Effects of bovine lactoferrin on iron dysregulation and oxidative stress induced by HIV-1 Tat and SARS-CoV-2 Spyke viral proteins

The viral proteins Tat of HIV and Spike of SARS-CoV-2 have been described as a neurotoxin and a virulence factor respectively, able to induce by themselves metabolic dysregulation into host cells, independent from the viral infection. Both Tat and Spike induce pathological states worsened by pro-inflammatory cytokines production. Several studies have indicated that the inflammatory response leads to high intracellular iron content which facilitates viral spreading and oxidative stress. These processes are intertwined in such a way that one can easily induce the other and vice versa. Hence, present therapies demand a specifically targeted approach to counteract the adverse effects of these viral proteins. The aim of the present research work was to evaluate the efficacy of Lactoferrin (Lf), an iron-binding glycoprotein of the innate immunity, in counteracting inflammatory and iron disorders, as well as oxidative stress, induced by Tat and Spike viral proteins in different in vitro models. The results show that Lf, as a multifunctional protein, can both prevent viral infection at an early stage by blocking virus entry, and counteract viral protein-induced disturbances by restoring physiological-like conditions. Native Lf, 10% iron-saturated, has been shown to counteract iron dysregulation by improving iron recycling from cells, increasing iron release, and reducing iron uptake in cells subjected to Tat and Spike. In addition, the Native form reduces the production of pro-inflammatory cytokines, thus showing an overall protective effect. On the other hand, the iron-saturated form (Holo-Lf) would appear to have some functions shared with the Native, such as antioxidant activity, and some divergent ones that cannot be underestimated. Holo-Lf transports iron and is more stable than the unsaturated forms and this could diversify the cellular response over time, explaining the differential effects observed. These results highlight a current problem with commercial preparations of Lf. There is great variability and discrepancy between Lf products and the associated effects, precisely because the physico-chemical parameters, including iron saturation, are only partially characterized. Quality control is therefore necessary prior to Lf application in vitro and in vivo experiments and for dietary supplementation, as natural compounds are emerging as a promising alternative or support to antiviral treatment. Current therapies for HIV-1 and SARS-CoV-2 do not suppress the expression of viral proteins and their negative effects. In this regard, the present research work highlights the importance of Lf as a novel and effective therapeutic strategy to restore iron homeostasis and control inflammatory disorders induced by viral proteins.

Le proteine virali Tat dell'HIV e Spike di SARS-CoV-2 sono state descritte rispettivamente come una neurotossina e un fattore di virulenza, in grado di indurre da sole deregolazioni metaboliche nelle cellule dell'ospite, indipendentemente dall'infezione virale. Sia Tat che Spike inducono stati patologici aggravati dalla produzione di citochine pro-infiammatorie. Diversi studi hanno indicato che la risposta infiammatoria porta a un elevato contenuto di ferro intracellulare che facilita la diffusione virale e lo stress ossidativo. Tali processi sono intrecciati in modo tale che uno può facilmente indurre l'altro e viceversa. Pertanto, le terapie attuali richiedono un approccio specificamente mirato per contrastare gli effetti negativi di queste proteine virali. Lo scopo del presente lavoro di ricerca è stato quello di valutare l'efficacia della Lattoferrina (Lf), una glicoproteina ferro-chelante dell’immunità innata, nel contrastare i disturbi infiammatori e del ferro, nonché lo stress ossidativo, indotti dalle proteine virali Tat e Spike in diversi modelli in vitro. I risultati dimostrano che la Lf, in qualità di proteina multifunzionale, può sia prevenire l'infezione virale in una fase precoce, bloccando l'ingresso del virus, sia contrastare i disturbi indotti dalle proteine virali, ripristinando condizioni simili a quelle fisiologiche. È stato dimostrato che la Lf nativa, satura in ferro al 10%, contrasta la disregolazione del ferro migliorando il riciclo del ferro dalle cellule, aumentando il rilascio di ferro e riducendo l'assorbimento di ferro nelle cellule sottoposte a Tat e Spike. Inoltre, la forma nativa riduce la produzione di citochine pro-infiammatorie, mostrando così un effetto protettivo complessivo. D'altra parte, la forma satura di ferro (Holo-Lf) sembrerebbe esercitare alcune funzioni condivise con la nativa, come l'attività antiossidante, e altre divergenti che non possono essere sottovalutate. L'Holo-Lf trasporta il ferro ed è più stabile delle forme insature e questo potrebbe diversificare la risposta cellulare nel tempo, spiegando gli effetti differenziati osservati. Questi risultati evidenziano un problema attuale con le preparazioni commerciali di Lf. Esiste una grande variabilità e discrepanza tra prodotti contenenti Lf e gli effetti associati, proprio perché i parametri fisico-chimici, compresa la saturazione del ferro, sono solo parzialmente caratterizzati. Il controllo di qualità è quindi un processo necessario al fine di applicare Lf in esperimenti in vitro e in vivo, e utilizzarla come integratore alimentare dal momento che i composti naturali stanno emergendo come promettente alternativa o supporto ai trattamenti antivirali standard. Le attuali terapie per HIV-1 e SARS-CoV-2 non sopprimono l'espressione delle proteine virali e i loro effetti negativi. A questo proposito, il presente lavoro di ricerca evidenzia l'importanza della Lf come strategia terapeutica nuova ed efficace per ripristinare la corretta omeostasi del ferro e contrastare i disturbi infiammatori indotti dalle proteine virali.