COVIDные войны: новая надежда







30.01.2021

За один год потомки той самой прошлогодней вирусной частицы успели заразить почти семьдесят миллионов человек, умерло полтора миллиона из них, и это число продолжает расти. Как же остановить снежный ком заболеваемости, если невидимый и беспощадный враг захватил всю планету?

Сегодня все наши надежды направлены на вакцины, как наиболее верный способ борьбы с коронавирусной инфекцией COVID-19. Но что, если они помогут нам лишь отложить следующую волну? Что, если в какой-то момент долгожданная вакцина потеряет свой срок годности? А рано или поздно это произойдет. В этот момент нам может пригодиться новое универсальное лекарство, которое в настоящее время разрабатывают ученые.

Действительно, как показывает предыдущий опыт, вакцинация и вакцины – это отличный способ предотвратить разные эпидемии, ведь они помогают человеку выработать иммунный ответ против того или иного вируса еще до встречи с ним. Проблема заключается в том, что, как и любой другой биологический объект, коронавирус SARS-CoV-2 мутирует.

Вошедший в анналы истории под названием китайский, коронавирус мутирует не так быстро, как вирус гриппа, но все же довольно заметно: каждый месяц он накапливает около двух «свежеиспеченных» мутаций. А значит, со временем коронавирус сможет уйти из-под радара иммунитета и будет заражать нас с новой силой, не жалея даже привитых.

Более того, речь идет не о каком-то далеком будущем. Уже сегодня обнаружены мутантные формы SARS-CoV-2, которые не удается нейтрализовать антителами, защищающими нас от других его штаммов [1]. В связи с этим было бы здорово иметь универсальное лекарство, которое бы спасало нас от COVID-19 вне зависимости от того, какие мутации приобрел коронавирус. Пусть не профилактически, как вакцина, но хотя бы после заражения. Но где же его найти?

Для ответа обратимся к жизненному циклу SARS-CoV-2. Первое, что должен сделать коронавирус для успешного заражения, – попасть внутрь клеток. Главными воротами, через которые он это делает, служит белок ACE2, расположенный на поверхности наших клеток. Шиповидный белок SARS-CoV-2 с удовольствием связывается с рецептором, в результате чего ворота раскрываются, впуская вирус внутрь (рис. 1).

Получается, ACE2 – наше слабое место, которым раз за разом успешно пользуется коронавирус. Но что, если превратить этот недостаток в преимущество?

Рецепт инновационного лекарства очень прост: ввести в кровь зараженному пациенту дополнительные копии белка ACE2. Причем можно даже не целиком, а только ту часть, которой он взаимодействует с вирусом. В этом случае добавленные рецепторы, как антитела, свяжут шипики коронавируса и не дадут ему атаковать наши клетки. Мы буквально ловим вирус «на живца»: в поисках дверей в клетку он раз за разом будет натыкаться на расставленные нами «мышеловки» (рис. 2). И действительно, эксперименты на клетках и тканях человека показали, что добавление белка ACE2 надежно нейтрализует SARS-CoV-2, мешая ему инфицировать клетки [2].

Бонусом мы получаем и другой приятный эффект. Дело в том, что рецептор ACE2 в организме человека выполняет и вполне конкретную функцию – расщепляет гормон ангиотензин II. Этот гормон провоцирует гипертензию (повышенное артериальное давление), воспаление и цитокиновый шторм – один из главных факторов летального исхода у больных COVID-19. Введение больному дополнительных копий ACE2 может снизить уровень ангиотензина II и, как следствие, подавить воспалительный ответ и облегчить течение заболевания (рис. 2).

И действительно, этот прогноз подтвердился учеными в ходе клинических испытаний. Уже на следующий день после введения экспериментального лекарства пациентке с COVID-19 уровень цитокинов в ее крови упал вдвое, а одновременно с этим и количество вирусных частиц SARS-CoV-2 [3].

Итак, ACE2 действительно подает большие надежды как новое лекарство против коронавирусной инфекции. Но насколько хорошо оно проявит себя на практике? Это мы узнаем по итогам клинических испытаний.

Безопасность применения ACE2 у здоровых людей была подтверждена результатами первой фазы испытаний еще в 2013 году (предвосхищая существующие теории заговора, необходимо отметить, что тогда оно рассматривалось для лечения другого респираторного заболевания) [4]. Теперь дело – за эффективностью. Вторая фаза испытаний ACE2 против COVID-19 уже запущена. Результаты ожидаются в декабре этого года [5].

Но ученые и не думают останавливаться на достигнутом. Дело в том, что в представленной терапии есть один недостаток: белок ACE2 не очень крепко связывается с коронавирусом – примерно в 100 раз хуже, чем антитела. Поэтому, чтобы нейтрализовать вирус, требуются очень большие дозы рецептора. Можем ли мы улучшить нашу «мышеловку» и сделать так, чтобы она «захлопывала» SARS-CoV-2 не хуже антител?

Этому посвящены новые работы в журналах Science [6] и PNAS [7]. В рамках исследований ученые добавляли единичные мутации в структуру рецептора ACE2, чтобы он гораздо прочнее связывался с шипиком коронавируса и, как следствие, нейтрализовал его при более низких концентрациях.

В первой работе ученые применили метод грубой силы и по одной ввели все возможные мутации во фрагмент белка ACE2, а затем посмотрели, какие из мутаций лучше всего свяжут его с вирусом.

Во втором исследовании за ту же задачу взялись биоинформатики. Вместо того, чтобы делать эксперимент в пробирке, они провернули то же самое на компьютере. В цифровом веке информационно-вычислительные машины становятся важным и серьезным подспорьем. Так, благодаря методам молекулярного моделирования наука научились неплохо предсказывать, как повлияет та или иная мутация на взаимодействие между белками. Причем для этого в лаборатории не нужно иметь даже сам изучаемый белок.

В итоге экспериментальный и биоинформатический методы привели к сопоставимым и весьма обнадеживающим результатам. Введение всего трех мутаций привело к тому, что рецепторы ACE2 стали связываться с шиповидным белком вируса в десятки раз лучше (рис. 3). Ну а главное, улучшенные «мышеловки» смогли нейтрализовать коронавирус SARS-CoV-2 в 1000 раз лучше, чем исходные! Иначе говоря, теперь по терапевтической дозе новое лекарство ничем не уступает антителам.

Но все это были еще цветочки. Теперь о главном преимуществе нового лекарства. В отличие от антител и вакцин, оно практически не имеет срока годности. Да, против такой ловушки вирусу не помогут даже мутации. Представим, что SARS-CoV-2 мутировал и перестал связываться с рецепторами ACE2, плавающими в крови. Но тогда те же мутации помешают ему связаться и с рецепторами на поверхности клетки (ведь лекарство и ворота в клетку – это один и тот же белок). Таким образом, обойдя ловушку, придуманную учеными, вирус одновременно потеряет способность нас инфицировать. Получается, что человеческий организм в любом случае в плюсе.

Для того, чтобы доказать универсальность лекарства, ученые проверили, насколько хорошо оно сможет нейтрализовать другой коронавирус – SARS-CoV-1. Напомним, что именно он вызвал вспышку атипичной пневмонии в 2003 году и является дальним родственником нашего нового знакомого. Генетически коронавирусы схожи на 75 проц., то есть примерно как человек и карп. Не самая близкая, конечно, родня, однако новое улучшенное лекарство защищало клетки и от этого коронавируса, причем так же успешно, как и от самого SARS-CoV-2 (рис. 4).

Выходит, накопив даже тысячу мутаций (а примерно столько мутаций разделяет шиповидные белки SARS-CoV-1 и SARS-CoV-2), вирус вряд ли сможет обхитрить лекарство на основе ACE2.

Таким образом, наш арсенал методов борьбы с SARS-CoV-2 пополняется с каждым месяцем. Одни подходы помогут нам отразить атаку при первом же появлении вируса в организме, другие – избавят от него, даже если он обойдет нашу иммунную систему. Насколько эффективен тот и другой подход – покажут результаты клинических испытаний уже в ближайшее время. Ну, а пока мы можем только надеяться. Впрочем, даже если что-то пойдет не так, со временем появятся новые научные исследования, а с ними – и новая надежда.


Ссылки на цитируемые интернет-ресурсы и рисунки:

[1] Thompson, E. et al. The circulating SARS-CoV-2 spike variant N439K maintains fitness while evading antibody-mediated immunity. BioRxiv (2020) (https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.11.04.355842v1)

[2] Monteil, V. et al. Inhibition of SARS-CoV-2 Infections in Engineered Human Tissues Using Clinical-Grade Soluble Human ACE2. Cell (2020) (https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30399-8)

[3] Zoufaly, A. et al. Human recombinant soluble ACE2 in severe COVID-19. The Lancet Respiratory Medicine (2020) (https://www.thelancet.com/journals/lanres/article/PIIS2213-2600(20)30418-5/fulltext)

[4] Haschke, M. et al. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of recombinant human angiotensin-converting enzyme 2 in healthy human subjects. Clinical Pharmacokinetics (2013) (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23681967/)

[5] ClinicalTrials Identifier: NCT04335136. Recombinant Human Angiotensin-converting Enzyme 2 (rhACE2) as a Treatment for Patients With COVID-19 (APN01-COVID-19) (https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04335136)

[6] Chan, D. et al. Engineering human ACE2 to optimize binding to the spike protein of SARS coronavirus 2. Science (2020) (https://science.sciencemag.org/content/369/6508/1261)

[7] Glasgow, A. et al. Engineered ACE2 receptor traps potently neutralize SARS-CoV-2. Proceedings of the National Academy of Sciences (2020) (https://www.pnas.org/content/117/45/28046)

[8] Рисунок 1. Источник: Juan Gaertner / Science Source. Рисунок 2. Источник: Abd El-Aziz, T.M. et al. Human recombinant soluble ACE2 (hrsACE2) shows promise for treating severe COVID¬19. Signal Transduction and Targeted Therapy (2020). https://www.nature.com/articles/s41392-020-00374-6. Рисунок 3. Источник: Sokolowska, M. Outsmarting SARS-CoV-2 by empowering a decoy ACE2. Signal Transduction and Targeted Therapy (2020). https://www.nature.com/articles/s41392-020-00370-w. Рисунок 4. Источник: Chan, D. et al. Engineering human ACE2 to optimize binding to the spike protein of SARS coronavirus 2. Science (2020). https://science.sciencemag.org/content/369/6508/1261


Александр Тышковский,
старший научный сотрудник МГУ им. М.В. Ломоносова,
Research fellow в Harvard Medical School. (Москва, Россия)

Copyright © 2015-2020 All rights reserved.