Alfa-liponzuur en virale infecties

Alfa-liponzuur en virale infecties

Biochemie en fysiologie van alfa-liponzuur

Alfa-lipozuur (ALA) is in de natuurgeneeskunde geen onbekende stof. ALA is één van de meest bestudeerde en gebruikte natuurlijke verbindingen, omdat het een goed gedefinieerd antioxidant- en immuunmodulerend profiel heeft. Vanwege deze eigenschappen is ALA wetenschappelijk getest bij verschillende chronische immuno-inflammatoire aandoeningen, zoals diabetische neuropathie en het metabool syndroom. Door het antivirale profiel van ALA, heeft deze stof de aandacht getrokken voor de mogelijke inzet als adjuvante behandeling van verschillende virale infecties, zie deze studie.

ALA heeft een goed veiligheidsprofiel. Bij de rat is de acute LD50 > 2000 mg/kg en de NOAEL 62 mg/kg lichaamsgewicht per dag. Eén van de conclusies van een studie waarin diabetici met polyneuropathie gedurende twee jaar liponzuur hebben gebruikt, luidt: “It is of particular interest that no significant adverse reactions in association with the drug were observed in this long-term treatment”. En van deze studie waarin een groep van 610 zwangere vrouwen wordt beschreven, die liponzuur 7 – 20 weken (een enkeling nog wat langer) hebben gebruikt, luidt de conclusie: “RESULTS: This study provided a very clear and reassuring picture about the safety of alpha-lipoic acid oral treatment during pregnancy. No adverse effect was noticed in mothers or newborns. The two sets of monitored data, from treated and controls, were completely superimposable or, in some cases, better in alpha-lipoic acid group. CONCLUSIONS: Our results open a reassuring scenario regarding the administration of alpha-lipoic acid during pregnancy”.

Er bestaat een vorm van auto-immuniteit gericht tegen insuline, die veroorzaak zou kunnen worden door bepaalde geneesmiddelen en mogelijk door liponzuur, ook wel Insulin Auto Immune Syndroom (IAS) of Hirata’s disease genaamd en kan overigens ook door diverse andere oorzaken, zoals virale infecties worden uitgelokt. Bepaalde geneesmiddelen met een sulfhydryl- of thiolgroep (SH) in het molecuul èn die over reducerende eigenschappen beschikken (zoals methimazole, captopril, D-penicillamine, clopidogrel, diltiazem) zouden in het insulinemolecuul de S-S brug kunnen verbreken, waardoor de insuline-alfa-keten blootgesteld kan worden aan de antigeen-presenterende cellen van ons immuunsysteem. Doordat liponzuur ook zwavelatomen bevat, vermoeden sommige wetenschappers dat het ook IAS zou kunnen veroorzaken. IAS heeft echter een zeer duidelijke genetische component en is sterk gekoppeld aan bepaalde Humaan Leukocyten Antigenen-systemen (HLA). In Japan en Korea bijvoorbeeld is de frequentie van IAS vele malen hoger dan in Europa/bij mensen van de Kaukasische genetische variëteit, mede vanwege de verschillen in HLA-systemen/genetische eigenschappen. In de afgelopen decennia zijn in Europa relatief zeer weinig gevallen van IAS waargenomen en de vraag is hoeveel daarvan überhaupt door liponzuur veroorzaakt zouden kunnen zijn.

ALA is een krachtige endogene en exogene antioxidant. Het is een disulfideverbinding die oplosbaar is in zowel water als vet/olie. Na orale toediening wordt ALA snel geabsorbeerd uit het maagdarmkanaal, gevolgd door zowel het transport naar de weefsels als de renale excretie, wat de zeer korte halfwaardetijd verklaart (30-40 minuten na orale toediening en 12 minuten na intraveneuze toediening). ALA kan het beste of 30 minuten vóór of 2 uur ná een maaltijd worden ingenomen. Met name de r+ isomeer (enantiomeer) van ALA is voor de mens het meest lichaamseigen en heeft de grootste enzymactiviteit. Omdat alfa-liponzuur en biotine als prosthetische groepen (cofactoren) voor de binding aan bepaalde enzymen kunnen wedijveren, wordt aan voedingssupplementen met liponzuur vaak ook biotine toegevoegd. De gereduceerde vorm van ALA, dihydroliponzuur, vertegenwoordigt de actieve metaboliet, zie Figuur 1 hieronder:

Benevens antioxidatieve en immuunmodulerende eigenschappen is liponzuur ook een belangrijke cofactor voor enzymatische processen in onze stofwisseling. ALA is onder meer een cofactor van de enzymen pyruvaat-dehydrogenase en α-ketoglutarate-dehydrogenase. Onder andere de oxidatieve decarboxylering van pyruvaat tot acetyl-CoA, een belangrijke stap tussen de glycolyse en de citroenzuurcyclus, is afhankelijk van alfa-liponzuur. De r+ isomeer heeft een duidelijk stijgend effect op de ATP-synthese, de s- vorm niet. Indien alfa-liponzuur onvoldoende aanwezig is in de cel, wordt pyruvaat niet in acetyl-CoA omgezet, maar in lactaat. Bij personen met insulineresistentie en diabetes 2 bij wie hyperinsulinemie optreedt, kunnen frequent verhoogde (nuchtere) serumwaarden
van lactaat worden aangetoond. In de cel verhoogt ALA het gebruik van glucose in de mitochondriën door acetyl-CoA te leveren voor de productie van acetylcholine. ALA induceert de activiteit van de enzymen die verantwoordelijk zijn voor de synthese van gereduceerd glutathion (GSH) en andere antioxidantstoffen, en het is een cofactor van verschillende mitochondriale enzymen. Aldus reguleert ALA via de citroenzuurcyclus direct en indirect verschillende processen, zoals de energieproductie en de nucleïnezuursynthese.

ALA bezit pleiotrope biologische activiteiten. Als vrije-radicalenvanger verhoogt ALA het niveau van gereduceerd GSH. En als onderdeel van het antioxidantsysteem regenereert het ook vitamine C en E. ALA stimuleert de insulineproductie en verbetert het glucosegebruik, waardoor de oxidatieve schade, die veroorzaakt kan worden door hyperglycemie, afneemt. Bovendien vermindert het de insulineresistentie en verbetert het de insulinegevoeligheid en de bloedsuikerspiegel. Bij patiënten met type 1 diabetes mellitus leidt ALA tot de neerwaartse regulatie van nucleaire factor-kB (NF-κB) in monocyten.

Voorts is aangetoond dat ALA de symptomen van diabetische (autonome) neuropathie kan verbeteren en het risico op diabetische retinopathie kan verlagen. ALA verbetert de endotheel-dysfunctie en vermindert het risico op een hartaanval en beroerte. ALA kan de bloed-hersenbarrière passeren en in onderzoekmodellen van de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson kan het de neuro-inflammatoire schade verlichten, waardoor neuronale dood wordt voorkomen. Bovendien verzwakt het de ontstekingsreactie in microglia-cellen aanzienlijk, waardoor de productie van pro-inflammatoire cytokines wordt verlaagd, zoals tumornecrosefactor-α (TNF-α) en IL-6, en andere cytotoxische moleculen, zoals stikstofmonoxide en ROS.

Cellen kunnen door diverse factoren zoals toxines, bacteriën, virussen, deficiënties aan (micro-) nutriënten in een biochemische stress komen. Een cel kan op diverse manieren op deze cellulaire, biochemische stress reageren, onder meer door de productie van zowel reactieve zuurstofsoorten (ROS) als reactieve stikstofsoorten (RNS), die de primaire vertegenwoordigers zijn van het pro-oxidantsysteem. ROS zijn samengesteld uit superoxiden en peroxiden en worden gekenmerkt door sterke microbicide activiteiten. Bovendien hebben ROS een breed scala aan effecten in de fysiologische cellulaire signalering en overlevingsmechanismen. De productie van RNS wordt gestart met de synthese van stikstofmonoxide (NO) gekatalyseerd door stikstofoxidesynthase (NOS). RNS omvat NO en zijn derivaat peroxynitriet (ONOO−), dat een krachtig oxidatieve stof is. NO zijn zeer reactieve verbindingen die vrij door celmembranen diffunderen en die samen met ROS in fagosomen toxische effecten kunnen uitoefenen op geïnternaliseerde micro-organismen.

Het behoud van fysiologisch lage en gunstige ROS-niveaus wordt behouden door de werking van verschillende endogene antioxidanten, bijvoorbeeld de tripeptide glutathion (GSH). Veranderingen in het redoxsysteem leiden tot pathologische effecten, zoals eiwitmisvouwing, celbeschadiging en celdood. Oxidatieve stress wordt in verband gebracht met meerdere chronische ziekten, waaronder atherosclerose, type 2 diabetes, chronische nierziekte en vasculaire calcificatie.

Alfa-liponzuur, oxidatieve stress en virale infecties
Het redoxsysteem speelt ook een rol bij virale infecties en hoe het immuunsysteem daarop reageert, bijvoorbeeld met de productie van inflammatoire cytokines. Vele bewijslijnen suggereren dat overmatige productie van ROS gepaard gaat met vrijwel alle respiratoire virale infecties en dat de uitbundige productie van ROS, geassocieerd met een inadequate of defecte antioxidantrespons,
betrokken kan zijn bij ernstigere vormen van virale morbiditeit. Het teveel aan ROS draagt onder meer bij aan de activering en nucleaire translocatie van de NF-KB-factor, toenemende productie van pro-inflammatoire cytokinen en de stijging van het pro-inflammatoire proces. ALA kan deze effecten van NF-KB afremmen.

Oxidatieve stress (OS), als gevolg van een verstoorde balans tussen reactieve zuurstofsoorten (ROS) en beschermende antioxidanten, wordt verondersteld een belangrijke pathogenetische rol te spelen bij verschillende ziekten, waaronder virale infecties. De gedereguleerde productie van ROS kan optreden bij verschillende virale infecties, waaronder:

Influenzavirussen (IV)
Influenzavirussen zijn RNA-virussen die behoren tot de Orthomyxoviridae-familie. Tijdens een influenza-infectie kan zowel in het bloed, de urine als de longen een aanzienlijke toename van oxidatieproducten worden gedetecteerd, waaronder 8-hydroxydeoxyguanosine, malondialdehyde, F2-isoprostaan, 7-ketocholesterol en 7β-hydroxycholesterol. Verhoogde niveaus van sterol-oxidatieproducten kunnen overigens nog tot ruim drie maanden na een influenza-infectie worden waargenomen. Ook zijn verhoogde niveaus van ROS, stikstofmonoxidesynthase 2 (iNOS) en nitrotyrosine gevonden in de longweefsels van patiënten die stierven aan een influenza-infectie. Verschillende studies hebben aangetoond dat n-acetylcysteïne (NAC), ascorbinezuur en vitamine E positieve effecten hebben op influenza-infecties door de virale replicatie en ontsteking te remmen. In een in vitro onderzoek remde alfa-liponzuur de replicatie van het influenzavirus in MDCK-cellen en verminderde het de nucleaire translocatie van NF-KB. Bovendien werd de caspase-3-activiteit opmerkelijk geremd en werden type I-interferonen (IFN's) op-gereguleerd na behandeling met alfa-liponzuur. Over het algemeen gaven de beschikbare gegevens aan dat ALA een potentieel anti-griepmiddel zou kunnen zijn, dat verder onderzoek verdient.

T.g.v. virale infecties dalen de glutathionvoorraden in de weefsels. In aanwezigheid van een goed uitgebalanceerde redoxtoestand is GSH de belangrijkste intracellulaire antioxidant die ROS tegengaat via de thiolgroep van zijn cysteïne die oxideert tot de disulfidevorm (GSSG), en vervolgens wordt teruggebracht tot de thiolvorm (GSH) door het enzym GSH-reductase. Bij een influenza-infectie, is een verlaging van GSH vereist voor de vouwing/plooiing en rijping van het virale glycoproteïne hemagglutinine (HA) en derhalve voor virale replicatie. De belangrijkste precursor voor de synthese van glutathion in onze cellen is NAC (n-acetylcystëine). NAC beschikt overigens nog over diverse andere positieve biochemische immuunmodulerende en anti-inflammatoire eigenschappen, die glutathion niet heeft. NAC kan ook gecombineerd worden met bromelaïne.

SARS-CoV-2 en bèta-coronavirussen
Coronavirussen (COV’s) zijn een grote familie van enkelstrengs, omhulde positief-RNA-virussen. De ernst van COVID-19 lijkt af te hangen van de massale afgifte van pro-inflammatoire cytokines, waaronder interleukine (IL)-1β, IL-2, IL-6, IL-7, IL-8, TNF-α en chemokines zoals CXC-chemokine ligand 10 (CXCL10) en CC-chemokine ligand 2 (CCL2), bekend als de ‘cytokine storm’. Dit bevordert waarschijnlijk een zichzelf aanhoudende ontstekingsreactie. Evenals bij influenza kan SARS-CoV-2 naast het ademhalingssysteem ook andere organen beïnvloeden, waaronder het hart, de nieren en
het centrale zenuwstelsel. Gevolgen van virale infectie van het respiratoire epitheel omvatten dysfunctie en vernietiging van alveolair epitheel en een toename van capillaire endotheel-permeabiliteit. Deze effecten worden gedeeltelijk gemedieerd door de impact van de pro-inflammatoire ‘cytokinestorm’ die wordt geproduceerd tijdens de late antivirale innate (aangeboren) immuunrespons.

COVID-19-patiënten kunnen verhoogde serum-creatininespiegels, proteïnurie en hematurie hebben en kunnen neurologische symptomen ontwikkelen, zoals hoofdpijn, Parkinsonisme en anosmie. Bovendien kan een trombogene diathese, gekenmerkt door de verhoging van D-dimeer en andere pro-coagulante parameters, worden waargenomen (ook als bijwerkingen van de vaccins kunnen deze verschijnselen overigens optreden).

Verschillende onderzoeken suggereren mogelijke gunstige effecten van alfa-liponzuur bij SARS-CoV-2-infecties. Het SARS-CoV-2 virus treedt menselijke cellen met name via de zogenaamde ACE-2 receptor binnen. De affiniteit van SARS-CoV-2 voor de ACE2-receptor wordt versterkt door de oxidatie van de cysteïneresiduen in het S-eiwit (RBD) van het virus en die van het ACE2 (peptidase-domein) in de celmembraan; volgens onderzoekers kan ALA de oxidatie van deze cysteïneresiduen verminderen en daardoor waarschijnlijk de invoer van SARS-CoV-2 in de cel remmen. En door de ROS-niveaus te verlagen, kan LA bovendien een ontstekingsremmend effect uitoefenen, waardoor de pro-inflammatoire cytokinesecretie wordt verminderd.

Alfa-liponzuur blijkt nog een gunstige eigenschap te hebben: het verhoogt de cellulaire opname van cysteïne en n-acetylcysteïne en stimuleert daardoor de synthese van glutathion. Ook kan ALA de Nf2-ARE-signaleringsroutes activeren, waardoor de activiteit van het enzym glutamaat-cysteïne-ligase wordt gestimuleerd en de glutathionproductie stijgt.

De pathogenese van COVID-19 wordt ook gekenmerkt door mitochondriale dysfunctie. Het is waarschijnlijk dat ALA mitochondriale oxidatieve schade kan verminderen, omdat het fungeert als een cofactor voor α-ketoglutaraatdehydrogenase; dit enzym wordt beschouwd als een sensor van de mitochondriale redoxstatus die de mitochondriale cytochroom-c-afgifte en celdood reguleert.

In de onderstaande Figuur 2 wordt inzichtelijk gemaakt op welke plaatsen alfa-liponzuur (ALA) op de celmembraan en in de cel kan ingrijpen bij virale infecties:

Bron: Mechanics Insights of Alpha-Lipoic Acid against Cardiovascular Diseases during COVID-19 Infection

Gevolgen van virale infectie voor het respiratoire epitheel omvatten dysfunctie en vernietiging van alveolair epitheel en een toename van capillaire endotheel-permeabiliteit. Deze effecten worden gedeeltelijk gemedieerd door de impact van de pro-inflammatoire ‘cytokinestorm’ die wordt geproduceerd tijdens de late antivirale innate (aangeboren) immuunrespons.

Endotheelcellen in vaatwand en in de longblaasjes zijn sterk betrokken bij COVID-19-pathologie. Deze cellen bevatten relatief veel ACE2-receptoren en zijn een direct doelwit van SARS-CoV-2 (en/of de spike-eiwitten die de mens ná vaccinatie massaal produceert in de weefsels), waarbij een uitgesproken endothelialitis (ontsteking van het endotheel als gevolg van een immuunrespons) en lokale rekrutering van ontstekingscellen kunnen optreden. Verhoogde niveaus van pro-trombotische markers, waaronder D-dimeer en fibrine-afbraakproducten, trombocytopenie, afwijkingen in de pro-trombinetijd en partiële tromboplastinetijd kunnen dan worden waargenomen.

Immuun-trombocytopenie (ITP), een auto-immuunziekte die wordt gekenmerkt door een laag aantal bloedplaatjes dat zich manifesteert door spontane purpura, petechiën, hematomen of fatale subarachnoïdale, intracerebrale of andere interne bloedingen, kan t.g.v. SARS-CoV-2 (en/of vaccinatie) optreden. Bij personen met een lage vitamine K2-status kunnen dergelijke vasculaire problemen zich erger voordoen, mede door een verlies van elastine in het endotheel. Door deze processen kan het endotheel in longblaasjes ernstig beschadigd worden, waardoor vocht in de longen kan stromen en een pulmonair oedeem kan ontstaan. Overigens kunnen ook influenza-virussen, en de spike-eiwitten die onze weefsels ná vaccinatie massaal produceren, dergelijke respiratoire en hematologische schade aanrichten, inclusief het longoedeem.

Binnen enkele uren na een bacteriële of virale infectie of andere ontstekingsstimuli, kan de plasma-ijzerconcentratie bij de mens dalen. Deze reactie wordt ook wel ‘hypoferremie van ontsteking’ genoemd. Het gemeenschappelijke mechanisme van hypoferremie van ontsteking is vaak een door cytokine aangedreven toename van hepcidine die ferroportine neerwaarts reguleert en daardoor de ijzerstroom naar extracellulaire vloeistof vermindert. Bij COVID-19 werkt deze neerwaartse aanpassing van de ijzerhomeostase soms niet goed, waardoor te hoge ijzerniveau’s ontstaan en de oxidatieve stress, inflammatie en virale replicatie toenemen. Ferritine kan in dit soort gevallen een nuttige marker voor de mate van inflammatie zijn. Alfa-liponzuur kan overtollig intracellulair ijzer in monocyten en macrofagen cheleren en de vorming van vrije radicalen verlagen, waardoor het endotheel minder beschadigd kan worden.

Onderstaande Figuur 3 (a) toont waar alfa-liponzuur (ALA) ingrijpt in oxidatie en inflammatoire processen in ht endohteel en (b) hoe alfa-liponzuur de schadelijke effecten van onder meer te hoge fibrinogeen- en hepcidine opvangt:

Bron: Mechanics Insights of Alpha-Lipoic Acid against Cardiovascular Diseases during COVID-19 Infection

Herpesvirus-infecties
Infecties met herpesvirussen zijn wijdverbreid, circa 80% van de mensen wereldwijd is drager van ten minste één stam. Van negen soorten herpesvirussen is bekend dat ze voornamelijk mensen infecteren: herpes simplex-virussen 1 en 2 (HSV-1 en HSV-2), varicella zoster-virus (waterpokken en gordelroos), Epstein-Barr-virus, humaan cytomegalovirus, humaan herpesvirus 6A en 6B (HHV-6A en HHV-6B ), humaan herpesvirus 7 (HHV-7) en Kaposi-sarcoom-geassocieerd herpesvirus (KSHV). De neuroprotectieve eigenschappen van ALA zouden mogelijk hun rol kunnen spelen bij post-herpetische-neuralgie, na gordelroos of herpes zoster-infectie. De chronische schade veroorzaakt door het virus resulteert in zogenaamde postherpetische neuralgie, die mogelijk kan worden verlicht dankzij de neuroprotectieve eigenschappen van ALA, die ook zijn aangetoond bij diabetische polyneuropathie - een andere aandoening die verband houdt met perifere zenuwbeschadiging. Bovendien verbetert ALA, door in te werken op de endotheelcellen, de endo-neurale bloedstroom en bevordert het transport van voedingsstoffen naar de compressieplaats die verantwoordelijk is voor neuronale schade.

Hepatitis
Chronische virale hepatitis is de belangrijkste oorzaak van leverfibrose en cirrose. Replicatie van het virus in levercellen resulteert in verlaagde niveaus van glutathion in hepatocyten. De ‘viral load’ bij hepatitis C is direct gerelateerd aan de glutathionspiegels. Uiteindelijk leidt de oxidatieve stress tot necrotische ontsteking en de necrose van levercellen. Verhoogde lipideperoxidatie leidt tot levercytotoxiciteit, wat weer leidt tot immuungemedieerde ontsteking en fibrose. Ondersteunende therapeutische effecten van alfa-liponzuur zijn in klinische settings aangetoond bij patiënten met een hepatitis C-infectie. De antioxiderende eigenschappen van ALA kunnen ontstekingsremmende, antifibrotische en anti-TNF-α-effecten uitoefenen, waardoor het herstel van beschadigde delen van de lever, evenals de functie ervan, gestimuleerd kunnen worden. Volgens een klinische studie met een klein aantal patiënten uitgevoerd door Berkson in 1999, herstelt therapie met een combinatie van de antioxidant ALA, de lever beschermende stof silymarine en het element selenium de leverfunctie van patiënten volledig en maakt deze combinatie het soms mogelijk om levertransplantatie te vermijden. Het gunstige effect van de toepassing van verschillende antioxidanten, waaronder ALA, werd later bevestigd in een klinische proef met 50 patiënten met chronische hepatitis C-infectie. Van hen reageerde 48% met verbetering in ten minste één van de waargenomen leverparameters, en een afname van de virale belasting werd waargenomen bij 25% van de patiënten.

HIV
Een belangrijke ziekmakende factor bij HIV-infectie is de geïnduceerde oxidatieve stress, die apoptose en een afname van het aantal CD4+ T-cellen veroorzaakt, hetgeen uiteindelijk kan leiden tot een duidelijke immunosuppressie. Verhoogde oxidatieve reacties en hogere concentraties waterstofperoxide en MDA , evenals onderdrukking van de antioxidantbeschermingsreactie, met verminderde activiteit van de antioxidantenzymen SOD, GPx, CAT en thioredoxine, zijn gevonden in het plasma, longslijmvlies, erytrocyten en lymfocyten van patiënten met een HIV-infectie. De mogelijke antivirale effecten van alfa-liponzuur werden voor het eerst geopperd door Baur et all. in 1991. Ze merkten op dat de toevoeging van ALA aan de T-cellijnen Jurkat, SupT1 en Molt-4, geïncubeerd met een wildtype HIV-1-isolaat, geassocieerd was met een dosisafhankelijke remming van HIV-1-replicatie, een verminderd cytopathisch effect en de remming van reverse-transcriptase-activiteit en plaquevorming. Bovendien vertoonde ALA een synergistische werking met Zidovudine bij het remmen van de virale replicatie door het reverse-transcriptase-enzym te beïnvloeden. Bij HIV-patiënten ging de toediening van ALA gepaard met positieve effecten die werden gekenmerkt door het stabiele herstel van de totale bloed-GSH-spiegels en de lymfocytenfunctie in vergelijking met de placebogroep, waar een progressieve daling werd waargenomen. In een ander klinisch onderzoek,
waarbij ALA oraal aan 11 AIDS-patiënten werd toegediend, werd een verhoging van de bloedconcentraties van ascorbinezuur en totaal GSH en een verlaging van de niveaus van lipideperoxidatie, vergezeld van een significante verhoging van de CD4/CD8-ratio en het aantal CD4+ T-cellen in het plasma waargenomen.

Conclusie
Het wordt steeds duidelijker dat bepaalde antioxidanten een gunstige rol kunnen spelen bij het tegengaan van door virussen geïnduceerde oxidatieve stress. In dit opzicht trekt de natuurlijke verbinding alfa-liponzuur veel wetenschappelijke aandacht, aangezien ALA het verloop van een infectie kan moduleren door op te treden als een opruimer van vrije radicalen, overmatige ontstekingen kan dempen en specifieke antivirale acties kan uitoefenen. De farmacologische eigenschappen van ALA maken het ook een potentiële kandidaat voor de adjuvante behandeling van SARS-CoV-2-infectie.