Ritmurile circadiene pot influența răspunsul imun în infecțiile gripale

Ritmurile circadiene reprezintă un mecanism fundamental prin care organismul anticipează variațiile mediului și se pregătește pentru provocări biologice, inclusiv pentru infecții virale. Studiile anterioare au arătat că momentul din zi al expunerii la virusul gripal influențează dramatic supraviețuirea, evidențiind un avantaj major pentru infecțiile produse la începutul perioadei de repaus. Cercetarea actuală, publicată în revista Journal of Clinical Investigation, explorează modul în care perturbarea indiciilor externe de sincronizare - în special lumina și alimentația - modifică această protecție circadiană intrinsecă, dezvăluind dinamica fină dintre ceasul central, ceasurile periferice și imunitatea antivirală.
Ritmul circadian este coordonat de nucleul suprachiasmatic, dar aproape fiecare celulă dispune de un ceas propriu. Sincronizarea dintre aceste ceasuri depinde de zeitgeberi precum lumina, alimentația sau activitatea fizică. Dereglările cronice ale ciclurilor de lumină-întuneric sunt asociate cu efecte nocive bine documentate, precum cele observate la lucrătorii în schimburi. Mult mai puțin este însă cunoscut despre efectele perturbărilor acute, în special în contextul infecțiilor virale.

Anterior, s-a demonstrat că șoarecii infectați cu virus gripal la „răsăritul” lor biologic prezintă o supraviețuire de trei ori mai mare decât cei infectați la „apus”. Totuși, nu era clar dacă această protecție depinde doar de momentul infecției sau de menținerea unei sincronizări circadiene continue după expunerea virală. Acest studiu investighează modul în care luminile constante sau sincronizarea meselor modifică protecția circadiană în primele zile critice ale infecției.

Despre studiu

Model experimental și perturbări circadiene

Cercetătorii au infectat șoareci la două momente distincte ale zilei circadiene: ZT23 (înainte de perioada de repaus, asociat anterior cu protecție crescută) și ZT11 (înainte de perioada activă, asociat cu vulnerabilitate crescută). După infecție, unele animale au fost transferate în lumină constantă pentru a întrerupe semnalele fotice ritmice.

Studiul a evaluat supraviețuirea, pierderea în greutate, comportamentul de boală, răspunsurile imunologice, încărcătura virală, inflamația pulmonară, regenerarea țesutului și programele de expresie genică pentru a determina efectele directe ale perturbării zeitgeberelor.

Analize imunologice și histologice

Investigațiile au inclus măsurarea titrurilor virale, analiza bronhoalveolară, fenotiparea imună a celulelor infiltrate în plămâni, evaluarea citokinelor și chemokinelor, precum și scoruri histologice pentru severitatea leziunilor pulmonare. Un subset de animale a fost analizat prin profilare transcriptomică pentru identificarea căilor moleculare dereglate de expunerea la lumină constantă.

Rolul ceasului central și al ceasurilor periferice

Pentru a diferenția efectele perturbărilor luminii asupra ceasului circadian de efectele secundare ale stresului, au fost evaluate modele genetice cu ceas molecular abolit (iBmal1–/–). De asemenea, s-a analizat potențialul sincronizării meselor pentru a restabili protecția pierdută atunci când lumina nu mai furnizează semnale fiabile.

Rezultate

Pierderea protecției circadiene după expunerea la lumină constantă

În condiții normale de lumină-întuneric, șoarecii infectați la ZT23 au prezentat o supraviețuire de aproape 90%, semnificativ superioară celor infectați la ZT11. Expunerea la lumină constantă la 4 zile după infecție a eliminat complet acest avantaj, supraviețuirea coborând la niveluri similare cu ZT11. Pierderea ponderală și scorurile clinice au urmat aceeași dinamică, confirmând agravarea evoluției bolii.

Niciun impact semnificativ asupra clearance-ului viral

În ciuda agravării stării clinice, titrurile virale în plămâni au rămas similare între grupurile ZT23 și ZT23 expuse la lumină constantă, indicând că deteriorarea rezultatelor nu se datorează replicării virale crescute, ci răspunsului imun dereglat.

Exagerarea inflamației pulmonare

• Număr crescut de celule în lavajul bronhoalveolar la ZT23 expus la lumină constantă.
• Creștere semnificativă a neutrofilelor, monocitelor inflamatorii și limfocitelor în plămâni.
• Concentrații crescute de chemokine precum MCP-1 și CXCL10 și citokine proinflamatorii (IL-1β, IL-15).
• Infiltrate inflamatorii extinse, necroză epitelială și exudat alveolar pe histologie.
• Reducerea celulelor alveolare de tip 2, implicate în regenerarea tisulară, sugerând afectarea proceselor de reparare pulmonară.

O fereastră limitată de vulnerabilitate

Dacă lumina constantă a fost introdusă la 7 zile după infecție - când inflamația atinge un platou și virusul începe să fie eliminat - protecția circadiană a rămas intactă. Acest lucru indică existența unei perioade timpuriu-critice în care ceasul circadian și zeitgeberii externi modelează decisiv răspunsul imun.

Importanța ceasului central

Șoarecii cu ceas molecular abolit nu au prezentat agravarea suplimentară a mortalității sub lumină constantă, confirmând că efectele perturbării luminii sunt mediate prin dezorganizarea circadiană, nu prin stres generalizat.

Suprapunerea mecanistică dintre lumina constantă și infecția la moment vulnerabil

Profilarea transcriptomică a evidențiat:

• O supraactivare globală a căilor imune innascute și adaptive;
• Reglare pozitivă a genelor implicate în migrația leucocitelor (Ccl4, Ccr5, Cxcl10);
• Activarea căilor inflamatorii puternice (IL-15, „furtună de citokine”, diapedeză granulocitară);
• Semnături transcriptomice aproape identice între animalele infectate la ZT11 și cele infectate la ZT23 dar expuse ulterior la lumină constantă.

Resincronizarea prin cicluri de hrănire

În mod remarcabil, sincronizarea meselor - un zeitgeber metabolic puternic - a reușit să restaureze protecția pierdută la ZT23 atunci când luminile au fost constant aprinse. Micele cu alimentație temporizată au prezentat supraviețuire, pierdere ponderală și scoruri clinice aproape identice cu cele ale animalelor menținute în lumină-întuneric regulat.

Interpretaere

Rezultatele studiului demonstrează că ritmul circadian continuă să modeleze răspunsul imun mult timp după infecție, iar sincronizarea externă prin zeitgeberi este esențială pentru menținerea acestei protecții. Lumina constantă perturbă rapidele circuite de comunicare dintre ceasul central și ceasurile periferice, conducând la inflamare exagerată, regenerare deficitară și pierderea avantajului temporal observat la momentul infecției.

Importanța acestor constatări se extinde dincolo de modelele animale. Perturbările ritmurilor circadiene sunt extrem de frecvente în spitale și în unitățile de terapie intensivă, unde pacienții sunt expuși la lumină discontinuă, zgomot și orare alimentare neregulate. Datele prezentate sugerează că intervențiile circadiene simple - optimizarea expunerii la lumină și temporizarea meselor - ar putea îmbunătăți rezultatele în infecțiile respiratorii severe.

Acest studiu subliniază necesitatea integrării „igienei circadiene” în îngrijirea pacienților acut bolnavi, unde vulnerabilitatea la perturbări este maximă, iar potențialul de intervenție este semnificativ.