Роль нутрієнтів у підвищенні імунітету при пандемії COVID-19

Ольга М. Креховська-Лепявко; Борис А. Локай; С.О. Ястремська; Н.І. Рега; В.Є. Городецький

Резюме. Аналізуючи перебіг пандемії COVID-19 без наявного на даний час оптимального лікування даного захворювання, функціональність та ефективність імунної відповіді вважаються одними з ключових факторів захисту в ході боротьби з даною інфекцією. Деякі поживні речовини, особливо вітаміни та мікроелементи, мають вирішальне значення для ефективної роботи імунної системи. Дослідження показали, що приймання вітамінів А і D після вакцинації проти грипу підвищувало рівень гуморального імунітету в дітей. Застосування дієтичних добавок із високим вмістом цинку пацієнтами з torque teno virus (вірус гепатиту TTV) сприяв посиленню імунітету. Крім того, високі дози селену мали позитивний вплив на імунну відповідь у пацієнтів після щеплення проти грипу. Щодо інфекції COVID-19, яка також має вірусну етіологію, важливо розуміти механізми посилення імунного захисту у відповідь на вірусні ураження та розробити практичні рекомендації щодо споживання різноманітних вітамінів та мінералів для профілактики та лікування COVID-19. Мета дослідження – провести аналіз наукової літератури щодо стратегії використання нутрієнтів для підвищення імунної системи в умовах пандемії COVID-19. Матеріали і методи. У дослідженні використано публікації світової наукової літератури про інфекцію COVID-19, зокрема про причини та механізми її розвитку, лікування, ускладнення та наслідки, а також про вплив різних нутрієнтів на перебіг COVID-19. Даний огляд розкриває роль харчування у підвищенні імунної відповіді організму під час вірусних інфекцій, у тому числі при COVID-19, та механізми впливу поживних речовин на посилення імунного захисту організму. Результати. Імунна система організму відіграє визначну роль у боротьбі з інфекційними чинниками. У відповідь на появу пандемії COVID-19, усі зусилля світових науковців були направлені на винайдення вакцини для активної протидії цьому вірусу. На сьогодні доведено, що раціональне харчування також сприяє посиленню роботи імунної системи як передової лінії захисту організму. Дослідники вважають, що дефіцит певного поживного елемента призводить до порушення процесів імунних реакцій. Принципи харчування, засновані на використанні різноманітних мікроелементів, вітамінів, пробіотиків та нутрієнтів, можуть бути корисними для профілактики та лікування COVID-19. Контроль спалаху COVID-19 та майбутніх епідемій вимагає глобальних зусиль серед лікарів, імунологів, дієтологів, дослідників, фармацевтів та медичних сестер. Крім того, високий рівень обізнаності щодо ролі харчування у боротьбі з вірусом шляхом зміцнення імунної системи, а також краще розуміння динаміки передачі, інкубаційного періоду та реплікацій COVID-19 і пошук та розробка специфічних вакцин та терапевтичних засобів відкриють шлях до подолання даної пандемії. Висновки. Незважаючи на те, що точні внутрішньоклітинні механізми імуностимулюючої дії нутрієнтів не вивчені повністю, існує багато доказів їх сприятливого впливу на стан імунної системи організму, а також доведена їх антиоксидантна та протизапальна активність. Харчування відіграє доказову роль у профілактиці та лікуванні респіраторних інфекцій різних ступенів тяжкості. Адекватне харчування є ще більш важливим для жителів країн із низьким і середнім рівнем доходів, де дефіцит ключових вітамінів і мінералів наражає людей на більшу захворюваність та смертність. Країни з низьким та середнім рівнем доходу повинні розробити стратегію для забезпечення доступу населення в цілому до оптимального харчування для зміцнення імунної системи, а також забезпечити раціональне харчування в ході лікування хворих на COVID-19

COVID-19, вірусна інфекція, харчування, поживні речовини, вітаміни, мікроелементи

[1] Nasri H, Baradaran A, Shirzad H, Rafieian-Kopaei M. New concepts in nutraceuticals as alternative for pharmaceuticals. Int J Prev Med. 2014;5: 1487-99.

[2] Chen YH, Chang GK, Kuo SM, Huang SY, Hu IC, Lo YL, et al. Well-tolerated Spirulina extract inhibits influenza virus replication and reduces virus-induced mortality. Sci Rep. 2016;6: 24253. DOI: 10.1038/srep24253

[3] Wintergerst ES, Maggini S, Hornig DH. Contribution of selected vitamins and trace elements to immune function. Ann Nutr Metab. 2007;51: 301-23. DOI: 10.1159/000107673

[4] Grant WB, Lahore H, McDonnell SL, Baggerly CA, French CB, Aliano JL, et al. Evidence that vitamin D supplementation could reduce risk of influenza and COVID-19 infections and deaths. Nutrients. 2020;12: 988. DOI: 10.3390/nu12040988

[5] Miller ER, Pastor-Barriuso R, Dalal D, Riemersma RA, Appel LJ, Guallar E. Meta-analysis, high-dosage vitamin E supplementation may increase all-cause mortality. Ann Intern Med. 2005;142: 37-46. DOI: 10.7326/0003-4819-142-1-200501040-00110

[6] Schwalfenberg GK. A review of the critical role of vitamin D in the functioning of the immune system and the clinical implications of vitamin D deficiency. Mol Nutr Food Res. 2011;55(1): 96-108. DOI: 10.1002/mnfr.201000174. [PubMed: 20824663].).

[7] Cantorna MT. Mechanisms underlying the effect of vitamin D on the immune system. Proc Nutr Soc. 2010;69(3): 286-9. DOI: 10.1017/S0029665110001722. [PubMed: 20515520]. [PubMed Central: PMC3138329]

[8] Grant WB, Lahore H, McDonnell SL, Baggerly CA, French CB, Aliano JL, et al. Evidence that vitamin D supplementation could reduce risk of influenza and COVID-19 infections and deaths. Nutrients. 2020;12(4). DOI: 10.3390/nu12040988. [PubMed: 32252338]. [PubMed Central: PMC7231123]

[9] Braiman M. Latitude dependence of the COVID-19 mortality rate—a possible relationship to vitamin D deficiency? SSRN Electronic Journal. 2020. DOI: 10.2139/ssrn.3561958

[10] Jayawardena R, Sooriyaarachchi P, Chourdakis M, Jeewandara C, Ranasinghe P. Enhancing immunity in viral infections, with special emphasis on COVID-19: A review. Diabetes Metab Syndr. 2020;14(4): 367-82. DOI: 10.1016/j.dsx.2020.04.015. [PubMed: 32334392]. [PubMed Central: PMC7161532].).

[11] Shankar AH, Prasad AS. Zinc and immune function: the biological basis of altered resistance to infection. Am J Clin Nutr. 1998;68(2 suppl): 447S-463S. DOI:10.1093/ajcn/68.2.447S [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

[12] Sherman AR. Zinc, copper, and iron nutriture and immunity. J Nutr. 1992;122(3 suppl): 604-9. [PubMed] [Google Scholar

[13] Keen CL, Uriu-Adams JY, Ensunsa JL, et al.Trace elements/minerals and immunity In: Gershwin ME, Nestel P, Keen CL, eds. Handbook of Nutrition and Immunity. Humana Press; 2004: 117-40. [Google Scholar]

[14] Wessels I, Maywald M, Rink L. Zinc as a gatekeeper of immune function. Nutrients. 2017;9: 1286. DOI: 10.3390/nu9121286

[15] Maares M, Haase H. Zinc and immunity: an essential interrelation. Arch Biochem Biophys. 2016;611: 58-65. DOI: 10.1016/j.abb.2016.03.022

[16] Wessells KR, Brown KH. Estimating the global prevalence of zinc deficiency, results based on zinc availability in national food supplies and the prevalence of stunting. PLoS ONE. (2012) 7:e50568. DOI: 10.1371/journal.pone.0050568

[17] Barnett JB, Hamer DH, Meydan SN. Low zinc status, a new risk factor for pneumonia in the elderly? Nut Rev. 2010;68: 30-7. DOI: 10.1111/j.1753-4887.2009.00253.x

[18] Prasad AS, Bao B, Beck FW, Sarkar FH. Correction of interleukin-2 gene expression by in vitro zinc addition to mononuclear cells from zinc-deficient human subjects, a specific test for zinc deficiency in humans. Transl Res. 2006;148: 325-33. DOI: 10.1016/j.trsl.2006.07.008

[19] Bao B, Prasad AS, Beck FW, Bao GW, Singh T, Ali S, et al. Intracellular free zinc up-regulates IFN-gamma and T-bet essential for Th1 differentiation in Con-A stimulated HUT-78 cells. Biochem Biophys Res Commun. 2011;407: 703-7. DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.03.084

[20] Barnett JB, Dao MC, Hamer DH, Kandel R, Brandeis G, Wu D, et al. Effect of zinc supplementation on serum zinc concentration and T cell proliferation in nursing home elderly, a randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Am J Clin Nut. 2016;103: 942-51. DOI: 10.3945/ajcn.115.115188

[21] Te Velthuis AJ, van den Worm SH, Sims AC, Baric RS, Snijder EJ, van Hemert MJ. Zn2+ inhibits coronavirus and arterivirus RNA polymerase activity in vitro and zinc ionophores block the replication of these viruses in cell culture. PLoS Pathogens. 2010;6: e1001176. DOI: 10.1371/journal.ppat.1001176

[22] Zhang L, Liu Y. Potential interventions for novel coronavirus in China, a systematic review. J Med Virol. 2020;92: 479-90. DOI: 10.1002/jmv.25707

[23] Wang M, Cao R, Zhang L, Yang X, Liu J, Xu M, et al. Remdesivir and chloroquine effectively inhibit the recently emerged novel coronavirus (2019-nCoV) in vitro. Cell Res. 2020;30: 269-71. DOI: 10.1038/s41422-020-0282-0

[24] Xue J, Moyer A, Peng B, Wu J, Hannafon BN, Ding WQ. Chloroquine is a zinc ionophore. PLoS ONE. 2014;9: e1091802014. DOI: 10.1371/journal.pone.0109180

[25] Skalny AV, Rink L, Ajsuvakova OP, Aschner M, Gritsenko VA, Alekseenko S, et al. Zinc and respiratory tract infections: perspectives for COVID 19 (Review). Int J Mol Med. 2020;46: 17-26. DOI: 10.3892/ijmm.2020.4575

[26] Guastalegname M, Vallone A. Could chloroquine/hydroxy-chloroquine be harmful in Coronavirus disease 2019 (COVID-19) treatment? Clin Infect Dis. 2020;71: 888-9 DOI: 10.1093/cid/ciaa321

[27] Lin MH, Moses DC, Hsieh CH, Cheng SC, Chen YH, Sun CY, et al. Disulfiram can inhibit MERS and SARS coro-navirus papain-like proteases via different modes. Antiviral Res. 2018;150: 155-63. DOI: 10.1016/j.antiviral.2017.12.015

[28] Wessling-Resnick M. Crossing the iron gate, why and how transferrin receptors mediate viral entry. Annu Rev Nutr. 2018;38: 431-58. DOI: 10.1146/annurev-nutr-082117-051749

[29] Cavezzi A, Troiani E, Corrao S. COVID-19: hemoglobin, iron, and hypoxia beyond inflammation. A narrative review. Clin Pract. 2020;10: 1271. DOI: 10.4081/cp.2020.1271

[30] Hoffmann PR, Berry MJ. The influence of selenium on immune responses. Mol Nutr Food Res. 2008;52: 1273-80. DOI: 10.1002/mnfr.200700330

[31] Hiffler L, Rakotoambinina B. Selenium and RNA viruses interactions: potential implications for SARS-Cov-2 infection (Covid-19). Front Nutr. 2020;7. DOI: 10.31219/osf.io/vaqz6

[32] Guillin OM, Vindry C, Ohlmann T, Chavatte L. Selenium, selenoproteins and viral infection. Nutrients. 2019;1: 2101. DOI: 10.3390/nu11092101

[33] Ma X, Bi S, Wang Y, Chi X, Hu S. Combined adjuvant effect of ginseng stem-leaf saponins and selenium on immune responses to a live bivalent vaccine of Newcastle disease virus and infectious bronchitis virus in chickens. Poult Sci. 2019;98: 3548-56. DOI: 10.3382/ps/pez207

[34] Liu N, Ru YJ, Cowieson AJ, Li FD, Cheng XCh. Effects of phytate and phytase on the performance and immune function of broilers fed nutritionally marginal diets. Poult Sci. 2008;87: 1105-11. DOI: 10.3382/ps.2007-00517

[35] Chen K, Jiang WD, Wu P, Liu Y, Kuang SY, Tang L, et al. Effect of dietary phosphorus deficiency on the growth, immune function and structural integrity of head kidney, spleen and skin in young grass carp (Ctenopharyngodon idella). Fish Shellfish Immunol. 2017;63: 103-26. DOI: 10.1016/j.fsi.2017.02.007

[36] Chen K, Zhou XQ, Jianga WD, Wu P, Liu Y, Jiang J, et al. Dietary phosphorus deficiency caused alteration of gill immune and physicalbarrier function in the grass carp (Ctenopharyngodon idella) after infectionwith Flavobacterium columnare Aquaculture. 2019;506: 1-13. DOI: 10.1016/j.aquaculture.2019.03.018

[37] Sokolova VV, Radtke I, Heumann R, Epple M. effective transfection of cells with multi-shell calcium phosphate–DNA nanoparticles. Biomaterials. 2006;27: 3147-53. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2005.12.030

[38] Behera T. Priyabrat Swain-antigen adsorbed calcium phosphate nanoparticles stimulate both innateand adaptive immune response in fish, Labeo rohita H. Cell Immunol. 2011;271: 350-9. DOI: 10.1016/j.cellimm.2011.07.015

[39] Goto N, Kato H, Maeyama J, Eto K, Yoshihara S. Studies on the toxicities of aluminium hydroxide and calcium phosphate as immunological adjuvants for vaccines. Vaccine. 1993;11: 914-8. DOI: 10.1016/0264-410X(93)90377-A

[40] He Q, Mitchell AR, Johnson SL, Bartak CW, Morcol T, Bell SJ. Calcium phosphate nanoparticle adjuvant. Clin Diagn Lab Immunol. 2000;7: 899-903. DOI: 10.1128/CDLI.7.6.899-903.2000

[41] He Q, Mitchell AR, Morcol T, Bell Steve JD. Calcium phosphate nanoparticles induce mucosal immunity and protection against herpes simplex virus type 2. Clin Diagn Lab Immunol. 2002;9: 1021-4. DOI: 10.1128/CDLI.9.5.1021-1024.2002

[42] Mora JR, Iwata M, von Andrian UH. Vitamin effects on the immune system: vitamins A and D take centre stage. Nat Rev Immunol. 2008;8(9): 685-98. DOI:10.1038/nri2378

[43] Alagawany M, Attia YA, Farag MR, Elnesr SS, Nagadi SA, Shafi ME, Khafaga AF, Ohran H, Alaqil AA, Abd El-Hack ME. The strategy of boosting the immune system under the COVID-19 pandemic. Front Vet Sci. 2021;8;7: 570748. DOI: 10.3389/fvets.2020.570748. PMID: 33490124; PMCID: PMC7820179

[44] https://www.vitabiotics.com/blogs/health-areas/best-sources-of-zinc

[45] https://juliawebmd.wordpress.com/2016/04/08/how-is-my-blood-composed-inside-my-body/)

[46] https://u.osu.edu/whitacre.44/metals-selenium/)