/ Коронавирусы (SARS-CoV, COVID19) и активация инфламмасомы

Коронавирусы (SARS-CoV, COVID19) и активация инфламмасомы

Наша иммунная система реагирует на внутренние и внешние угрозы, используя врожденный и приобретенный иммунитет. Врожденная иммунная система традиционно считается первой линией защиты организма от патогенных микроорганизмов. Она состоит из рецеторов, которые воспринимают вторгающиеся микроорганизмы (pattern-recognition receptors (PRRs)), которые экспрессируются иммунных и воспалительных клетках (моноциты, макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки).

Работа врожденного иммунитета связана с выбросом провоспалительных цитокинов – медиаторов воспаления. Воспаление выполняет мощную иммунную функцию, однако, иммунная функция воспаления может быть полезной или вредной, в зависимости от патологического состояния. Воспаление ограничивает репликацию вируса и инфекцию. Но избыточный иммунный ответ может привести к повреждению органов / тканей, что приводит к дисфункции многих органов и смерти (25).

Инфламмасомы – ключевые сигнальные платформы воспаления. Они обнаруживают микробные вещества, а также приводят к «стерильному воспалению», вызванному внутренними факторами. Активация инфламмасом способствует каспазо-1-опосредованной секреции провоспалительных цитокинов, - интерлейкина (IL) -1β и IL-18 и к пироптозу (программируемая некротическая гибель клетки). Данные интерлейкины – ключевые участники так называемого «цитокинового шторма», приводящего к патогенному воспалению при при SARS, так и при COVID-19 (7).

Коронавирусы (SARS-CoV, COVID19) и активация инфламмасомы

Когда активация инфламмасомы неблагоприятна

Легкие постоянно сталкиваются с воздействием посторонних веществ, в том числе патогенов. По этой причине клетки дыхательных путей, такие как альвеолярные макрофаги, подвергаются этим повреждениям и инициируют опосредованный воспалением иммунный ответ. Острое или хроническое воздействие вредных раздражителей может привести к развитию патологических состояний. На сегодняшний день ряд исследований демонстрирует критическую роль воспаления в патогенезе различных заболеваний легких. Из-за своей способности вызывать сильный воспалительный ответ формирование инфламмасомы может усугубить повреждение тканей (3).

При этом степень активации NLRP3 инфламмасомы растет с возрастом (главная причина – дисфункция митохондрий и стресс ЭПС) (4, 9). Активация инфламмасомы связана со становлением и прогрессированием ряда патологических возраст-зависимых состояний, включая метаболические нарушения, диабет 2, болезнь Альцгеймера, атеросклероз, рассеянный склероз, воспалительные заболевания кишечника, аутоиммунные заболевания (2, 10)

Было показано, что активация инфламмасомы NLRP3 принимает участие в развитии острого респираторного дистресс-синдрома (ARDS, ОРДС) и острого повреждения лёгких.(3) (рис.1)

ph790471.f4.jpeg

Рис.1. Триггеры активации инфламмосомы в макрофагах легких. Активированные инфламмасомы стимулируют воспаление, в том числе рекрутирование нейтрофилов.

В качестве ключевого компонента воспалительного комплекса IL-1β является одним из наиболее мощных воспалительных белков, участвующих в патогенезе ОРДС. При этом искусственная вентиляция легких может приводить к еще большему повышению уровня IL-18, IL-1β и активации инфламмасомы. На мышиной модели ARDS снижение активации инфламмасомы привели к снижению уровня повреждения легких у мышей с искусственной вентиляцией легких.

Таким образом, у возрастных пациентов, пациентов с хроническими метаболическими нарушениями, генетическими особенностями иммунной системы активация инфламмасомы может в ответ на вирусную инфекцию может иметь негативные последствия. Также это справедливо при искусственной вентиялции легких.


Механизмы вирусной активации инфламмасомы

Механизмы активации инфламмасомы NLRP3 изучены еще неполностью. В любом случае активация происходит в 2 этапа, - собственно активация (сигналы PAMP или DAMP, которые опознаются соответствующими рецепторами) и сборка инфламмасомы. Это запускает превращение прокапсазы-1 в капсазу-1, с последующей секрецией IL-1β и IL-18.

Выделяют несколько основных триггеров активации NLRP3, и они несколько различны при разных вирусных инфекциях. Активация инфламмасомы характерна и активно изучается для коронавирусов (и для COVID19) (1). При этом у летучих мышей, от которых эти коронавирусы идут в массы, активация инфламмасомы не происходит (11).

В целом, основных триггеров было выделено 4. Главный триггер – поступление К+ (при этом без соответствующего количества внеклеточной АТФ секреция интерлейкинов происходить не будет). Также «запуск» формирования инфламмасомы может происходить под воздействием ионов кальция Са2+ и под воздействием ROS и DAMP, выделяемых поврежденными митохондриями (рис 2)

fphar-06-00262-g001.jpg

Рис.2. Схематическое изображение возможных механизмов активации инфламмасомы (поступление ионов К+, Са2+, ROS, повреждение митохондрий), с ее последующей самоборкой, активацией каспазы 1, приводящией к высвобождению зрелых Il1b и Il18.

В любом случае, активация инфламмасомы не происходит без участия митохондрий. Во-первых, митохондриальное повреждение необходимо для сборки и активации NLRP3-воспаления (мтDAMP, внеклеточная АТФ, ROS). Во-вторых, синтез митохондриальной ДНК (мтДНК), индуцируемый после вовлечения Toll-like рецепторов, имеет решающее значение для передачи сигналов NLRP3 (9). Также митохондрии играют ключевую роль в гомеостазе Са2+ (рис.3). 


Рис 3. Митохондриальная регуляция NLRP3 инфламмасомы.

Первый пример вирусного активатора воспаления NLRP3 был обнаружен у вирусов гриппа, у которых белок ионного канала М2 увеличивает созревание IL-1. Также было показано, что вирус энцефаломиокардита активирует воспаление NLRP3. (1).

Активация инфламмасомы была показана для коронавируса SARS. Механизм до конца не выяснен, но ясно, что он происходит через активацию К+ каналов при помощи вирапоринов (6). Вирапорины – недавно открытый класс вирусных белков. Они влияют на проницаемость мембраны и транспорт белков через мембрану клетки-хозяина (5).

Работа виропоринов может быть сгруппирована по трем основным направлениям, которые связаны с активацией NLRP3. Первая группа виропоринов прокачивает протоны и рассеивает градиент протонов по сети Гольджи, например, у вируса гриппа А. Вторая группа манипулирует гомеостазом Ca2 +, стимулируя поток Ca2 + из внутриклеточных хранилищ в цитозоль, обеспечивая второй сигнал для активации NLRP3 и продукции IL-1β (у 2B вируса полиомиелита и риновирусов). Третья группа увеличивает митохондриальный стресс и влияет на продукцию АФК,как у коронавируса (рис 4). Таким образом, для коронавирусов в большей степени характерна активации инфламмасомы под воздействием митохондриальных ROS (рис.3).

1-s2.0-S1357272520300558-gr3.jpg

Рис.4 Инфицирование SARS-CoV приводит к увеличению митохондриальных ROS с последующей сборкой инфламмосомы (8).

Известно, что SARS-CoV чрезвычайно эффективен в подавлении противовирусного иммунитета и активации провоспалительного ответа. Поэтому очень интересно сравнить механизмы активации инфламмасомы у SARS и SARS-CoV-2 (Covid19). Было показано, что белок 3a (ORF3a) открытой рамки считывания SARS-CoV активирует воспалительную систему NLRP3, стимулируя связанный с TNF-рецептором фактор 3 (TRAF3). Изучение способности этих вирусов модулировать противовирусные и провоспалительные реакции показало, что SARS-CoV-2  слабее в активации NLRP3-воспаления, что необходимо проверить экспериментально (7). Поэтому, похоже, способность COVID19 активировать инфламмосому все же ниже, чем у SARS (7).

Так как сборка инфламмосомы играет существенную роль в патогенезе возраст-зависимых заболеваний и острого респираторного дистресс-синдрома, вызванного в том числе коронавирусами, неудивительно, что вовсю осуществляется поиск ингибиторов этой самой сборки. 

Ингибиторы сборки NLRP3 инфламмасомы

1. Малые молекулы и лекарственные препараты (таблица 1)

Малая молекула МСС950 (12). Называется как один из основых кандидатов, активно изучается, но не проходила клинические испытания на людях. Что главное, - блокирует каноническую и неканоническую сборку инфламмасомы в наномолярных концентрациях. Ингибирует капсаза-1-зависимый процессинг интерлейкина 1-бета (13). С хорошим результатом изучали на свиной модели инфаркта (14) и при травматических повреждениях мозга (15).

Дапансутрил (OLT1177 (Dapansutrile) (16). Показана безопасность для людей, специфично ингибирует образование инфламмасомы. Проходил клинические испытания на здоровых волонтерах, при остеоартрите ( в форме геля), при сердечной недостаточности (в форме капсул). Для капсул в фазе 1 показана его безопасность. Для геля прошел фазу 2.

Интерферон 1 типа, интерферон бета, оксид азота (2)

Было показано, что интерферон типа I ослабляет активацию воспаления с помощью NLRP3 посредством Stat1-зависимого способа, тогда как оксид азота был идентифицирован как еще один негативный регулятор активации воспаления с помощью NLRP3

МикроРНК (2)

МикроРНК-223 – индуцирует супрессию белка NLRP3. Что очень важно, была показана ее эффективность именно для легких (21) miR ‑ 223 функционирует как биологический индикатор, регулируя воспаление при остром повреждении легких, и может представлять новую потенциальную терапевтическую мишень и прогностический маркер при остром повреждении легких.

HU-308 агонисты каннабиоидных рецепторов (23, 24) и другие индукторы аутофагии

Есть два хорошо охарактеризованных каннабиноидных рецептора с различными физиологическими свойствами. Рецептор CB1 опосредует большинство психоактивных эффектов каннабиноидов, тогда как рецептор CB2 главным образом участвует в противовоспалительных и иммунодепрессивных действиях. Следовательно, селективная активация рецептора CB2 может обеспечить противовоспалительное действие каннабиноидов без психоактивных эффектов. В настоящее время существует ряд высокоселективных антагонистов каннабиноидных рецепторов. Особый интерес представляет, SR141716 Rimonabant (в настоящее время находится в фазе 3 клинических испытаний для лечения сердечно-сосудистых патологий). SR145528 является высокоселективным антагонистом рецептора CB2.

Каннабиноидный рецептор 2 (CB2R) является уже продемонстрированной терапевтической мишенью при заболеваниях, связанных с воспалением. Активация противовоспалительного CB2R приводит к ингибированию воспаления и активации NLRP3. Таким образом, агонисты CB2R, могут стать эффективной терапией для лечения заболеваний, связанных с воспалением NLRP3, путем индукции аутофагии.

Таблица 1. Потенциальные препараты – ингибиторы NLRP3-инфламмасомы

fphar-06-00262-t001.jpg

2. Питание/образ жизни/БАДы

Бета-гидроксибутират, ВНВ (17, 18)

Один из двух основных кетонов, уровень которого повышается в организме в ответ на на голодание, ограничение калорийности, высокоинтенсивную физическую нагрузку или низкоуглеводную кетогенную диету. Жизненно важные органы, такие как сердце и мозг, могут использовать BHB в качестве альтернативного источника энергии во время физической нагрузки или недостатка калорий. Снижает выработку IL-1β и IL-18 под воздействием воспаления NLRP3 в моноцитах человека. Скорее всего, нарушает процесс олигомеризации инфламмасомы.

Поэтому не переедать на карантине, не забывать про обязательный ночной голод для переключения субстратов. И да, когда при вирусе не хочется есть, это обоснованно.

Мелатонин (22)

Острое повреждение легких (ALI) и острый респираторный дистресс-синдром (ARDS) являются клинически тяжелыми респираторными расстройствам. Мелатонин - это хорошо известная противовоспалительная молекула, которая доказала свою эффективность при ALI, вызванной многими состояниями. Мелатонин ингибирует активацию воспалительных процессов NLRP3, подавляя высвобождение внеклеточных гистонов и непосредственно блокируя индуцированную гистоном активацию воспалительных процессов NLRP3.

Поэтому всем - хорошо спать! У пожилых продукция мелатонина падает, поэтому можно рассмотреть возможность сапплементации.

Желчные кислоты (19)

Основными компонентами желчи являются желчные кислоты  (ЖК) — 67%, около 50% — первичные ЖК: холевая, хенодеоксихолевая (1:1), остальные 50% — вторичные и третичные ЖК: деоксихолевая, литохолевая, урсодеоксихолевая, сульфолитохолевая. Желчные кислоты ингибируют активацию воспаления NLRP3 через ось TGR5-cAMP-PKA. Поэтому – здоровое питание, физическая активность, следить за оттоком желчи и все такое.

Дофамин (20)

Дофамин (DA) является нейротрансмиттером, который также функционирует как важная молекула, соединяющая нервную и иммунную системы.

Дофамин (DA) ингибирует активацию воспаления NLRP3 через рецептор дофамина D1 (DRD1). Передача сигналов DRD1 негативно регулирует воспаление NLRP3 через вторичный мессенджер циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), который связывается с NLRP3 и способствует его убиквитинированию и деградации через убиквитинлигазу E3 MARCH7.Рецепторы DA присутствуют почти во всех субпопуляциях иммунных клеток. Рецепторы DRD1 изучают в качестве потенциальной мишени для лечения заболеваний, вызванных воспалением с помощью NLRP3.

Тут остается вопрос дозы и достаточно ли физиологических концентраций (это около 1 мкмоль). Результаты показали, что одна однократная обработка 45 мкМ или 90 мкМ DA не могла ингибировать индуцированную продукцию IL-1β, тогда как обработка 1,5 мкМ или 3 мкМ DA в течение 30 раз (интервал времени 5 минут) ингибировала продукцию Il1β значительно, хотя общие дозы были идентичны. Поэтому иногда лучше чаще, чем больше. То есть многократное лечение низкой дозой DA может ингибировать активацию воспаления. Более того, эффект существенно повышался в присутствии ингибиторов МАО и СОМТ.

В общем, пока ученые изучают дозы, не забываем радоваться и получать удовольствие от жизни в любом случае.

Омега-3 (2)

Предположительно, ω-3 жирные кислоты могут негативно регулировать активацию воспаления NLRP3 через рецептор 120, связанный с G-белком (GPR120) и GPR40.

Литература

1.       https://www.fasebj.org/doi/full/10.1096/fj.201802418R

2.       https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2015.00262/full

3.       https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-physiol-021115-105229?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed&fbclid=IwAR1sHx6oHGV2lBU7emmqctRt9-WUgILN5hdlZJjh2BqeK7vYWt7txHmtDdc

4.       https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1043276017301479

5.       https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1357272520300558

6.       https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6361828/

7.       https://cellandbioscience.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13578-020-00404-4

8.       https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1357272520300558#fig0015

9.       https://www.nature.com/articles/s41586-018-0372-z

10. https://www.nature.com/articles/nm.3806

11. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/22221751.2020.1736644

12.   https://www.nature.com/articles/nm.3806

13.   https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2015.00262/full

14.   https://academic.oup.com/eurheartj/article/38/11/828/3056921

15.   https://pdfs.semanticscholar.org/89cd/e45aa5ae0eb212085e41d3a6ea3745897126.pdf

16.   https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2019.02578/full

17.   https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2015.00262/full

18.   https://www.nature.com/articles/s41598-017-08055-1

19.   https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074761316303521

20.   https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867414015244

21.   https://www.spandidos-publications.com/ijmm/43/3/1467

22.   https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jpi.12322

23.   https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2435344/

24.   https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2015.00262/full

25.   https://www.microbiologyresearch.org/content/journal/jgv/10.1099/vir.0.042978-0


Поддержка проекта

Если вы верите в силу митохондрий, поддержите проект MitoSpace финансово
или другими возможными способами

Поддержать проект