Результаты систематического компьютеризированного анализа
В ходе систематического анализа литературы были выделены 85 информативных биомедицинских терминов, отличающих публикации по COVID-19/SARS-CoV-2 от публикаций в контрольной выборке. В качестве контрольной выборки публикаций использовались 15702 статей, найденных по запросу «(betacoronavirus OR coronavirus OR coronaviridae) NOT COVID-19».
Аннотация полученных терминов по соответствующим молекулярно-биологическим процессам (в соответствии с международной номенклатурой GO – Gene Ontology) [18] позволила выделить 49 наиболее информативных терминов, которые достоверно чаще встречались в выборке публикаций по COVID-19/SARS-CoV-2, чем в контроле (в 3-8 раз чаще, Р<0.05 для каждого из 49 терминов). В результате, была получена своего рода «карта» молекулярной патофизиологии инфекции COVID-19, включающая эти 49 молекулярных механизмов, ряд микронутриентов и коморбидных патологий (рис. 1).
Рис. 1. Метрическая диаграмма, отражающая «карту» молекулярной патофизиологии COVID-19. Расстояние между точками, соответствующими терминам, обратно пропорционально совместной встречаемости терминов в исследованной выборке публикаций (чем ближе две произвольные точки, тем чаще встречается совместное употребление двух соответствующих терминов). Приведены диагнозы по МКБ-10, отдельные симптомы, синдромы и соответствующие биологические процессы. Биологические активности по международной номенклатуре GO (Gene Ontology) приведены на рисунке без кодов (см. коды в тексте).
Формирование т.н. «цитокинового шторма» (см. далее) является характерной особенностью COVID-19, приводящей к стремительному и тяжелому течению заболевания, в т.ч. к необходимости применения искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ). Поэтому, тактически важным является подавление или максимально быстрое купирование этого процесса, что снижает темп/тяжесть течения COVID-19 и риск летального исхода. Наличие в организме пациента хронического воспаления (ключевые слова гломерулонефрит, альбуминурия, холестаз, атеросклероз) стимулирует более быстрое усиление синтеза провоспалительных цитокинов (GO:1900017), в т.ч. ИЛ-1 (GO:0004909, GO:0004908), CCL2 (GO:0035715), ИЛ-6 (GO:0070104), интерферона-гамма (GO:1902715), усиливает адгезию и активацию лейкоцитов (GO:0050902), приводит к распаду гранул тучных клеток (GO:0042629). Эти процессы регулируются сигнальными каскадами mTOR (GO:0031929), NF-kB (GO:1901222) и метаболизмом простагландинов (GO:0006693). При нарушении регуляции этих каскадов происходит лавинообразное нарастание описанных выше процессов, в результате чего и формируется «цитокиновый шторм». Дизрегуляция этих сигнальных каскадов более выражена при дефицитах цинка (GO:0071294), витамина А и других ретиноидов (GO:0071300), витамина B3 (GO:0033552), полифенольных нутрицевтиков ресвератрола (GO:1904638) и куркумина (GO:1904644). Регулирование каскада NF-kB (GO:1901222) может также осуществляется посредством нутрицевтиков глюкозамина сульфата (ГС) и хондроитина сульфата (ХС) [19] и витамина D [5].
Особенности клинического течения COVID-19
В отличие от ранее известных коронавирусов, вызывающих атипичную пневмонию (SARS-CoV, MERS-CoV), SARS-CoV-2 характеризуются более высокой контагиозностью и большей скоростью распространения в популяциях [20]. Типичными симптомами COVID-19 являются субфибрилитет (температура более 37,5°C, отмечена у 88,7% пациентов), кашель (67,8%), одышка (18,7%), миалгия или артралгия (14,9% случаев), головная боль (13,1%); возможны симптомы гастроэнтерита, включающие диарею, тошноту и рвоту. В отличие от сезонного гриппа, гораздо реже встречаются боль в горле (13,9%) и заложенность носа (4,8%) [21]. SARS-CoV2 также характеризуется высокой тропностью к нейронам ствола головного мозга, в котором расположен дыхательный центр [22].
Типичными осложнениями COVID-19 являются острый респираторный дистресс-синдром (17-29%), острая дыхательная недостаточность (8%), острая почечная недостаточность (7%), аритмии (7-12%), сепсис (6-8%). У 71% погибших от COVID-19 установлено диссеминированное внутрисосудистое свёртывание крови [21].
Рентгенографическая картина изменений в лёгких при COVID-19 характеризуется двухсторонними помутнениями по типу «матовое стекло» с распределением в нижних долях обоих лёгких и в средней доле правого лёгкого, а также утолщениями перегородки, плевры и субплеврального пространства, признаками бронхоэктазии [23, 24]. Наличие характерных для COVID-19 нарушений структуры тканей легких и тяжелого течения инфекции ассоциируется со сниженной оксигенацией крови (P<0.001), более частой встречаемостью кашля, субфибрилитета, головной боли, более высокими уровнями общего билирубина, креатинкиназы, ЛДГ, СРБ (P<0.05) [25], а также с наличием коморбидных патологий (у 28.8% обследованных).
Анализ 72314 случаев заболеваний в Центре по контролю и предотвращению заболеваний КНР показал, что в 87% случаев заболевшие COVID-19 были в возрасте от 30 до 79 лет, и только 2% – дети и подростки [26] (данные на 11.02.2020). В США более 30% пациентов – пожилые люди старше 65 лет и именно эта подгруппа пациентов формирует 80% летальных исходов [27]. По российским данным, 50% пациентов с COVID-19 моложе 40 лет (сайт МЗ РФ [28]).
Очень важно заметить, что инфекция COVID-19 ассоциирована не только с нарушениями дыхательной системы, но и с дисфункцией других систем органов. Инфекция COVID-19 ассоциирована с повышением уровней маркеров дисфункции печени (АСТ, АЛТ, альбумина, билирубина) [29], которые также ассоциированы с более тяжелым течением пневмонии и с наличием симтоматики со стороны ЖКТ (тошнота, рвота, диарея) [30].
Пациенты с COVID-19 характеризуются прокоагуляционным профилем крови. Нарушения профиля свертываемости крови (повышение уровней D-димера, продуктов деградации фибрина) ассоциированы с более высоким риском смертности от COVID-19 [31]. Повышенные уровни плазмина соответствуют усилению фибринолиза и повышению уровней D-димера у пациентов с тяжелым течением COVID-19 [32]. Заметим, что повышенные уровни плазмина и плазминогена являются биомаркерами повышенной восприимчивости к вирусу SARS-CoV-2, т.к. плазмин человека может «разрезать» соответствующий сайт S-белка вируса SARS-CoV-2, что повышает его вирулентность [32]. В исследовании, проведённом в госпитале Уханьского университета, было показано, что уровни D-димера и продуктов деградации фибрина были тем выше, чем тяжелее было течение инфекции [33]. Очевидно, что если до инфицирования COVID-19 у пациента уже сформировался прокоагуляционный профиль, то он будет существенно утяжелять течение инфекции.
Вследствие дисфункции лёгких у достаточно большого числа пациентов с COVID-19 падает оксигенация крови. Анализ данных пациентов с COVID-19 из Уханя (n=69) показал, что у пациентов с большим числом коморбидных состояний, более высокими уровнями ИЛ6, ЛДГ, СРБ значения насыщенности крови кислородом (SpO2) не достигали 90%. Сниженная оксигенация крови также была ассоциирована с более высокой смертностью [34]. С риском смертности также были ассоциированы более высокий ИМТ (88% ИМТ>25 kg/m2) и лактат-ацидоз крови (P <0.001) [35].
Молекулярные механизмы иммунного ответа на коронавирусы и «цитокиновый шторм»
К развитию ОРВИ приводят около 200 возбудителей (вирус парагриппа, гриппа, аденовирусы, риновирусы, герпесвирусы, вирусы Коксаки, коронавирусы). Острая фаза воспаления при респираторно-вирусной инфекции сопровождается отеком слизистой носа и бронхов разной степени выраженности; у пациентов c аллергическим фоном происходит усиленный выброс гистамина и брадикинина из тучных клеток слизистых и из базофилов крови.
Инфекция COVID-19 отличается тем, что описанные выше процессы протекают гораздо в более острой форме, чем при обычном сезонном гриппе. Для COVID-19 характерно формирование т.н. «цитокинового шторма» – лавинообразного повышения многочисленных маркеров воспаления (СРБ, ИЛ6, IFN-γ и др.), которое сопровождается усилением апоптоза лимфоцитов и более тяжёлым течением инфекции [41]. Такие «цитокиновые штормы», по всей видимости, особенно опасны для пожилых пациентов и являются причиной повреждений лёгких типа «матовое стекло» [23].
С точки зрения динамики, «цитокиновый шторм» при COVID-19 можно сравнить с тахиаритмией по типу «пируэт» у пациентов с синдромом удлиненного QT. «Пируэт» начинается внезапно, приводит к острой недостаточности гемодинамики, а при отсутствии лечения – к летальному исходу.
Причиной формирования «цитокинового шторма» при COVID-19 является непосредственное взаимодействие вирусных частиц с толл-подобными рецепторами с последующей активацией провоспалительного сигнального каскада NF-kB. Активация толл-рецепторов вызывает секрецию про-интерлейкина-1, который подвергается протеолизу при участии каспазы-1 и активации на инфламмосоме с образованием активного ИЛ-1β. ИЛ-1β – медиатор воспаления, стимулирующий развитие фиброза лёгких. Ингибирование эффектов ИЛ-1β и ИЛ-6 оказывает терапевтическое воздействие при многих патологиях, связанных с воспалением, в т.ч. при атипичной вирусной пневмонии. Противовоспалительные эффекты ИЛ-37 на провоспалительный ИЛ-1β осуществляются посредством ингибирования сигнального белка mTOR и повышения активности аденозинмонофосфат киназы (AMPK) [42].
Снижение риска формирования «цитокинового шторма» при COVID-19 следует осуществлять противовоспалительными средствами (в частности, направленными против избыточной активации NF-kB). Для этой цели применимы различные нутрицевтики. Например, витамин D способствует синтезу антимикробного пептида кателецидина и снижает избыточный синтез провоспалительных цитокинов, который стимулирует развитие «цитокинового шторма» [6]. «Цитокиновый шторм» может быть частично блокирован посредством парентерального применения витамина С [43]. Поскольку активность каскада NF-kB блокируется молекулами хондроитина сульфата и глюкозамина сульфата [19], эти нутрицевтики также могут быть применимы при COVID-19.
Подходы к фармакотерапии COVID-19
В настоящее время, активно разрабатываются подходы к терапии коронавирусной инфекции COVID-19. Потенциальные лекарства против SARS-CoV-2 могут ингибировать вирусные белки: спайк-белок, белок капсида, мембранный белок, протеазу, нуклеокапсидный белок, гемагглютинин эстеразу, геликазу. Однако, высокая вариабельность эпитопов этих вирусных белков, обусловленная высокой частотой ошибок при репликации вирусов [44], является существенным препятствием для разработки эффективных лекарств и вакцин против SARS-CoV-2 [45].
Известные противовирусные препараты лопинавир, ритонавир, сакинавир, используемые в терапии СПИДа, могут ингибировать протеазу SARS-CoV-2 [46]. Однако, эти препараты отличаются высокой токсичностью, неприемлемой для пациентов с множественными коморбидными патологиями. Кроме того, результаты клинических исследований этих препаратов неднозначны – например, в многоцентровом китайском исследовании лопинавир и ритонавир не дали никаких преимуществ по сравнению со стандартным уходом за пациентами [47].
Противовоспалительную терапию с применением кортикостероидов следует проводить с крайней осторожностью, особенно у пациентов с грибковой флорой. Кроме того, лечение COVID-19 кортикостероидами может парадоксальным образом спровоцировать «цитокиновый шторм», явиться причиной морфологических повреждений лёгких и острого респираторного дистресс-синдрома [48]. Торможение развития «цитокинового шторма» может осуществляться блокадой рецептора ИЛ-6 моноклональными антителами [49].
В настоящее время в различных странах, в т.ч. в России, ведутся клинические апробации противомалярийных препаратов хлорохина, гидроксихлорохина и др., которые показали эффективность против вируса in vitro [50]. Хотя применение этих препаратов может снизить время пребывания в стационаре, их использование ограничено токсичностью и необходимостью подбора индивидуальных дозировок [51].
Для снижения летальности от COVID-19 целесообразно применение противовоспалительной и антикоагулянтной терапии. Взаимосвязь тяжести течения инфекции COVID-19 с хроническим воспалением позволяет рассматривать некоторые из противоревматических лекарств как средства-кандидаты [52]. К последним относятся упоминаемые ранее ХС/ГС, которые блокируют сигнальный каскад NF-kB. Антикоагулянтная терапия никомолекулярным гепарином ассоциирована со снижением смертности от тяжелых форм COVID-19, протекающего на фоне повышенных уровней D-димера [53].
Возможно использование антигистаминных препаратов, которые обычно применяются в терапии острых и хронических инфекционных заболеваний, при аллергических и псевдоаллергических реакциях, для профилактики нежелательных эффектов вакцинации, в начальном остром периоде вирусных инфекций [54]. Антигистаминные препараты действуют как антагонисты гистаминовых рецепторов 1-го типа и блокируют дегрануляцию тучных клеток. Антигистаминные препараты 1-го поколения (димедрол, супрастин и др.) отличаются серьезными нежелательными эффектами, в т.ч. выраженной седацией, сухостью слизистых дыхательных путей, сниженным мукоцилиарным клиренсом и повышением вязкости мокроты [55]. У пожилых пациентов антигистаминные препараты 1-го поколения повышают риск развития мерцательной аритмии. Антигистаминные препараты 2-го поколения лоратадин и бета-гистин отличаются наименьшим риском развития аритмических осложнений [56]. Важно отметить, что лоратидин тормозит один из главных путей развития «цитокинового шторма» – каскад NF-kB [57].
Потенциально в терапии COVID-19 могут использоваться противовирусные препараты, показавшие себя в терапии других коронавирусных инфеций и гриппа. Исследование 10 клинических изолятов SARS-коронавируса показало, что рибавирин, лопинавир, ремантадин проявляют противовирусную активность на разных культурах клеток in vitro [58]. Ремантадин воздействует на вирусы гриппа, снижая их контагиозность, гемагглютинацию, нейроаминидазную активность вирусов. При этом отмечается снижение синтеза вирусных белков (М-белка, спайк-белка), снижение матурации гемаглютинина и снижение числа спайк-белков на поверхности вириона [59]. Ремантадин в дозах 4.5 мг/кг/сут используется в лечении гриппа А и гриппа В у детей, в т.ч. при смешанных инфекциях. Противовирусный эффект особенно заметен уже в первые три дня заболевания [60]. Российский препарат «АнвиМакс» включает ремантадина гидрохлорид (50 мг), лоратадин (3 мг), кальция глюконат (100 мг), который проявляет антиаллергические свойства, рутозид (20 мг) и аскорбиновая кислота (300 мг), которые способствуют торможению острого и хронического воспаления. Компоненты взаимодополняют действие друг друга. Важно подчеркнуть, что сочетание лоратидина и таких компонентов, как витамин С, рутозид, снижают интенсивность «цитокинового шторма».
Результаты протеомного анализа микронутриент-зависимых белков противовирусной защиты человека
Коронавирусы – это РНК-вирусы с одноцепочечной РНК, вирион которых содержит особенные спайк-белки (от англ. spike – шип, острие, острый выступ). «Цитокиновый шторм» является одним из последствий особенностей молекулярной биологии коронавируса SARS-CoV-2, т.к. белки вириона в каком-то смысле «оптимизированы» для взаимодействия с толл-подобными рецепторами [42]. РНК-вирусы отличаются высокой степенью мутаций по сравнению с ДНК-вирусами, т.к. вирусные РНК-полимеразы характеризуются низким потенциалом к исправлению ошибок копирования РНК [61]. Поэтому разработка эффективной вакцины к SARS-CoV-2 весьма проблематична [45] и может занять длительное время. Соответственно, наиболее перспективным направлением профилактики/терапии COVID-19 является поддержка врожденного противовирусного иммунитета.
В протеоме человека содержится более 35000 белков, из которых 19820 аннотированны (т.е. для них известны биологические роли). Проведенные нами поиски по базам данных протеома человека (NCBI PROTEIN, EMBL, UNIPROT, Human Proteome Map (HPM), BIOCYC-HUMAN и др.) показали, что многие из 19820 белков протеома участвуют во врожденной противовирусной защите организма.
Системно-биологический анализ 19820 аннотированных белков протеома человека посредством метода функционального связывания [62] был проведен с использованием 568 функциональных категорий номенклатуры GO (Gene Ontology), описывающих процессы противовирусной защиты организма. Было выделено 820 белков, так ли иначе вовлеченных в защиту организма против вирусов. Из 820 белков для 178 белков требуются те или иные кофакторы (цинк, магний, производные витаминов и др.). При этом, 21 из 178 белков защищают организм непосредственно от одноцепочечных РНК-вирусов, в т.ч. SARS-CoV-2 (Таблица 1).
Таблица 1. Белки защиты организма от одноцепочечных РНК-вирусов, активность которых зависит от микронутриентных кофакторов (результаты системно-биологического анализа протеома человека).
Ген
Белок
Кофактор
Функция белка
ISG20
20 кДа интерферон-стимулированный белок
Mn(2+)
деградирует вирусную РНК
OAS1,
OAS2, OAS3
Олигоаденилатсинтазы
Mg(2+)
активируют рибонуклеазу L, приводит к деградации вирусной РНК.
PLSCR1
Фосфолипидная скрамблаза 1
Ca(2+)
усиление эффектов интерферона-альфа посредством повышения экспрессии генов
PPM1B
Протеинфосфатаза 1B
Mn(2+) Mg(2+)
прекращение ФНО-альфа-опосредованной активации NF-кB
RIOK3
Серин/треонин-протеинкиназа RIO3
Mg(2+)
синтез интерферонов-I при врожденном иммунном ответе против РНК-вирусов
RNASEL
Рибонуклеаза L
Mn(2+); Mg(2+)
расщепляет одноцепочечные вирусные РНК ингибирует синтез вирусных белков
RSAD2
Виперин
[4Fe-4S], (фолаты)
подавляет отщепление вируса от плазматической мембраны, способствует продукции IFN-β, активации T-клеток
SAMHD1
ДНК фосфогидролаза
Zn(2+)
расщепляет одноцепочечную вирусную РНК, ограничивает активацию NF-κB
SIRT1
НАД деацетилаза сиртуин-1
Zn(2+) НАД
деацетилирует и ингибирует NF-кB
SIVA1
CD27-связывающий белок
Zn(2+)
ингибирует активацию NF-кB
ZC3H12A
Эндорибонуклеаза MCPIP-1 (регназа-1)
Zn(2+) Mg(2+)
дестабилизирует вирусную РНК, снижает избыточное воспаление
TRIM25
E3 убиквитин лигаза ISG15
Zn(2+), (вит. A)
запуск продукции интерферонов
TRIM5α
E3 убиквитин лигаза
Zn(2+)
тормозит высвобождение вирусной РНК
ZC3HAV1
Антивирусный белок-1 ZAP
Zn(2+)
способствует удалению белковой защиты вирусной РНК
RNF216
TRIM22
E3 убиквитин-лигазы
Zn(2+)
ингибируют репликацию вирус и вызванную вирусом активацию NF-кB
TRIM26
Белок «кислотный цинковый палец» AFP
Zn(2+)
регулирует продукцию IFN-бета
TNFAIP3
ФНО-индуцированный белок 3
Zn(2+)
прекращение активации NF-кB
ZFP36
Белок-активатор распада мРНК ZFP36
Zn(2+)
подавляет синтез ФНО-альфа в интерферон-индуцированных макрофагах
Результаты системно-биологического анализа показали, что многие из белков в таблице 1 участвуют в интерферон-I-зависимой противовирусной защите организма. Эти белки и соответствующие микронутриенты важны для ингибирования различных стадий жизненного цикла одноцепочечных РНК-вирусов. При недостаточной обеспеченности цинком, магнием, марганцем, железом, кальцием и др. соответствующие белки будут неактивными, что ухудшит эффективность интерфероновой системы противовирусной защиты.
Сравним результаты протеомного анализа с результатами полногеномного анализа витамина D [63] и с жизненным циклом одноцепочечных РНК-вирусов (рис. 2). Холестерин-25-гидроксилаза (CH25H) воздействует на вирусы на ранних стадиях (слияние с мембраной клетки организма-хозяина) и при созревании вирусных белков. IFN-индуцированные трансмембранные белки IFITM, экспрессия которых также регулируется витамином D, ингибируют слияние вируса с клеткой. Zn-зависимый белок TRIM5α тормозит высвобождение вирусной РНК. Белок Mx, регулируемый витамином D, блокирует эндоцитарный трафик вирусных частиц и распаковку вирусных рибонуклеокапсидов. Магний-зависимые олигоаденилатсинтетазы (OAS), рибонуклеаза L (RNase L), протеинкиназа R (PKR), белки MOV10, IFIT и цинк-зависимый белок ZAP разрушают вирусную РНК и/или блокируют трансляцию вирусных мРНК. Цинк-зависимые белки TRIM22, ISG15, Viperin ингибируют репликацию вируса или почкование вируса в плазматической мембране (рис. 2). Заметим, что флавоноиды – рутозид (рутин, витамин Р) снижают саму возможность вирусов прикрепляться к клеткам дыхательного эпителия, т.к. улучшают защитную структуру гликокаликса альвеолярных эпителеоцитов [9, 11]. Подробнее эффекты рутозида разодраны в отдельном разделе статьи далее.
Рис. 2. Механизмы интерферон-зависимой противовирусной защиты, жизненный цикл РНК-вирусов и соответствующие микронутриенты. Звездочками отмечены гены, экспрессия которых стимулируется интерферонами I-ого типа.
Детальный анализ эффект белков в таблице 1 лежит за рамками настоящей статьи. Рассмотрим ряд отдельных примеров. Магний- и марганец-зависимая рибонуклеаза L (RNASEL, рис. 3) – основная эндорибонуклеаза интерферонового противовирусного ответа, которая расщепляет одноцепочечные вирусные РНК. Тем самым, рибонуклеаза L ингибирует синтез вирусных белков, индуцирует другие антивирусные гены, активирует апопотоз инфицированных вирусом клеток [64]. Марганец-зависимый интерферон-стимулированный белок ISG20 (рис. 3) также является противовирусной рибонуклеазой, которая деградирует одноцепочечные РНК различных вирусов (HCV, HAV и др.) [65].
Не менее пяти цинк-зависимых белков вовлечены в распознавание одноцепочечных вирусных РНК, их переработку и деградацию. Белок «кислотный цинковый палец» AFP (TRIM26) регулирует продукцию интерферона-бета, активирует сигнальный белок TBK1 при ответе на вирусную инфекцию [66]. Интерферон стимулирует экспрессию убиквитин лигазы ISG15/TRIM25 Zn2+, содержащую домен "цинковый палец 147". Убиквитин лигаза ISG15 (рис. 3) опосредует убиквитинирование индуцируемого ретиноидами рецептора DDX58, который распознает 5'-трифосфорилированные одноцепочечные РНК. В результате, усиливается продукция интерферонов I-ого типа [67]. Интересно, что неструктурный белок (NS1) вируса гриппа может взаимодействовать с CCD-доменом ISG15 и блокировать убиквитинирование DDX58.
Рис. 3. Примеры пространственных структуры микронутриент-зависимых белков защиты от одноцепочечных РНК-вирусов.
Ионы Zn2+, образующиеся при частичной диссоциации пиритион-цинка, ингибируют коронавирусную РНК полимеразу, тем самым тормозя репликацию вирусов в культуре клеток [68]. Дотации цинка, ниацина (витамин РР) и селена способствуют сохранению популяций лимфоцитов и противодействуют старению иммунной системы [69]. В эксперименте, дотации цинка и аскорбиновой кислоты бройлерам способствовали росту популяции лимфоцитов [70], устраняли коронавирусную диарею у телят [71].
Цинк может снижать острое воспаление, стимулируемое коронавирусной инфекцией. Например, коронавирус TGEV, который вызывает гастроэнтерит у свиней, стимулирует развитие воспаления посредством активации каскада NF-кB [72]. Цинк способствует снижению активации каскада NF-кB, поддерживая активность протеинфосфатазы 1B (PPM1B), ДНК фосфогидролазы (SAMHD1), НАД деацетилазы сиртуин-1 (SIRT1), CD27-связывающего белка (SIVA1), E3 убиквитин-лигазы RNF216, ФНО-индуцированного белка TNFAIP3 (см. таблицу 1).
Поскольку недостаточное потребление цинка с пищей отмечается у 65%-70% здоровых мужчин и женщин до 40 лет в Западной Европе и у 78%-82% россиян [8], то дотации цинка являются важным неиспользуемым ресурсом повышения иммунитета к COVID-19/SARS-CoV-2.
Коронавирусная инфекция и витамин D
Несмотря на то, что витамин D более известен как «остеотропный витамин», он является одним из важнейших регуляторов иммунитета [73]. Недостаточность витамина D, встречающаяся у 70-80% россиян всех возрастных групп [5], ассоциирована с наличием коморбидным патологий [74], с нарушениями врождённого и приобретённого иммунитета и, как следствие, с повышенным риском инфекционных заболеваний. Кроме того, возникающее на фоне недостаточности витамина D хроническое воспаление существенно снижает резистентность организма к бактериальным и вирусным заболеваниям респираторной системы (ОРЗ, грипп, ринит, бронхит, обструктивные заболевания лёгких) [75]. Витамин D способствует синтезу антимикробных пептидов (кателецидин, дефенсин-2) и снижает избыточный синтез провоспалительных цитокинов и хемокинов, участвующих в развитии «цитокинового шторма» [6].
Недостаточность витамина D (25(OH)D<20 нг/мл) характерна для пациентов с пневмонией [76], острым респираторным дистресс синдромом [74], пневмосклерозом [77]. Дотации витамина D (5000…10000 МЕ/сут), позволяющие за несколько недель достигнуть уровней 25(OH)D в сыворотке крови 40-60 нг/мл, могут способствовать снижению риска инфицирования и смертности от COVID-19 [74]. Важно отметить, что повышение уровней 25(OH)D в сыворотке способствует повышению концентрации гемоглобина и улучшению гомеостаза железа у пациентов на ИВЛ [78]. В результате, повышается способность крови переносить кислород и снижается продолжительность пребывания пациентов в стационаре [79].
Адекватная обеспеченность организма витамином D – одна из основ противовирусного иммунитета, в т.ч. против вируса гриппа [80]. Уже к 2010 году была собрана огромная клиническая база, указывающая на антибактериальные и противовирусные эффекты витамина D [81]. Мета-анализ показал, что дотации витамина D облегчают течении инфекций респираторного тракта у взрослых и детей, в т.ч. ОРВИ, вызванных вирусом гриппа [82].
Полученные в работе [63] результаты полногеномного анализа 1,25-дигидроксивитамина-D3 показали, что витамин D регулирует экспрессию 155 белков противовирусной защиты организма. 19 из этих 155 белков имеют непосредственное отношение к защите от одноцепочечных РНК-вирусов, к которым относится и SARS-CoV-2. В частности, витамин D стимулирует экспрессию интерферон-зависимых белок, тормозящих жизненный цинк РНК-вирусов (рис. 2), в т.ч.:
- белки с тетратрикопептидными повторами (гены IFIT1, IFIT3, IFIT5),
- интерферон-регуляторные факторы (IRF1, IRF3, IRF7, IRF9),
- убиквитиноподобный модификатор ISG15,
- 20 кДа экзонуклеаза, стимулируемая интерфероном (ISG20),
- белки устойчивости к миксовирусам, в т.ч. к гриппу (MX1, MX2),
- 2'-5'-олигоаденилатсинтетазы (OAS1, OAS2),
- рецептор ретиноидов RXRA,
- белки-регуляторы противовирусного ответа TRIM22, TRIM38, TRIM56,
- убиквитин, играющий важные роли в поддержании противовирусного иммунитета к РНК-вирусам (UBB, UBC),
- цинковый палец ZNF175, тормозящий репликацию вирусов и др.
Мета-анализ 12 исследований (n=2279) показал, что недостаточная обеспеченность витамином D ассоциирована с более высоким риском инфекций нижнего респираторного тракта. У детей с инфекциями уровни 25(OH)D в сыворотке крови были, в среднем, на 3.5 нг/мл (95% ДИ 1.8…15.7) ниже, чем у здоровых детей. Также, была установлена корреляция между степенью дефицита витамина D и тяжестью течения заболевания [83].
Мета-анализ 11 плацебо-контролируемых исследований включил 5660 пациентов (возраст 6 месяцев – 95 лет) подтвердил защитный эффект приема препаратов витамина D при вирусных инфекциях дыхательных путей (ОР 0.64, 95% ДИ 0.49-0.84). Защитный эффект был достоверно выше в исследованиях с использованием ежедневного приема витамина (1600 МЕ/сут, 3 мес) по сравнению с «ударной» болюсной дозировкой (100000 МЕ, однократно за 3 мес.). Так, при ежедневном приеме риск инфицирования снижался на 49% (ОР 0.51), а при использовании болюсной дозировки – всего на 14% (ОР 0.86, р=0.01) [84].
У пациентов с сепсисом установлены достоверно более низкие уровни 25(OH) в сыворотке крови, без отличий в уровнях кальция и фосфат-аниона. Введение витамина D в комплексную терапию сепсиса у новорожденных снижало балл сепсиса, формируемого B-гемолитическим и золотистым стафилококками, E.coli, гемофильной палочкой [85].
Коронавирусная инфекция и другие микронутриенты
Витамин А. Как было отмечено ранее, ретиноиды индуцируют экспрессию рецептора DDX58, который распознает одноцепочечные вирусные РНК и активация которого усиливает продукцию интерферонов I-ого типа [67]. Дефициты витаминов А и D, устанавливаемые при измерении уровней ретинол-связывающего белка (RBP) и 25(OH)D в крови, отрицательно сказываются на титрах антител IgM, IgG3, IgG4 и IgA, обеспечивающих иммунную защиту против вируса гриппа [86]. Более низкие уровни ретинол-связывающего белка и 25(OH)D были ассоциированы с более тяжелым течением RS-инфекции и метапневмовирусной инфекции у детей, требующих помещения в отделение интенсивной терапии [87]. Дотации витамина А беременным (10000 МЕ/нед, начиная со 2-триметра беременности и до 6 мес. после родов) при вакцинации в условиях эпидемии гриппа H1N1 приводили к повышению титра антител к вирусу на 38.7% [88]. Даже однократные дотации витаминов A (20000 МЕ) и D (2000 МЕ) могут улучшать отклик на вакцинацию детей против вируса гриппа. При этом, маркеры обеспеченности витаминами A и D дозозависимо коррелировали с титрами антител к вирусу гриппа [89].
Витамин Е. Уровни витамина Е, потребляемого с пищей, существенно влияют на антивирусный иммунитет. В эксперименте дотации витамина Е бройлерам дозозависимо повышали выработку антител к антигенам вируса инфекционного бронхита [90]. Преобладание пожилых среди пациентов с тяжелым течением COVID-19 обусловлено, в частности, тем, что с возрастом противовирусный иммунитет падает (происходит т.н. «иммуностарение», англ. immunosenescence) и падают уровни Т-лимфоцитов. Дотации витамина Е способствуют восстановлению пула Т-лимфоцитов, в т.ч. за счет стимулирования синтеза ИЛ-2 [91, 92], тормозят синтез простагландина Е2, повышают резинстентность к вирусу гриппа [93]. Также отметим, что одной из причин более тяжелого течения COVID-19 у европейцев может быть преобладание дефицита витамина Е в этих популяциях [8]. В России дефицит витамина Е не столь выражен, т.к. витамин Е добавляется в широко используемое в России подсолнечное масло.
Витамин С. В эксперименте, дотации цинка и аскорбиновой кислоты бройлерам в условиях теплового стресса способствовали росту популяции лимфоцитов [70]. «Цитокиновый шторм» при COVID-19 может быть частично блокирован посредством парентерального применения витамина С [43].
Инфицирование РНК-вирусами приводит к нарушению метаболизма миоинозитола (т.н. витамин В8) [94], что способствует обострению течения коморбидных патологий (СД2, метаболический синдром, поликистоз яичников и др.) [95]. Ниацин (витамин РР) и селен, наряду с цинком, способствуют сохранению популяций лимфоцитов и противодействуют иммуностарению [69]. Индуцируемый интерфероном железо-серный белок виперин (RSAD2, см. таблицу 1) участвует в ингибировании широкого спектра ДНК и РНК-вирусов (цитомегаловирус, гепатит С, денге, грипп А, стоматита и т. д.). Подавляя выход новых синтезированных вирусных частиц гриппа А из плазматической мембраны поражённой клетки, виперин способствует TLR7/TLR9-зависимой продукции β-интерферона, повышает активацию T-клеток типа CD4+ [96].
О возможных ролях пребиотиков и пробиотиков. СД2 является одним из факторов риска тяжелого течения инфекции COVID-19. Для пациентов с СД2 характерны сниженные уровни бактерий Akkermansia и бифидобактерий, производящих масляную кислоту [97], что способствует ухудшению состояния барьерного иммунитета ЖКТ. Пациентам с СД2 может быть рекомендована поддержка микробиоты посредством молекул-пребиотиков и определенных штаммов пробиотиков, способствующих продуцированию масляной кислоты [98].
Полифенольные экстракты: нутрицевтики ресвератрол, куркумин, рутозид.
«Цитокиновый шторм», обусловленный нарушениями регуляции провоспалительных каскадов NF-kB, mTOR, простагландинов и др. (рис. 1), может стихать под воздействием полифенольных нутрицевтиков: ресвератрола (GO:1904638), куркумина (GO:1904644), флавоноидов (флавоны, изофлавоны, антоцианы, антоцианидины, катехины, кверцетин, рутозид и др.). Полифенолы представляют собой природные антиоксиданты и противовоспалительные средства, проявляющие противовирусные свойства.
Ресвератрол тормозит избыточное воспаление в острой и в хронической фазе. Ресвератрол ингибирует активность арахидонат липоксигеназ, синтезирующих провоспалительные лейкотриены и циклооксигеназ, синтезирующих провоспалительные простагландины, ослабляет эффекты ФНОα посредством снижения активности каскада NF-kB [99]. Продемонстрировано антиатеросклеротическое действие ресвератрола, обусловленное снижение адгезии лейкоцитов к эндотелию сосудов и ингибированием агрегации бляшек на поверхности эндотелия. Ресвератрол способствует ингибированию агрегации тромбоцитов и процессов окисления липопопротеинов [100]. Экспериментальные исследования на моделях СД2 у крыс показали наличие у ресвератрола гипогликемических и гиполипидемических эффектов [101]. Кроме того, ресвератрол подавляет репликацию различных вирусов, в т.ч. простого герпеса [102], цитомегаловируса, вируса ветряной оспы, вируса лихорадки денге [103], гепатита В, зика, вирусов гриппа [104] и ряда коронавирусов. Показано ингибирование ресвератролом репликации коронавируса энтерита, коронавирусов атипичной пневмонии MERS-CoV и SARS-CoV1 [105].
Куркумин способствует повышению экспрессии рецептора витамина D, антиоксидантных и противовоспалительных ферментов глутатион трансферазы, сиртуина-1, рецептора пролифераторов пероксисом PPARG и др. Куркумин ингибирует фосфолипазу, липооксигеназу, ЦОГ-2, эффекты лейкотриенов, простагландинов, ФНОα, интерлейкинов ИЛ1β и ИЛ6 [106]. Куркумин проявляет антибактериальное, противоопухолевое и противовирусное действие [107] и, при этом, отличается крайне низкой токсичностью (токсических эффектов не установлено при приёме куркумина даже в дозе 8000 мг/сут в течение 3 месяцев).
Флавоноид рутозид (рутин, витамин Р) проявляет противовоспалительные и антиаллергические свойства (ингибирует высвобождение гистамина, ограничивает образование антигенспецифических антител IgE), улучшает баланс Т-клеток Th1/Th2, поддерживает уровни глутатиона и активность антиоксидантного фермента Cu, Zn-супероксид дисмутазы [108]. Рутозид снижает экспрессию ЦОГ-2, подавляет секрецию провоспалительного цитокина ФНОα и активность сигнального каскада NF-kB посредством ингибирования mTOR [109]. Образующийся из рутина флавоноид кверцетин проявляет противовирусную активность [110] против различных коронавирусов, вируса лихорадки денге [111], вируса гриппа [112], RS-вируса [113] и др.
Также подчеркнём, что приём полифенольных нутрицевтиков, витаминов и микронутриентов важен ещё и потому, что подавляющее большинство современных фармакологических препаратов проявляют выраженные «антивитаминные» и «антимикронутриентные» свойства [114]. Хорошо известно, что антибиотики, диуретики, цитостатики вызывают дефицит магния [10]; дефицит витаминов группы В ассоциирован с приёмом антибиотиков, эстрогенов, препаратов для химиотерапии и др. Регулярные дотации нутрицевтиков могут не только проявлять противовоспалительный и противовирусный эффекты, но и противодействовать развитию побочных эффектов фармакотерапии.
Например, рутозид тормозит развитие фиброза легких при применении химиотерапевтического средства блеомицин. При воспроизведении блеомициновой модели фиброза лёгких рутин значительно снижал активность лактатдегидрогеназы, общее количество макрофагов и лимфоцитов, малоновогод иальдегида, повышал содержание глутатиона, активность супероксиддисмутазы в бронхоальвеолярном лаваже. Рутозид уменьшал экспрессию трансформирующего фактора роста бета 1 и других биомаркеров, связанных с фиброзом (Col I, Col III и α-SMA), снижал фибротические изменения в лёгких, отложение в них коллагена и гидроксипролина [115].
