Роль плазменного ингибитора сериновых лейкоцитарных протеиназ в защите организма от COVID-19

Полный текст

Введение

COVID-19 (COronaVIrus Disease 2019) — это потенциально тяжёлая, острая респираторная инфекция, вызываемая новым коронавирусом (SARSCoV-2) из группы бета-коронавирусов. Быстро распространяясь по территориям различных стран, этот вирус способен вызывать у некоторых пациентов серьёзное заболевание с развитием тяжёлого острого респираторного синдрома, диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови (ДВС-синдрома) и полиорганной недостаточности [1][2].

Развитие острого респираторного дистресссиндрома (ОРДС) приводит к выраженному нарушению дыхательной функции [3]. Смертность среди пациентов с ОРДС, нуждающихся в проведении искусственной вентиляции лёгких, составляет 20–50% [1][4].

Продолжающийся рост числа погибших пациентов на фоне увеличения общего количества лиц, заражённых SARS-CoV-2, заставляет учёных, специалистов медицинских организаций и фармацевтических компаний активизировать исследования, направленные на изучение молекулярных механизмов патогенеза этой опасной инфекции, на поиск эффективных средств терапии и профилактики COVID-19, способных существенно снизить показатель смертности [5][6].

Влияет ли концентрация альфа-1-антитрипсина в плазме крови человека на тяжесть течения инфекции, обусловленной вирусом SARS-CoV-2?

В патогенезе COVID-19 выделяют 3 стадии развития болезни [4], каждая из которых соответствует этапам распространения вируса SARS-CoV-2 по респираторному тракту:

1) бессимптомное состояние (от 1 до 2 дней), когда вирус связывается с рецепторным аппаратом эпителиальных клеток интраназальной области, проникает в них и начинает репликацию;

2) стадия манифестации заболевания, когда в верхних дыхательных путях развивается острая защитная воспалительная реакция, предотвращающая либо не предотвращающая дальнейшее размножение вируса и его миграцию в течение нескольких следующих дней вниз по проводящим дыхательным путям к лёгким;

3) альвеолярная фаза с наиболее выраженными клиническими проявлениями, когда вирус поражает альвеоциты II типа и эндотелиоциты, а также запускает массивный апоптоз этих клеток на фоне гиперсекреции активированными нейтрофилами в кровь и межальвеолярное пространство нейтрофильных внеклеточных ловушек (НВЛ).

Важно, что до альвеолярной фазы заболевание прогрессирует только у 19–20% лиц, заражённых SARS-CoV-2 [1][4]. И даже в этом случае у 14% пациентов болезнь протекает при сравнительно слабом повреждении эндотелия и умеренном нарушении дыхательной функции (среднетяжёлое течение) [4]. Лишь у 5% пациентов эта фаза может завершиться альвеолярным коллапсом с интенсивными эндотелиальными повреждениями, отёком лёгких и развитием характерного для ОРДС обширного разрушения лёгочной ткани (тяжёлое течение) [2–4]. Грубые нарушения гемостаза регистрируются у 100% пациентов с тяжёлым течением СOVID-19. Через повреждённые участки эндотелия SARS-CoV-2 проникает в кровоток, вызывая развитие виремии и септического шока, что даже на фоне лечения в 20–50% случаев приводит к смерти больного [1].

Сопоставление этих данных с относительным количеством жителей Европейского континента и США, имеющих мутации в гене протеиназного ингибитора, контролирующего продукцию в организме α₁ -антитрипсина (ААТ), выявило интересную закономерность. Доля тяжёлых и среднетяжёлых случаев течения COVID-19, связанных с альвеолярной фазой развития болезни (19–20%), практически совпадала с долей лиц, имеющих сниженную концентрацию ААТ в плазме в результате 5 наиболее часто встречающихся генетических мутаций (15– 17%) [7]. Самой неблагоприятной признана мутация гена протеиназного ингибитора в аллели Z, для которой характерно максимальное (до 10–15% от нормы) снижение концентрации ААТ в периферической крови. Именно эта врождённая патология обычно имеется в виду, когда исследователи используют в своих публикациях термин «дефицит ААТ» [7][8]. И здесь снова интересная закономерность: доля носителей этой мутации в Европе и США достигает 4–5% и частота критических вариантов развития COVID-19 в этих странах, по данным статистики, — порядка 5%.

ААТ — белок, который вырабатывается печенью и участвует в инактивации ферментов, при этом основная его функция состоит в защите лёгких от эластазы, высвобождаемой из гранул нейтрофилов в ответ на внедрение инфекционного агента и являющейся биохимическим маркёром воспалительного процесса. Если активность эластазы не контролируется ААТ, она начинает разрушать ткани лёгких.

Дефицит ААТ неизбежно ведёт к развитию эмфиземы — как первично, так и на фоне хронического бронхита, хронической обструктивной болезни лёгких или любого другого неспецифического хронического лёгочного заболевания [9][10]. Кроме того, на фоне дефицита ААТ развиваются системные васкулиты, диабет 1-го типа, ревматоидный артрит и другие аутоиммунные воспалительные болезни [7]. Именно пациенты с хронической обструктивной болезнью лёгких, эмфиземой и аутоиммунными заболеваниями относятся к группе риска по развитию тяжёлого течения COVID-19 [2].

Эпидемиологические исследования H. Yoshikura показали, что существует сильная прямая корреляционная связь между распространённостью дефицита ААТ на территориях 68 стран мира и эпидемической ситуацией по COVID-19: как по числу инфекционных осложнений (r = 0,8584; p < 0,05), так и по количеству смертельных исходов (r = 0,8713; p < 0,05) [11]. Отмечено, что в странах с высокой распространённостью дефицита ААТ (Европа и США) высокий показатель смертности от COVID-19 сохранялся на протяжении более 6 мес и не зависел от изменения ситуации по заболеваемости, в то время как в странах с низкой распространённостью дефицита ААТ (Япония, Китай и другие страны Азии) после первой волны эпидемии количество смертей постоянно снижалось, при этом общее число пациентов оставалось таким же или даже увеличивалось [11].

α₁-Протеиназный ингибитор, приготовленный из плазмы крови человека [12], на протяжении десятилетий применяется в качестве заместительной терапии дефицита ААТ при профилактике эмфиземы и других хронических воспалительных заболеваний, связанных с разрушением соединительной ткани [7]. При его внутривенном введении стабилизируются параметры гемодинамики и коагуляции при септическом шоке и ДВС-синдроме [13]. Поскольку в настоящее время этот препарат рассматривают в качестве перспективного средства экстренной профилактики и лечения COVID-19 [6][12][14], важное значение приобретают накопление и анализ имеющейся информации о физиологической функции, выполняемой плазменным ААТ в организме человека. При дальнейшем изложении материала, опираясь на схему, представленную на рисунке, мы постараемся рассмотреть роль ААТ с позиции реализации возможных патофизиологических механизмов инактивации повреждающего действия SARS-CoV-2 на клетки макроорганизма.

 

Роль α₁-антитрипсина в защите клеток и тканей организма от разрушительного действия лейкоцитарной эластазы

Плазма крови содержит 7 белковых ингибиторов сериновых протеиназ (серпинов), составляющих около 10% всех присутствующих в ней белков [10].

К ним относятся:

• SERPINA1 (ААТ, часто называемый α₁-протеиназным ингибитором), который защищает лёгочную ткань от лейкоцитарной эластазы (ЛЭ);
• SERPINA5 (ингибитор С белка);
• SERPINC1 (антитромбин), контролирующий протеазы коагуляции;
• SERPIND (гепариновый кофактор II);
• SERPINE1 (ингибитор активатора плазминогена);
• SERPING1 (ингибитор С1), регулирующий комплемент, калликреин и активацию контактной фазы;
• SERPINF2 (α₂-антиплазмин), который ингибирует плазмин и регулирует фибринолиз.

Баланс между сериновыми протеазами плазмы крови и их серпинами, обеспечивающий нормальное функционирование биологических систем здорового организма, грубо нарушается при COVID-19 в 4 основных протеолитических каскадах (коагуляции, комплемента, фибринолиза и калликреина) под влиянием ЛЭ, в большом количестве высвобождаемой из гранул активированных нейтрофилов при массивной дегрануляции и нетозе этих клеток в ткани лёгких, печени и других органов. В результате при COVID-19 в организме развивается «протеолитический шторм» и связанный с ним «цитокиновый шторм» на фоне формирующейся гиперактивности коагуляционного каскада, эндотелиопатии и гипоксии, что ведёт к интенсивному разрушению эластина лёгочной ткани и к тромботическим осложнениям в сосудах различных органов [4]. По данным недавно проведённых клинических исследований, дисбаланс в системе эластаза–ААТ имеет место в организме всех пациентов с тяжёлой формой COVID-19, особенно в период, предшествующий гибели организма от новой коронавирусной инфекции [15].

Уровень активности ЛЭ в мазках из носоглотки пациентов с диагнозом COVID-19 в 3 раза выше нормы [16], а в крови и бронхоальвеолярном лаваже пациентов с сепсисом и ОРДС отмечается десятикратное увеличение значений данного показателя [17][18]. Обладая самой широкой субстратной специфичностью, эта сериновая протеаза при дисбалансе в системе фермент–ингибитор (эластаза– ААТ) гидролизирует не только различные структурные белки, включая эластин, но и множество белков плазмы крови: факторы гемокоагуляции, фибринолиза, калликреин-кининовой системы и комплемента, в том числе все перечисленные выше серпины [9][10]. Установлена ключевая роль ЛЭ в разрушении лёгочной ткани при хронической обструктивной болезни лёгких, эмфиземе, других лёгочных заболеваниях и ОРДС [19] и, соответственно, роль ААТ в предотвращении этих повреждений [7]. Способность инактивировать практически все регуляторные компоненты протеолитических систем, ответственных за процессы адаптации и защиты, определяет решающую роль ЛЭ в нарушении регуляции процессов свертывания крови при туберкулёзе [20], раке лёгких [21] и, видимо, при COVID-19 [2][4][5][15].

Грубое нарушение гемостаза при тяжёлой форме COVID-19 проявляется в резком снижении содержания в крови антитромбина III и протеазы ADAMTS13 на фоне «протеолитического шторма» и «цитокинового шторма» [4], разрушении эластазой плазминогена без образования функционально активного плазмина [2][5], повышении концентрации D-димера и продуктов деградации фибриногена [1, 15], а также в появлении в периферической крови пациентов НВЛ в количестве более 16% [22]. Считается, что у пациентов с острой септицемией изменение уровня факторов свертывания и возрастание количества фрагментов деградации фибриногена является результатом прямого протеолитического расщепления белков плазмы крови сериновыми лейкоцитарными протеазами (СЛП) [18, 20, 23].

Среди присутствующих в крови серпинов ААТ имеет наибольшую концентрацию (норма от 1,2 до 2 мг/мл) и обеспечивает около 80% общего антипротеолитического потенциала плазмы крови [10]. Этот белок, продуцируемый гепатоцитами и в меньшей степени лёгочными эпителиальными клетками [8], является ингибитором трех СЛП: эластазы, катепсина G и протеазы 3, но считается ингибитором в основном ЛЭ, поскольку в зрелых нейтрофилах крови человека только эластаза присутствует в огромной концентрации (5,33 мМ или около 67 000 молекул на одну гранулу) [24] и является наиболее изученной СЛП, на долю которой в первичных гранулах этих клеток приходится не менее 90% суммарной протеолитической активности [9]. Кроме ААТ, ЛЭ может связываться в плазме крови только с α₂-макроглобулином, который подавляет её активность с меньшей эффективностью. Другие плазменные серпины в отношении ЛЭ не активны [10].

При стимуляции нейтрофилов хемоаттрактантами СЛП в строго определённом количестве высвобождаются из гранул на клеточную поверхность, где функционируют, проявляя свою каталитическую активность, в присутствии ААТ за счёт подавления процесса образования связей фермент– ингибитор АФК, продуцируемыми клеткой при «окислительном взрыве» [25][26]. В сравнении с низкой поверхностной экспрессией СЛП на неактивированных клетках хемоаттрактанты (fMLP и C5a) повышают её в 3 раза, но на фоне предварительного праймирования нейтрофилов липополисахаридами (ЛПС) стимулирующий эффект хемоаттрактантов даёт различия в уровне экспрессии СЛП уже не в 3, а в 10 раз. Повышение уровня поверхностной экспрессии протеаз в 30 раз вызывает активатор функции нейтрофилов форбол-12-миристат-13-ацетат [25], который является классическим и наиболее часто используемым на практике индуктором нетоза [27][28].

В точке контакта активированного нейтрофила с эндотелием ААТ и АФК регулируют каталитическую активность поверхностной ЛЭ в пространстве и времени, ограничивая протеолитическое действие фермента расстоянием не более 1,33 мкм от клетки и длительностью не более 12,4 мс [24]. В условиях нормальной регуляции, когда нет дефицита ААТ и/или отсутствует чрезмерная дегрануляция нейтофилов, обеспечивается умеренное и достаточно быстрое расщепление эластазой кадгерина, ответственного за плотное соединение эндотелиальных клеток, что формирует в эндотелии «щель» оптимального размера для выхода нейтрофилов из сосудистого русла [29]. При дефиците ААТ регуляция процесса нарушается, приводя к эндотелиальному повреждению, т.к. в данном случае в 2,5 раза увеличивается расстояние, на которое распространяется протеолитический эффект поверхностной ЛЭ, и, главное, в 6 раз увеличивается промежуток времени, в течение которого ЛЭ оказывает на эндотелий своё повреждающее воздействие [24].

Расщепляя белковую часть гепарансульфат-протеогликана, входящего в состав образуемого эндотелиальными клетками внеклеточного матрикса, ЛЭ в большом количестве высвобождает из него растворимый гепарансульфат, который является эндогенным лигандом Toll-подобного рецептора 4 класса (TLR4) различных клеток и, как следствие, запускает в организме эндогенный путь развития синдрома системного воспалительного ответа [30]. Поверхностная протеаза-3, действуя совместно с ЛЭ, усиливает нейтрофильное воспаление путём деградации предшественника гранулина-эпителина (програнулина), выполняющего в организме функцию супрессора развития воспалительного процесса [31], а катепсин G преобразует на поверхности активированных нейтрофилов ангиотензин I в ангиотензин II, выполняя функцию ангиотензинпревращающего фермента, что является важным дополнительным фактором повышения проницаемости сосудов и нарушения регуляции артериального давления [32].

Причину тяжёлых осложнений при COVID-19 в настоящее время объясняют чрезмерной воспалительной реакцией на SARS-CoV-2 [1][3][5][22], очень интенсивной секреторной азурофильной дегрануляцией нейтрофилов [16], индуцируемой вирусом на фоне как количественного, так и функционального дефицита ААТ [2, 11]. Частично утрачивать свои функциональные свойства ААТ может под влиянием протеолитических ферментов [9], табачного дыма [33], при интенсивном окислении в условиях окислительного стресса [2], а также при адсорбции большого количества ЛЭ на нитях молекулы ДНК, образующих каркас ДНК-сетей НВЛ [23]. Значительное увеличение продукции АФК сопровождает все респираторные вирусные инфекции, в том числе COVID-19 [34]. При окислительном стрессе окисляется большое количество присутствующих в лизосомах ионов железа, что нарушает стабильность лизомальных мембран [35]. Чрезмерная дегрануляция нейтрофилов приводит к массивной их гибели и неизбежному аутолизису этих клеток (нетозу или вторичному некрозу) с высвобождением большого количества молекул СЛП во внеклеточное пространство [27][36]. В этих условиях ещё больше возрастает роль ААТ в защите клеток и тканей организма от разрушительного действия ЛЭ.

Действие α₁-антитрипсина как эндогенного супрессора воспаления и регулятора формирования нейтрофильных внеклеточных ловушек

В свете современных представлений высвобождаемые при дегрануляции нейтрофилов СЛП рассматриваются как сигнальные молекулы, контролирующие, подобно гормонам, функцию различных клеток, вовлекаемых в развитие воспаления и в процесс коагуляции. Сигнальный путь реализуется путём протеолитической модуляции экспрессии и активности рецепторов на клеточной поверхности, а также посредством регуляции синтеза и секреции клетками цитокинов [37, 38]. Тромбоциты, лимфоциты, макрофаги, эндотелиальные и эпителиальные клетки экспрессируют на своей поверхности специальные протеолитически активируемые рецепторы (protease-activated receptors — PARs), которые выполняют функцию сенсоров протеаз при воспалении и иммунном ответе. Связываясь с рецептором семейства PARs, протеаза отщепляет от него N-концевой пептид, что открывает привязанный лиганд (пептид, агонист протеазы). Лиганд активирует рецептор, запуская каскад сигнальных реакций, приводящих к быстрой транскрипции генов, ответственных за стимуляцию продукции цитокинов и регулирующих клеточную гибель в очаге воспаления [39, 40].

Через PAR1 и PAR2 на эпителиальных клетках поверхностные СЛП активированных нейтрофилов регулируют секреторную функцию эпителия и лейкоцитарную трансэпителиальную миграцию [37]. Активируя эпителиальные клетки и расщепляя связывающий их кадгерин, ЛЭ индуцирует апоптоз эпителиоцитов [41]. Причём данные Т. Suzuki и соавт. свидетельствуют о том, что в этом случае апоптоз запускается по пути, который контролируется протеолитической активацией PAR1 на поверхности клеток лёгочного эпителия — PAR-1–NF-κB–p53 [42]. Катепсин G активирует через PAR4 секреторную функцию тромбоцитов, регулируя таким образом их взаимодействие с нейтрофилами и другими клетками в очаге воспаления. Через PAR2 все три СЛП регулируют секрецию цитокинов и хемокинов Т-лимфоцитами-хелперами и другими лейкоцитами [37][39]. По экспериментальным данным, мышиные лимфоциты, утратив экспрессию PAR2 в результате генетической мутации, продуцируют в ответ на антигенную стимуляцию значительно меньше интерферона-γ и интерлейкина-17 (ИЛ-17) [43]. Экспрессия PARs на поверхности нейтрофилов приводит к активации этих рецепторов поверхностными СЛП и, как следствие, к повышенной продукции в кровь провоспалительных цитокинов нейтрофильными гранулоцитами, стимулированными ЛПС, форбол-12-миристат-13-ацетатом или хемоаттрактантами [39].

ААT, регулирующий активность СЛП плазмы крови человека, является мощным эндогенным супрессором воспаления, ограничивающим продукцию АФК [44] и секрецию в кровь провоспалительных цитокинов. При антигенной стимуляции лейкоцитов в образцах цельной крови лиц с врождённым дефицитом ААТ клетки продуцируют ИЛ-6 и ИЛ-1 соответственно в 3,4 и 8,4 раза больше, чем лейкоциты крови доноров, не имеющих такой патологии. Гиперсекрецию цитокинов в плазму крови лиц с дефицитом ААТ подавлял предварительно выделенный из крови белок ААТ, если он добавлялся в кровь перед антигенной стимуляцией в нормальной физиологической концентрации, и это обеспечивало эффективность супрессии по ИЛ-6, фактору некроза опухоли-α (ФНО-α) и ИЛ-1 — 97, 91 и 47% соответственно. Спонтанную продукцию ИЛ-1, -6 и ФНО-α отдельными лейкоцитами можно было активировать путём разведения крови средой RPMI, т.к. разведение снижало концентрацию α₁-протеиназного ингибитора (белка ААТ) в плазме [8].

«Цитокиновому шторму» и «протеолитическому шторму» в организме пациентов с тяжёлой формой СOVID-19 сопутствует массивная продукция активированными клетками НВЛ [1][2][4][22]. Нетоз — это АФК-зависимый процесс, который представляет собой генетически детерминированную запрограммированную гибель нейтрофилов и связан с последовательными необратимыми морфологическими изменениями в клетках: деконденсацией хроматина; фрагментацией ядерных и лизосомальных мембран; смешиванием ядерных структур с содержимым цитоплазмы и нарушением целостности цитоплазматической мембраны; высвобождением во внеклеточное пространство нитей молекулы ДНК (ДНК-сетей), декорированных гистонами, большим количеством молекул ЛЭ, а также двух других СЛП и различных бактерицидных катионных белков цитоплазматических гранул [2][27].

Способность вирусов индуцировать нетоз прямым воздействием на нейтрофильные гранулоциты признана сравнительно недавно, и молекулярные механизмы формирования НВЛ в контексте вирусной инфекции мало изучены. В запуске этого процесса могут участвовать эндосомные TLR7 и TLR8, как в случае с ВИЧ-1, или β₂-интегрины, как в случае с хантавирусами [45], но пока нет данных о том, что SARS-CoV-2 проникает в нейтрофилы или в большом количестве адсорбируется на клеточной поверхности, чтобы запустить в этих клетках процесс интенсивной азурофильной дегрануляции. Тем не менее результаты патологоанатомических работ подтверждают факт обширной инфильтрации лёгочной ткани умерших от COVID-19 пациентов нейтрофилами, формирующими НВЛ [2][3], а высокое содержание НВЛ в мазках периферической крови, окрашенных по Романовскому–Гимзе (более 16%), предложено использовать как критерий негативного прогноза течения COVID-19 и риска летального исхода заболевания [22]. Гиперсекреция НВЛ в условиях новой вирусной инфекции способствует развитию альвеолита, повреждению эндотелия, активации тромбоцитов и множества других процессов, которые в итоге запускают внутрисосудистое свертывание крови [1]. Центральную роль в механизме развития тяжёлой фибринолитической недостаточности может играть адсорбция большого количества молекул ЛЭ в ДНК-сетях НВЛ [2], сильно нарушающая эффективность ингибирования этой СЛП ее плазменным ингибитором ААТ [23].

Деконденсацию ядерного хроматина при формировании ДНК-сетей НВЛ запускает ЛЭ, которая в случае чрезмерной дегрануляции нейтрофилов попадает в клеточные ядра, где расщепляет ядерные гистоны, ответственные за поддержание хроматина неактивированных клеток в плотном конденсированном состоянии. Фактически нетоз регулируется эластазой, а также миелопероксидазой, усиливающей эффект ЛЭ [27]. В условиях in vivo ключевую роль ЛЭ в запуске нетоза доказывает способность препарата специфического низкомолекулярного ингибитора ЛЭ (сивелестат) предотвращать формирование НВЛ и спасать животных при эндотоксическом шоке, индуцируемом летальными дозами ЛПС грамотрицательных бактерий. Этот препарат, разработанный в Японии и Южной Корее для лечения пациентов с ОРДС, вводился в организм лабораторных животных с использованием особых наночастиц, пролонгирующих его защитное действие [46].

К накоплению НВЛ в крови и различных органах приводит дисбаланс между нетозом и процессом удаления ДНК-сетей из организма, контролируемым ДНКазой I [3]. Такой дисбаланс может быть связан с недостаточной активностью нуклеазы (например, при атеросклерозе) [32], a возможную причину снижения активности ДНКазы I объясняют существенным изменением структурных и адгезивных свойств ДНК-сетей НВЛ, формируемых в условиях дефицита ААТ [28]. Несбалансированное формирование НВЛ зарегистрировано в настоящее время при всех известных аутоиммунных и хронических воспалительных заболеваниях, связанных с неконтролируемым разрушением соединительной ткани. Поскольку лица, имеющие эти заболевания, относятся к группе риска по тяжёлому течению COVID-19 [2], а сами эти болезни протекают на фоне врождённого (и/или приобретённого) дефицита ААТ [7], то контролирующий активность ЛЭ плазменный ингибитор СЛП (белок ААТ) играет, вероятно, решающую роль как фактор, ограничивающий формирование ДНК-сетей НВЛ и их накопление при COVID-19 в лёгких и периферической крови больных [6].

α₁-Антитрипсин препятствует проникновению SARS-CoV-2 в эпителиальные клетки

Получать доступ к эпителиальным клеткам-мишеням всем коронавирусам, способным вызвать у людей смертельное заболевание (SARSCoV, MERS-CoV, и SARS-CoV-2), позволяет вирусный S-белок, который связывается с поверхностным рецептором ангиотензинпревращающего фермента-2 либо с коллагеновым рецептором дипептидилпептидазой IV (СD26) в случае инфицирования MERS-CoV. Для ускорения процесса проникновения коронавирусов в клетки-мишени требуется протеолитическое расщепление S-протеина на две субъединицы (S1 и S2) TMPRSS-2, экспрессируемой на поверхности эпителиоцитов респираторного и пищеварительного трактов, верхние отделы которых являются входными воротами инфекции [34][47].

Из объединённого 20-литрового объёма жидкости бронхоальвеолярного лаважа, полученного от серонегативных по SARS-CoV-2 здоровых доноров, L. Wettstein и соавт. выделили фракции различных белков с целью определения их способности ингибировать проникновение SARS-CoV-2 в эпителиальные клетки [12]. Была установлена фракция, лучше всего подавляющая раннюю внутриклеточную стадию развития вирусной инфекции. В этой фракции был идентифицирован конкретный белок (серпин ААТ), ответственный за ингибирование процесса проникновения SARS-CoV-2 как в клетки лёгочного эпителия человека, так и в эпителиальные клетки линии Vero E6, экспрессирующие поверхностную TMPRSS-2. Специфичность ААТ при ингибировании проникновения SARS-CoV-2 была продемонстрирована его неспособностью подавлять вирусные псевдочастицы, несущие G-белок вируса везикулярного стоматита.

По данным K.Y. Oguntuyo и соавт., сыворотки крови индивидуумов, не имевших контакта с SARSCoV-2, с высокой эффективностью ингибировали проникновение этого вируса в клетки эпителия и ответственным за это был ААТ, действие которого могло быть связано с нейтрализацией протеолитической активности как TMPRSS-2, так и ЛЭ [14]. Хотя in vitro модулирующий эффект ЛЭ на процесс проникновения в клетки SARS-CoV-2 ещё экспериментально не подтверждён, этот эффект достаточно хорошо изучен при моделировании взаимодействия эпителиальных клеток с SARS-CoV (вирусом 2002 г.) [48] и может иметь важное значение как фактор, существенно ускоряющий распространение вируса в условиях in vivo, когда в очаг воспаления мигрирует большое количество активированных нейтрофилов и возникает дисбаланс в системе эластаза–ААТ. В присутствии активной эластазы, оказывающей повреждающее воздействие на эпителиальные клетки и их рецепторы [37][42], в 100– 1000 раз увеличивается скорость проникновения коронавируса в эпителиоциты и, как следствие, резко повышается интенсивность его внутриклеточного размножения [49]. Кроме TMPRSS-2 и эластазы, расщеплять S-белок, позволяющий коронавирусам получать доступ к клеткам-мишеням, могут и другие протеазы, изменяющие проницаемость клеточных мембран: трипсин, катепсин и ТМPRSS-11a. Привлечение дополнительных протеаз для нарезания S-протеина, вероятно, расширяет спектр чувствительных к коронавирусам клеток-мишеней и может быть одним из важных факторов патогенности [47].

У лабораторных животных совместное интраназальное введение SARS-CoV с ЛПС грамотрицательных бактерий вызывало острую вирусную инфекцию с развитием тяжёлой формы пневмонии, в то время как в ответ на введение в верхние дыхательные пути той же дозы одного коронавируса острое вирусное заболевание не прогрессировало. В этих опытах ЛПС применяли в нетоксичных дозах, при которых он сам по себе не индуцировал в организме существенных патологических изменений. Авторы этих исследований объясняют феномен хорошо известной способностью ЛПС функционально активировать нейтрофилы с высвобождением на поверхность клеток ЛЭ и других СЛП, а также стимулирующим эффектом ЛЭ на процесс проникновения вируса в эпителиальные клетки верхних дыхательных путей. Иначе невозможно было бы объяснить, почему развитие тяжёлой формы лёгочной инфекции при совместном введении вируса и ЛПС подавляли специфические ингибиторы ЛЭ [50].

Обсуждение

Несмотря на почти 20-летнюю историю изучения коронавирусов, понимание патогенеза новой коронавирусной инфекции, обусловленной SARSCoV-2, остаётся неполным, особенно в отношении механизма запуска каскада реакций в организме, приводящих к полиорганной дисфункции. Поиск эффективных методов профилактики и лечения этой потенциально опасной инфекции продолжается. В условиях, когда подавляющая часть населения Земли против COVID-19 ещё не вакцинирована, необходимо продолжать исследование уже существующих противовирусных и противовоспалительных препаратов с приемлемым профилем безопасности в качестве средств, нацеленных на SARS CoV-2 и на предотвращение запуска патофизиологических механизмов тяжёлого течения СOVID-19.

Появление современной гипотезы о ключевой роли в патогенезе COVID-19 нетоза и нарушенной при нетозе регуляции активности ЛЭ ее ингибитором ААТ [2], тесно связано с изменившимися в новом тысячелетии представлениями о той роли, которую нейтрофильные гранулоциты играют в иммунопатогенезе широкого спектра различных заболеваний инфекционной и неинфекционной этиологии [51]. Нетоз как механизм формирования НВЛ был открыт в 2004 г., в период между вспышкой коронавирусной инфекции 2002 г. и нынешней пандемией SARSCoV-2, что явилось мощным стимулом для проведения исследований, лежащих в основе данной гипотезы. Недавно начаты клинические испытания при COVID-19 препарата дорназа альфа (рекомбинантная человеческая дезоксирибонуклеаза-1, ДНКаза I) [3], а также специфических ингибиторов TMPRSS-2 (камостат) [52] и ЛЭ [5]. Специалисты прогнозируют повышенную эффективность стратегии одновременного использования нуклеазы и ингибиторов протеаз на фоне антиоксидантной терапии. В этом случае лечение будет направлено не только на клиренс сетей НВЛ, но и на предотвращение процесса формирования новых НВЛ в условиях in vivo.

Новая информация о молекулярных механизмах патогенеза COVID-19, в кратчайшие сроки полученная совместными усилиями учёных различных стран, представляет интерес для специалистов, занимающихся изучением вопросов патогенеза как вирусных, так и бактериальных особо опасных инфекционных болезней. Например, недостаточно изучен патогенез лёгочной формы чумы и туляремии, поскольку о способности устойчивых к фагоцитозу клеток Yersinia pestis и Francisella tularensis запускать гибель нейтрофилов организма хозяина с длительной задержкой по времени стало известно лишь в новом тысячелетии [53][54]. Эта задержка приводит к массивному аутолизису нейтрофилов в периферической крови на 2–3-и сутки после аэрогенного заражения и к молниеносной генерализации воспалительного процесса с быстрым развитием в организме ДВС-синдрома, что объясняют высвобождением в плазму крови огромного количества молекул ЛЭ [36].

Заключение

Таким образом, анализ источников литературы показывает важную роль количественного и функционального дефицита плазменного ингибитора СЛП — ААТ в патогенезе новой коронавирусной инфекции, вследствие чего представляется обоснованным применение медикаментозных средств, подавляющих активность TMPRSS-2 и ЛЭ, для профилактики и лечения COVID-19. Дальнейшие полномасштабные клинико-экспериментальные исследования в этом направлении позволят детализировать механизм патогенеза новой коронавирусной инфекции и будут способствовать разработке эффективных средств и методов борьбы с SARS-CoV-2.

Об авторах

А. Л. Кравцов

Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kravzov195723@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9016-6578

Кравцов Александр Леонидович — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник отдела иммунологии РосНИПЧИ «Микроб».
Саратов.

Россия

С. А. Бугоркова

Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7548-4845

Бугоркова Светлана Александровна — доктор медицинских наук, главный научный сотрудник отдела иммунологии РосНИПЧИ «Микроб».
Саратов.

Россия

Список литературы

Дополнительные файлы