Identificação de alterações metabólicas associadas à ativação microglial induzida pela glicoproteína Spike do vírus SARS-CoV-2

Abstract

O vírus SARS-CoV-2 é o agente etiológico da COVID-19, doença infecciosa responsável pela crise sanitária mais significativa da história recente. Uma faceta desta infecção envolve seu impacto no sistema nervoso central, que pode levar a manifestações neuropsiquiátricas persistentes. Um mecanismo proposto subjacente a esta neuropatogenia implica a exacerbação da atividade das células microgliais desencadeada pela proteína Spike (S) do vírus, promovendo um ambiente pró-inflamatório e neurotóxico. Com o objetivo de compreender a dinâmica imunometabólica associada à ativação microglial foi realizada uma análise metabolômica da linhagem celular BV-2 estimulada com proteína S por um sistema de cromatografia líquida acoplada a um espectrômetro de massas de alta resolução (LC-HRMS/MS). Para experimentos de fragmentação (MS/MS) as medições foram realizadas no modo MS/MS automático não direcionado. A identificação putativa foi baseada na comparação precisa de dados de massa e/ou MS/MS com o Human Metabolome Database. Como resultado observou-se que a glicoproteína Spike do SARS-CoV-2 induz polarização das células microgliais para o fenótipo M1 e regula negativamente o ciclo do ácido cítrico e o metabolismo dos ésteres de carnitina, como a malonilcarnitina e a octanoilcarnitina. Essa alteração metabólica possivelmente atenua a beta-oxidação de ácidos graxos mitocondriais, influenciando no perfil de lipídios bioativos e o estresse oxidativo celular. Desta forma, o presente trabalho sugere o envolvimento do metabolismo energético celular na neuropatogenia relacionada ao SARS-CoV-2.

Abstract: The SARS-CoV-2 virus is the etiological agent of COVID-19, an infectious disease responsible for the most significant health crisis in recent history. One aspect of this infection involves its impact on the central nervous system, which can lead to persistent neuropsychiatric manifestations. A proposed underlying mechanism of this neuropathogenesis involves the exacerbation of microglial cell activity triggered by the viral Spike (S) protein, promoting a pro-inflammatory and neurotoxic environment. To understand the immunometabolic dynamics associated with microglial activation, a metabolomic analysis was conducted on the BV-2 cell line stimulated with the S protein using a liquid chromatography system coupled with a high-resolution mass spectrometer (LC-HRMS/MS). For fragmentation experiments (MS/MS), measurements were performed in an untargeted automatic MS/MS mode. Putative identification was based on the precise comparison of mass and/or MS/MS data with the Human Metabolome Database. As a result, it was observed that the SARS-CoV-2 Spike glycoprotein induces microglial cell polarization towards the M1 phenotype and downregulates the citric acid cycle and carnitine ester metabolism, such as malonylcarnitine and octanoylcarnitine. This metabolic alteration attenuates mitochondrial fatty acid beta-oxidation, influencing the profile of bioactive lipids and cellular oxidative stress. Thus, the present work suggests the involvement of cellular energy metabolism in SARS-CoV-2-related neuropathogenesis.