Быстрое распространение нового коронавируса под названием SARS-CoV-2 (или nCoV) заставило страны по всему миру ввести карантин и принять строгие профилактические меры. Этот новый штамм коронавируса с положительной одноцепочечной РНК распространяется через капли слюны и выделения из носа (воздушно-капельным путем).
Цель
FDA США* санкционировало экстренное применение ремдесивира**, учитывая растущее число случаев COVID-19, однако до сих пор нет лекарства, одобренного для лечения COVID-19. Альтернативным способом лечения может быть использование молекул природного происхождения с известными противовирусными свойствами.
*Food and Drug Administration (FDA) - это управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, ветеринарии, а также косметическими, табачными и иными изделиями на территории Соединенных Штатов Америки.
**Ремдесивир является новым противовирусным препаратом, с 1 мая 2020 года разрешенным «для экстренного использования» при COVID-19 в США.
Метод
Мы рассмотрели противовирусную активность двух полифенолов, полученных из чая: эпигаллокатехин-3-галлата (EGCG) из зеленого чая и теафлавинов (TFs) из черного чая. Сообщалось, что полифенолы зеленого и черного чая проявляют противовирусную активность против различных вирусов, особенно вирусов с положительной цепью РНК.
Результаты
Недавние исследования выявили возможные сайты связывания*, присутствующие в SARS-CoV-2, и изучили их взаимодействие с полифенолами чая. EGCG и теафлавины, особенно теафлавин-3,3'-дигаллат (TF3), показали значительное взаимодействие с рецепторами, рассматриваемыми в этом обзоре. Некоторые докинговые исследования** дополнительно подчеркивают активность этих полифенолов против COVID-19.
*Сайт связывания - это участок на макромолекуле (такой как белок), который специфично связывается с другой молекулой
** Молекулярный докинг — это метод моделирования наиболее устойчивого комплекса молекул.
Заключение
В этом обзоре обобщены имеющиеся отчеты и доказательства, подтверждающие использование полифенолов чая в качестве потенциальных кандидатов для профилактики и лечения COVID-19.
Аббревиатуры:
- 2′-O-MTase (2′-O-methyltransferase), 2'-O-метилтрансфераза
- 3CLpro (Chymotrypsin-like protease), химотрипсин-подобная протеаза
- ACE2 (Angiotensin-converting enzyme 2), ангиотензин-превращающий фермент 2
- CTD (C-terminal domain), C-концевой домен
- E (Envelope protein), белок оболочки
- EGCG (Epigallocatechin Gallate), эпигаллокатехин галлат
- GRP78 (Glucose-regulated Proteins), глюкоза-регулируемые белки
- HCV (Hepatitis C virus), вирус гепатита С
- HE (Hemagglutinin Esterase), гемагглютинин-эстераза
- HIV (Human immunodeficiency virus), вирус иммунодефицита человека
- M (Membrane protein), мембранный белок
- MERS-CoV (Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus), коронавирус ближневосточного респираторного синдрома
- Mpro (Main protease), основная протеаза
- N (Nucleocapsid protein), нуклеокапсидный белок
- Nsp (Non-structural proteins), неструктурные белки
- NTD (N-terminal domain), N-концевой домен
- PLpro (Papain like protease), папаин-подобная протеаза
- PRRSV (Porcine reproductive and respiratory syndrome virus), вирус репродуктивного и респираторного синдрома свиней
- RBD (Receptor-binding domain), рецептор-связывающий домен
- RdRp (RNA dependant RNA polymerase), РНК-зависимая РНК-полимераза
- S (Spike protein), белок Spike
- SARS-CoV (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus), тяжелое острое респираторное заболевание синдром коронавирус
- TF (Theaflavin), теафлавин
- TF2A (Theaflavin-3-gallate), теафлавин-3-галлат
- TF2B (Theaflavin-3′-gallate), теафлавин-3'-дигаллат
- TF3 (Theaflavin-3,3′-digallate), теафлавин-3,3'-дигаллат
- WNV (West Nile Virus), вирус Западного Нила
COVID-19 - вирусное заболевание, поражающее эпителиальные клетки дыхательной системы и вызывающее воспаление слизистой оболочки. Это приводит к повреждению альвеол и, в конечном итоге, к пневмонии. Вызывает это SARS-CoV-2, широко известный как новый коронавирус, вирус с положительной одноцепочечной РНК. Ранее сообщалось, что коронавирусы вызывают тяжелый острый респираторный синдром (SARS) и ближневосточный респираторный синдром (MERS).
Среди препаратов, проходящих клинические испытания, большое внимание привлекли гидроксихлорохин, фавипиравир, ремдесивир и лопинавир/ритонавир. Несколько других противовирусных препаратов и новых химических молекул также проходят испытания для лечения от коронавируса.
Несколько молекул их пищевых продуктов с ранее установленной противовирусной активностью также входят в число кандидатов, оцениваемых для лечения COVID-19.
В этой статье мы рассмотрим активность фитохимических веществ, полученных из зеленого и черного чая. Независимо от типа чая, типичный процесс производства зеленого и черного чая включает 5 основных процессов. Первоначально листья увядают и содержание влаги в чайных листьях сводится к минимуму. Затем эти листья фиксируют путем ферментации и дают возможность окислиться под воздействием кислорода. Наконец, эти листья сворачивают, чтобы придать им подходящую форму, а затем сушат, чтобы увеличить срок годности.
Галлат эпигаллокатехина (EGCG) - один из самых распространенных полифенольных катехинов, обнаруженных в Camellia sinensis.(L.) Kuntze (чайное растение), особенно в зеленом чае. EGCG был протестирован на его противовирусную активность против нескольких вирусов и признан потенциальным вариантом лечения в сравнении с синтетическими химическими препаратами. Он признан многофункциональной биоактивной молекулой, проявляющей противоопухолевые, противовоспалительные, антибактериальные, антиоксидантные и антипролиферативные свойства в дополнение к своим противовирусным эффектам.
Теафлавины (ТФ) - еще один класс полифенолов, которые в изобилии содержатся в черном чае. Производные ТФ, в основном содержащиеся в черном чае, - это теафлавин (TF1), теафлавин-3-галлат (TF2A), теафлавин-3'-галлат (TF2B) и теафлавин-3,3'-дигаллат (TF3). Все эти ТФ исследуются на предмет их биоактивных свойств и известны своими биологическими свойствами широкого спектра, такими как противоопухолевые, противовирусные, противовоспалительные, антиоксидантные и антибактериальные свойства. Поскольку EGCG и TFs содержатся в естественных пищевых продуктах и регулярно потребляются большинством населения мира, исследование противовирусных свойств этих полифенолов против COVID-19 может стать большим шагом вперед в поиске лечения этой последней пандемии.
Структура SARS-CoV-2 (тяжелый острый респираторный синдром - коронавирус-2)
SARS-CoV-2 имеет значительное сходство с SARS-CoV (острым респираторным синдромом) и MERS-CoV (ближневосточным респираторным синдромом) с процентным сходством с геномом 79% и 50% соответственно. Существуют также исследования, показывающие, что SARS-CoV и SARS-CoV-2 имеют нуклеотидное сходство 89,1% и идентичность нуклеотидов 80%. Вирус имеет четыре основных структурных белка, называемых белком Spike (S), белком оболочки (E), белком мембраны (M) и белком нуклеокапсида (N), а также другими неструктурными белками (Nsps). Другой гликопротеин существует в структуре β-цепей, известный как гемагглютинин-эстераза (HE).
Известно, что вирус SARS-CoV-2 заражает клетку-хозяина путем связывания с ангиотензин-превращающим ферментом (ACE2) с помощью своих белков Spike (S). Белок S имеет две субъединицы, названные S1 и S2. Субъединица S1, как известно, прикрепляется к рецептору клетки, то есть к ACE2, с помощью своего рецептор-связывающего домена (RBD). Субъединица S2 участвует в слиянии мембран вируса и клетки-хозяина. Белок E также имеет два домена: гидрофобный домен и заряженный цитоплазматический хвост. Известно, что он участвует в сборке вирусов за счет образования ионных каналов, которые помогают в координации с другими вирусными белками. Белок M имеет три трансмембранных домена с длинными C-терминалами и короткими N-терминалами. Его основная функция - поддерживать вирусную оболочку путем взаимодействия с другими вирусными белками путем стабилизации N-белка. Белок N играет важную роль в связывании РНК в цикле репликации вируса. Он образует рибонуклеопротеидный комплекс с помощью своего N-концевого домена (NTD) и выполняет димеризацию с помощью C-концевого домена (CTD). Этот белок имеет три домена, известных как N-плечо, C-хвост и центральная линкерная область. Он также выполняет такие функции, как ингибирование трансляции (нарушение образования) белков клетки-хозяина, изменение метаболизма клетки-хозяина и апоптоз (саморазрушение) зараженной клетки.
Активные сайты связывания для SARS-CoV-2 и других мишеней
На SARS-CoV-2 присутствует множество сайтов связывания, которые могут быть потенциальными мишенями для лекарств. Основные сайты связывания, изучаемые при COVID-19, обсуждаются в следующем разделе.
Химотрипсин-подобная протеаза (3CLpro)
3CLpro, также известная как основная протеаза (Mpro) или Nsp5, является важным ферментом SARS-CoV, который отвечает за протеолитическую функцию на стадии созревания вируса. Обнаружено, что он расщепляет по крайней мере 11 сайтов на полипротеине-1a и полипротеине-1ab, обнаруженных в вирусном геноме, для расщепления Nsp4-Nsp16. Эти неструктурные белки, а именно РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp), геликаза, эндонуклеаза, экзонуклеаза и 2'-O-метилтрансфераза (2'-O-MTase), являются очень важными белками в вирусном геноме. Следовательно, 3CLpro является наиболее важной мишенью для препаратов против коронавирусов. Ожидается, что малые молекулы и пептидные ингибиторы будут ингибировать активность 3CLpro.
РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp)
RdRp (Nsp12) является критическим ферментом, который играет важную роль в репликации и транскрипции вируса. С помощью других его кофакторов Nsp7 и Nsp8 взаимодействие между Nsp12 и РНК усиливается, тем самым повышая активность RdRp. Следовательно, Nsp12-RdRp является важной лекарственной мишенью для лечения COVID-19. Домен RdRp белка находится на С-конце с мотивом (определенной последовательностью аминокислот) Ser-Asp-Asp.
Гемагглютинин-эстераза (HE)
Гемагглютинин-эстераза представляет собой структурный белок, специфически присутствующий в β-коронавирусах (к группе которых относятся все коронавирусы, поражающие человека) и признанный одним из его маркеров. Он действует как разрушающий рецептор фермент и как лектин, который присоединяется к O-ацетилированным сиаловым кислотам. Комплекс гемагглютинин-эстераза-сиаловая кислота, таким образом, является другой лекарственной мишенью для COVID-19.
Попаин-подобная протеаза (PLpro)
PLpro расщепляет N-конец полипротеина с образованием Nsps; Nsp1, Nsp2 и Nsp3, расщепляя их на их границах с помощью 3CLpro. PLpro также имеет решающее значение для отчуждения (блокирования) врожденного иммунитета клетки-хозяина. Из-за своей важной функции в цикле репликации вируса PLpro является еще одной важной мишенью для лекарств.
2'-O-метилтрансфераза (2'-O-MTase)
2'-O-MTase (Nsp16) и S-аденозилметионин (SAM) зависимый нуклеозид выполняют роль метилирования позиции 2'-O рибозы первых двух нуклеозидов мРНК вируса, тем самым маскируя и защищая вирус от иммунной системы клетки-хозяина. 2'-O-MTase активируется при связывании с Nsp10. Следовательно, комплекс Nsp10-Nsp16 является мишенью для лекарств из-за его незаменимой роли в репликации вирусов.
Геликаза (ID PDB)
Геликаза (Nsp13) выполняет функцию разматывания двухцепочечных олигонуклеотидов NTP-зависимым образом в направлении 5'-3. У него есть металл-связывающий домен на N-конце и домен геликазы. Nsp 13 - еще одна важная цель для разработки метода лечения коронавирусов.
Spike RBD (идентификатор PDB)
RBD является основным связывающим доменом белка S, расположенного на субъединице S1. Он соединяется с рецептором ACE2 на клетках-хозяевах. Всего 18 остатков ACE2 присоединяются к 14 аминокислотам RBD, наиболее важным из которых является K341 в ACE2 в соединении с R453 в RBD. Связывающая активность RBD может быть изменена, если есть мутация на остатках D454 или R441 в RBD. Любое изменение структурных белков RBD может быть эффективной профилактической мерой, а ингибирование комплекса RBD-ACE2 может быть еще одной многообещающей стратегией лечения.
Структурные белки (S-PBD)
Помимо RBD, существует еще одна мишень, на которую можно воздействовать лекарствами, - на белок S, присутствующий в субдомене S2. Домены HR1/HR2 наблюдаются в постфузионном состоянии вируса, которые обычно представляют собой 6-спиральный комплекс. Этот комплекс может быть направлен на профилактическое действие. Белку М необходимо образовывать комплекс с белками S и N для выполнения различных жизненно важных функций в сборке вирусов. Белком М активируются два пути, а именно путь каппа и путь IFN-β. Два других основных структурных домена - это NTD и CTD белка N. NTD имеет несколько сайтов для связывания РНК, которые могут быть мишенями для специально разработанных ингибиторов/белков/пептидов, которые конкурируют с CTD за ингибирование процесса олигомеризации.
Рецептор ACE2
Рецептор ACE2 является первичным сайтом связывания белка S, который облегчает проникновение вируса. Сродство белка SARS-CoV-2 S к рецептору ACE2 выше, чем у SARS-CoV. Таким образом, рецептор ACE2 и комплекс ACE2-RBD являются двумя важными участками для профилактики COVID-19.
Белки, регулируемые глюкозой (GRP78)
GRP78, также известный как связывающий белок иммуноглобулина (BiP) или белок теплового шока 70 кДа 5 (HSPA5), является белком-шапероном, обнаруженным в просвете эндоплазматического ретикулума (ER). Его функция состоит в том, чтобы предотвратить разворачивание белков, которые перемещаются в ER. В условиях, когда развернутые белки накапливаются выше порогового значения, GRP78 высвобождает ферменты, такие как активирующий фактор транскрипции 6, инозит-требующий фермент 1 и протеинкиназу, РНК-подобную киназу эндоплазматического ретикулума, которые усиливают сворачивание белка и ингибируют синтез белка. GRP78 сверхэкспрессируется под действием клеточного стресса и перемещается из эндоплазматического ретикулума на плазматическую мембрану, где он может распознаваться как рецептор для передачи вирусной инфекции с помощью белка Pep42 вирусной клетки. Ibrahim с соавторами продемонстрировали взаимодействие S-белка SARS-CoV-2 с GRP78 и пришли к выводу, что сайт связывания S-белка GRP78 является потенциальной мишенью для лечения COVID-19, которую можно использовать в качестве лекарств.
Противовирусные свойства EGCG (эпигаллокатехин галлата)
Были проведены различные исследования для выявления противовирусной активности полифенолов чая, особенно EGCG. Таблица 1 дает обзор некоторых исследований, проведенных в оцРНК*.
*Вирусы, содержащие одноцепочечную РНК(ssRNA)
|
Вирус репродуктивного и респираторного синдрома свиней (PRRSV) |
оцРНК |
EGCG эффективно подавляет инфицирование вирусом PRRSV и его репликацию в альвеолярных макрофагах свиней. Он предотвращает заражение клеток MARC-145 вирусом РРСС. |
Ge с соавторами (2018) |
|
Вирус гепатита С (HCV) |
оцРНК |
EGCG предотвращает инфекцию, подавляя проникновение HCV в клеточные линии гепатомы и, таким образом. в первичные гепатоциты человека |
Ciesek с соавторами (2011) |
|
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) |
оцРНК |
EGCG препятствует взаимодействию рецепторов клетки-хозяина и оболочки вируса и подавляет проникновение вируса в клетки-мишени. |
Liu с соавторами (2005) |
|
Вирус Зика |
оцРНК |
Клетки, предварительно обработанные EGCG, не показали вирусной инфекции |
Carneiro et al. (2016) |
|
Чикунгунья |
оцРНК |
Вход, репликация и высвобождение CHIKV ингибировались in vitro с помощью EGCG. |
Liu с соавторами (2017) |
|
Вирус Западного Нила (ВЗН) |
оцРНК |
EGCG оказывает прямое влияние на ВЗН при лечении на ранних стадиях инфекции. |
Carneiro с соавторами (2016) |
|
Денге |
оцРНК |
EGCG напрямую взаимодействует с молекулой вируса, вызывая деформацию вируса и тем самым предотвращая заражение вирусом других клеток. |
Raekiansyah с соавторами (2018) |
|
Грипп A / H1N1, A / H3N2, B |
оцРНК |
EGCG подавляет закисление внутриклеточных эндосомных компартментов, необходимых для слияния мембран вируса и клетки-хозяина |
Song с соавторами (2005) |
|
Ротавирус |
оцРНК |
EGCG снижает выработку активных форм кислорода и предотвращает инфицирование |
Ho с соавторами (2009) |
|
Эбола |
оцРНК |
EGCG ингибирует белок HSPS5 хозяина, который является мишенью воздействия вируса Эбола, тем самым уменьшая размножение вируса после заражения |
Reid с соавторами (2014) |
|
Норовирус мыши и калицивирус кошек |
оцРНК |
EGCG в концентрации 100 мкМ оказался наиболее сильным профилактическим средством по сравнению с другими флавоноидами |
Seo с соавторами (2016) |
Было обнаружено, что EGCG подавляет инфицирование вирусом репродуктивного и респираторного синдрома свиней (PRRSV) независимо от того, вводился ли он до или после заражения; концентрации 125 мкМ было достаточно, чтобы полностью подавить инфекционность вирусных клеток. Было обнаружено, что при инфицировании вирусом гепатита C (HCV) EGCG подавляет инфекцию, прикрепляясь к клетке-мишени и предотвращая распространение инфекции на другие клетки. Было также высказано предположение, что EGCG ингибирует проникновение вируса ZIKA, взаимодействуя с липидным бислоем.
Следует отметить, что in vivo исследование показало, что EGCG может преодолевать плацентарный барьер и распространяться в мозг, глаза и сердце плода, что делает его введение эффективным у беременных женщин и, возможно, также у плода. Было обнаружено, что EGCG подавляет не только внутриклеточную репликацию вируса Чикунгунья, но и внеклеточную инфекцию на пре- и пост-стадиях вирусной инфекции.
Ожидается, что EGCG будет ингибировать промежуточные стадии вирусного цикла гриппа, помимо известного механизма воздействия на прикрепление вируса путем ингибирования активности гемагглютинации. EGCG также оказался эффективным против ВИЧ-1 и подавляет репликацию вируса, действуя на различных стадиях. Он блокирует взаимодействие gp120 с CD4, вмешиваясь в обратную транскриптазу. В сообщении было высказано предположение, что EGCG ингибирует продукцию антигена p24 на изолированных рецепторных клетках CD4, макрофагах и CD4 ± T-клетках в зависимости от его дозы. В другом сообщении было высказано предположение, что даже в концентрациях, полученных при употреблении зеленого чая, EGCG эффективен в ингибировании прикрепления gp120-CD4.
Как видно из механизмов действия EGCG в различных вирусах, EGCG - это противовирусное средство широкого спектра действия, механизм действия которого различается от инфекции к инфекции. Разница в противовирусной активности может быть связана с количеством гидроксильных групп, присутствующих в бензольном кольце и галлоильной группе вместе с пирогаллольной группой, которая отвечает за проявление различных механизмов.
Противовирусные свойства теафлавинов
Таблица 2 дает сводку нескольких отчетов о противовирусной активности теафлавинов.
Таблица 2
Краткое изложение известной противовирусной активности теафлавинов (ТФ)
|
Вирус |
Геном |
Вывод |
Ссылка |
|
Синдбис Вирус |
оцРНК |
Экстракт ТФ ингибировал вирусную инфекцию на 99% в концентрации 14,6 мМ. |
Villagomez с соавторами (2017) |
|
TMV |
оцРНК |
ТФ вмешивались в цикл репликации вируса путем присоединения к комплексу TMV-РНК. |
Okada с соавторами (1977) |
|
Грипп A и B |
оцРНК |
TF1 имел значение IC 50 16,21 мкг/мл против вируса, что является лучшим среди 13 флавоноидов, изученных с помощью анализа ингибирования цитопатического эффекта. |
Yang с соавторами (2014) |
|
Вирус гепатита человека |
дцДНК* |
TF3 в комбинации с ацикловиром показал повышенное ингибирование на 21,8%, чем ацикловир в отдельности, в анализе WST-1. |
Berkefeld с соавторами (2015) |
|
Ротавирус и коронавирус |
оцРНК |
Синергетическая активность при введении всех ТФ in vitro |
Clark с соавторами (1998) |
|
Вирус простого герпеса |
оцРНК |
Действуют непосредственно на вирусные частицы и подавляют способность связываться с поверхностью рецептора. |
Chowdhury с соавторами (2018) |
|
Калицивирусы |
оцРНК |
Лучшая антивирусная активность in-silico** среди 2080 исследованных малых молекул. |
Ohba с соавторами (2017) |
|
ВИЧ-1 |
оцРНК |
TF3 подавляет проникновение вируса, нацеливаясь на gp41. |
Jie с соавторами (2011) |
* дцДНК - двуцепочечная РНК
** in silico - термин, обозначающий компьютерное моделирование биологического эксперимента.
Как и EGCG, противовирусные свойства полифенолов теафлавина и их производных также были исследованы при нескольких вирусных заболеваниях. В исследовании HSV-1 (вирус простого герпеса) среди всех теафлавинов, протестированных по отдельности, TF1, TF2 и TF3 показали сильное ингибирование вирусного литического цикла, причем TF3 был наиболее сильным. Было показано, что при обработке TF3 в концентрации 50 мкМ в течение 1 часа инфицируемость вирусных молекул подавлялась более чем на 99%, что доказывает его профилактическую противовирусную активность.
В другом исследовании было обнаружено, что TF2 проявляет свои противовоспалительные эффекты in vivo, подавляя уровни мРНК COX-2, TNF-A, 1CAM-1 и NFkB. Также способность TF3 связывать свободные радикалы наблюдалась при индукции гиперполяризации митохондрий, что указывало на активацию апоптотической передачи сигналов. Исследование вируса гриппа также показало противовирусную активность TFs через ингибирование нейраминидазы. Активность TF3 была лучше, чем у других производных, и почти сравнима с контрольным карбоксилатом осельтамивира. Было также замечено, что TF3 предотвращает адсорбцию вируса клетками MDCK*, следовательно, ингибирует гемагглютинин вируса.
*MDCK — культура клеток, используемая для заражения их вирусами и последующего исследования влияния на вирус различных методов лечения.
Было обнаружено, что TF2B является наиболее эффективным среди всех других полифенолов чая в ингибировании ВИЧ в концентрации 1 мкМ и индексе селективности более 200. Число галлоильных групп на TFs напрямую зависит от его активности и, по оценкам, эти молекулы взаимодействуют с пучком из шести спиралей gp41, чтобы предотвратить проникновение вируса в клетку-хозяина. Было также обнаружено, что в относительно более высокой концентрации ТФ ингибируют обратную транскриптазу ВИЧ. Было обнаружено, что TFs обладают лучшей in-silico противовирусной активностью среди 2080 малых молекул против калицивирусов. В исследовании также было высказано предположение, что гидроксильные группы в ТФ более важны для проявления активности по отношению к галлоильным группам. В исследовании сообщается, что ТФ проявляют активность непосредственно на вирусных частицах HCV (вируса простого герпеса), чтобы ингибировать их связывание с поверхностью рецептора. Chowdhury с соавторами подчеркнули, что TF3 проявляет лучшую активность против HCV, чем TF1 и TF2.
Применение при COVID-19
Ингибирование 3CLpro (химотрипсин-подобной протеазы)
В исследовании, посвященном фитохимическому ингибированию SARS-CoV 3CLpro, были проведены исследования молекулярного докинга и in vitro для скрининга различных естественно полученных флавоноидов. Было отмечено, что EGCG с показателем стыковки -11,7 показал лучшую in silico активность среди всех протестированных соединений. Исследования in vitro показали, что EGCG демонстрирует 85% ингибирование 3CLpro при концентрации 200 мкМ и имел концентрацию полумаксимального ингибирования IC50 равную 73 ± 2 мкМ.
SARS-CoV 3CLpro также был изучен Singh и Konwar с соавторами с замечанием, что ингибирующая активность может быть дополнительно улучшена путем обнаружения аналогов EGCG с более высокой биодоступностью. Tahir ul Qamar с соавторами показали, что структура 3CLpro SARS-CoV-2 очень похожа на структуру SARS-CoV, что свидетельствует о валидности* более ранних исследований в рамках нынешней вспышки.
*Валидность — обоснованность и пригодность применения методик и результатов исследования в конкретных условиях.
Недавно другое исследование рекомендовало EGCG как один из наиболее потенциальных ингибиторов 3CLpro среди фитохимических веществ, встречающихся в природе, на основе исследований молекулярного докинга. Следовательно, исходя из этого, мы можем ожидать, что EGCG будет потенциальным ингибитором 3CLpro для лечения COVID-19.
В исследовании SARS-CoV также было обнаружено, что TF1, TF2a, TF2b и TF3 показали более высокую эффективность в ингибировании 3CLpro, чем другие катехины, включая EGCG, при IC50 менее 10 мкМ. Это могло быть из-за нестабильной природы EGCG и других катехинов. Среди TFs TF2b и TF3 показали лучшую ингибирующую активность 3CLpro из-за присутствия группы галлата. Было обнаружено, что TF2b образует больше водородных связей с рецептором 3CLpro по сравнению с такими лекарствами, как лопинавир, дарунавир и атазанавир, таким образом проявляя активность по поддержанию взаимодействия. Другое аналогичное исследование также показало, что TF3 имеет лучший балл стыковки (-10,574), чем более чем 20 противовирусных препаратов, таких как лопинавир (-9,918), дарунавир (-8,843), ампренавир (-8,655), а также фитохимических веществ, таких как гесперидин, биоробин, розмариновая кислота и др. В исследовании молекулярной стыковки описывается использование TFs для профилактики SARS-CoV-2. TF2 показал оценку стыковки -9,8, а TF3 показал оценку стыковки -10 на рецепторе 3CLpro.
Подавление RDRP (РНК-зависимой РНК-полимеразы)
В исследовании Lung с соавторами было обнаружено, что из 83 молекул, уже известных в китайской традиционной медицине, теафлавин имеет самое высокое взаимодействие с энергией связи -9,11 ккал/моль. Это взаимодействие было основано на водородных связях, взаимодействии π-катионов и гидрофобных взаимодействиях.
Подавление спайкового RBD (рецептор-связывающего домена)
Было обнаружено, что TFs имеют хорошее связывание с RBD в SARS-CoV-2 с высокой оценкой стыковки. Движущими силами этих взаимодействий были в основном гидрофобные взаимодействия наряду с водородными связями в таких сайтах, как ARG454, PHE456, ASN460, CYS480, GLN493, ASN501 и VAL503 SARS-CoV-2 RBD, рядом с областью контакта с белком ACE2-S. Для наиболее благоприятного взаимодействия TFs с RBD в SARS-CoV-2 энергия связи (ΔG) была оценена как -8,53 ккал/моль.
Ингибирование структурных белков
Khan с соавторами провели исследование, чтобы проверить молекулярную стыковку 18 фитосоставов, о противовирусной активности которых уже сообщалось, с 7 различными белками нового коронавируса. Эти результаты стыковки сравнивались с двумя препаратами, которые, возможно, являются наиболее эффективными против COVID-19: ремдесивиром и хлорохином. Идентификаторы банка данных белков основной протеазы, домена HR2, пост-слитного ядра субъединицы S2, белка S, комплекса RBD-ACE2, эндорибонуклеазы NSP15 и основной протеазы кристаллической структуры свободного фермента были 6lu7, 6lvn, 6lxt, 6vsb, 6vw1, 6vww и 6y2e соответственно, как показано на рисунке 1. EGCG показал очень высокое сродство к связыванию и низкую константу ингибирования среди всех проверенных фитокомпонентов, особенно в случае 6vw1, который является потенциальной мишенью для SARS-CoV-2. Таблицы 3 и 4 показывают сравнительную оценку энергий связывания и константы ингибирования (мкМ) EGCG с ремдесивиром и хлорохином. Изюминкой этого исследования было то, что EGCG продемонстрировал лучшее связывание с вирусными белками и следовательно ожидается, что он покажет лучшую противовирусную активность, чем эталонные препараты ремдесивир и хлорохин.
Таблица 3
Энергии связывания (мкМ) EGCG, ремдесивира и хлорохина с 6lu7, 6lvn, 6lxt, 6vsb.
|
Соединение |
6lu7 |
6лвн |
6lxt |
6vsb |
|
EGCG |
−6,99 |
-4,90 |
−7,57 |
−7,26 |
|
Ремдесивир |
−2,47 |
−2,68 |
-4,84 |
−4,27 |
|
Хлорохин |
−3,62 |
−3,26 |
-4,35 |
-4,79 |
Таблица 4
Константы ингибирования (мкМ) EGCG, ремдесивира и хлорохина с 6lu7, 6lvn, 6lxt, 6vsb.
|
Соединение |
6lu7 |
6лвн |
6lxt |
6vsb |
|
EGCG |
7,57 |
255,95 |
2,84 |
4,75 |
|
Ремдесивир |
15,4 × 10 −5 |
10,7 × 10 −5 |
281,48 |
745,64 |
|
Хлорохин |
2,2 × 10 −5 |
4,0 × 10 −5 |
651,5 |
309,3 |
Аналогичные исследования проводятся в отношении SARS-CoV-2 для проверки противовирусной активности TFs. В одном из таких исследований, проведенных на 169 различных фитокомпонентах, обычно используемых в качестве специй или ароматизаторов, было обнаружено, что TF3 обладает значительным сродством с М-протеазой наряду с антиоксидантной активностью.
Подавление связывающей способности рецептора ACE2 (ангиотензин-превращающего фермента 2)
Поскольку рецептор ACE2 является сайтом присоединения RBD вирусного S-белка, прямое взаимодействие с ACE2 может предотвратить заражение клетки вирусом. В ранее упомянутом исследовании Zhang с соавторами также было обнаружено, что TF3 напрямую связывается с рецептором ACE2, что поощряет его использование для профилактики. Способность TF3 предотвращать прикрепление шипа RBD к рецептору ACE2 также была показана Maiti с соавторами.
Ингибирование регулируемого глюкозой белка-78 (GRP78)
Работая над глиобластомой, Bhattacharjee с соавторами выяснили, что EGCG образует много водородных связей, а также несвязанное взаимодействие с этой лекарственной мишенью. Было обнаружено, что EGCG ингибирует активность АТФазы GRP78, что делает его менее гибким. На основании исследований Ibrahim с соавторами и Bhattacharjee с соавторами, мы можем ожидать, что EGCG будет потенциальным ингибитором сайта связывания белка COVID-19 S-GRP78.
Рис.2 показывает возможный механизм действия полифенолов чая на различные активные центры.
Изображение роли полифенолов чая в мишенях COVID-19, подверженных воздействию лекарств.
Таблица 5 обобщает результаты исследований SARS-CoV-2 с использованием полифенолов чая.
Таблица 5
Резюме недавних исследований in-silico активности полифенолов чая в отношении рецепторов COVID-19.
|
№ |
Полифенол изучен |
Рецептор-мишень |
Действие |
Ссылка |
|
1 |
EGCG |
3CLpro |
Активность ингибирования лучше, чем у других фитохимических веществ |
Khaerunnisa с соавторами (2020) |
|
2 |
TF2b |
3CLpro |
Лучшее взаимодействие по сравнению с другими лекарствами |
Bhardwaj с соавторами (2020) |
|
3 |
TF |
RdRp |
Лучшее in-silico взаимодействие среди соединений традиционной китайской медицины |
Lung с соавторами (2020b) |
|
4 |
TF |
Спайк RBD |
Хорошая молекулярная стыковка с несколькими водородными связями |
Lung с соавторами (2020a) |
|
5 |
TF3 |
М протеаза |
Лучшее сродство среди 169 фитосоставов, используемых в качестве приправ и ароматизаторов. |
Zhang с соавторами (2020) |
|
6 |
EGCG |
Множественные структурные белки |
Лучшее взаимодействие, чем хлорохин и ремдесивир |
Mf с соавторами (2020) |
|
7 |
TF3 |
ACE2 рецептор |
Непосредственно связывается с рецептором и действует как профилактическое средство |
Maiti and Banerjee (2020), Zhang с соавторами (2020) |
|
8 |
TF2 и TF3 |
3CLpro |
Оценка молекулярного стыковки рецептора -9,8 и -10 соответственно |
Bhatia с соавторами (2020) |
|
9 |
TF |
3CLpro |
Лучшая in-silico активность, чем 24 одобренных противовирусных препарата и более 20 проверенных фитохимических веществ |
Peele с соавторами (2020) |
Проблемы и перспективы на будущее
COVID-19 распространяется тревожными темпами и отсутствие одобренного лечения создает серьезную нагрузку на системы здравоохранения. Несколько противовирусных препаратов находятся в стадии клинических испытаний, однако из-за возможных побочных эффектов высокие дозы этих препаратов вводить нельзя. Сравнивая механизм действия возможных лекарственных кандидатов при ранее известных вирусных заболеваниях, мы можем кратко перечислить некоторые потенциальные вирусные мишени и лекарственные препараты, которые могут действовать на эти участки.
EGCG (эпигаллокатехин-3-галлат) и Tfs (теафлавины) - это полифенольные катехины, которые в изобилии содержатся в зеленом чае и черном чае соответственно, с огромным количеством преимуществ для здоровья. Многократно сообщалось также об их противовирусной активности против различных вирусных инфекций. Глубокий анализ противовирусной активности EGCG и Tfs показывает, что оба они представляют собой противовирусные молекулы широкого спектра без определенных участков взаимодействия. Они действуют на разных этапах вирусного цикла. Некоторые исследования также показали, что EGCG и Tfs обладают профилактической активностью.
3CLpro - это жизненно важный фермент, обнаруженный при SARS-CoV и SARS-CoV-2. Учитывая геномное сходство между двумя вирусами, природа 3CLpro, обнаруженного в них, также схожа. 3CLpro также яв��яется мишенью для лекарств из-за его важной функции в репликации (процесса синтеза дочерней молекулы ДНК) вирусных клеток. Было обнаружено, что EGCG и все Tfs ингибируют 3CLpro в небольших концентрациях, а также демонстрируют хорошее связывание с этой мишенью. Tfs также демонстрируют хорошее связывание с RBD в SARS-CoV-2, образуя гидрофобные взаимодействия, а также водородные связи с некоторыми сайтами на вирусном S-белке. Кроме того, известно, что Tfs проявляют ингибирующую активность RdRp и активность связывания ACE2. Следовательно, как EGCG, так и Tfs являются потенциальными противовирусными агентами, которые следует изучить в качестве лечебных и профилактических альтернатив COVID-19.
GRP78 - это белок, обнаруженный в ER, который выполняет роль предотвращения разворачивания синтезируемых белков. Когда клетка подвергается внешнему стрессу, GRP78 перемещается к клеточной мембране из ER и становится мишенью для вирусной инфекции. Известно, что EGCG взаимодействует с участком связывания белка GRP78 COVID-19 S, который является мишенью для лекарств, посредством водородных и несвязанных взаимодействий, таким образом проявляя свою противовирусную активность. Помимо этого, для этих полифенолов чая уже установлена противовирусная активность широкого спектра действия. Следовательно, среди всех предлагаемых мишеней COVID-19 полифенолы чая потенциально могут проявлять ингибирующую активность в отношении некоторых или всех из них. Только дальнейшие исследования стыковки и моделирование могут помочь нам детально проанализировать эти взаимодействия.
Однако EGCG нестабилен и при пероральном приеме имеет низкую биодоступность. Он имеет тенденцию довольно легко окисляться, прежде чем достигнет цели. Следовательно, во многих исследованиях предложены структурные производные EGCG для повышения его биодоступности. Сложноэфирные производные EGCG показали лучшую антиоксидантную активность в поглощении активных форм кислорода, таких как пероксильные радикалы. Противовирусная активность также была увеличена, поскольку производные показали лучшее ингибирование протеазы ВГС, а также α-глюкозидазы при лечении ВИЧ. Некоторые исследования предполагают использование наночастиц для инкапсуляции EGCG для достижения большей эффективности. Кроме того, введение EGCG с другими противовирусными препаратами может улучшить его биодоступность. В исследовании с участием HCV комбинация EGCG с моноклональными антителами показала улучшенную доставку EGCG in vivo. Липофильные производные водорастворимого EGCG, такие как пальмитат EGCG и стеарат EGCG, были оценены на предмет улучшения противомикробных свойств, и было обнаружено, что пальмитат EGCG в 8,7 раза более эффективен при инфекции HSV, чем нативный EGCG. Тот же автор также предложил профилактическое использование пальмитата EGCG путем включения его в дезинфицирующие средства. Сложные моноэфиры EGCG также были синтезированы с модификациями бутаноила, октаноила, лауринола, пальмитоила и эйкозаноила для проверки влияния длины алкила на противогриппозную активность EGCG. Было замечено, что длинные ацильные группы могут значительно увеличить противогриппозную активность EGCG, а пальмитат EGCG, наиболее эффективный среди всех сложноэфирных производных EGCG, был примерно в 24 раза более активным, чем нативный EGCG. Было показано, что стеарат EGCG подавляет инфекцию HSV, а также лечит связанные с ней симптомы. Посредством выполнения замещения, такого как метилирование, ацилирование, этерификация или гликозилирование в различных участках EGCG, фармакокинетические и фармакодинамические свойства EGCG могут быть улучшены. EGCG и его производные показывают некоторые многообещающие результаты при множественных вирусных инфекциях и стоит изучить применение этих молекул в COVID-19 с помощью молекулярного докинга.
Подводя итог, можно сказать, что оба полифенола чая нуждаются в дальнейшей детальной оценке, чтобы подтвердить их применение против COVID-19. TFs, особенно TF2b и TF3, могут использоваться в качестве хороших профилактических агентов благодаря их способности связываться с RBD. EGCG и его стабильные липофильные производные также могут быть потенциальными профилактическими, а также терапевтическими препаратами, учитывая их свойства присоединяться к различным активным участкам SARS-CoV-2.
Чай - самый широко потребляемый напиток в мире, и разработка противовирусных полифенольных молекул на его основе - захватывающая идея. FDA уже присвоило этим полифенолам желанный статус GRAS («Общепризнанные как безопасные»), что дополнительно поощряет их использование по сравнению с синтетическими токсичными противовирусными препаратами в высоких дозах.
Однако вывод о том, что EGCG и TFs являются кандидатами на лекарственные препараты на основе имеющейся в настоящее время исследований, был бы преувеличением. Поскольку эти полифенолы не обладают специфической активностью, мы не можем быть уверены в их целевой активности в отношении рецепторов COVID-19, которые обсуждались ранее. Они также могут связываться с другими белками в организме и вызывать побочные эффекты. Установление соответствия строгим нормативным требованиям для молекул, которые должны считаться лекарственными средствами, также и для нутрицевтических молекул, требует много времени и является строгим. Следовательно, с точки зрения применения в COVID-19, в ближайшем будущем эти молекулы могут использоваться не в лечении, а в качестве пищевых добавок или нутрицевтиков. После обширных исследований этих полифенолов в отношении их специфичности, активности, биодоступности и безопасности можно будет подумать об их использовании для лечения вирусных инфекций, включая COVID-19
Вклад авторов
Г-н Сусмит Мхатре написал первоначальный черновик рукописи. Он собрал данные, проанализировал и интерпретировал их. Он также составил все таблицы и рисунки, включенные в рукопись. Г-жа Тишья Шривастава помогла в написании рукописи. Г-н Шиврадж Найк разработал обзорную работу и отредактировал окончательный вариант. Доктор Вандана Патравале спланировала рукопись, а также руководила и контролировала всю работу. Все данные были получены собственными силами. Все авторы соглашаются нести ответственность за все аспекты работы, обеспечивая целостность и точность.
Департамент фармацевтических наук и технологий, Институт химической технологии, Мумбаи, Индия
Оригинал статьи: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7367004
Финансирование
Эта работа не получила какого-либо специального гранта от финансирующих агентств в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.
Заявление о конкурирующих интересах
Мы подтверждаем отсутствие конфликта интересов, связанного с данной публикацией, и отсутствие значительной финансовой поддержки этой работы, которая могла бы повлиять на ее результат.