Новые, но хорошо известные мишени лечения респираторных вирусных инфекций

Более подробно об этом рассказывает Николай ХАЙТОВИЧ, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой клинической фармакологии и клинической фармации НМУ имени А.А. Богомольца.

Ингибирование протеолиза – одна из мишеней терапии ОРВИ

Почему вирусные инфекции распространяются так быстро

Чрезвычайная активность механизма передачи вирусных инфекций обуславливает их распространенность, вплоть до эпидемий и пандемий. Последняя, ​​вызванная вирусом SARS-CoV-2, побудила ученых всего мира к разработке новых лекарств для лечения коронавирусной болезни COVID-19, которую вызывает этот вирус. Поиск продолжается до сих пор.

В частности, значительное внимание уделяется роли протеолиза как особой формы биологического контроля. Известно, что ограниченный протеолиз является пусковым и/или ключевым патогенетическим механизмом многих физиологических и патологических процессов: свертываемости крови, апоптоза, активация ряда гормонов, предотвращения агрегации белковых молекул и т.д. Он обеспечивает быстрый ответ организма на изменяющиеся условия или сигналы.

Доказано, что протеолитические реакции играют немаловажную роль во взаимоотношениях между вирусом и клеткой-хозяином. Протеазы имеют решающее значение для репликации вируса, поскольку они расщепляют вирусные полипептиды-предшественники как структурные, так и функциональные белки, способствуя развитию вируса в инфицированной клетке-хозяине. Именно протеолитическая активация обуславливает инфекционную активность вируса и его способность к генерализации инфекции.

Поэтому свойства вируса поражать определенные ткани организма определяются наличием в органах и тканях ферментов, необходимых для протеолитической активации вирусного потомства. 

В поиске мишеней для терапевтического вмешательства: почему протеазы?

Долгое время мы имели относительно мало сведений о протеазах в дыхательных путях человека, а они имеют решающее значение в отношении инфекционности вируса гриппа. Доказано, что протеолитическую активацию вирусов гриппа и парамиксовирусов осуществляют трипсиноподобные протеазы клетки, гидролизующие пептидную связь между аргинином и лизином. Химотрипсин и гемолизин расщепляют белок-предшественник со смещением на 3 и 1 аминокислоту соответственно.

Интересно, что некоторые бактерии поддерживают активацию гемагглютинина (ГА) путем секреции протеаз, которые расщепляют ГА или благодаря активации клеточных протеаз и таким образом могут способствовать распространению вируса и усилению его патогенности.

В целом ГА обеспечивает сразу несколько процессов, позволяющих вирусу попасть в клетку хозяина:

• присоединение к молекуле сиаловой кислоты мембраны эпителиоцита;
• слияние мембран;
• эндоцитоз вируса;
• слияние оболочки вируса с оболочкой эндосомы.

Все эти процессы происходят благодаря действию трансмембранных сериновых протеаз типа II (TMPRSS 2, TMPRSS 4, HAT), локализованных в эпителии верхних дыхательных путей.

Следовательно, протеолитическое расщепление ГА имеет важное значение для инфекционности вируса гриппа, а протеазы, осуществляющие это расщепление, являются привлекательными мишенями для терапевтического вмешательства. 

Какие «ключи» нужны вирусу, чтобы попасть в организм

В условиях активации протеолиза деградировать и тем самым нарушать процесс противовирусной защиты могут и другие белки-защитники, например, интерфероны и прочие.

Во время пандемии коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2) было показано, что проникновение вируса требует эндосомальной протеазы катепсина L, а также выявлено, что инфицирование SARS-CoV-2 может быть существенно индуцировано при применении трипсина.

У вирусов гриппа и вируса возбудителя COVID-19 схожие механизмы протеолитической активации на этапе проникновения в клетку-хозяина: гликопротеин гемагглютинина вируса гриппа подвергается протеолизу во время его упаковки, S-белок (спаечный белок) коронавируса также подвергается протеолизу после связывания с рецепторами клетки-хозяина.

Вирус SARS-CoV-2 проникает в клетку-хозяина путем прямого слияния оболочки с мембраной клетки-хозяина или слияния мембраны внутри эндосомы после эндоцитоза.

S-белок коронавируса играет ключевую роль на ранних этапах вирусной инфекции, при этом домен S1 отвечает за связывание с рецептором, а домен S2 опосредует слияние мембраны.

Прохождение вируса инициируется связыванием рецептор-связывающего домена S-белка с рецепторами клетки-хозяина человека на поверхности клетки. Одним из основных рецепторов для SARS-CoV-2 является ангиотензин-превращающий фермент 2 (ACE2), широко экспрессирующийся в клетках легких, кишечника, печени, сердца, эндотелия сосудов, яичек и почек.

S-гликопротеин SARS-CoV-2 связывается с рецепторами клетки-хозяина (ACE2, TMPRSS2 и GRP78), обнаруженными в эпителиальных клетках легких человека, чтобы облегчить механизм проникновения вируса. Эти рецепторы клетки-хозяина экспрессируются в различных тканях, включая клетки легких человека, почки и желудочно-кишечный тракт, что обуславливает выраженный полиморфизм клинических проявлений острой коронавирусной болезни.

Взаимодействие связывания ACE2 с участком рецептор-связывающего домена S-белка является определяющим фактором для проникновения вируса в клетку-хозяина. А расщепление S-белка протеазами клетки-хозяина нужно для последующего слияния вирусной и клеточной мембраны.

После того, как вирус проникает в клетку-хозяина через эндоцитоз, опосредованный рецептором, состояние клеточного стресса приводит к экспорту GRP78 для дальнейшей активации и взаимодействия вируса с клеткой-хозяином.

Что «умеют» лекарства против ОРВИ

Почему одних вакцин недостаточно

Вирусная инфекция не ограничивается эпителиальными клетками легких человека, поскольку ACE2 экспрессируется в различных тканях, включая почки, сердце, печень, сетчатку и энтероциты кишечника и других тканей всего организма.

После взаимодействия рецептор-связывающего домена S-белок подвергается протеолитическому расщеплению, которое катализируется несколькими протеазами хозяина, такими как фурин, TMPRSS2 и катепсин B/L.

Таким образом, при инфекции COVID-19 протеолитическая обработка активирует S-белок и обеспечивает слияние вирусной мембраны с мембраной клетки-хозяина с последующим высвобождением вирусной РНК в цитоплазму хозяина. Лизосомальные протеазы (катепсин) после эндоцитоза вирусных частиц (в случае проникновения вируса в клетку по эндоцитозному типу) способствуют формированию автофагосомы, пропротеиновые конвертазы (фурин) позволяют создавать заново вирус (т.е. образуются новые вирионы), а внеклеточные протеазы (эластаза) способствуют выходу вируса из клетки.

Пандемическая ситуация с новой коронавирусной инфекцией COVID-19 продемонстрировала, что только вакцинации для предотвращения распространения заболевания недостаточно. Необходимо разрабатывать новые лекарства, действие которых направлено на снижение вирусной нагрузки, угнетение избыточного иммунного ответа и предотвращение развития тяжелых осложнений, таких как острый респираторный дистресс-синдром.

Перспективные направления в разработке новой фармакотерапии

Одной из перспективных мишеней для изучения механизмов развития пневмонии, системного воспаления и синдрома диссеминированного внутрисосудистого свёртывания при COVID-19 является система активаторов плазминогена. Одним из основных его активаторов является сериновая протеаза урокиназа. Протеолитически активный плазмин расщепляет избыток фибрина с образованием высоких концентраций D-димера, что приводит к изменению фибринолитических свойств крови. Кроме того, плазмин также протеолизирует субъединицу эпителиального натриевого канала (ENaC), расположенную на апикальной поверхности мембран эпителиальных клеток легких и почек. Это увеличивает способность ионов Na проникать в эпителиальные клетки и приводит к нарушению водно-солевого обмена в тканях.

Исследованиями также определено значение протеолитической активации в инфекционном процессе, что явилось предпосылкой использования ее в качестве мишени с целью лечения вирусной инфекции. Поскольку с помощью протеолитического расщепления модулируется активность белка и повышается эффективность репликации вируса, влияние на протеазы является важной составляющей терапевтической стратегии. При нарушении протеолитической активации будет происходить составление вирусных частиц, однако образующиеся вирионы будут неинфекционными, поскольку в их составе будут отсутствовать активные белки слияния, обеспечивающие проникновение вируса в здоровые клетки.

Современные возможности медикаментозной терапии

Установлено, что применение при COVID-19 комбинации лопинавира с ритонавиром вместе с рибавирином ассоциировалось со значительным снижением неблагоприятных результатов (острый респираторный дистресс-синдром и летальность) по сравнению с монотерапией рибавирином (2,4% против 28,8%).

Считается, что влияние на ACE2, GRP78 и TMPRSS2 имеет потенциально высокое терапевтическое значение. Ведь важнее угнетать механизм проникновения, делая невозможным процесс слияния, чем блокировать дальнейшую протеолитическую активацию вируса.

Недавно начались клинические исследования по оценке средства, подавляющего протеазы SARS-CoV-2 и нарушающие его способность к самовоспроизведению. Ожидается, что это ЛС будет предотвращать развитие COVID-19 у людей, испытавших влияние возбудителя.

Активация гликопротеина гемагглютинина вируса гриппа путем расщепления протеазами клетки-хозяина имеет важное значение для вирусной инфекционности, это указывает на протеолиз гемагглютинина как мишень к лечению гриппа. Ингибиторы протеолиза озельтамивир, занамивир, апротинин, аминокапроновая кислота (АМК) и сейчас используются при гриппе.

АМК – хорошо известный ингибитор фибринолиза – активно начали применять для профилактики и лечения респираторных вирусных инфекций еще в 80-х годах прошлого столетия. Активность АМК в отношении вирусных инфекций была известна, но механизм ее влияния на то время не был понятен. В то же время было установлено, что АМК блокирует проникновение вируса в клетки носоглотки и бронхолегочной системы на ранних этапах взаимодействия вируса с чувствительными клетками.

Это позволило рекомендовать однократный прием АМК в виде интраназально-пероральной формы в период эпидемического подъема заболеваемости ОРВИ с экстренно-профилактической целью.

Согласно инструкции для медицинского использования «аминокапроновая кислота ингибирует протеолитическую активность, ассоциированную с вирусом гриппа… оказывает тормозящее влияние на ранние этапы взаимодействия вируса с чувствительными клетками, а также угнетает протеолитический процессинг гемагглютинина. В результате не создается функционально-активный белок вируса гриппа, который обеспечивает его инфекционную активность, и снижается количество дочернего инфекционного вируса». Поэтому АМК показана при лечении и профилактике гриппа и ОРВИ у детей и взрослых.

Перорально ее рекомендуется применять в виде 5% раствора:

• детям до 2 лет – по 1-2 чайные ложки,
• детям 2-6 лет – по 2-4 чайные ложки,
• детям от 7 лет и взрослым – по 4-5 чайных ложек 4 раза в сутки 3-7 дней.

В то же время рекомендуется каждые 3-4 часа закладывать в носовые ходы на 5-10 минут ватные турунды, увлажненные 5% раствором АМК, или закапывать по 3-5 капель раствора в каждый носовой ход.

Интраназальные инстилляции целесообразно проводить в течение эпидемического периода с целью профилактики гриппа.

В завершение нужно отметить, что понимание механизмов протеолитической активации вирусов является важнейшим направлением для разработки новых противовирусных лекарственных средств. Также необходимо обеспечить влияние препаратов с разными механизмами действия для уменьшения вирусной стойкости.