; Schmidt, M.L.; et al. Detection of 2019 novel coronavirus (2019-ncov) by real-time rt-pcr. Eurosurveillance 2020, 25, 2000045. [Google Scholar] [CrossRef]
21. Hughes, D.J.; Fedirko, V.; Jenab, M.; Schomburg, L.; Meplan, C.; Freisling, H.; Bueno-de-Mesquita, H.B.; Hybsier, S.; Becker, N.P.; Czuban, M.; et al. Selenium status is associated with colorectal cancer risk in the european prospective investigation of cancer and nutrition cohort. Int. J. Cancer 2015, 136, 1149–1161. [Google Scholar] [CrossRef]
22. Hybsier, S.; Schulz, T.; Wu, Z.; Demuth, I.; Minich, W.B.; Renko, K.; Rijntjes, E.; Kohrle, J.; Strasburger, C.J.; Steinhagen-Thiessen, E.; et al. Sex-specific and inter-individual differences in biomarkers of selenium status identified by a calibrated elisa for selenoprotein p. Redox Biol. 2017, 11, 403–414. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
23. Schomburg, L.; Schweizer, U.; Holtmann, B.; Flohe, L.; Sendtner, M.; Kohrle, J. Gene disruption discloses role of selenoprotein p in selenium delivery to target tissues. Biochem. J. 2003, 370, 397–402. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
24. Mehl, S.; Sun, Q.; Gorlich, C.L.; Hackler, J.; Kopp, J.F.; Renko, K.; Mittag, J.; Schwerdtle, T.; Schomburg, L. Cross-sectional analysis of trace element status in thyroid disease. J. Trace Elem. Med. Biol. 2020, 58, 126430. [Google Scholar] [CrossRef]
25. R Core Team. R: A Language and Environment for Statistical Computing; The R Foundation for Statistical Computing: Vienna, Austria, 2020; Volume 1. [Google Scholar]
26. Wickham, H.; Henry, L. Tidyr: Tidy Messy Data; R Package Version 1.1.0; The R Foundation for Statistical Computing: Vienna, Austria, 2020; Available online: https://CRAN.R-project.org/package=tidyr (accessed on 14 July 2020).
27. Wickham, H.; Francois, R.; Henry, L.; Müller, K. Dplyr: A Grammar of Data Manipulation; R Package Version 1.0.0; The R Foundation for Statistical Computing: Vienna, Austria, 2020; Available online: https://CRAN.R-project.org/package=dplyr (accessed on 14 July 2020).
28. Robin, X.; Turck, N.; Hainard, A.; Tiberti, N.; Lisacek, F.; Sanchez, J.C.; Muller, M. Proc: An open-source package for r and s+ to analyze and compare roc curves. BMC Bioinform. 2011, 12, 77. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
29. Wickham, H. Ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis; R Package Version 2.1.0; Springer: New York, NY, USA, 2009; pp. 1–195. [Google Scholar]
30. Boschloo, R.D. Raised conditional level of significance for 2x2 table when testing equality of 2 probabilities. Ann. Math. Stat. 1968, 39, 1094. [Google Scholar]
31. Saito, T.; Rehmsmeier, M. The precision-recall plot is more informative than the roc plot when evaluating binary classifiers on imbalanced datasets. PLoS ONE 2015, 10, e0118432. [Google Scholar] [CrossRef]
32. Saito, Y.; Misu, H.; Takayama, H.; Takashima, S.I.; Usui, S.; Takamura, M.; Kaneko, S.; Takamura, T.; Noguchi, N. Comparison of human selenoprotein p determinants in serum between our original methods and commercially available kits. Biol. Pharm. Bull. 2018, 41, 828–832. [Google Scholar] [CrossRef]
33. Schomburg, L.; Melander, O. Letter by schomburg and melander regarding article, “selenoprotein p promotes the development of pulmonary arterial hypertension: A possible novel therapeutic target”. Circulation 2019, 139, 722–723. [Google Scholar] [CrossRef]
34. Harthill, M. Review: Micronutrient selenium deficiency influences evolution of some viral infectious diseases. Biol. Trace Elem. Res. 2011, 143, 1325–1336. [Google Scholar] [CrossRef]
35. Wu, J.T.; Leung, K.; Bushman, M.; Kishore, N.; Niehus, R.; de Salazar, P.M.; Cowling, B.J.; Lipsitch, M.; Leung, G.M. Estimating clinical severity of covid-19 from the transmission dynamics in Wuhan, China. Nat. Med. 2020, 26, 506–510. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
36. Renko, K.; Hofmann, P.J.; Stoedter, M.; Hollenbach, B.; Behrends, T.; Kohrle, J.; Schweizer, U.; Schomburg, L. Down-regulation of the hepatic selenoprotein biosynthesis machinery impairs selenium metabolism during the acute phase response in mice. FASEB J. 2009, 23, 1758–1765. [Google Scholar] [CrossRef]
37. Becker, N.P.; Martitz, J.; Renko, K.; Stoedter, M.; Hybsier, S.; Cramer, T.; Schomburg, L. Hypoxia reduces and redirects selenoprotein biosynthesis. Metallomics 2014, 6, 1079–1086. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
38. Martitz, J.; Becker, N.P.; Renko, K.; Stoedter, M.; Hybsier, S.; Schomburg, L. Gene-specific regulation of hepatic selenoprotein expression by interleukin-6. Metallomics 2015, 7, 1515–1521. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
39. Manzanares, W.; Langlois, P.L.; Heyland, D.K. Pharmaconutrition with selenium in critically ill patients: What do we know? Nutr. Clin. Pract. 2015, 30, 34–43. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
40. Nordberg, J.; Arner, E.S. Reactive oxygen species, antioxidants, and the mammalian thioredoxin system. Free Radic. Biol. Med. 2001, 31, 1287–1312. [Google Scholar] [CrossRef]
41. Steinbrenner, H.; Al-Quraishy, S.; Dkhil, M.A.; Wunderlich, F.; Sies, H. Dietary selenium in adjuvant therapy of viral and bacterial infections. Adv. Nutr. 2015, 6, 73–82. [Google Scholar] [CrossRef]
42. Sies, H.; Parnham, M.J. Potential therapeutic use of ebselen for covid-19 and other respiratory viral infections. Free Radic. Biol. Med. 2020, 156, 107–112. [Google Scholar] [CrossRef]
43. Jin, Z.; Du, X.; Xu, Y.; Deng, Y.; Liu, M.; Zhao, Y.; Zhang, B.; Li, X.; Zhang, L.; Peng, C.; et al. Structure of m(pro) from sars-cov-2 and discovery of its inhibitors. Nature 2020, 582, 289–293. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
44. Alehagen, U.; Johansson, P.; Bjornstedt, M.; Rosen, A.; Post, C.; Aaseth, J. Relatively high mortality risk in elderly swedish subjects with low selenium status. Eur. J. Clin. Nutr. 2016, 70, 91–96. [Google Scholar] [CrossRef]
45. Schomburg, L.; Orho-Melander, M.; Struck, J.; Bergmann, A.; Melander, O. Selenoprotein-p deficiency predicts cardiovascular disease and death. Nutrients 2019, 11, 1852. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
46. Bomer, N.; Grote Beverborg, N.; Hoes, M.F.; Streng, K.W.; Vermeer, M.; Dokter, M.M.; Ijmker, J.; Anker, S.D.; Cleland, J.G.F.; Hillege, H.L.; et al. Selenium and outcome in heart failure. Eur. J. Heart Fail. 2019. [Google Scholar] [CrossRef]
47. Hu, X.F.; Stranges, S.; Chan, L.H.M. Circulating selenium concentration is inversely associated with the prevalence of stroke: Results from the canadian health measures survey and the national health and nutrition examination survey. J. Am. Heart Assoc. 2019, 8, e012290. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
48. Rayman, M.P. Selenium and human health. Lancet 2012, 379, 1256–1268. [Google Scholar] [CrossRef]
49. Schomburg, L.; Hughes, D.J. The missing link? The potential role of selenium in the development of liver cancer and significance for the general population. Expert Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2017, 11, 707–709. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]