Coffee interferes with HCV replication by inhibition of wnt signaling pathway

Abstract

Background & Aims: Coffee is the most frequently consumed legal drug all over the world. Coffee consumption has been shown to decrease the risk of fibrosis formation and to improve the effects of interferon treatment in HCV patients. We investigated effects of regular and decaffeinated coffee and coffee ingredients on HCV replication and infection in vitro. Methods: To investigate HCV replication, infectious as well as replicon systems for genotypes 1b and 2a were used. Cells were incubated in the presence of regular or decaffeinated coffee, coffee ingredients, caffeine and caffeine metabolites. Effects on wnt signaling pathway activity and antiviral effects in co-incubation with interferon alpha were measured. Furthermore effects of coffee on viral entry have been tested in the infectious system. Results: Both, regular and decaffeinated coffee, were able to reduce HCV infection and replication significantly with regular coffee having a more pronounced effect. Caffeine as well as its main metabolite paraxanthine significantly reduced HCV replication. While caffeine and its metabolite paraxanthine did not; both, regular and decaffeinated coffee, were able to reduce wnt pathway activity, which has been found markedly increased by HCV replication. Likewise, inhibition of wnt signaling by the beta-catenin inhibitor quercetin, siRNA directly against beta-catenin or inhibition of the wnt pathway inducer CK2 by its inhibitor 4,5,6,7-tetrabromo-2-azabenzimidazole (TBB) significantly interfered with HCV replication. Furthermore coffee as well as caffeine was able to increase inhibitory effects of interferon alpha on HCV replication. Nevertheless coffee pre-incubated cells show significantly less HCV infection compared with water pre-incubated cells. Furthermore coffee incubated uninfected hepatocytes showed significant down-regulation of essential HCV entry receptors. Conclusions: Coffee effects in HCV infected patients, which have been described by clinical studies are due effects on HCV replication level. Coffee, but not caffeine, seems to exhibit antiviral activity by inhibition of the wnt signaling pathway, which might represent a novel target for HCV therapy. Furthermore coffee increases effects of interferon alpha therapy in vitro and therefore could take place in therapy guidelines. Nevertheless coffee pre-incubation decreases essential HCV receptors and thereby decreases HCV infection and could act as a preventive substance.

Hintergrund: Kaffee ist die am häufigsten konsumierte legale Droge der Welt. Studien belegen, dass regelmäßiger Kaffeekonsum das Risiko einer Leberfibrose signifikant senken und die Effekte der Interferon Therapie bei HCV Patienten verbessern kann. Wir haben in dieser Arbeit die Effekte von koffeinhaltigem und entkoffeiniertem Kaffee auf die HCV Replikation und die HCV Infektion in vitro getestet Methoden: Für die Experimente wurden sowohl ein infektiöses System für Genotyp 2a, als auch Replikonzelllinien für die Genotypen 1b und 2a verwendet. Die Zellen wurden mit koffeinhaltigem und entkoffeiniertem Kaffee, Kaffeeinhaltsstoffen, Koffein und Koffeinabbauprodukten behandelt. Es wurden die Effekte auf die Aktivität des wnt signaling pathway und antivirale Effekte von der Kombinationsbehandlung mit Interferon gemessen. In weiteren Versuchen im infektiösen System wurden die Effekte von Kaffee auf den Vireneintritt in die Zelle gemessen. Ergebnisse: Sowohl koffeinhaltiger als auch entkoffeinierter Kaffee konnten die HCV Infektion und die HCV Replikation signifikant reduzieren, wobei der koffeinhaltige Kaffee einen etwas ausgeprägteren Effekt hatte. Koffein und das Hauptabbauprodukt von Koffein, Paraxanthin konnten die HCV Replikation signifikant reduzieren. Es konnte eine deutlich erhöhte Aktivität des wnt signaling pathways in HCV replizierenden Zellen gezeigt werden. Koffeinhaltiger als auch entkoffeinierter Kaffee reduzierten die Aktivität des wnt signaling pathway, während Koffein und Paraxanthin keinen Effekt auf den wnt signaling pathway hatten. Dies deckt sich mit den Beobachtungen, dass eine Hemmung des wnt signaling pathways durch den beta-catenin Inhibitor Quercetin, eine siRNA gegen beta-catenin oder einen Inhibitor des wnt pathway Induktors CK2 4,5,6,7-tetrabromo-2-azabenzimidazole (TBB) die HCV Replikation signifikant senken konnten. Es konnte zusätzlich gezeigt werden, dass koffeinhaltiger Kaffee und Koffein in der Lage waren die Effekte von Interferon auf die HCV Replikation zu verstärken. Eine Vorbehandlung der Zellen mit Kaffee vor der Infektion mit dem HCV Virus im infektiösen System, zeigte eine signifikant reduzierte Infektionsrate im Vergleich mit Zellen, welche mit Wasser vorbehandelt wurden. Gesunde Hepatozyten zeigten nach Behandlung mit Kaffee eine deutliche reduzierte Expression von essentiellen Rezeptoren für den HCV Eintritt in die Zelle. Schlussfolgerungen: Die in Studien beschriebenen Kaffeewirkungen bei HCV infizierten Patienten sind auf Effekte des Kaffees auf die HCV Replikation zurückzuführen. Kaffee selbst wirkt antiviral über die Hemmung des wnt signaling pathways, für Koffein konnte dies nicht gezeigt werden. Die Hemmung des wnt signaling pathways könnte ein neues Angriffsziel von Therapien für HCV sein. Es konnte zusätzlich eine Verstärkung der Wirkung von Interferon alpha durch Kaffee gezeigt werden, eine entsprechende Empfehlung könnte in die Therapieleitlinien für HCV aufgenommen werden. Außerdem konnte eine Vorbehandlung von gesunden Zellen die Eintrittsrezeptoren für HCV vermindern und scheint somit auch einer HCV Infektionsprävention zu dienen.