Возбудитель тяжелого острого респираторного синдрома коронавирус 2 (SARS-CoV-2) появился в Ухане в конце 2019 года, вызвав последнюю и самую разрушительную пандемию коронавируса (CoV) за последние сто лет. Он унес шесть миллионов жизней и подсчитывает, что вызвало интенсивные научные усилия по открытию эффективных и безопасных противовирусных препаратов.

РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) является ключевым ферментом для репликации и транскрипции генома SARS-CoV-2 и, таким образом, для репликации вируса. В новой статье рассматриваются современные знания об ингибиторах RdRp, которые могут быть усовершенствованы для создания широко эффективных противовирусных препаратов против SARS-CoV-2, в частности, и CoV в целом.

Введение

SARS-CoV-2 представляет собой бета-CoV с геномом из одноцепочечной рибонуклеиновой кислоты (РНК) с примерно 30 000 оснований, кодирующих 27 различных белков на 14 открытых рамках считывания (ORF). 3′-конец кодирует структурные белки, включая иммунодоминантный шиповидный белок , белки оболочки, мембраны и нуклеокапсида. На 5′-конце ORF1a/1b кодирует два больших полипротеина, которые подвергаются расщеплению с образованием 16 неструктурных белков.

Одним из них является RdRp, который является частью комплекса репликации-транскрипции (RTC), ответственного за синтез геномных и субгеномных РНК, необходимых для успешной инфекции. Его каталитический компонент, неструктурный белок (nsp) 12, образует субкомплекс с nsp7 и nsp8, прежде чем он сможет проявлять адекватную ферментативную активность. Это холофермент RdRp (холо-RdRp).

Появляющиеся варианты вируса демонстрируют мутации в шиповидном белке, которые повышают вирулентность, трансмиссивность или способность уклоняться от иммунитета. Таким образом, противовирусные препараты остаются весьма желательной целью, несмотря на внедрение многочисленных вакцин против вируса.

При разработке противовирусных препаратов широкого спектра действия мишенью должен быть высококонсервативный вирусный белок. RdRp является наиболее консервативным белком среди CoV. Важно отметить, что не существует человеческого гомолога. Текущее исследование, опубликованное в Biochemical Pharmacology , обобщает существующие ингибиторы RdRp и механизмы, с помощью которых они взаимодействуют с вирусным RdRp, чтобы заложить основу для будущих исследований лекарств в этой области.

Ингибиторы нуклеозидов

Существует два основных типа ингибиторов RdRp. Первый включает ингибиторы аналогов нуклеозидов, которые связываются с сайтом связывания субстрата (нуклеозида) на ферменте. Другой тип, ненуклеозидные ингибиторы, проявляют аллостерическое ингибирование, связываясь с несубстратными сайтами, чтобы препятствовать связыванию нуклеозидов с субстратным сайтом.

Ингибиторам аналогов нуклеозидов (NAI) уделяется большое внимание. Они делятся на три класса: те, которые вызывают мутации после включения в удлиняющуюся цепь РНК; обязательные терминаторы цепи; и задержанные терминаторы цепи.

Все три типа активируются фосфорилированием. Это позволяет им встраиваться в зарождающуюся РНК.

Ремдесивир (RDV) был разработан для борьбы с вирусом Эбола еще в 2014 году, но был перепрофилирован против нынешнего коронавирусного заболевания 2019 года (COVID-19). Это пролекарство, которое сначала метаболизируется до аденина перед последующим фосфорилированием с образованием ремдесивиртрифосфата (RTP), искусственного субстрата, который ингибирует дальнейший синтез РНК.

Он широко применялся во время продолжающейся пандемии с умеренным эффектом снижения смертности у пациентов без заболевания средней или тяжелой степени. Согласно предварительным результатам, это также сократило время восстановления на 30%. Это единственный препарат от COVID-19, одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для использования в таких ситуациях.

Другие препараты включают фавипиравир (FPV), противогриппозный препарат с широкой противовирусной активностью; и молнупиравир, который показал обнадеживающие ранние результаты и получил разрешение на экстренное использование (EUA) от Агентства по регулированию лекарственных средств и товаров медицинского назначения (MHRA) и FDA.

Молнупиравир обладает мутагенным противовирусным действием. Однако, поскольку он может также вызывать мутации в клетке-хозяине, как это наблюдается в моделях клеточных культур, необходимы дальнейшие исследования.

Галидесивир , аналог аденозина, который при фосфорилировании имеет более высокое сродство к вирусной РНК-полимеразе, чем к полимеразе клетки-хозяина. Результатом является изменение его электростатической природы, вызывающее преждевременное прекращение репликации.

Рибавирину более четырех десятилетий, и он является аналогом гуанозина, который может сочетаться либо с цитидином, либо с трифосфатом уридина, вызывая летальный мутагенез, но также ингибируя синтез гуаниновых нуклеотидов de novo. Оба механизма способствуют противовирусному эффекту. Токсичность для плода, потенциальное снижение уровня кальция и магния и гемолитическая анемия — все это относится к побочным эффектам.

Софосбувир и даклатасвир используются против инфекции вируса гепатита С. Этот вирус имеет аналогичный механизм репликации с CoV, и поэтому эти препараты могут быть потенциально полезными и против последних.

Некоторые данные in vitro показывают совместное ингибирование репликации SARS-CoV-2 комбинацией этих препаратов. Небольшое рандомизированное клиническое исследование с участием пациентов с COVID-19 средней и тяжелой степени подтверждает их полезность с сокращением продолжительности пребывания в больнице по сравнению со стандартным лечением COVID-19.

Тенофовир , препарат, обладающий активностью против вируса иммунодефицита человека и вируса гепатита В, представляет собой еще одну потенциально полезную молекулу, как и новые перорально доступные производные RDV VV116 и GS-621763 . АТ-527 — еще один ингибитор широкого спектра действия, аналог гуанозинового нуклеотида.

Проблема с любым NAI заключается в наличии SARS-CoV-2 nsp14, фермента корректирующей экзонуклеазы, способного редактировать встроенные аналоги миссенс-нуклеотидов, тем самым восстанавливая способность к репликации.

Ненуклеозидные ингибиторы (ННИ)

Преимущество NNI заключается в том, что их антирепликативные эффекты не зависят от их включения в разрыв цепи нуклеотидов. Кроме того, они охватывают более широкий химический диапазон и, вероятно, биодоступны при пероральном приеме. В большинстве случаев эти препараты вызывают аллостерические эффекты на связывание RdRp-субстрата.

Их дополнительные противовоспалительные, антиоксидантные, иммуномодулирующие и кардиозащитные функции повышают их потенциальную полезность при COVID-19.

Наиболее многообещающие из этих соединений включают сурамин , старый препарат, используемый для лечения многих паразитарных и вирусных инфекций, а также рака, укусов змей и аутизма. Он оказывает множественное действие на вирусную инфекцию, включая ингибирование прикрепления и проникновения вируса, а также высвобождение вириона из клеток-хозяев.

Анализы клеточных культур показали его способность ингибировать репликацию SARS-CoV-2, предотвращая проникновение вируса в клетку, с 2-3-кратным снижением вирусной нагрузки . Он также ингибирует RdRp, связываясь с двумя разными сайтами, один из которых вызывает прямое, а другой аллостерическое затруднение.

« Этот уникальный характер связывания согласуется с тем, что сурамин и его производные по крайней мере в 20 раз более эффективны, чем трифосфатная форма ремдесивира (RDV-TP) в анализах ингибирования полимеразной активности in vitro ».

Также наблюдаются другие механизмы, такие как электростатическое связывание с РНК-связывающими белками, необходимыми для репликации РНК, и, возможно, синергический эффект с хинакрином на основную протеазу SARS-CoV-2.

Способность сурамина ингибировать несколько важных вирусных белков делает его очень привлекательным, но он также имеет частые и потенциально серьезные побочные эффекты, такие как протеинурия, надпочечниковая недостаточность и повреждение роговицы. Крупные, хорошо спланированные испытания необходимы для получения надлежащей оценки затрат и выгод этого соединения.

Другие ННИ включают производные хинолина, корилагин, ликорин и фенольные растительные соединения, такие как байкалеин.

Корилагин имеет растительное происхождение и обладает противоопухолевой и противовоспалительной активностью. Он также ингибирует активность RdRp и инфекцию SARS-CoV-2 в культуре клеток, вероятно, путем предотвращения необходимых конформационных изменений фермента. Он оказывает аддитивное действие при использовании с РДВ без токсичности в доклинических экспериментах.

Ликорин — природный алкалоид со многими биологическими эффектами. Он ингибирует инфекцию SARS-CoV-2 дозозависимым образом при низких наномолярных концентрациях с более высокой аффинностью связывания с RdRp, чем с RDV.

Каковы выводы?

С появлением Omicron, имеющего самое большое количество мутаций среди всех известных вариантов SARS-CoV-2, пандемия обрела новую жизнь. Многие мутации придавали вирусу способность уклоняться от иммунитета, вызывая прорывные инфекции и повторные заражения с большей скоростью, чем когда-либо прежде.

Более того, SARS-CoV-2 является третьим патогенным CoV, вызвавшим потенциальную или реальную пандемию за последние два десятилетия, что указывает на повышенный потенциал появления новых неизвестных зоонозных агентов и нарушения здоровья в мире в ближайшие годы.

Это придает актуальность поиску эффективных противовирусных препаратов широкого действия. При этом RdRp кажется наиболее привлекательной мишенью для лекарств, поскольку он имеет решающее значение для репликации вируса, негомологичен у людей и высоко консервативен среди CoV. Наилучшим подходом, по-видимому, являются NAI, при условии, что вводится скрининг экзорибонуклеазы nsp14, чтобы предотвратить уклонение от такой терапии этим корректирующим ферментом.

NAI должны быть разработаны таким образом, чтобы либо избежать распознавания этим ферментом, либо иметь такую ​​высокую скорость включения, за которой не может угнаться эксцизионный фермент. Ингибиторы экзорибонуклеазной активности являются еще одной потенциальной стратегией для достижения этой цели.

NNI сопротивляются активности nsp14. Они требуют дальнейших испытаний для подтверждения и определения их эффективности.

Комбинации этих препаратов вместе с фитохимическими веществами могут быть лучшим подходом к лечению COVID-19 без повышения лекарственной устойчивости из-за мутаций. Такой « коктейль ингибиторов в ближайшем будущем может иметь значительные последствия для смягчения текущей глобальной угрозы общественному здравоохранению»