Нові, але добре відомі мішені лікування респіраторних вірусних інфекцій

Нові, але добре відомі мішені лікування респіраторних вірусних інфекцій /Фото із особистого архіву

Грудень 2019 року нагадав людству, з якою швидкістю може розповсюджуватися вірусна інфекція і яких масштабів досягати. Учені поки не можуть запропонувати якогось радикального методу уникнути зараження, натомість скеровують терапію на нові мішені. Однією з них є протеоліз, точніше, — його інгібіція.

Докладніше про це розповідає Микола ХАЙТОВИЧ, доктор медичних наук, професор, завідувач кафедри клінічної фармакології та клінічної фармації НМУ імені О.О. Богомольця.

Інгібіція протеолізу – одна з мішеней терапії ГРВІ 

Чому вірусні інфекції поширюються так швидко

Надзвичайна активність механізму передачі вірусних інфекцій обумовлює їхню розповсюдженість, аж до епідемій та пандемій. Остання, спричинена вірусом SARS-CoV-2, спонукала учених всього світу до розробки нових ліків для лікування коронавірусної хвороби COVID-19, яку викликає цей вірус. Цей пошук продовжується й дотепер.

Зокрема, значна увага приділяється ролі протеолізу, як особливої форми біологічного контролю. Відомо, що обмежений протеоліз є пусковим та/або ключовим патогенетичним механізмом багатьох фізіологічних і патологічних процесів: згортання крові, апоптозу, активації низки гормонів, запобігання агрегації білкових молекул тощо. Він забезпечує швидку відповідь організму на мінливі умови або сигнали.

Доведено, що протеолітичні реакції відграють важливу роль у взаємовідносинах між вірусом і клітиною-хазяїном. Протеази мають вирішальне значення для реплікації вірусу, оскільки вони розщеплюють вірусні поліпептиди-попередники як структурні, так і функціональні білки, сприяючи розвитку вірусу в інфікованій клітині-хазяїні. Саме протеолітична активація зумовлює інфекційну активність вірусу та здатність його до генералізації інфекції.

Тому, властивості вірусу уражати певні тканини організму визначаються наявністю в органах і тканинах ферментів, необхідних для протеолітичної активації вірусного потомства.

У пошуку мішеней для терапевтичного втручання: чому протеази?

Тривалий час ми мали відносно мало відомостей про протеази в дихальних шляхах людини, а вони мають вирішальне значення щодо інфекційності вірусу грипу. Доведено, що протеолітичну активацію вірусів грипу та параміксовірусів здійснюють трипсиноподібні протеази клітини, що гідролізують пептидний звʼязок між аргініном та лізином. Хімотрипсин і гемолізин розщеплюють білок-попередник зі зсувом на 3 та 1 амінокислоту відповідно.

Цікаво, що деякі бактерії підтримують активацію гемаглютиніну (ГА) шляхом секреції протеаз, які розщеплюють ГА, або завдяки активації клітинних протеаз і таким чином можуть сприяти поширенню вірусу та посиленню його патогенності.

Загалом ГА забезпечує відразу декілька процесів, що дозволяють вірусу потрапити до клітини господаря:

  • приєднання до молекули сіалової кислоти мембрани епітеліоцита;
  • злиття мембран;
  • ендоцитоз вірусу;
  • злиття оболонки вірусу з оболонкою ендосоми.

Всі ці процеси відбуваються завдяки дії трансмембранних серинових протеаз типу II (TMPRSS 2, TMPRSS 4, HAT), які локалізовані в епітелії верхніх дихальних шляхів.

Отже, протеолітичне розщеплення ГА має важливе значення для інфекційності вірусу грипу, а протеази, що здійснюють це розщеплення, є привабливими мішенями для терапевтичного втручання.

Які «ключі» потрібні вірусу, аби потрапити в організм

Цикл вірусу грипу:

приєднання до епітеліоциту → проникнення вірусу до клітини-господаря → розкриття (вивільнення власних нуклеїнових кислот та інших факторів — носіїв генетичного матеріалу цього вірусу) → біосинтез (синтез нових нуклеїнових кислот, білків, що потім будуть використані для побудови нових віріонів) → створення нових віріонів → вивільнення/реплікація (вірус покидає клітину хазяїна і готовий до інфікування інших клітин) не може відбутися без підготовки поверхні епітеліоцита. Це дуже важливо для того, аби вірус міг приєднатися. Цей процес продовжується протеазами і всередині клітини: створюються умови для реплікації, збірки і вивільнення вірусу з клітини.

В умовах активації протеолізу деградувати і тим порушувати процес противірусного захисту, можуть й інші білки-захисники, наприклад, інтерферони тощо.

Під час пандемії коронавірусу тяжкого гострого респіраторного синдрому (SARS-CoV-2) було показано, що проникнення вірусу вимагає ендосомальної протеази катепсину L, а також виявлено, що інфікування SARS-CoV-2 може бути суттєво індуковано при застосуванні трипсину.

У вірусів грипу та вірусу збудника COVID-19 схожі механізми протеолітичної активації на етапі проникнення в клітину-господаря: глікопротеїн гемаглютиніну вірусу грипу зазнає протеолізу під час його упаковки, S-білок (спайковий білок) коронавірусу також зазнає протеолізу після зв’язування з рецепторами клітини-господаря. 

Вірус SARS-CoV-2 проходить в клітину-господаря шляхом прямого злиття оболонки з мембраною клітини-господаря або злиття мембрани всередині ендосоми після ендоцитозу.

S -білок коронавірусу відіграє ключову роль на ранніх етапах вірусної інфекції, при цьому домен S1 відповідає за зв’язування з рецептором, а домен S2 опосередковує злиття мембрани.

Проходження вірусу ініціюється зв’язуванням рецептор-зв’язуючого домену S-білка з рецепторами клітини-господаря людини на поверхні клітини. Одним з основних рецепторів для SARS-CoV-2 є ангіотензин-перетворюючий фермент 2 (ACE2), який широко експресується в клітинах легенів, кишечника, печінки, серця, ендотелію судин, яєчок і нирок.

S-глікопротеїн SARS-CoV-2 зв’язується з рецепторами клітини-господаря (ACE2, TMPRSS2 і GRP78), знайденими в епітеліальних клітинах легенів людини, щоб полегшити механізм проникнення вірусу. Ці рецептори клітини-господаря експресуються в різних тканинах, включаючи клітини легенів людини, нирки та шлунково-кишковий тракт, що обумовлює виражений поліморфізм клінічних проявів гострої коронавірусної хвороби.

Взаємодія зв’язування ACE2 з ділянкою рецептор-зв’язуючого домену S- білка є визначальним фактором для проникнення вірусу в клітину-господаря. А розщеплення S-білка протеазами клітини-господаря необхідно для подальшого злиття вірусної та клітинної мембрани.

Після того, як вірус проникає в клітину-господаря через ендоцитоз, опосередкований рецептором, стан клітинного стресу призводить до експорту GRP78 для подальшої активації та взаємодії вірусу з клітиною-господарем.

Що «вміють» ліки проти ГРВІ

Чому самих лише вакцин недостатньо

Вірусна інфекція не обмежується епітеліальними клітинами легенів людини, оскільки ACE2 експресується в різних тканинах, включаючи нирки, серце, печінку, сітківку та ентероцити кишечника та інших тканин всього організму.

Після взаємодії рецептор-зв’язуючого домену S-білок зазнає протеолітичного розщеплення, яке каталізується кількома протеазами господаря, такими як фурин, TMPRSS2 і катепсин B/L.

Отже, при інфекції COVID-19 протеолітична обробка активує S-білок та забезпечує злиття мембрани вірусу з мембраною клітини-господаря з подальшим вивільненням вірусної РНК в цитоплазму господаря. Лізосомальні протеази (катепсин) після ендоцитозу вірусних частинок (в разі проникнення вірусу в клітину за ендоцитозним типом) сприяють формуванню автофагосоми, пропротеїнові конвертази (фурин) дозволяють складати заново вірус (тобто утворюються нові віріони), а позаклітинні протеази (еластаза) сприяють виходу вірусу з клітини.

Пандемічна ситуація з новою коронавірусною інфекцією COVID-19 продемонструвала, що лише вакцинації для запобігання поширенню захворювання замало. Необхідно розробляти нові ліки, дія яких спрямована на зниження вірусного навантаження, пригнічення надлишкової імунної відповіді та запобігання розвитку тяжких ускладнень, таких та гострий респіраторний дистрес-синдром.

Перспективні напрямки у розробці нової фармакотерапії

Однією з перспективних мішеней для вивчення механізмів розвитку пневмонії, системного запалення та синдрому дисемінованого внутрішньосудинного згортання при COVID-19 є система активаторів плазміногену. Одним з основних його активаторів є серинова протеаза урокіназа. Протеолітично активний плазмін розщеплює надлишок фібрину з утворенням високих концентрацій D-димеру, що призводить до зміни фібринолітичних властивостей крові. Крім цього, плазмін також протеолізує субодиницю епітеліального натрієвого каналу (ENaC), розташовану на апікальній поверхні мембран епітеліальних клітин легень та нирок. Це збільшує здатність іонів Na проникати в епітеліальні клітини і призводить до порушення водно-сольового обміну в тканинах.

Дослідженнями також визначено значення протеолітичної активації в інфекційному процесі, що стало передумовою використання її як мішені з метою лікування вірусної інфекції. Оскільки за допомогою протеолітичного розщеплення модулюється активність білка та підвищується ефективність реплікації вірусу, відтак вплив на протеази є важливою складовою терапевтичної стратегії. При порушенні протеолітичної активації відбуватиметься складання вірусних частинок, однак віріони, що утворюються, будуть неінфекційними, оскільки в їх складі будуть відсутні активні білки злиття, що забезпечують проникнення вірусу в здорові клітини.

Сучасні можливості медикаментозної терапії

Встановлено, що застосування при COVID-19 комбінації лопінавіра з ритонавіром разом з рибавірином асоціювалось зі значним зниженням несприятливих результатів (гострий респіраторний дистрес-синдром і летальність), порівняно з монотерапією рибавірином (2,4% проти 28,8%).

Вважається, що вплив на ACE2, GRP78 і TMPRSS2 має потенційно високе терапевтичне значення. Адже важливіше пригнічувати механізм проникнення, унеможливлюючи процес злиття, ніж блокувати подальшу протеолітичну активацію вірусу.

Нещодавно розпочалися клінічні дослідження з оцінки засобу, що пригнічує протеази SARS-CoV-2 і порушує його здатність до самовідтворення. Очікується, що ці ЛЗ запобігатимуть розвитку COVID-19 у людей, які зазнали впливу збудника.

Активація глікопротеїну гемаглютиніну вірусу грипу шляхом розщеплення протеазами клітини-хазяїна має важливе значення для вірусної інфекційності, це вказує на протеоліз гемаглютиніну як мішень до лікування грипу. Інгібітори протеолізу озельтамівір, занамівір, апротинін, амінокапронова кислота (АМК) і зараз використовуються при грипі.

АМК – добре відомий інгібітор фібринолізу – активно почали застосовувати для профілактики і лікування респіраторних вірусних інфекцій ще у 80-х роках минулого століття. Активність АМК щодо вірусних інфекцій була відома, але механізм її впливу на той час не був зрозумілим. Натомість було встановлено, що АМК блокує проникнення вірусу в клітини носоглотки та бронхолегеневої системи на ранніх етапах взаємодії вірусу з чутливими клітинами.

Це дозволило рекомендувати одноразовий прийом АМК у вигляді інтраназально-пероральної форми в період епідемічного підйому захворюваності на ГРВІ з екстрено-профілактичною метою.

Згідно з інструкцією для медичного застосування «амінокапронова кислота інгібує протеолітичну активність, асоційовану з вірусом грипу… здійснює гальмуючий вплив на ранні етапи взаємодії вірусу з чутливими клітинами, а також пригнічує протеолітичний процесинг гемаглютиніну. Внаслідок цього не створюється функціонально-активний білок вірусу грипу, який забезпечує його інфекційну активність, та знижується кількість дочірнього інфекційного вірусу». Тому АМК показана при лікуванні та профілактиці грипу та ГРВІ у дітей та дорослих.

Перорально її рекомендовано застосовувати у вигляді 5% розчину:

  • дітям до 2 років – по 1-2 чайні ложки,
  • дітям 2-6 років – по 2-4 чайні ложки,
  • дітям від 7 років і дорослим – по 4-5 чайних ложок 4 рази на добу 3-7 днів. Водночас рекомендовано кожні 3-4 години закладати у носові ходи на 5-10 хвилин ватні турунди, зволожені 5% розчином АМК, або закапувати по 3-5 крапель розчину у кожен носовий хід.

Інтраназальні інстиляції доцільно проводити протягом епідемічного періоду з метою профілактики грипу.

На завершення важливо зазначити, що розуміння механізмів протеолітичної активації вірусів є важливим напрямом для розробки нових противірусних лікарських засобів. Також необхідно забезпечити вплив препаратів з різними механізмами дії для зменшення вірусної стійкості.