Новые вакцины против коронавируса SARS-CoV-2 быстро становятся неэффективными из-за того, что вирус постоянно мутирует. Авторы статьи в PNAS предлагают не бороться с самим вирусом, а останавливать процессы, которые он запускает в зараженной клетке. Например, использовать антиоксиданты, снижающие уровень митохондриальных активных форм кислорода, образующихся под действием вируса. В опытах на мышах такие вещества увеличивали продолжительность жизни зараженных животных.
Ученые всего мира продолжают поиск эффективных средств профилактики и лечения COVID-19, возбудителем которого является коронавирус SARS-CoV-2 из семейства РНК-содержащих вирусов Coronaviridae. Подавляющее большинство уже разработанных вакцин нацелено на S-белок вируса, при помощи которого он взаимодействует с ACE2-рецепторами и проникает внутрь клеток. Но коронавирус постоянно мутирует, S-белок меняется, и вакцины теряют свою эффективность. Исследователи из Детской больницы Филадельфии и Университета Пенсильвании предложили зайти с другой стороны: не пытаться обогнать вирус с его способностью адаптироваться к вакцинам, а уменьшить воздействие на организм.
Недавно проведенные исследования показали, что вирус SARS-CoV-2 разрушительно влияет на митохондрии — «энергетические станции» клеток всех тканей и органов. Он связывается с белками митохондрий зараженных клеток и подавляет экспрессию митохондриальных генов. В результате ингибируются процессы окислительного фосфорилирования (OXPHOS), при помощи которых клетка получает энергию, возрастает уровень митохондриальных активных форм кислорода (mROS) и развивается митохондриально-индуцированный апоптоз. На фоне повышения mROS активируется индуцируемый гипоксией фактор 1-альфа (HIF-1α). В свою очередь, HIF-1α индуцирует гены, которые смещают процесс выработки энергии с OXPHOS на гликолиз, в ходе которого образуются материалы для производства вирусных частиц.
Нарушение процессов OXPHOS и повышение уровня mROS приводят к попаданию в цитоплазму митохондриальной ДНК (mtDNA) и активации целого ряда процессов врожденного иммунитета. В цитозоле mtDNA связывается c инфламмасомой NLRP3-I. Инфламмасома — это мультимолекулярный комплекс, активирующий ферменты каспазы, которые участвуют в выработке провоспалительных цитокинов IL-1 и IL-18. Инфламмасома NLRP3-I активирует каспазу 1, расщепляющую проинтерлейкин proIL-1β до интерлейкина IL-1β, и тем самым запускает воспалительный процесс. Каспаза 1 также активирует гасдермин D (GSDMD), что приводит к пироптозу — некротической гибели клетки.
Цитозольная mtDNA также взаимодействует с циклической GMP-AMP-синтазой (cGAS), которая активирует STING — белок, необходимый для выработки интерферонов бета (IFN-β) 1 типа. В то же время цитозольная mtDNA связывается с толл-подобным рецептором 9 (TLR9), который при передаче сигнала использует белок MyD88. Белки TLR9-MyD88 и рецептор интерлейкина 1 типа 1 (IL-1R1) активируют транскрипционный фактор NF-κB, что в сочетании с активацией cGAS-STING регуляторных факторов транскрипции запускает процесс транскрипции генов провоспалительных цитокинов.
Ранее проведенные эксперименты показали, что поглотители активных форм кислорода (N-ацетилцистеин и MitoQ) нарушают репликацию SARS-CoV-2 и экспрессию мРНК, кодирующей IL-1β, в инфицированных моноцитах крови. В культуре клеток с той же целью могут использоваться MnTBAP — синтетический металлопорфирин, обладающий антиоксидантными свойствами, и mCAT — нацеленная на митохондрии каталаза, а также NIM811 — ингибитор mtPTP (митохондриальной Са2+-зависимой поры).
Новое исследование проводили на трансгенной линии мышей K18-hACE2, созданной для изучения SARS-CoV-2. Такие мыши экспрессируют человеческий ACE2-рецептор, который необходим вирусу SARS-CoV-2 для проникновения в клетку. Ученые предложили уменьшить выработку mROS у зараженных животных. Для этого были использованы антиоксиданты, нацеленные на митохондрии: мышам вводили трансген mCAT и препарат EUK8 — синтетический фермент с антиоксидантными свойствами.
Оказалось, что экспрессия mCAT снижает повреждение митохондрий, вызванное mROS, уменьшает количество mtDNA и увеличивает продолжительность жизни инфицированных животных. Улучшение происходило на фоне снижения уровня белка нуклеокапсида SARS-CoV-2 в легких на второй день после заражения. На четвертый день у животных отмечалось увеличение объема дыхательных путей и уменьшение числа вирусных очагов. mCAT также значительно снизил уровни IL-1β и IFN-β в жидкости бронхоальвеолярного лаважа зараженных мышей. Он также уменьшал экспрессию генов гликолиза, одновременно снижая уровень мРНК, необходимой для активации инфламмасомы, интерферонов, NF-κB и приводящей к гибели клеток. В целом введение mCAT подавляло реакцию на стресс, а также врожденный и адаптивный иммунный ответ в клетках легких у зараженных мышей. Эффект наблюдался как в случае заражения мышей «уханьским» штаммом WA1, так и в случае заражения штаммом омикрон, то есть не зависел от разновидности вируса.
На следующем этапе исследования авторы проверили, что эффективнее: активизировать у инфицированных животных процессы окислительного фосфорилирования, которые угнетает вирус, или бороться с увеличением mROS, запускающих гибельные для клетки процессы. Для активизации OXPHOS использовали MitoCocktail, содержащий вазодилататор (L-аргинин), кофакторы митохондриальных ферментов (тиамин, рибофлавин, ниацин, биотин, фолиевая кислота и L-карнитин), антиоксиданты (α-липоевая кислота, витамин C и кофермент Q10) и митохондриальный субстрат (β-гидроксибутират). В исследовании использовали три группы мышей: первая получала MitoCocktail, вторая — EUK8 для удаления mROS, а третья – MitoCocktail и EUK8. Согласно полученным данным, терапия при помощи EUK8 защищала мышей от потери веса и увеличивала продолжительность жизни. Оказалось, что снижение уровня mROS при помощи EUK8 ингибирует патогенные процессы, вызванные SARS-CoV-2, и эффективнее для защиты клетки, чем стимуляция OXPHOS при помощи MitoCocktail.
Таким образом, в обоих случаях применение нацеленных на митохондрии каталитических антиоксидантов обратило вспять ингибирование окислительного фосфорилирования, снизило экспрессию HIF-1α и генов гликолиза, сократило количество высвобождаемой mtDNA, уменьшая тем самым масштаб иммунного ответа, и нарушило воспроизводство вирусных частиц SARS-CoV-2. Исследователи считают, что митохондриальные антиоксиданты могут стать эффективной альтернативой вакцинации.
Загрузка...