В погоне за исцелением: как лечить коронавирус?

Существующие противовирусные препараты и информация, полученные во время эпидемии других коронавирусов: атипичной пневмонии (SARS) и ближневосточного респираторного синдрома (MERS), могут оказаться наиболее быстрым и эффективным путем борьбы с нынешней эпидемией коронавируса. Эпидемия тяжелого острого респираторного синдрома (severe acute respiratory syndrome, SARS), более известного в СМИ как атипичная пневмония, имела место в 2002–2003 годах, а вспышка ближневосточного респираторного синдрома (Middle East respiratory syndrome, MERS) произошла в 2015 году.  Как опыт, накопленный за эти годы, может помочь нам сегодня найти лекарство от COVID-19? Сайт СПИД.ЦЕНТР публикует аннотированный пересказ соответствующего материала из журнала Nature c комментариями  биохимика, кандидата наук и выпускающего редактора блога о доказательной медицине «Медфронт» Галины Вирясовой. 

Современные методы молекулярного моделирования и виртуальных скринингов лекарств ускоряют разработку лекарств и позволяют предсказать их эффективность, однако все выбранные соединения должны быть проверены экспериментально.

В настоящее время биотехнологические компании всего мира исследуют возможность применения уже существующих лекарств для лечения вспышки коронавируса.

Так, в конце января компания Ascletis Pharma, располагающаяся в Ханчжоу, обратилась к китайским властям с просьбой одобрить использование двух ингибиторов протеазы ВИЧ (препараты Ритонавир и ASC09) в клинических испытаниях по лечению COVID-19: заболевания, вызванного новым коронавирусом SARS-CoV-2 . 

А в начале февраля этого года уже другая компания, базирующаяся в китайском Сучжоу, BrightGene Bio-Medical Technology, объявила о старте производства Ремдесивира (GS-5734) — антивирусного препарата широкого спектра действия, разработанного компанией Gilead Sciences, — с теми же целями. 

Ремдесивир, как и ингибиторы протеазы ВИЧ, был первоначально разработан для лечения совсем другого заболевания, вируса Эбола, но теперь компания Gilead в партнерстве с китайскими органами здравоохранения собирается проверить его в рандомизированных контролируемых испытаниях: сможет ли он использоваться в качестве лекарства от коронавируса. 

Лидеры гонки

«Общая структура генома, кинетика репликации и биология вирусов MERS, SARS и [SARS-CoV-2] очень похожи, поэтому тестирование лекарств, предназначенных для воздействия на общие части этих коронавирусов, является логичным шагом», — говорит Винсент Манстер, руководитель отдела вирусной экологии Национального института здравоохранения (National Institute of Health, NIH) США. 

Более того, тестирование терапии, уже одобренной для других показаний, также имеет смысл, так как эти препараты уже массово производятся, доказали свою безопасность и доступны в больших масштабах.

Геном — совокупность наследственного, генетического материала, заключенного в клетке.

Репликация — процесс, необходимый для деления клеток. А протеаза, о которой речь шла выше, — это фермент, который расщепляет пептидную связь между аминокислотами в белках. 

Ингибиторы протеаз — в данном случае, это группа антиретровирусных препаратов, механизм действия которых заключается в блокировании именно этого фермента во время репликации вируса ВИЧ. 

Использование этих препаратов нарушает образование белков вирусного капсида и препятствует его размножению. 

С самого начала вспышки COVID-19 врачи по всему миру следовали китайским клиническим рекомендациям, опубликованным в январе, и лечили госпитализированных пациентов α-интерфероном в сочетании с ранее известным препаратом Калетра. 

Калетра представляет собой «коктейль» уже упомянутых ингибиторов протеазы ВИЧ, а конкретно: Ритонавира и Лопинавира. 

На протяжении последних месяцев именно этот препарат, производимый компанией AbbVie, тестировался в комбинациях с другими уже известными препаратами, блокирующими репликацию некоторых вирусов и, возможно, эффективных в случае SARS-CoV-2. И подавал большие надежды. 

Кто, по мысли ученых, в терапевтических схемах должен был составить пару Лопинавиру/Раитонавиру?  

Например, аналог гуанозина и ингибитор синтеза РНК Рибавирин, а также ингибиторы обратной транскриптазы ВИЧ (Эмтрицитабин/Тенофовир алафенамид фумарат) или ингибитор слияния мембран Умифеновир, который в настоящее время производит московская компания «Фармстандарт». 

Гуанозин — нуклеозид, входящий в состав РНК. Фосфорные эфиры гуанозина (гуанозинфосфорные кислоты) играют важную роль в обмене веществ. 

А обратная транскриптаза ВИЧ — фермент, необходимый для воспроизводства ретровирусов, который катализирует синтез ДНК на матрице РНК в процессе, называемом обратной транскрипцией. 

(Интересно заметить, что большинство процессов транскрипции в живых организмах происходит в другом направлении, обычно РНК-транскрипт синтезируется с молекулы ДНК). 

Почему они должны были сработать на COVID-19?  

Вирус SARS-CoV-2 относится к семейству  β-коронавирусов, состоит из белковой оболочки  и одноцепочечной (+) РНК. (Подробнее об устройстве вируса можно прочитать здесь). Он во многом схож с другими коронавирусами, SARS и MERS, о которых уже упоминалось в начале статьи. 

Потенциальные мишени для противовирусных препаратов, которые закодированы в геноме вируса, включают: 

• неструктурные белки (например, химотрипсин-подобная протеаза 3, папаин-подобная протеаза, РНК-зависимая РНК-полимераза и ее хеликаза), 

• структурные белки (например, капсидный спайк-гликопротеин), 

• и вспомогательные белки. 

Считается, что Калетра ингибирует химотрипсин-подобную протеазу коронавирусов SARS и MERS, поэтому ранее показывала эффективность в клинических исследованиях как терапия против заболеваний, вызванных ими. 

Более того, компания Асклетис ранее сообщала о случае быстрого выздоровления пациента после лечения Калетрой. 

Но судя по всему, именно этому препарату оказалось суждено одним из первых покинуть гонку за право стать лекарством от нового коронавируса уже на финишной прямой. 

Результаты клинических испытаний Калетры оказались разочаровывающими: в исследовании на 199 человек статистически значимых различий между контрольной группой и Калетрой обнаружено не было. Кроме того, использование этого препарата оказалось связано с большим числом побочных эффектов, и ранее известных пациентам с ВИЧ, годами принимавшими данный препарат.  

Новый фаворит

В чем причина неудачи Калетры? Эрик Де Клерк из Института медицинских исследований Рега в бельгийском Левене, напоминает, что при поиске или разработке эффективных препаратов против COVID-19 «мы должны избегать использования тех противовирусных препаратов, о которых известно, что они действуют на мишени, не участвующие в репликации коронавирусов». 

К таким препаратам, по его мнению, относится и Калетра (Лопинавир/Ритонавир), блокирующий протеазу ВИЧ. 

Вместо этого он предлагает ориентироваться на белки, специфичные для данного типа вируса, например, на РНК-зависимую РНК-полимеразу. 

Джордж Пейнтер, президент Института разработки лекарств Эмори в Университете Эмори, также осторожно относится к дальнейшему исследованию ингибиторов протеазы ВИЧ как препаратов, призванных справиться с коронавирусом. 

«Вероятно, мы еще не можем говорить о повсеместном использовании лекарств против ВИЧ для лечения коронавируса: все же эти ингибиторы протеаз были разработаны специально для ВИЧ», — говорит он.

РНК-полимераза — молекулярная машина, осуществляющая транскрипцию, т.е. синтез РНК по матрице ДНК. 

РНК-зависимая РНК-полимераза — фермент, катализирующий репликацию РНК (синтез РНК по матрице РНК, а не по матрице ДНК). 

Но какой препарат Пейнтер считает наиболее перспективным в этом ключе? Уже упомянутый нами во вводке Ремдесивир. 

Ремдесивир блокирует РНК-полимеразу вируса Эбола и, таким образом, предотвращает его репликацию. 

Смысл попыток повторного использования Ремдесивира, но теперь уже для лечения китайского коронавируса, заключается в том, что у него очень широкая противовирусная активность, поэтому он может быть эффективен и против SARS-CoV-2. 

Действительно, Ремдесивир уже исследуется в двух клинических испытаниях, которые начались в первых числах февраля и должны быть завершены к началу апреля. 

«Ремдесивир обладает довольно высокой эффективностью для всех различных коронавирусов, и поэтому он является одним из главных кандидатов для тестирования», — говорит Винсент Мюнстер, глава отдела вирусной экологии Национального института здоровья США.  

В отчете ВОЗ по исследованиям и разработкам, опубликованном в конце января, Ремдесивир был также признан наиболее перспективным кандидатом для лечения COVID-19 по причине его широкого спектра действия, данных in vitro (полученных в лабораторных условиях, в среде искусственно созданной, например, в пробирке на культурах клеток и т.д. ) и in vivo (полученных непосредственно в биологической системе, в ходе испытаний на животных или людях), а также его клинической безопасности при терапии им Эболы. 

Так, исследования, опубликованные в январе, показали, что Ремдесивир активен в отношении изолированного в лабораторных условиях SARS-CoV-2. 

А экспериментальные данные на мышах, зараженных родственным вирусом MERS, показали, что этот препарат действует эффективнее, чем комбинация Лопинавира/Ритонавира и β-интерферона для улучшения функции легких. 

Прочие участники и «темные лошадки»

Интересно, что первый пациент в США, у которого был подтвержден COVID-19, показал улучшения после первого дня лечения именно  Ремдесивиром. И хотя этот факт мог быть напрямую и не связан с действием препарата: данных для того, чтобы говорить с уверенностью, для этого недостаточно — в любом случае, как уже было доказано, Ремдесивир уменьшает тяжесть течения заболевания, репликацию вируса и повреждение легких в модели MERS у приматов. 

«Агенты широкого спектра действия вообще идеально подходят для ситуаций, когда мы не совсем знаем, с чем имеем дело, хотя мы можем не понимать все механизмы, лежащие в основе их противовирусной активности, — говорит Брайан Маунс, доцент кафедры микробиологии и иммунологии Университета Лойолы, Чикаго. — Важно лишь, чтобы у них было как можно меньше побочных эффектов». 

Вторым противовирусным препаратом широкого спектра действия, исследуемым в качестве лекарства от коронавируса, является ингибитор РНК-полимеразы Фавипиравир, производимый токийской компанией Toyama Chemical и одобренный для использования против гриппа A и B. 

Впрочем, в исследовании in vitro это соединение не проявляло сильной активности в отношении изолята SARS-CoV-2.

Равно как и ингибитор протеазы ВИЧ, Презкобикс от компании Janssen (в состав препарата входит Дарунавир и стимулирующий агент Кобицистат), который сейчас находится на стадии оценки. 

В конце января Janssen отправили это лекарство в Китай для испытаний in vitro. В комментарии для статьи в Nature Biotechnology компания тогда заявляла: «Нам известны неофициальные данные о том, что Дарунавир потенциально обладает противовирусной активностью в отношении COVID-19. Но пока компания не располагает данными in vitro или клиническими данными, подтверждающими возможность использования Дарунавира для лечения COVID-19». 

В марте производитель повторил свое заявление, подчеркнув, что пока у него нет ни клинических, ни фармакологических доказательств, подтверждающих активность данного лекарства  против нового коронавируса. Впрочем, исследования продолжаются, и чем завершатся его испытания пока сказать сложно. 

Последний фаворит «большой гонки», имя которого стоит упомянуть особо: Хлорохин,  ранее одобренный в качестве лекарства от малярии и аутоиммунных заболеваний. 

Более десяти клинических испытаний в настоящее время тестируют именно его  в качестве лекарства против COVID-19. И действительно, in vitro этот ингибитор эндосомального подкисления, влияющего на возможность слияния вируса с клеткой хозяина, блокировал размножение изолята вируса SARS-CoV-2.

Возможные альтернативы 

Итак, если мы посмотрим ниже на таблицу, то увидим, что большинство препаратов, участвующих в клинических испытаниях по COVID-19, ингибируют ключевые компоненты жизненного цикла коронавирусной инфекции. 

• проникновение вируса в клетку-хозяина (предотвращается Умифеновиром, это единственный российский препарат, участвующий в гонке, Хлорохином или Интерфероном), 

• репликация вируса (блокируется Лопинавиром/Ритонавиром, ASC09 или Дарунавиром/Кобицистатом, которые ингибируют 3C-подобную протеазу (3CLpro), 

• синтез вирусной РНК (ингибируется Ремдесивиром, Фавипиравиром, Эмтрицитабином/Тенофовира алафенамидом или Рибавирином). 

Но есть и другие. Альтернативная стратегия выбора уже существующих лекарств и их перепрофилирования для борьбы с современной пандемией связана с исследованиями гликопротеина шиповидных отростков (S–spike glycoprotein), участвующем во взаимодействии вируса с рецепторами клеток хозяина. 

Так, в начале февраля были опубликованы кристаллическая структура высокого разрешения вирусной 3C-подобной протеазы (3CLpro, идентификатор банка данных белка 6LU7) и статья в журнале Science, описывающие структурные особенности вирусного шиповидного (S) белка, что также может ускорить разработку потенциального лекарства. 

Исследователи, которые определили структуру 3CLpro, использовали ее для скрининга применимости уже существующих лекарств — ингибиторов протеаз (Саквинавир, Индинавир, Лопинавир и Ритонавир), ингибитора протеасомы Карфилзомиба, двух препаратов от респираторно-синцитиальных вирусов, лекарства от шизофрении и иммунодепрессанта. 

Кроме того, на основе структуры 3CLpro алгоритмы машинного обучения создали несколько новых потенциальных ингибиторов. Но превращение их в лекарства потребует очень длительного процесса разработки, который, вероятно, займет больше времени, чем продлится нынешняя вспышка. 

Один из авторов этой работы, Алекс Жаворонков, генеральный директор Insilico Medicine (Гонконг), полагает, что поиск сходства между этими новыми структурами и известными лекарственными средствами может стать оптимальной стратегией, а машинное обучение, компьютерные модели и виртуальный скрининг заметно ускорить этот процесс. 

Вместо заключения

В целом, даже не зная все структурные характеристики белков вируса SARS-CoV-2, можно проводить виртуальный скрининг, соглашаются с ним некоторые коллеги. «В первом приближении можно работать с теми ферментами, которые, как мы уже знаем, есть в предыдущем SARS-коронавирусе», — говорит Рольф Хильгенфельд, сотрудник Института биохимии, Любекский университет (Германия).

«Конечно, есть некоторые различия, но большинство из них не влияют на сайты связывания ингибиторов с субстратом», — говорит он.

Отметим, что уже сейчас, даже несмотря на недостаток доказательной базы, главный из уже существующих препаратов, Ремдесивир, уже используется в США при лечении COVID-19. Он также есть и в клинических рекомендациях некоторых европейских стран, например, в испанских. А после ряда китайских исследований и Хлорохин, старый препарат для лечения малярии, также имеет все шансы быть включенным в большинство национальных клинических руководств. 

Впрочем, хоть ориентация на блокирование репликации вируса с помощью таких препаратов, как Ремдесивир, должна предотвращать развитие бессимптомного, легкого или умеренного течения COVID-19, как отмечают исследователи, он может  оказаться неэффективным для пациентов, имеющих COVID-19 в тяжелой форме. 

«Обычно у тех, кто попадает в больницы, уже есть вторичные проблемы, связанные с пневмонией. Здесь борьба с репликацией вируса может убрать вирус, но не ущерб, который, скорее всего, вызван иммунным ответом пациента», — замечает Манстер.

Количество известных лекарств, которые могут быть переориентированы на лечение коронавируса, ограничено, поэтому со временем понадобятся и новые препараты для борьбы с COVID-19. А стало быть, процесс поиска пока останавливать рано, подчеркивают исследователи.