Targeting glycolysis in Leishmania therapy

Abstract

A leishmaniose visceral (LV) é uma doença parasitária transmitida por vetores que pode ser fatal se não for tratada. Embora estejam disponíveis várias terapias contra a Leishmania, os problemas associados de eficácia, resistência emergente e toxicidade, requerem abordagens imunoterapêuticas inovadoras. A interação metabólica hospedeiro-patógeno é crucial para o resultado da infeção, definindo a evasão microbiana e as estratégias de proteção do hospedeiro. Observamos anteriormente que a glicólise serve como a principal fonte de energia para as funções antileishmanicidas contra a LV, e a inibição desta via resultou num aumento da suscetibilidade do hospedeiro, associada a um aumento da carga parasitária aguda. Exploramos aqui o impacto da ativação da glicólise no contexto de infeção da LV. Para tal, realizamos um rastreio de fármacos conhecidos por ativarem a glicólise, analisando a capacidade dos fármacos de induzirem a eliminação do parasita em culturas in vitro de macrófagos derivados de medula óssea infetados com L. donovani. Entre os diversos fármacos indutores de glicólise testados, a meclizina, um antagonista do recetor H1 da histamina comumente aplicado na clínica, demonstrou ser o mais eficaz na redução da carga parasitária aguda de uma forma dose-dependente. Demonstrou-se que a meclizina induz uma redução significativa da carga parasitária aguda com doses a partir dos 10 µM, mas apenas promove a polarização dos macrófagos para o tipo M1 com doses próximas de 50 µM. Esta diferença de doses demonstrou ser parcialmente explicada pela toxicidade direta da meclizina para o parasita axénico e possivelmente pelo conhecido efeito da meclizina em diferentes vias metabólicas do hospedeiro de relevância no contexto da inflamação. Dados preliminares mostram um efeito sinérgico entre a meclizina e a miltefosina (única terapia anti Leishmania disponível oralmente) na redução da carga parasitária aguda in vitro. Experiências futuras desvendarão o mecanismo de ação da meclizina e a importância do aumento da glicólise na resposta imunitária do hospedeiro, com o consequente controlo da carga parasitária intracelular. Globalmente, isto permitir-nos-á abordar um possível adjuvante imunoterapêutico para a eficácia da terapêutica anti-Leishmania de primeira linha atualmente existente.

Visceral Leishmaniasis (VL) is a vector-borne parasitic disease, fatal if untreated. Although several available anti-Leishmania therapies are described, the associated efficacy problems, emerging drug resistance and toxicity require innovative immunotherapeutic approaches. The host-pathogen metabolic interaction is crucial for the outcome of infection, defining microbial evasion and host protective strategies. We have previously observed that glycolysis serves as the major energy source for antileishmanial effector functions against VL, and the inhibition of this pathway resulted in increased host susceptibility, associated with increased acute parasite load. Here, we explored the impact of activating glycolysis in the VL infection context. For that, we performed a drug screening of compounds known to activate glycolysis, analysing the drug-induced parasite clearance in in vitro cultures of L. donovani-infected bone marrow derived macrophages. Among the distinct glycolysis-inducing drugs tested, meclizine, a histamine H1- receptor antagonist commonly applied in the clinic, has been shown to be the most effective in reducing the acute parasite load in a dose-dependent manner. Meclizine has been shown to induce a significant reduction in the acute parasite load at doses starting at 10 µM, but only promotes the M1-like macrophage polarization with doses near 50 µM. This dose difference was shown to be partially explained by the direct meclizine’s toxicity to the axenic parasite and possibly by the known effect of meclizine in different host metabolic pathways of relevance in the context of inflammation. Preliminary data showed a synergistic effect between meclizine and miltefosine (the only anti Leishmania therapy orally available) in reducing the acute parasite load in vitro. Future experiments will unfold the mechanism of action of meclizine and the importance of glycolysis enhancement on host immune response and consequent control of the intracellular parasite load. Overall, this will allow us to address a possible immunotherapeutic adjuvant for the existing first-line anti-Leishmania therapeutics efficacy.