Βιταμίνη D και ευπάθεια στη νόσο COVID – 19 σε παιδιά

Abstract

Background: Vitamin D is a potent regulator of the innate and acquired immunity responses, with a strong effect on gene expression. Poor vitamin D status has been linked to both greater susceptibility and severity of respiratory infections. The biological actions of vitamin D are executed through the receptor of vitamin D (VDR) and vitamin Dbinding protein (VDBP), to which 25-hydroxyvitamin D (25[OH]D), the major circulating form of vitamin D, is bound. In fact, the major single nucleotide polymorphisms (SNPs) of the VDR gene, the Gc gene encoding the VDBP, and the 1 α-hydroxylase enzyme (CYP27B1) required to convert the circulating 25[OH]D to the active form of 1,25-dihydroxyvitamin D (1,25[OH]2D), have been linked to children’s susceptibility to acute, mainly viral, lower respiratory tract infections. Thus, evidence suggests the possible role of vitamin D as well as its induced antimicrobial peptide LL-37, as an immune modulator. However, the effect of the genetic background mediating vitamin D biological actions on COVID-19 disease in children remains ambiguous. Aim: The hypothesis we aimed to explore is that the vitamin D-related genetic background defining 25(OH)D status may be associated with the occurrence and severity of COVID-19 infection in children. Herein, we explored key genetic variants within the vitamin D pathway in pediatric COVID-19 patients, and in relation to the circulating vitamin D binding protein (VDBP), as well as the role of the cathelicidin antimicrobial peptide in the infection. Methods: In this prospective case - control study, 60 children 0–14 years with SARS-CoV-2 infection and matched controls were genotyped for the VDR gene (FokI, BsmI, TaqI, ApaI), the Gc gene of VDBP (rs7041, rs4588), and the CYP27B1 promoter (rs10877012) single-nucleotide polymorphisms, by polymerase chain reaction and restriction fragment length polymorphism assay. Serum VDBP and the cathelicidin-derived antimicrobial peptide LL-37 concentration was evaluated using enzyme-linked immunosorbent assay technique (ELISA). Results: The FokI FF genotype was more frequent among COVID-19 patients compared to the control group, in which the TaqI TT genotype was prevalent (OR=2.26; 95% CI: 1.08-4.73; p=0.02 and OR=0.29; 95% CI: 0.13-0.63; p=0.001, respectively). The VDR FokI F allele was associated with a 2.04-fold increased risk of COVID-19 (OR=2.04; 95% CI: 1.14–3.64; p=0.01). Gc1F haplotype was significantly more represented in controls compared to COVID-19 patients (OR= 0.39; 95% CI: 0.19-0.81; p=0.01). Multivariable analysis demonstrated an independent association of the VDR FokI F allele with both susceptibility to COVID-19 (adjusted OR=1.91; 95% CI: 1.01–3.59; p=0.044) and disease severity (adjusted OR=3.31; 95% CI: 1.03–10.71; p=0.045), after adjustment for age, sex, and the presence of comorbidities. No significant differences were observed for BsmI, ApaI and Gc rs4588 genotypes between COVID-19 cases and controls. Serum VDBP and LL-37 levels were found similar between both groups. Conclusions: Genotypic distribution in VDR, VDBP and CYP27B1-1260 genes are possibly related to COVID-19 infection and may have a significant clinical impact on disease in children. Τhe F allele of the VDR FokI polymorphism may be independently associated with both susceptibility to COVID-19 and disease severity in children. This research may further elucidate genetic susceptibility to multisystem viral infections and establish genetic markers for severe clinical outcome.

Εισαγωγή: Η βιταμίνη D αποτελεί μία πολυδύναμη ρυθμιστική ορμόνη της φυσικής και επίκτητης ανοσίας, με ισχυρή επίδραση στη γονιδιακή έκφραση. Τα χαμηλά επίπεδα βιταμίνης D έχουν συσχετιστεί τόσο με μεγαλύτερη ευαισθησία όσο και σοβαρότητα των αναπνευστικών λοιμώξεων. Οι βιολογικές δράσεις της, καθορίζονται μέσω του υποδοχέα της (VDR) και τη δεσμευτική πρωτεΐνη της βιταμίνης D (VDBP), στην οποία η 25-υδροξυ-βιταμίνη D (25[OH]D), η κύρια κυκλοφορούσα μορφή, είναι προσδεδεμένη. Μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί (SNPs) του γονιδίου που κωδικοποιεί τον υποδοχέα VDR, του γονιδίου Gc που κωδικοποιεί τη VDBP, και τoυ ενζύμoυ 1-α-υδροξυλάση (CYP21B) που απαιτείται για τη μετατροπή της κυκλοφορούσας 25[OH]D στην ενεργό μορφή της 1,25-διυδροξυ βιταμίνης D (1,25[OH]2D), έχουν συσχετιστεί με την ευπάθεια των παιδιών σε οξείες, κυρίως ιογενείς, λοιμώξεις του αναπνευστικού συστήματος. Έτσι, πρόσφατα στοιχεία υποστηρίζουν τον πιθανό ρόλο της βιταμίνης D, καθώς και του επαγόμενου της αντιμικροβιακού πεπτιδίου της καθελισιδίνης LL-37, ως ανοσορρυθμιστικoύς παράγοντες. Ωστόσο, η επίδραση του γενετικού προφίλ που καθορίζει τις βιολογικές αποκρίσεις της βιταμίνης D στη νόσο COVID-19 στα παιδιά παραμένει ασαφής. Σκοπός: Η υπόθεση αυτής της μελέτης, είναι ότι το γενετικό υπόβαθρο της βιταμίνης D το οποίο καθορίζει τα επίπεδα της, μπορεί να σχετίζεται με την ευπάθεια των παιδιών στη νόσο COVID-19 και τη σοβαρότητα της λοίμωξης. Στην παρούσα μελέτη, διερευνήσαμε γενετικές παραλλαγές «κλειδιά» στο μονοπάτι της βιταμίνης D στους παιδιατρικούς ασθενείς με COVID-19, τη συσχέτισή τους με τα κυκλοφορούντα επίπεδα της VDBP καθώς και το ρόλο του αντιμικροβιακού πεπτιδίου της καθελισιδίνης στη λοίμωξη. Μεθοδολογία: Πρόκειται για μια προοπτική μελέτη ασθενών-μαρτύρων που πραγματοποιήθηκε σε παιδιά 0-14 ετών με λοίμωξη από τον ιό SARS-CoV-2 και σε αντιστοιχισμένα με βάση την ηλικία και το φύλο παιδιά της ομάδας ελέγχου. Πραγματοποιήθηκε γονοτύπηση των μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών του γονιδίου του υποδοχέα VDR (FokI, BsmI, TaqI, ApaI), του γονιδίου Gc της VDBP (rs7041, rs4588), και του υποκινητή του ενζύμου CYP27B1 (rs10877012), με τη μέθοδο της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR) και με ανάλυση μήκους θραύσματος εκ περιορισμού (RFLP). O προσδιορισμός των επιπέδων της VDBP και του αντιμικροβιακού πεπτιδίου της καθελισιδίνης LL-37 στον ορό πραγματοποιήθηκε με τη ανοσοενζυμική μέθοδο ELISA. Αποτελέσματα: O ομόζυγος γονότυπος FF για τον πολυμορφισμό FokI ήταν σημαντικά συχνότερος στους ασθενείς με COVID-19, σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου, στην οποία ο γονότυπος TaqI TT ήταν επικρατέστερος (OR=2.26; 95% CI: 1.08-4.73; p=0.02 και OR=0.29; 95% CI: 0.13-0.63; p=0.001, αντιστοίχως). Για το πολυμορφικό αλλήλιοVDR FokI F ανευρέθηκε 2,04 φορές αυξημένος κίνδυνος νόσησης από τη λοίμωξη COVID-19 (OR=2.04 95% CI: 1.14-3.64; p=0.01). Ο απλότυπος Gc1F του γονιδίου της VDBP αντιπροσωπεύεται σημαντικά περισσότερο από τους μάρτυρες της μελέτης σε σύγκριση με την ομάδα ασθενών με λοίμωξη COVID-19 (OR= 0.39; 95% CI: 0.19-0.81;p=0.01). Η πολυπαραγοντική ανάλυση ανέδειξε ανεξάρτητη συσχέτιση του αλληλομόρφου F του πολυμορφισμού VDR FokI τόσο με τη νόσηση από COVID-19 (διορθωμένο OR=1.91, 95% CI: 1.01–3.59, p=0.044) όσο και με την κλινική βαρύτητα της νόσου (διορθωμένο OR=3.31, 95% CI: 1.03–10.71, p=0.045), μετά από συνεκτίμηση της ηλικίας, του φύλου και της παρουσίας συννοσηροτήτων. Δε βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές από τη μελέτη των γονοτύπων BsmI, ApaI του υποδοχέα VDR και Gc rs4588 της VDBP ανάμεσα στις περιπτώσεις ασθενών με COVID-19 και τις περιπτώσεις μαρτύρων. Τα επίπεδα της VDBP και του πεπτιδίου LL-37 στον ορό βρέθηκαν παρόμοια και για τις δύο ομάδες ασθενών που μελετήθηκαν. Συμπεράσματα: Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναδείχθηκε ότι η γονοτυπική κατανομή των πολυμορφισμών των γονιδίων VDR, VDBP και CYP27B1-1260 πιθανά σχετίζονται με τη λοίμωξη COVID-19 και μπορεί να έχουν σημαντική επίδραση στην κλινική έκφραση της νόσου στα παιδιά. Το αλληλόμορφο F του πολυμορφισμού VDRFokI θα μπορούσε να σχετίζεται ανεξάρτητα τόσο με τη νόσηση όσο και με τη σοβαρότητα της COVID-19 στα παιδιά. Η παρούσα έρευνα διευκρινίζει περαιτέρω τη γενετική ευαισθησία στις πολυσυστηματικές ιογενείς λοιμώξεις και μπορεί να καταστήσει δυνατή την ύπαρξη γενετικών δεικτών που υποδεικνύουν σοβαρή κλινικήέκβαση της νόσου.