Roles of active forms of vitamin D in supporting innate immune systems and in reducing excess inflammation in COVID-19

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A reduced supply of micronutrient vitamin D leads to a more severe course of coronavirus infection (COVID-19). Vitamin D deficiency is combined with a decrease in innate antiviral immunity and excess of inflammation. Vitamin D supplementation stimulates the synthesis of antibacterial peptides and is important for weakening the cytokine storm, reducing excessive acute and chronic inflammation, and also for compensating for chronic comorbid pathologies. Active forms of vitamin D (alfacalcidol, etc.) are of particular importance for compensating for vitamin D deficiency in elderly patients, endocrine-immune dysfunction, sarcopenia, chronic renal failure (in which the metabolism of vitamin D in the kidneys is disturbed).

About the authors

Olga A. Gromova

Computer Science and Control; Northern State Medical University

Author for correspondence.
Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7663-710X

доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник, науч. руководитель Института фармакоинформатики, ведущий научный сотрудник  СГМУ

Russian Federation, Moscow; Arkhangelsk

Ivan I. Torshin

Computer Science and Control; Northern State Medical University

Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2659-7998

кандидат физико-математических наук, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института фармакоинформатики, ведущий научный сотрудник

Russian Federation, Moscow; Arkhangelsk

Alexander G. Chuchalin

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5070-5450

академик РАН, заведующий кафедрой госпитальной терапии педиатрического факультета РНИМУ, пульмонолог 

Russian Federation, Moscow

Elena N. Kozhevnikova

Institute of General Pathology and Pathophysiology

Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5965-5592

кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник, исполняющий обязанности руководителя научно-аналитического отделение

Russian Federation, Moscow

Svetlana I. Malyavskaya

Northern State Medical University

Email: unesco.gromova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2521-0824

доктор медицинских наук, профессор, проректор по научной работе

Russian Federation, Arkhangelsk

References

  1. Han H, Yang L, Liu R, et al. Prominent changes in blood coagulation of patients with SARS-CoV-2 infection. Clin Chem Lab Med. 2020; 58(7):1116-20. doi: 10.1515/cclm-2020-0188
  2. Wang Z, Yang B, Li Q, et al. Clinical Features of 69 Cases with Coronavirus Disease 2019 in Wuhan, China. Clin Infect Dis. 2020;71(15):769-77. doi: 10.1093/cid/ciaa272
  3. Peng YD, Meng K, Guan HQ, et al. Clinical characteristics and outcomes of 112 cardiovascular disease patients infected by 2019-nCoV. Zhonghua Xin Xue Guan Bing Za Zhi. 2020;48(0):E004. doi: 10.3760/cma.j.cn112148-20200220-00105
  4. Madjid M, Safavi-Naeini P, Solomon SD, Vardeny O. Potential effects of coronaviruses on the cardiovascular system: a review. JAMA Cardiol. 2020;5(7):831-40. doi: 10.1001/jamacardio.2020.1286. PMID: 32219363
  5. Торшин И.Ю., Громова О.А. Под ред. А.Г. Чучалина. Микронутриенты против коронавирусов. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2020 [Torshin IYu, Gromova OA. Ed. AG Chuchalin. Micronutrients against coronaviruses. Moscow: GEOTAR-Media, 2020 (in Russian)].
  6. Громова О.А., Торшин И.Ю. Витамин D. Смена парадигмы, 2-е изд., перераб. и доп. (ред. Е.И. Гусев, И.Н. Захарова). М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021 [Gromova OA, Torshin IYu. Vitamin D. Paradigm shift, 2nd ed., Revised. and add. Moscow: GEOTAR-Media, 2021 (in Russian)].
  7. De Smet D, De Smet K, Herroelen P, et al. Serum 25(OH)D Level on Hospital Admission Associated With COVID-19 Stage and Mortality. Am J Clin Pathol. 2021;155(3):381-8. doi: 10.1093/ajcp/aqaa252. PMID: 33236114
  8. Maghbooli Z, Sahraian MA, Ebrahimi M, et al. Vitamin D sufficiency, a serum 25-hydroxyvitamin D at least 30 ng/mL reduced risk for adverse clinical outcomes in patients with COVID-19 infection. PLoS One. 2020;15(9):e0239799. doi: 10.1371/journal.pone.0239799
  9. Hurwitz JL, Jones BG, Penkert RR, et al. Low retinol-binding protein and vitamin D levels are associated with severe outcomes in children hospitalized with lower respiratory tract infection and respiratory syncytial virus or human metapneumovirus detection. J Pediatr. 2017;187:323-7. doi: 10.1016/j.jpeds.2017.04.061
  10. Громова О.А., Торшин И.Ю., Габдулина Г.Х. Пандемия COVID-19: защитные роли витамина D. Фармакоэкономика. Современная фармакоэкономика и фармакоэпидемиология. 2020;13(2):132-45 [Gromova OA, Torshin IYu, Gabdulina GKh. COVID-19 pandemic: protective role of vitamin D. Farmakoekonomika. Modern Pharmacoeconomic and Pharmacoepidemiology. 2020;13(2):132-45 (in Russian)]. doi: 10.17749/2070-4909/farmakoekonomika.2020.044
  11. Colotta F, Jansson B, Bonelli F. Modulation of inflammatory and immune responses by vitamin D. J Autoimmun. 2017;85:78-97. doi: 10.1016/j.jaut.2017.07.007
  12. Beard JA, Bearden A, Striker R. Vitamin D and the anti-viral state. J Clin Virol. 2011;50(3):194-200. doi: 10.1016/j.jcv.2010.12.006
  13. Charan J, Goyal JP, Saxena D, Yadav P. Vitamin D for prevention of respiratory tract infections: A systematic review and meta-analysis. J Pharmacol Pharmacother. 2012;3(4):300-3. doi: 10.4103/0976-500X.103685
  14. Grant WB, Goldstein M, Mascitelli L. Ample evidence exists from human studies that vitamin D reduces the risk of selected bacterial and viral infections. Exp Biol Med (Maywood). 2010;235(12):1395-6; discussion 1397. doi: 10.1258/ebm.2010.010c01
  15. Wang G. Human antimicrobial peptides and proteins. Pharmaceuticals (Basel). 2014;7(5):545-94. doi: 10.3390/ph7050545
  16. Vanherwegen AS, Gysemans C, Mathieu C. Regulation of Immune Function by Vitamin D and Its Use in Diseases of Immunity. Endocrinol Metab Clin North Am. 2017;46(4):1061-94. doi: 10.1016/j.ecl.2017.07.010
  17. Vanherwegen AS, Gysemans C, Mathieu C. Vitamin D endocrinology on the cross-road between immunity and metabolism. Mol Cell Endocrinol. 2017;453:52-67. doi: 10.1016/j.mce.2017.04.018
  18. Scherberich JE, Kellermeyer M, Ried C, Hartinger A. 1-alpha-calcidol modulates major human monocyte antigens and toll-like receptors TLR 2 and TLR4 in vitro. Eur J Med Res. 2005;10(4):179-82. PMID: 15946915
  19. Huraib S, Tanimu D, Abu-Romeh S, et al. Effect of intravenous alfacalcidol on lymphocyte phenotyping in hemodialysis patients. Am J Kidney Dis. 1998;32(6):1036-40. doi: 10.1016/s0272-6386(98)70080-0
  20. Zold E, Szodoray P, Nakken B, et al. Alfacalcidol treatment restores derailed immune-regulation in patients with undifferentiated connective tissue disease. Autoimmun Rev. 2011;10(3):155-62. doi: 10.1016/j.autrev.2010.09.018
  21. Atsukawa M, Tsubota A, Shimada N, et al. Efficacy of Alfacalcidol on PEG-IFN/Ribavirin combination therapy for elderly patients with chronic hepatitis C: a pilot study. Hepat Mon. 2013;13(12):e14872. doi: 10.5812/hepatmon.14872
  22. Su Y, Chen D, Yuan D, et al. Multi-omics resolves a sharp disease-state shift between mild and moderate COVID-19. Cell. 2020;183(6):1479-95.e20. doi: 10.1016/j.cell.2020.10.037
  23. Торшин И.Ю., Громова О.А., Фролова Д.Е., и др. Дозозависимый хемотранскриптомный анализ дифференциального действия витамина D на экспрессию генов в клетках-предшественниках нейронов NPC и в опухолевых клетках MCF7 человека. Фармакокинетика и фармакодинамика. 2018;2:35-51 [Torshin IYu, Gromova OA, Frolova DE, et al. Dose-dependent chemotranscriptomics analysis of the differential effects of vitamin D on gene expression in human neuronal progenitor cells NPC and in MCF7 tumor cells. Pharmacokinetics and Pharmacodynamics. 2018;2:35-51 (in Russian)]. doi: 10.24411/2587-7836-2018-10013
  24. Ali RM, Al-Shorbagy MY, Helmy MW, El-Abhar HS. Role of Wnt4/β-catenin, Ang II/TGFβ, ACE2, NF-κB, and IL-18 in attenuating renal ischemia/reperfusion-induced injury in rats treated with Vit D and pioglitazone. Eur J Pharmacol. 2018;831:68-76. doi: 10.1016/j.ejphar.2018.04.032
  25. Yang X, Wu L, Li G, et al. Alphacalcidol combined with dexamethasone for reducing pulmonary fibrosis in mice and its mechanism. Xi Bao Yu Fen Zi Mian Yi Xue Za Zhi. 2017;33(4):488491. PMID: 28395719
  26. Rizka A, Setiati S, Harimurti K, et al. Effect of Alfacalcidol on inflammatory markers and T cell subsets in elderly with frailty syndrome: a double blind randomized controlled trial. Acta Med Indones. 2018;50(3):215-21. PMID: 30333271
  27. Liu C, Jiang ZC, Shao CX, et al. Preliminary study of the relationship between novel coronavirus pneumonia and liver function damage: a multicenter study. Zhonghua Gan Zang Bing Za Zhi. 2020;28(2):148-52. doi: 10.3760/cma.j.issn.1007-3418.2020.02.003
  28. Tang N, Li D, Wang X, Sun Z. Abnormal coagulation parameters are associated with poor prognosis in patients with novel coronavirus pneumonia. J Thromb Haemost. 2020;18(4):844-7. doi: 10.1111/jth.14768
  29. Yang J, Zheng Y, Gou X, et al. Prevalence of comorbidities and its effects in coronavirus disease 2019 patients: A systematic review and meta-analysis. Int J Infect Dis. 2020;94:91-5. doi: 10.1016/j.ijid.2020.03.017
  30. Ali AM, Selim S, Abbassi MM, Sabry NA. Effect of alfacalcidol on the pulmonary function of adult asthmatic patients: a randomized trial. Ann Allergy Asthma Immunol. 2017;118(5):557-63. doi: 10.1016/j.anai.2017.02.014
  31. Abdel-Rehim WM, El-Tahan RA, El-Tarawy MA, et al. The possible antidiabetic effects of vitamin D receptors agonist in rat model of type 2 diabetes. Mol Cell Biochem. 2019;450(1-2):105-12. doi: 10.1007/s11010-018-3377-x
  32. Ataie-Jafari A, Loke SC, Rahmat AB, et al. A randomized placebo-controlled trial of alphacalcidol on the preservation of beta cell function in children with recent onset type 1 diabetes. Clin Nutr. 2013;32(6):911-7. doi: 10.1016/j.clnu.2013.01.012
  33. Mirzaei K, Hossein-Nezhad A, Keshavarz SA, et al. Insulin resistance via modification of PGC1α function identifying a possible preventive role of vitamin D analogues in chronic inflammatory state of obesity. A double blind clinical trial study. Minerva Med. 2014;105(1):63-78. PMID: 24572452
  34. Ureña-Torres PA, Cozzolino M, Bover J. Utilization of alfacalcidol and active vitamin D analogs in chronic kidney disease. Nephrol Ther. 2018;14(4):189-200. doi: 10.1016/j.nephro.2017.03.003
  35. Zand L, Kumar R. The Use of Vitamin D Metabolites and Analogues in the Treatment of Chronic Kidney Disease. Endocrinol Metab Clin North Am. 2017;46(4):983-1007. doi: 10.1016/j.ecl.2017.07.008
  36. Громова О.А., Торшин И.Ю., Путилина М.В., и др. Ноцицепция: роли витамина D. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2021;13(1):145-53 [Gromova OA, Torshin IYu, Putilina MV, et al. Nociception: the roles of vitamin D. Neurology, Neuropsychiatry, Psychosomatics. 2021;13(1):145-53 (in Russian)]. doi: 10.14412/2074-2711-2021-1-145-153
  37. Ringe JD, Farahmand P, Schacht E, Rozehnal A. Superiority of a combined treatment of Alendronate and Alfacalcidol compared to the combination of Alendronate and plain vitamin D or Alfacalcidol alone in established postmenopausal or male osteoporosis (AAC-Trial). Rheumatol Int. 2007;27(5):425-34. doi: 10.1007/s00296-006-0288-z
  38. Ringe JD, Farahmand P, Schacht E. Alfacalcidol in men with osteoporosis: a prospective, observational, 2-year trial on 214 patients. Rheumatol Int. 2013;33(3):637-43. doi: 10.1007/s00296-012-2429-x
  39. Jørgensen HS, Winther S, Povlsen JV, Ivarsen P. Effect of vitamin-D analogue on albuminuria in patients with non-dialysed chronic kidney disease stage 4-5: a retrospective single center study. BMC Nephrol. 2012;13:102. doi: 10.1186/1471-2369-13-102.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Molecular mechanisms of the effect of vitamin D on human physiology.

Download (228KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Correspondence between changes in protein levels in the dynamics of COVID-19 progression and changes in transcription of the corresponding genes when exposed to active forms of vitamin D.

Download (436KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2021 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».