Коронавирусы (CoV) относятся к роду Alphacoronavirus и Betacoronavirus, отряд Nidovirales, семейство Coronaviridae, подсемейство Coronavirinae. В начале 2020 года китайские исследователи выделили новый штамм коронавируса – 2019-nCoV, основным резервуаром которого, предположительно, являются змеи и летучие мыши, употребляемые местным населением в пищу.
Согласно решению Исследовательской группы по семейству коронавирусов (Coronaviridae Study Group, CSG) Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV), официальное название нового штамма коронавируса звучит так: SARS-CoV-2. ВОЗ присвоила название COVID-19 для обозначения заболевания, которое вызывается вирусом SARS-CoV-2. Таким образом, COVID-19 это наименование инфекционной болезни, а SARS-CoV-2 это возбудитель этой болезни, новый коронавирус. Само название семейства происходит от латинского слова «corona», поскольку капсид вируса усеян снаружи зубчатыми пентомерами в виде больших булавовидных выступов. Вирус имеет сферическую форму размером около 100 нм, геном вируса содержит однонитчатую молекулу РНК с молекулярной массой 6-8 млн. кДа (килодальтон). На поверхности белково-липидной оболочки расположен S-белок вируса, который взаимодействует с рецепторами макрофагов и эпителиальных клеток.
Важными факторами вирулентности и контагиозности коронавируса являются следующие антигены: фермент геммааглтинин- эстераза, РНК и N-белок, включая сам нуклеокапсид, малый мембранный и матриксный белок, а также пентамеры белка оболочки Е, который может формировать в мембране клетки-мишени так называемые «ионные каналы». S-белки служат главным инструментом заражения клеток. Своей внешней частью они имитируют структуру обычных и важных для клетки молекул, благодаря чему связываются с соответствующими мембранными рецепторами — и проникают внутрь. Так, S-белки коронавирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 взаимодействуют с ангиотензин превращающим ферментом 2 (ACE2) эпителиальных клеток организма.
Под действием клеточной протеазы TMPRSS2, происходит активация вирусного S- шипа, он расщепляется и присоединяется к активным зонам ангиотензин-превращающего фермента 2 А помогает ему рецептор- связывающий домен (RBD) — своего рода абордажный крюк, который выбрасывает вирус при захвате клетки, который в процессе эволюционного филогенеза – мутировал.
У RBD шиповидных белков SARS-CoV-2, в отличие от других коронавирусов, появилась способность эффективно «цепляться» за рецептор ACE2, который присутствует на поверхности человеческих клеток. Этот ангиотензин-превращающий фермент фермент модулирует перенос аминокислот через мембрану клетки, таким образом, вирус SARS-CoV-2, зацепившись своим шипом за АСЕ-2, проникает вглубь клетки. Вирусные белковые «шипы» клетка ошибочно принимает за необходимые для ее метаболизма молекулы и связывается с ними, позволяя вирусу беспрепятственно ввести в клетку свою РНК. Надо отметить, что АСЕ-2 также вызывает сосудосуживающий эффект, поскольку в процессе биохимической реакции он отщепляет1 аминокислоту от ангиотензина II типа и этот процесс играет одну из основных ролей при развитии острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), который часто вызывается новым штаммом коронавируса SARS-CoV-2. (ОРДС – тяжелое воспаление легочной ткани с ее диффузной инфильтрацией и тяжелой гипоксэмией – т.е. недостатком кислорода).
В процессе биологической эволюции природа наградила организм человека великолепным механизмом противостояния вирусным атакам, который реализован в системе цитокиновых белков – интерферонов (ИФН).
Семейство интерферонов представлено тремя типами — I, II и III. I тип включает: ИФН-α (лейкоцитарный), ИФН-β (фибробластный), ИФН-ω, ИФН-τ и ИФН-ε (трофобластный), ИФН-δ, ИФН-κ. II тип, или ИФН-γ, кодируется 1 геном на хромосоме 12 и продуцируется только после антигенной или митогенной стимуляции Т- и NK-клеток. III тип включает интерфероноподобные цитокины ИФН-λ1 (ИЛ-29), ИФН-λ2 (ИЛ-28А) и ИФН-λ3 (ИЛ-28В).
Интерферон, являясь регуляторным белком, усиливает выработку молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС I, МНС II) антигенпрезентирующими клетками, обеспечивая нормальный процесс презентации антигена иммунокомпетентным клеткам (Т-хелперы, Т-цитотоксические и МНС I типа отвечает за активацию цитотоксических Т-клеток (CD8+ клетки, Т-киллеры), а МНС II типа взаимодействует с Т- хелперами (CD4+ клетки).
Стоит отметить, что только будучи упакованным в молекулу МНС «кусочек» антигена будет виден другим Т-клеткам. Кроме того, интерферон увеличивает количество молекул главного комплекса гистосовместимости классов I и II (MHC I и II) на поверхности АПК; увеличивает количество молекул CD4/CD8; ИНФ повышает экспрессию Fc-рецепторов на поверхности различных иммунокомпетентных клеток.
В качестве ключевых компонентов немедленного противовирусного ответа являются интерфероны I типа (ИФН), которые оказывают решающее влияние на ограничение репликации и распространения вируса, посредством аутокринной и паракринной сигнализации рецепторов ИФН I типа через IFNAR (это– ген, кодирующий мембранный белок типа I, который образует одну из двух цепей рецептора для интерферонов типа I, включая интерферон-альфа,- бета и-лямбда). Интерфероны I типа, которые включают ИФН-α, β и ω, быстро индуцируются и организуют скоординированную противовирусную программу защиты через сигнальный путь JAK-STAT (химический путь передачи информации от внеклеточных полипептидных сигналов непосредственно генам) и экспрессию интеферон-стимулированных генов ISGs.
Во время инкубационной фазы вирус SARS-CoV-2 незаметно реплицируется в клетках хозяина, не вызывая определяемого запуска системы интерферона, что приводит к высокой вирусной нагрузке. Известно, что коронавирусы индуцируют образование мембранных компартментов, предназначенных для синтеза вирусной РНК, и тем самым скрывают ассоциированные с вирусным патогеном молекулярные паттерны (PAMPs), например, вирусные РНК от обнаружения рецепторами распознавания паттернов хозяина (PRR), такими как RIG-I и MDA5. Консервативные белки β-коронавируса – неструктурные белки (НСБ), проявляют прямую ИФН-антагонистическую активность: они модифицируют специфические особенности вирусной РНК, катализируя метилирование гуанозина-N7 и рибозы-2ʹ-O, чтобы избежать распознавания специфическими PRR, а НСБ ингибируют трансдукцию сигнала, опосредованную PRR и IFNAR, соответственно.
Также было показано, что нуклеокапсидный белок вируса SARS-CoV непосредственно активирует транскрипционнй фактор NF-kB (универсальный фактор транскрипции, контролирующий экспрессию генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла). Поэтому устойчивая продукция провоспалительных цитокинов и хемокинов при ограниченной продукции ИФН во время коронавирусной инфекции предполагает эффективную активацию NF-kB, но не ИФН-регуляторных факторов 3 и 7 (IRF3 и IRF7).
ИФН необходим для регуляции активации и функционирования различных популяций иммунных клеток, в частности ИФН регулирует легочную инфильтрацию моноцитарных макрофагов. Блокирование IFNAR-сигнала уменьшало инфильтрацию макрофагов, а замедленная индукция ИФН вирусом SARS-CoV вызывала накопление высокоактивированных макрофагов в легких, что приводило к повышенной продукции провоспалительных цитокинов и индуцировало иммунопатологию.
Нарушение продукции ИФН при тяжелом течении COVID-19 может привести к дисбалансу в провоспалительных и восстановительных функциях макрофагов дыхательных путей: у пациентов, умерших от COVID-19 наблюдалось накопление провоспалительных макрофагов на фоне дефицита восстанавливающих макрофагов в легких. Другие клетки врожденного иммунитета, такие как естественные киллеры (NK), также регулируются ИФН во время коронавирусной инфекции: у пациентов с тяжелым течением COVID-19 наблюдалось глубокое истощение и снижение функциональной активности NK-клеток.
Тяжелое течение COVID-19 связано с нарушением Т-клеточных реакций иммунитета, которые проявляются в виде лимфопении и функционального истощения Т-клеток – CD4+ (лимфоциты Т-хелперы) CD8+ (лимфоциты Т-супрессоры). Нарушение Т-клеточного звена иммунитета, по мнению авторов, может быть результатом недостаточной продукции ИФН, поскольку именно ИФН способствует эффекторным функциям Т-клеток. И если ранняя продукция ИФН имеет решающее значение для эффективного ответа Тклеток, то замедленный ответ системы интерферона может ингибировать пролиферацию Т-клеток, вызвать функциональное истощение и их гибель. Известно, что ИФНы являются важнейшими регуляторами развития так наз. регуляторных Т-клеток (Treg).
У пациентов с COVID-19 уровни Treg имеет обратную корреляцию с тяжестью заболевания. Авторы считают, что недостаточные или не регулируемые интерфероновые реакции, вызванные вирусом SARS-CoV-2, могут влиять на генерацию Tregклеток во время фазы восстановления у больных с COVID-19. Интерфероны I типа блокируют процесс репликации (размножения) вирусов в организме, организуя скоординированную противовирусную программу защиты через сигнальный путь JAK-STAT (химический путь передачи информации от внеклеточных полипептидных сигналов непосредственно генам) и экспрессию интеферон-стимулированных генов ISGs. Данное обстоятельство является свидетельством необходимости созданий высоких концентраций интерферона в периферической крови, особенно в первые часы от начала заболевания, для успешного отражения вирусной атаки, элиминации вирусных частиц и противодействия механизмам блокировки синтеза ИФН.
Преимуществом ректальной формы введения является то, что препарат минуя печень через систему нижней полой вены быстро поступает в системный кровоток, создавая оптимальную терапевтическую концентрацию в крови. Системное введение интерферонов в составе суппозиториев преимущественно у детей раннего возраста не приводило к развитию явных нежелательных эффектов, также как и местное применение. Скорость прохождения лекарственного вещества с молекулярной массой до 30кД через слизистую прямой кишки в кровь совпадает со скоростью при внутримышечном введении.
Также к преимуществам данной форы следует отнести:
Анализируя различия рекомбинантных интерферонов от индукторов интерферона стоит отметить следующее:
Рекомбинантные интерфероны делятся на альфа, бетта и гамма интерфероны. Альфа интерфероны в виде лиофилизата для инъекций, глазных каплей, ректальных и вагинальных свечей, мази, гели, аэрозоли (Интерферон, Реальдирон, Интрон А, реаферон, Роферон А, Бетаферон, Гриппферон, Ингарон, Кипферон, Лайеферон, Инфогель, Виферон). Парентеральные формы могут давать осложнения, а вот лекарственные формы, как гель, мазь и суппозиторий осложнений не дают.
Индукторы интерферона (Амиксин, Арбидол, Циклоферон, Неовир, Курантил, Полифенолы – Кагоцел) стимулируют выработку собственного интерферона, при частом использовании могут истощать интерферонпродуцирующие клетки. Эндогенный интерферон же, не вызывает таких последствий. Пока организм формирует иммунный ответ, и выработку собственного интерферона, рекомбинантный интерферон оказывает противовирусную активность и борется с инфекцией.
Согласно решению Исследовательской группы по семейству коронавирусов (Coronaviridae Study Group, CSG) Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV), официальное название нового штамма коронавируса звучит так: SARS-CoV-2. ВОЗ присвоила название COVID-19 для обозначения заболевания, которое вызывается вирусом SARS-CoV-2. Таким образом, COVID-19 это наименование инфекционной болезни, а SARS-CoV-2 это возбудитель этой болезни, новый коронавирус. Само название семейства происходит от латинского слова «corona», поскольку капсид вируса усеян снаружи зубчатыми пентомерами в виде больших булавовидных выступов. Вирус имеет сферическую форму размером около 100 нм, геном вируса содержит однонитчатую молекулу РНК с молекулярной массой 6-8 млн. кДа (килодальтон). На поверхности белково-липидной оболочки расположен S-белок вируса, который взаимодействует с рецепторами макрофагов и эпителиальных клеток.
Важными факторами вирулентности и контагиозности коронавируса являются следующие антигены: фермент геммааглтинин- эстераза, РНК и N-белок, включая сам нуклеокапсид, малый мембранный и матриксный белок, а также пентамеры белка оболочки Е, который может формировать в мембране клетки-мишени так называемые «ионные каналы». S-белки служат главным инструментом заражения клеток. Своей внешней частью они имитируют структуру обычных и важных для клетки молекул, благодаря чему связываются с соответствующими мембранными рецепторами — и проникают внутрь. Так, S-белки коронавирусов SARS-CoV и SARS-CoV-2 взаимодействуют с ангиотензин превращающим ферментом 2 (ACE2) эпителиальных клеток организма.
Под действием клеточной протеазы TMPRSS2, происходит активация вирусного S- шипа, он расщепляется и присоединяется к активным зонам ангиотензин-превращающего фермента 2 А помогает ему рецептор- связывающий домен (RBD) — своего рода абордажный крюк, который выбрасывает вирус при захвате клетки, который в процессе эволюционного филогенеза – мутировал.
У RBD шиповидных белков SARS-CoV-2, в отличие от других коронавирусов, появилась способность эффективно «цепляться» за рецептор ACE2, который присутствует на поверхности человеческих клеток. Этот ангиотензин-превращающий фермент фермент модулирует перенос аминокислот через мембрану клетки, таким образом, вирус SARS-CoV-2, зацепившись своим шипом за АСЕ-2, проникает вглубь клетки. Вирусные белковые «шипы» клетка ошибочно принимает за необходимые для ее метаболизма молекулы и связывается с ними, позволяя вирусу беспрепятственно ввести в клетку свою РНК. Надо отметить, что АСЕ-2 также вызывает сосудосуживающий эффект, поскольку в процессе биохимической реакции он отщепляет1 аминокислоту от ангиотензина II типа и этот процесс играет одну из основных ролей при развитии острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), который часто вызывается новым штаммом коронавируса SARS-CoV-2. (ОРДС – тяжелое воспаление легочной ткани с ее диффузной инфильтрацией и тяжелой гипоксэмией – т.е. недостатком кислорода).
В процессе биологической эволюции природа наградила организм человека великолепным механизмом противостояния вирусным атакам, который реализован в системе цитокиновых белков – интерферонов (ИФН).
Семейство интерферонов представлено тремя типами — I, II и III. I тип включает: ИФН-α (лейкоцитарный), ИФН-β (фибробластный), ИФН-ω, ИФН-τ и ИФН-ε (трофобластный), ИФН-δ, ИФН-κ. II тип, или ИФН-γ, кодируется 1 геном на хромосоме 12 и продуцируется только после антигенной или митогенной стимуляции Т- и NK-клеток. III тип включает интерфероноподобные цитокины ИФН-λ1 (ИЛ-29), ИФН-λ2 (ИЛ-28А) и ИФН-λ3 (ИЛ-28В).
Интерферон, являясь регуляторным белком, усиливает выработку молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС I, МНС II) антигенпрезентирующими клетками, обеспечивая нормальный процесс презентации антигена иммунокомпетентным клеткам (Т-хелперы, Т-цитотоксические и МНС I типа отвечает за активацию цитотоксических Т-клеток (CD8+ клетки, Т-киллеры), а МНС II типа взаимодействует с Т- хелперами (CD4+ клетки).
Стоит отметить, что только будучи упакованным в молекулу МНС «кусочек» антигена будет виден другим Т-клеткам. Кроме того, интерферон увеличивает количество молекул главного комплекса гистосовместимости классов I и II (MHC I и II) на поверхности АПК; увеличивает количество молекул CD4/CD8; ИНФ повышает экспрессию Fc-рецепторов на поверхности различных иммунокомпетентных клеток.
В качестве ключевых компонентов немедленного противовирусного ответа являются интерфероны I типа (ИФН), которые оказывают решающее влияние на ограничение репликации и распространения вируса, посредством аутокринной и паракринной сигнализации рецепторов ИФН I типа через IFNAR (это– ген, кодирующий мембранный белок типа I, который образует одну из двух цепей рецептора для интерферонов типа I, включая интерферон-альфа,- бета и-лямбда). Интерфероны I типа, которые включают ИФН-α, β и ω, быстро индуцируются и организуют скоординированную противовирусную программу защиты через сигнальный путь JAK-STAT (химический путь передачи информации от внеклеточных полипептидных сигналов непосредственно генам) и экспрессию интеферон-стимулированных генов ISGs.
Во время инкубационной фазы вирус SARS-CoV-2 незаметно реплицируется в клетках хозяина, не вызывая определяемого запуска системы интерферона, что приводит к высокой вирусной нагрузке. Известно, что коронавирусы индуцируют образование мембранных компартментов, предназначенных для синтеза вирусной РНК, и тем самым скрывают ассоциированные с вирусным патогеном молекулярные паттерны (PAMPs), например, вирусные РНК от обнаружения рецепторами распознавания паттернов хозяина (PRR), такими как RIG-I и MDA5. Консервативные белки β-коронавируса – неструктурные белки (НСБ), проявляют прямую ИФН-антагонистическую активность: они модифицируют специфические особенности вирусной РНК, катализируя метилирование гуанозина-N7 и рибозы-2ʹ-O, чтобы избежать распознавания специфическими PRR, а НСБ ингибируют трансдукцию сигнала, опосредованную PRR и IFNAR, соответственно.
Также было показано, что нуклеокапсидный белок вируса SARS-CoV непосредственно активирует транскрипционнй фактор NF-kB (универсальный фактор транскрипции, контролирующий экспрессию генов иммунного ответа, апоптоза и клеточного цикла). Поэтому устойчивая продукция провоспалительных цитокинов и хемокинов при ограниченной продукции ИФН во время коронавирусной инфекции предполагает эффективную активацию NF-kB, но не ИФН-регуляторных факторов 3 и 7 (IRF3 и IRF7).
ИФН необходим для регуляции активации и функционирования различных популяций иммунных клеток, в частности ИФН регулирует легочную инфильтрацию моноцитарных макрофагов. Блокирование IFNAR-сигнала уменьшало инфильтрацию макрофагов, а замедленная индукция ИФН вирусом SARS-CoV вызывала накопление высокоактивированных макрофагов в легких, что приводило к повышенной продукции провоспалительных цитокинов и индуцировало иммунопатологию.
Нарушение продукции ИФН при тяжелом течении COVID-19 может привести к дисбалансу в провоспалительных и восстановительных функциях макрофагов дыхательных путей: у пациентов, умерших от COVID-19 наблюдалось накопление провоспалительных макрофагов на фоне дефицита восстанавливающих макрофагов в легких. Другие клетки врожденного иммунитета, такие как естественные киллеры (NK), также регулируются ИФН во время коронавирусной инфекции: у пациентов с тяжелым течением COVID-19 наблюдалось глубокое истощение и снижение функциональной активности NK-клеток.
Тяжелое течение COVID-19 связано с нарушением Т-клеточных реакций иммунитета, которые проявляются в виде лимфопении и функционального истощения Т-клеток – CD4+ (лимфоциты Т-хелперы) CD8+ (лимфоциты Т-супрессоры). Нарушение Т-клеточного звена иммунитета, по мнению авторов, может быть результатом недостаточной продукции ИФН, поскольку именно ИФН способствует эффекторным функциям Т-клеток. И если ранняя продукция ИФН имеет решающее значение для эффективного ответа Тклеток, то замедленный ответ системы интерферона может ингибировать пролиферацию Т-клеток, вызвать функциональное истощение и их гибель. Известно, что ИФНы являются важнейшими регуляторами развития так наз. регуляторных Т-клеток (Treg).
У пациентов с COVID-19 уровни Treg имеет обратную корреляцию с тяжестью заболевания. Авторы считают, что недостаточные или не регулируемые интерфероновые реакции, вызванные вирусом SARS-CoV-2, могут влиять на генерацию Tregклеток во время фазы восстановления у больных с COVID-19. Интерфероны I типа блокируют процесс репликации (размножения) вирусов в организме, организуя скоординированную противовирусную программу защиты через сигнальный путь JAK-STAT (химический путь передачи информации от внеклеточных полипептидных сигналов непосредственно генам) и экспрессию интеферон-стимулированных генов ISGs. Данное обстоятельство является свидетельством необходимости созданий высоких концентраций интерферона в периферической крови, особенно в первые часы от начала заболевания, для успешного отражения вирусной атаки, элиминации вирусных частиц и противодействия механизмам блокировки синтеза ИФН.
Преимуществом ректальной формы введения является то, что препарат минуя печень через систему нижней полой вены быстро поступает в системный кровоток, создавая оптимальную терапевтическую концентрацию в крови. Системное введение интерферонов в составе суппозиториев преимущественно у детей раннего возраста не приводило к развитию явных нежелательных эффектов, также как и местное применение. Скорость прохождения лекарственного вещества с молекулярной массой до 30кД через слизистую прямой кишки в кровь совпадает со скоростью при внутримышечном введении.
Также к преимуществам данной форы следует отнести:
- Отсутствие побочных эффектов, возникающих при парентеральном введении препаратов интерферона;
- Быстрота наступления эффекта;
- Эргономичная форма и маленький размер суппозитория оптимальны для ребенка;
- Отсутствие негативных воздействий на желудок (поэтому показан для применения пациентами с заболеваниями ЖКТ);
- Минимальный набор вспомогательных веществ (отсутствие корректоров вкуса и цвета).
Анализируя различия рекомбинантных интерферонов от индукторов интерферона стоит отметить следующее:
Рекомбинантные интерфероны делятся на альфа, бетта и гамма интерфероны. Альфа интерфероны в виде лиофилизата для инъекций, глазных каплей, ректальных и вагинальных свечей, мази, гели, аэрозоли (Интерферон, Реальдирон, Интрон А, реаферон, Роферон А, Бетаферон, Гриппферон, Ингарон, Кипферон, Лайеферон, Инфогель, Виферон). Парентеральные формы могут давать осложнения, а вот лекарственные формы, как гель, мазь и суппозиторий осложнений не дают.
Индукторы интерферона (Амиксин, Арбидол, Циклоферон, Неовир, Курантил, Полифенолы – Кагоцел) стимулируют выработку собственного интерферона, при частом использовании могут истощать интерферонпродуцирующие клетки. Эндогенный интерферон же, не вызывает таких последствий. Пока организм формирует иммунный ответ, и выработку собственного интерферона, рекомбинантный интерферон оказывает противовирусную активность и борется с инфекцией.