Шлях диверсанта: від краплі у повітрі до результатів аналізів (частина друга)
«Чим в далі в ліс, тим товщі партизани» (с)
Все важче орієнтуватися на вже опубліковані дані по SARS-CoV-2, оскільки наукові статті продовжують відкликати, вже не кажучи про пре-принти.
Однак, оскільки я не маю на меті розкривати тонкощі поведінки окремих молекул, характеризувати сайти зв’язування ензимів чи призначати лікування, то наявна інформація не має суттєво змінитися.
Отже, ми зупинилися на тому, що вірус проникає в клітини епітелію за рахунок зв’язування S-глікопротеїну із рецептором АСЕ2 (трансмембранний ангіотензин-конвертуючий ензим) при участі TMPRSS2 (трансмембранна серинова протеаза). Також було показано, що інші протеази PIKfyve, TPC2 та cathepsin L можуть бути задіяні замість TMPRSS2 в активації S-глікопротеїну для проникнення вірусу в культивовані клітини.
В свою чергу, зазначається, що ні M, ні E не змогли підтримувати вірулентність у відсутності S, що дозволяє припустити, що ці глікопротеїни виконують інші функції вірусу.
В пре-принті, окрім цікавих суто наукових даних, наводиться файний огляд літератури щодо SARS-CoV та SARS-CoV-2. Білок E SARS-Cov-1 має активність іонних каналів (ion channel) та має спеціальний рецептор-зв’язуючий мотив (для допитливих: postsynaptic density-95/discs large/zona occludens-1-binding motif — PDZ). Як іонні канали, так і спеціальний рецептор-зв’язуючий мотив були потрібними SARS-CoV для індукції вірулентності у мишей. Білок E SARS-CoV-2 відрізняється від білка SARS-CoV-1 лише незначними змінами. Структура спеціального рецептор-зв’язуючого мотиву та іонних каналів подібні у всіх білках E у всіх вірусів групи SARS.
В дослідженні описується, що вірусні глікопротеїни зазвичай опосередковують приєднання, синтез та введення за одним із двох механізмів. Такі віруси, як ВІЛ або амфотропні ретровіруси мишей, інфікують через процес злиття та проникнення в клітини, який не залежить від pH. В свою чергу, віруси грипу та Еболи є прототипами вірусів, які використовують pH-залежний ендоцитозний шлях. Для визначення шляху, що використовується SARS-CoV, аналізувалася залежність SARS-CoV S-псевдотипового лентивірусного вектора від рН. Показано, що речовини, які перешкоджають закисленню ендосом спричиняють дозозалежне (тобто пропорційне концентрації доданої речовини) зменшення вірулентності. Тобто, як згадано ось тут, взаємодія рецепторів може викликати інтерналізацію вірусних частинок в ендосоми, де протонування середовища активує глікопротеїн-залежне злиття мембран та вивільнення геному вірусу у цитоплазму клітини. До регуляції рН може мати стосунок протеїн Е вірусу. Також в цій статті наголошується, що відомі дані дозволяють припустити, що S-глікопротеїн SARS-CoV може бути здатний брати участь у злитті мембран залежно та незалежно від рівня рН, залежно від параметрів та стимулів.
Нижче наведена модель коронавірусного шляху подвійного входу, яка опублікована в статті “Coronavirus membrane fusion mechanism offers as a potential target for antiviral development”. Оскільки вірус зв’язується зі своїм рецептором (1), він може проникати двома шляхами: через плазматичну мембрану або ендосому. Для SARS-CoV: наявність зовнішніх і мембранно-зв’язаних протеаз, таких як трипсин та TMPRSS2, запускає шлях “раннього злиття” (2a). В іншому випадку він буде залучений до ендоцитозу (2b, 3). У ендосомі низький рівень pH активує cathepsin L (4), розщеплюючи відповідну ділянку S-глікопротеїну, запускаючи шлях злиття та вивільняючи геном CoV. Після проникнення вірусу, копії його геному продукуються в цитоплазмі (5), де компоненти S-глікопротеїну синтезуються в гранулярному ендоплазматичному ретикулумі (ER) (6). Структурні білки збираються в проміжному компартменті ER-Golgi (ERGIC), де S-глікопротеїн може бути модифікований фурином, залежно від типу клітини (7) з подальшим вивільненням вірусу з клітини (8, 9). Для SARS-CoV-2: зараз дослідження показують, що SARS-CoV-2 може використовувати мембранно-зв’язаний TMPRSS2, або ендосомний cathepsin L для проникнення в клітину, і що S-глікопротеїн підлягає процесингу під час біосинтезу.
*для особливо допитливих і тих, хто любить мембрани*
Нижче наведена модель злиття мембрани коронавірусу з мембраною клітини-господаря, заснована на розумінні взаємодії білків. Підписи над малюнком описують стан взаємодії білків, підписи нижче описують стан мембран. S-глікопротеїн знаходиться в первинному стані до злиття (1) і його субодиниця S1 первинній обробці відповідними протеазами для досягнення метастабільного стану попереднього синтезу (2). Подальша взаємодія із протеазами дозволить одній з ділянок S-глікопротеїну, пептиду злиття (fusion peptide — FP), вбудовуватися у мембрану клітини-хазяїна і дозволятиме S-глікопротеїну формувати проміжну шпильку (3). Попередня шпилька починає згортатися на себе за рахунок взаємодії інших ділянок S-глікопротеїну, HR1 та HR2 (heptad repeat, гептадний повтор), утворюючи попередні розшарування (4), пучок (5) та можливі стабільні стадії після злиття (6). Під час згортання S-глікопротеїну дві мембрани будуть наближатися одна до одної, поки зовнішні моношари не зіллються (геміфузія) і врешті внутрішні моношари також зливаються (утворення пори).
Також дослідження (ось це і це, і це) SARS-CoV-1 показали, що білок E використовує активність іонних каналів та спеціальний рецептор-зв’язуючий мотив для активації цитокінового шторму, який, власне, активізує запальну симптоматику, що призводить до посилення набряку в легенях. Зрештою, ці події призводять до гострого респіраторного дистрес-синдрому (acute respiratory distress syndrome — ARDS), основної причини смерті від інфекції SARS-CoV-1 та SARS-CoV-2.
В іншій статті також наголошують, що сучасне лікування COVID-19 є симптоматичним та підтримуючим, а дихальна недостатність від гострого респіраторного дистрес-синдрому є головною причиною смертності. Також під час розвитку вже самого захворювання може розвиватися вторинний гемофагоцитарний лімфогістіоцитоз (secondary haemophagocytic lymphohistiocytosis — sHLH), який важко розпізнається, і є гіперзапальним синдромом, що характеризується фульмінантною (бурхливою, раптовою) та фатальною гіперцитокінемією (цитокіновим штормом) при поліорганній недостатності.
Ще в одній статті також зазначається, що у багатьох пацієнтів із COVID-19 розвивається гострий респіраторний дистрес-синдром, який призводить до набряку легень та легеневої недостатності, а також супроводжується ураженнями печінки, серця та нирок. Ці симптоми пов’язані з цитокіновим штормом, що появиявляється у підвищеному рівні IL-1β, IL-2, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-17, G-CSF, GM-CSF, IFNγ, TNFα, IP10, MCP1, MIP1A та MIP1B в сироватці крові. Зазначається, що IL-1β є ключовим цитокіном, що сприяє запальній активності в бронхоальвеолярному лаважі пацієнтів з ураженням легень. Інтенсивне запалення в легенях може також мати і системний вплив на інші органи, оскільки поєднання важкого пошкодження легень і ШВЛ у кроликів призводить до порушення функції нирок і ознак апоптозу (запрограмованої клітинної загибелі) в епітеліальних клітинах ниркових канальців.
Показано, що спеціальний рецептор-зв’язуючий мотив дозволяє E білку взаємодіяти з клітинними доменами PDZ, що може активувати MAP-кіназу p38, запускаючи надекспресію запальних цитокінів, а, отже, принаймні частково відповідальний за згадані вище наслідки. Відповідно, інгібування p38 за допомогою сполук типу SB203580 (хто вигадує всі ці назви?) збільшує шанси на виживання господаря. Збереження високого рівня активності іонних каналів та спеціального рецептор-зв’язуючого мотиву в обох SARS-CoV-1 та SARS-CoV-2 свідчить про те, що наявні інгібітори протеїну E SARS-CoV-1 також повинні бути активними щодо SARS-CoV-2.
воу, гострий респіраторний дистрес-синдром, цитокіни, шторм… “Хто всі ці люди?” (с)
Ось що нам каже Вікіпедія:
Цитокіни — клас невеликих пептидів та білків (8–30 кДа), що регулюють міжклітинні і міжсистемні взаємодії в організмі, включаючи виживання клітин, стимуляцію або пригнічення їх росту, диференціацію, функціональну активність і апоптоз, а також забезпечують узгодженість дії імунної, ендокринної і нервової систем в нормальних умовах і у відповідь на патологічні дії.
Синдром вивільнення цитокінів (англ. Cytokine release syndrome, CRS), гіперцитокінемія, цитокіновий шторм, цитокіновий каскад — форма синдрому системної запальної відповіді, яку можуть спровокувати різноманітні чинники, як-от інфекції та деякі ліки. Це відбувається, коли активізується значна кількість лейкоцитів, що вивільняють прозапальні цитокіни, які, своєю чергою, активують ще більшу кількість лейкоцитів. Серед симптомів — лихоманка, втома, втрата апетиту, біль у м’язах та суглобах, нудота, блювота, діарея, висипання, швидке дихання, прискорене серцебиття, низький артеріальний тиск, судоми, головний біль, сплутаність свідомості, делірій, галюцинації, тремор та втрата координації.
Гострий респіраторний дистрес-синдром (ГРДС), також респіраторний дистрес-синдром дорослих (РДСД) — загрозливе для життя запальне ураження легень, для якого характерні дифузна інфільтрація та тяжка гіпоксемія. Виникає внаслідок багатьох причин, які безпосередньо чи опосередковано уражають легені. ГРДС частіше настає в перші 12–48 годин від початку основного захворювання (в деяких випадках через 5–7 днів). Хворий може скаржитися на задишку, дискомфорт у грудній клітці, сухий кашель. Оглядаючи його, виявляють тахіпное, тахікардію, участь допоміжних м’язів у диханні, ціаноз шкірного покриву. Під час аускультації можна виявити двобічні хрипи. Часто призводить до смерті, потребує проведення інтенсивної терапії та штучної вентиляції легень.
Тобто, вірус залучає сигнальні каскади в межах компетентності імунної та інших систем організму, що призводить до системного запального процесу. В той час, як гострий респіраторний дистрес-синдром є одним з наслідків поведінки молекул в організмі, цитокіновий шторм є частиною молекулярних та біохімічних механізмів, задіяних в процесі інфікування респіраторними вірусами. Саме тому, особисто мені, цікаво приділити йому більшу увагу.
Відповідно до огляду цитокіновий шторм найчастіше проявляється за важких інфекцій легень, при яких локальне запалення переходить в системне за рахунок кровообігу. Наслідком цих процесів є системний сепсис (“зараження”), що визначається такими показниками, як стійка гіпотензія, гіпер- або гіпотермія, лейкоцитоз або лейкопенія, а часто і тромбоцитопенією. Вірусні, бактеріальні та грибкові легеневі інфекції призводять до сепсису, і цих етіологічних агентів важко диференціювати за клінічними ознаками. У деяких випадках стійке ураження тканин без важкої зовнішньої інфекції в легенях також пов’язане з цитокіновим штормом і клінічними проявами, що імітують синдром сепсису.
Зазначається, що окрім легеневих інфекцій, цитокіновий шторм є наслідком важких інфекцій у шлунково-кишковому тракті, сечовивідних шляхах, центральній нервовій системі, шкірі, суглобових просторах та інших місцях.
На мою думку одним із найкраще проілюстрованих прикладів цитокінового шторму може бути інфекція вірусом грипу. Як зазначається в огляді, дихальні епітеліальні клітини, основні мішені вірусу грипу, також є “хореографами посилення цитокінів” під час зараження. Після первинного інфікування новосинтезовані вірусні частинки, які розповсюджуються всередині цих клітин, можуть заражати інші клітини, включаючи альвеолярні макрофаги. Запальні реакції запускаються, коли інфіковані клітини гинуть через апоптоз або некроз. Початковою реакцією організму на шкідливі подразники є гостре запалення і характеризується посиленням кровотоку, що дає можливість плазмі та лейкоцитам досягати позасудинних ділянок ураження, підвищувати локальну температуру та викликати біль. Одночасно розпочинаються регенеративні процеси та усунення ушкоджень. У більшості випадків функція може бути повністю відновлена цим репаративним процесом. Однак, при сильному запаленні, пов’язаному з цитокіновим штормом, спостерігаються більш серйозні патологічні зміни, такі як дифузне пошкодження альвеол, утворення гіалінової мембрани, ексудатів фібрину та фіброзне загоєння. Це ознаки важкого ураження капілярів, імунопатологічної травми та стійкої дисфункції органів. Більше того, під час важких запальних процесів цитокіни/хемокіни можуть розповсюджуватися за рахунок кровообігу і призводити до системного цитокінового шторму, який відповідальний за багатоорганні дисфункції.
Якщо коротко, то вірус проникає у чітко визначені клітини організму, розмножується в них та згодом знищує ці клітини при вивільненні. Наша імунна система намагається реагувати на загарбника і запускає низку хімічних реакцій, які, за нормальних умов, мають сприяти нашому захисту. В результаті, наш організм під час боротьби із вірусом сам наносить шкоду собі. Гіперреакція призводить до поширення системного запалення та ураження кількох органів, що для певного відсотка хворих може скінчитися летально.
Саме тому набагато легше запобігати інфікуванню:
мийти руки, обмежувати контакти та за можливості носити маски в публічних місцях. Прості речі рятують життя.
Про структуру вірусу, витривалість на різних поверхнях, вибір тканин для взаємодії з рецепторами можна почитати в першій частині.
Про поведінку клітин крові та методи виявлення вірусу читайте в третій частині.
Дякую за ваш час. Бережіть себе!
