Ковидные войны: Новая надежда?

Пока производители вакцин меряются эффективностью своих прививок, ученые не сидят на месте и разрабатывают новые методы борьбы с COVID-19. Один из них заслужил особый интерес научного сообщества, ведь, судя по последним исследованиям, он сможет защитить нас от коронавирусной инфекции даже тогда, когда перестанет работать долгожданная вакцина. А рано или поздно, это произойдет.

Да, вакцины – отличный способ предотвратить эпидемию, ведь они помогают нам выработать иммунный ответ против вируса еще до встречи с ним. Однако, как мы уже убедились, коронавирус SARS-CoV-2 мутирует - пусть и не так быстро, как вирус гриппа. А значит, со временем он уйдет из-под радара иммунитета и сможет заражать нас с новой силой, не жалея даже привитых. Более того, речь 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 лекарство, которое бы спасало нас от COVID-19 вне зависимости от того, как мутирует коронавирус. Пусть не профилактически, но хотя бы после заражения. Но где же его найти?

Для ответа обратимся к жизненному циклу SARS-CoV-2. Первое, что должен сделать вирус для успешного заражения – попасть внутрь клеток. Главными воротами, через которые это делает наш новый знакомый, служит белок ACE2, расположенный на поверхности наших клеток. Шиповидный белок SARS-CoV-2 с удовольствием связывается с этим 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 наши клетки [2].

Бонусом мы получаем и другой приятный эффект. Дело в том, что рецептор ACE2 в нашем организме 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 теории заговора: 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, так что ждать осталось совсем недолго [5].

Но ученые и не думали останавливаться на достигнутом. Дело в том, что у этой 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 и посвящены новые работы в журналах Science [6] и PNAS [7]. В них ученые добавляли единичные мутации в структуру рецептора ACE2, чтобы он гораздо прочнее связывался с шипиком вируса и, как следствие, нейтрализовал его при более низких концентрациях. В первой работе ученые применили метод грубой силы и по одной ввели все возможные мутации в 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. Да, благодаря методам молекулярного моделирования мы научились неплохо предсказывать, как повлияет та или иная мутация на взаимодействие между белками. Для этого в лаборатории не нужно иметь даже сам изучаемый белок.

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

Но это были цветочки, а 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 мышеловку, вирус одновременно потеряет способность нас инфицировать. Получается, мы в любом случае в плюсе.

Для того, чтобы доказать универсальность лекарства, ученые проверили, насколько хорошо оно сможет нейтрализовать другой коронавирус – SARS-CoV-1. Этот вирус вызвал вспышку атипичной пневмонии в 2003 и является дальним родственником нашего нового знакомого. Генетически они схожи на 75%, примерно как человек и … карп. Да, не самая близкая родня. Тем не менее, 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 коронавирусом 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 всего через несколько месяцев. 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.

Источники:

1. Thompson, E. et al. The circulating SARS-CoV-2 spike variant N439K maintains fitness while evading antibody-mediated immunity. BioRxiv (2020)

2. Monteil, V. et al. Inhibition of SARS-CoV-2 Infections in Engineered Human Tissues Using Clinical-Grade Soluble Human ACE2. Cell (2020)

3. Zoufaly, A. et al. Human recombinant soluble ACE2 in severe COVID-19. The Lancet Respiratory Medicine (2020)

4. Haschke, M. et al. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of recombinant human angiotensin-converting enzyme 2 in healthy human subjects. Clinical Pharmacokinetics (2013)

5. ClinicalTrials Identifier: NCT04335136. Recombinant Human Angiotensin-converting Enzyme 2 (rhACE2) as a Treatment for Patients With COVID-19 (APN01-COVID-19)

6. Chan, D. et al. Engineering human ACE2 to optimize binding to the spike protein of SARS coronavirus 2. Science (2020)

7. Glasgow, A. et al. Engineered ACE2 receptor traps potently neutralize SARS-CoV-2. Proceedings of the National Academy of Sciences (2020)

Комментарии: