Антимикробные пептиды как перспективные средства терапии первичных вирусных пневмоний

Пандемия COVID-19 вновь привлекла внимание к проблеме терапии первичных вирусных пневмоний (ПВП). Лечение пневмоний бактериальной этиологии опирается на базовый подход, терапию антибиотиками, а эффективное лечение первичных вирусных пневмоний осуществимо лишь при наличии этиотропных противовирусных препаратов, которых катастрофически недостаточно. М. Ю. Щелканов и соавторы в своей работе «Антимикробные пептиды как перспективные средства терапии первичных вирусных пневмоний» приводят примеры успешного использования антимикробных пептидов в лечении первичных вирусных пневмоний и связанных с ними патологических состояний.

Предпосылки изучения антимикробных пептидов

Респираторный тракт у всех млекопитающих осуществляет жизненно важную функцию газообмена и одновременно с этим представляет собой открытые ворота для проникновения различного рода патогенов. Пневмония является одним из наиболее опасных осложнений острых респираторных заболеваний [8]. Существует две основные группы пневмоний: вызванные патогенами бактериальной или вирусной этиологии. Лечение пневмоний бактериальной этиологии опирается на базисный подход, связанный с применением антибиотиков. Эффективность этого подхода нуждается в постоянной верификации вследствие появления резистентных бактериальных вариантов. А эффективное лечение вирусных пневмоний осуществимо лишь при выполнении двух обязательных условий: наличия этиотропных препаратов и отсутствия у актуального вирусного штамма устойчивости к применяемому этиотропному препарату.

Авторы статьи отмечают, что начало XXI века прошло под эгидой эпидемической опасности со стороны ПВП, этиологически связанных с коронавирусами [9, 10, 11, 12, 14, 15]. Особенно тяжелая ситуация сложилась с лечением COVID-19, связанным с SARS-CoV-2, который получил пандемическое распространение: на начальном этапе отсутствовал единый протокол, а также появился «мутный поток» малодоказательных препаратов, применение которых вызывало сомнения у медицинского сообщества [12].

При этом, М. Ю. Щелканов и соавторы подчеркивают, что растет вероятность преодоления межвидовых барьеров природно-очаговыми вирусами и их проникновения в человеческую популяцию с неблагоприятными эпидемическими последствиями. Поэтому важно, чтобы терапия ПВП уже в ближайшее время получила системное развитие. Платформой для разработки такой системы могли бы стать антимикробные пептиды (АМП), которые представляют собой пептидные молекулы из 10–150 аминокислотных остатков (а. о.) и являются элементами неспецифического врожденного иммунитета к широкому кругу инфекционных патогенов.

Механизмы действия АМП

В отличие от антибиотиков, АМП имеют более широкий спектр применения, обладают более разнообразными биологическими эффектами и механизмами действия. В настоящее время описаны следующие направления биологической активности АМП: антибактериальная, противогрибковая, противовирусная, противоопухолевая, гемолитическая, токсин-нейтрализующая, антипаразитарная, спермицидная, инсектицидная, хемотактическая, ранозаживляющая, антиоксидантная, фермент-ингибирующая [2, 22, 26, 40, 44]. Авторы отмечают, что по‑видимому, АМП являются настолько древним и универсальным механизмом противодействия инфекциям, что встречаются у всех живых организмов. При этом, в многоклеточных организмах практически все ткани способны продуцировать АМП в ответ на инфекцию, однако в различных компартментах организма имеется свой спектр АМП [41].

Типы АМП и особенности их взаимодействия

Подавляющее большинство АМП амфипатичны, т. е. у них имеется гидрофобный и гидрофильный концы, благодаря чему такие молекулы могут взаимодействовать как с гидрофобными структурами (в частности, липидными мембранами), так и с физиологическими жидкостями. Чаще всего АМП заряжены положительно (катионные пептиды). Однако и анионные АМП имеют важное биологическое значение: например, дермцидин, продуцируемый потовыми железами, играет заметную роль в антимикробной защите кожи [2, 46]. Методы биоинформационного анализа и ЯМР-спектроскопии позволяют выделить 4 основные типа конформации АМП: линейный пептид; петлевой пептид; α-спираль; β-складка [5, 7, 26, 30].

Катионные АМП могут взаимодействовать с отрицательно заряженными макромолекулами и клеточными стенками прокариот, имеющих отрицательный поверхностный заряд из‑за большого количества кислых фосфолипидов [16]. Эукариотические клетки содержат на своей поверхности гораздо меньшее количество фосфолипидов и других отрицательно заряженных молекул, а наличие активного ионного транспорта приводит к возникновению трансмембранного потенциала, или потенциала Нернста, положительного для внешней поверхности. Это повышает селективность действия катионных АМП по отношению к бактериям, а также объясняет присутствие отрицательно заряженных полисахаридов и анионных белков в составе отделяемого слизистой, покрывающего респираторный тракт, и легочного сурфактанта, находящегося на поверхности альвеоцитов.

Катионные АМП, нарушающие целостность липидных мембран, могут быть использованы против оболочечных вирусов. Исключение составляют те АМП, которые формируют в липидном бислое ионные каналы [2, 16]. Примером катионного АМП с выраженной способностью разрушать оболочечные вирионы является мелиттин — 26‑членный пептид (GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRGG) — основной компонент пчелиного яда [29]. Противовирусная активность мелиттина показана в отношении как оболочечных, так и безоболочечных вирусов [17, 23, 25, 27, 32, 36, 39, 43]. Побочным действием мелиттина является его цитолитическая активность, однако, во‑первых, она проявляется при достаточно высокой концентрации этого АМП, а во‑вторых — в условиях in vivo здоровые слизистые защищены отрицательно заряженными полисахаридами и анионными АМП в составе отделяемого слизистой и легочного сурфактанта [29].

Системное действие АМП

Преимуществом и, одновременно, сложностью применения АМП является проявление их биологической активности на различных уровнях системной организации. Например, мелиттин, помимо прямого противовирусного действия, активирует системы воспроизведения простагландинов в артериальных стенках, что приводит к увеличению активности простациклина, расширяющего кровеносные сосуды [24, 37]. Кроме того, мелиттин нарушает процесс тромбообразования, угнетая активность тромбопластина и вызывая денатурацию фибриногена [31, 33]. В случае тяжелых ПВП, этиологически связанных, например, с вирусом гриппа А (H1N1) pdm09 [3, 13], SARS-CoV [9, 14], MERS-CoV [10, 11] или c SARS-CoV-2 [6, 12], спадение и тромбоз сосудов являются важными элементами патогенеза. В этих случаях сосудорасширительное и противотромботическое действие мелиттина может иметь положительный эффект. В научной литературе есть описания технологий доставки АМП в смеси с элементами сурфактанта в дистальные отделы респираторного тракта, в том числе — и в области коллапса легкого [19].

Некоторые АМП способны нейтрализовать вирусы, взаимодействуя со структурными белками, принимающими участие в проникновении вируса в клетку-мишень. Например, 16‑мерный флупеп (WLVFFVIFYFFRRRKK) связывается с вирусным гемагглютинином, препятствуя его взаимодействию с клеточными рецепторами — сиалозидами [18]. Такие АМП по механизму своего действия сближаются с нейтрализующими антителами [1, 4]. Другим подходом к конструированию АМП, препятствующих проникновению вируса в клетку, может являться воспроизведение фрагментов вирусных белков. АМП могут имитировать элементы полимеразного комплекса и нарушать его функционирование, встраиваясь в соответствующие молекулярные структуры [28].

Цитокин-модулирующий потенциал АМП позволяет рассматривать их как перспективное средство контроля «цитокинового шторма» — системной воспалительной реакции в результате неконтролируемой продукции эндогенных иммуномодуляторов [12, 45]. В частности, тета-дефензины, представляющие собой макроциклические пептиды, способны модулировать выработку TNFα (фактор некроза опухоли α) и других провоспалительных цитокинов [35]. Преимущество циклических дефензинов по сравнению с прочими АМП заключается в более высоком уровне стабильности и пролонгированном времени жизни этих молекул в физиологических условиях [21]. Синтез искусственных тета-дефензинов человека, названных ретроциклинами, позволил экспериментально продемонстрировать их активность в отношении вируса иммунодефицита человека 1‑го типа [34, 38], альфагерпесвирус человека 2‑го типа [44] и вируса гриппа А [49]. Также авторы приводят данные о том, что RTD-1 (резус тета-дефензин 1‑го типа) защищает лабораторных мышей от летального исхода и обширных поражений легочной ткани при экспериментальной инфекции штаммом MA15 коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV) (Nidovirales: Coronaviridae, Betacoronavirus, подрод Sarbecovirus), адаптированного к респираторному тракту мышей [42].

Препятствия к применению

Авторы работы считают, что широкое внедрение АМП в клиническую практику сталкивается со сложностями, которые вполне преодолимы. Во-первых, получение АМП методами пептидного синтеза остается дорогостоящим, однако себестоимость может быть снижена путем масштабирования производства и в результате целенаправленного поиска более эффективных в экономическом плане схем синтеза. Во-вторых, остаются недостаточно изученными механизмы действия АМП и возможные побочные эффекты их применения. Однако интенсификация фундаментальных и прикладных исследований АМП имеют хорошие шансы лишить эту проблему актуальности уже в ближайшее время.

Также, массовое применение АМП приведет к положительной селекции резистентных вариантов микроорганизмов. И хотя в научной литературе можно встретить оптимистичные утверждения о том, что АМП позволяют не только ингибировать репродукцию антибиотикорезистентных микроорганизмов, но и вообще избавиться от эффекта резистентности, авторы считают последнее неверным. По их мнению, способность представителей микромира с их обширными популяциями, стремительной сменой поколений и богатейшим опытом эволюционирования преодолевать любые попытки ограничить их экологические ниши не должна вызывать сомнений, по крайней мере, в среднесрочной перспективе. В частности, механизмы формирования резистентности к АМП могут включать:

• протеолитическую деградацию пептидов;
• продукцию молекул, нейтрализующих действие АМП путем специфического взаимодействия с ними;
• изменение физико-химических свойств мишени;
• дополнительное экранирование мишени;
• подавление продукции АМП в организме [20].

Однако перечисленные механизмы резистентности потребуют появления множественных генетических мутаций, и, следовательно, дадут серьезный выигрыш по времени, что является еще одним преимуществом использования АМП.

Резюмируя, авторы отмечают, что вакцина — это наиболее эффективное профилактическое средство в отношении любой вирусной инфекции, и развитие платформы АМП позволит адекватно готовиться к будущим угрозам.