… είναι για μένα τουλάχιστον εύλογη αν όχι αυτονόητη.
Το κακό με τα φάρμακα κατά των ιών είναι ότι δεν έχουν το θεαματικό αποτέλεσμα που έχουν τα αντιμικροβιακά φάρμακα. Στην καλύτερη περίπτωση διασφαλίζουν μια ηπιότερη και συντομότερη πορεία της νόσου, όπως π.χ. φάρμακα κατά των ερπητοϊών ή των ιών της γρίπης.
Οι αναστολείς πρωτεασών κατά των κορωνοϊών δεν αποτελούν εξαίρεση στον κανόνα αυτόν και, όπως θα δούμε παρακάτω, δεν αποτελούν κάτι νέο στην προσπάθεια αντιμετώπισής τους.
Ο κύκλος ενδοκυττάριας αναπαραγωγής του ιού - 1
Ο κορονoϊός (CoV) είναι ένας περιτυλιγμένος με κυτταρική μεμβράνη (που προέρχεται από τον μολυσμένο ξενιστή), μονόκλωνου RNA ιός θετικής φοράς (από 5’ → 3’) με το μεγαλύτερο μέγεθος γονιδιώματος που έχει βρεθεί μέχρι σήμερα μεταξύ των RNA-ιών, το οποίο κυμαίνεται από περίπου 26 έως 32 κιλοβάσεις [2,4].
Περίπου τα δύο τρίτα του γονιδιώματος 5' κωδικοποιούν δύο αλληλεπικαλυπτόμενες πολυπρωτεΐνες [3-4], pp1a και pp1ab, οι οποίες είναι απαραίτητες για την αντιγραφή και μεταγραφή του ιού. Το άκρο 3'κωδικοποιεί ένα κανονικό σύνολο τεσσάρων δομικών πρωτεϊνών για κορονοϊό: νουκλεοκαψίδιο ( N ), πρωτεΐνη ακίδας (S), πρωτεΐνη μεμβράνης (Μ) και πρωτεΐνη περιβλήματος (Ε), οι οποίες είναι υπεύθυνες για τη συναρμολόγηση ιών και την καταστολή του ανοσοποιητικού ξενιστή απάντηση.
Ο SARS-CoV-2, χρησιμοποιεί κυρίως ακίδες πρωτεΐνης για να συνδέεται με τους υποδοχείς τους (ACE2 και νικοτινικούς) για προσκόλληση στην κυτταρική μεμβράνη του ξενιστή. Στη συνέχεια, ο CoV συντήκεται με τη μεμβράνη, δημιουργείται έτσι ένα φαγοσωμάτιο, το οποίο στη συνέχεια συντήκεται με ένα ενεργοποιημένο λυσοσωμάτιο δημιουργώντας ένα φαγολυσοσωμάτιο.
Μετά τη λύση του τελευταίου, απελευθερώνεται τελικά το γονιδιωματικό RNA του ιού, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιεί τα ριβοσωμάτια του ξενιστή (που καθίστανται «ριβοσωμάτια πειρατείας»), για να παραγάγει την «πρώτη γενιά» από τις πρωτεΐνες που χρειάζεται.
Ανάμεσα σ’ αυτές είναι οι δύο πολυπρωτεΐνες, που αναφέραμε παραπάνω, καθώς και δύο ιικές πρωτεάσες, πρωτεάση τύπου παπαΐνης (PL-Proteinase) και κύρια πρωτεάση (Mpro ή 3CL protease), σε 16 ώριμες μη-δομικές πρωτεΐνες (nsps). Αυτά τα nsps, συμπεριλαμβανομένης της ελικάσης, της εξαρτώμενης από RNA πολυμεράσης RNA (RdRp) και της μεθυλτρανσφεράσης, μπορούν στη συνέχεια να συγκεντρωθούν στο σύμπλεγμα αντιγραφής-μεταγραφής και να ξεκινήσουν την αντιγραφή και μετάφραση του ιού RNA [2,4].
Αφού μεσολαβήσουν κάποια ακόμη στάδια του κύκλου ενδοκυτταρικής αναπαραγωγής του ιικού RNA (περί των οποίων θα γίνει λόγος σε επόμενη ανάρτηση), θα έχουμε τελικά νέα αντίγραφα ιικού RNA και κάποιες δομικές πρωτεΐνες, τα οποία στη συνέχεια συσκευάζονται σε ώριμους απογόνους ιοσωματίων (new virions) και τελικά απελευθερώνονται μέσω εξωκυττάρωσης για να μολύνουν άλλα υγιή κύτταρα.
Εικόνα 1
Αναστολείς πρωτεασών ως φάρμακα κατά των κορωνοϊών
Η κύρια πρωτεάση (main protease – Mpro), που ονομάζεται επίσης πρωτεάση 3CL, είναι μια πρωτεάση κυστεΐνης 33,8-kDa η οποία συντελεί στην παραγωγή - ωρίμανση λειτουργικών πολυπεπτιδίων που εμπλέκονται στον μηχανισμό αντιγραφής-μεταγραφής. Διασπά την πολυπρωτεΐνη σε 11 προκαθορισμένες θέσεις.
Η Mpro δεν έχει ανθρώπινο ομόλογο και διατηρείται σε μεγάλο βαθμό μεταξύ όλων των CoV. Αποτελεί λοιπόν μία ελκυστική υποψηφιότητα για δημιουργία φαρμάκων που θα την αναστέλλουν.
Τα φάρμακα lopinavir και ritonavir, τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία κατά του HIV (που προκαλεί AIDS) και έχουν επίσης δοκιμαστεί κατά του SARS-CoV και κατά του MERS-CoV ήταν από τα πρώτα που χρησιμοποιήθηκαν και κατά του SARS-CoV-2. Τα αποτελέσματα όμως των κλινικών μελετών έδειξαν μικρή έως ανύπαρκτη αποτελεσματικότητα ως προς την έκβαση της νόσου.
Παράλληλα ξεκίνησε μια προσπάθεια παραγωγής φαρμάκoυ in silico (δηλαδή σε μοντέλα ηλεκτρονικής απεικόνισης), που θα είχε την κατάλληλη μορφή ώστε να αναστέλλει την ιική πρωτεΐνη Mpro. Έτσι δημιουργήθηκε το εικονικό μόριο Ν3 [5] και βάσει αυτού έγινε αναζήτηση μεταξύ περίπου 10.000 φαρμάκων (είτε εγκεκριμένων για άλλες ενδείξεις, είτε χρησιμοποιουμένων σε διάφορα κλινικά - ερευνητικά πρωτόκολλα), τα οποία θα μπορούσαν να έχουν κλινικό αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας τους μηχανισμούς δράσης του Ν3.
Ως τέτοια φάρμακα, τα οποία προσφέρονται για “repurposing” (δηλαδή για τροποποίηση του αρχικού τους σκοπού και ρόλου) αναφέρονται μεταξύ άλλων τα εξής:
Disulfiram, Ebselen, Carmofur, Shikonin, Tideglusib, PX-12, TDZD-8
Boceprevir, GC-376, calpain inhibitors II and XII ). Κάποια από αυτά χρησιμοποιούνται ήδη για άλλες ενδείξεις (για παράδειγμα η δισουλφιράμη για την απεξάρτηση από τον αλκοολισμό).
Όλα τα παραπάνω δοκιμάστηκαν in vitro με ενθαρρυντικά αποτελέσματα (ως προς την αναστολή της Mpro), ενώ για τα δύο πρώτα έχουν ξεκινήσει και κλινικές δοκιμές. Επίσης δοκιμάστηκαν τα συνθετικά διπεπτιδικά παράγωγα 6e 6j καθώς και οι φυσικές ουσίες Baicalin and baicalein, που εξάγονται από το φυτό S. Baicalensis και έχουν χρησιμοποιηθεί σε ηπατίτιδες και κάποιες νόσους του αναπνευστικού [5,6].
Ακόμα περισσότερα «δυνητικώς αποτελεσματικά» (συνολικά 17 μέχρι στιγμής) φάρμακα μπορεί κανείς να βρει στην πρόσφατη βιβλιογραφία [2,5,6]
Σχόλιο
Δεν είμαι σε θέση να γνωρίζω αν το νέο φάρμακο που εξαγγέλλει η Pfizer αναφέρεται σε μια από τις παραπάνω ουσίες ή έχει σχεδιαστεί με βάση τις αναφερόμενες μεθόδους.
Θα περιμένουμε και θα δούμε σε μερικούς μήνες τα αποτελέσματα.
Ούτως ή άλλως όμως, ισχύει ως γενική παρατήρηση ότι τα αντι-ιικά φάρμακα, όπως άλλωστε και τα αντιμικροβιακά, στοχεύουν σε αναστολή ή/και διατάραξη κάποιων συγκεκριμένων εκ των πολλών σταδίων του κύκλου ζωής ή/και αναπαραγωγής των μικροσκοπικών αυτών εισβολέων, όπως μπορεί κάποιος να βρει στη βιβλιογραφία (βλ. και Εικόνα 2).
Είναι έτσι λογικό να καταλήξει η επιστημονική κοινότητα σε σύσταση λήψης συνδυασμού φαρμάκων για την αντιμετώπιση της μάστιγας της COVID-19.
Εικόνα 2
Βιβλιογραφία
[1] Pfizer initiates phase 1 study of novel oral antiviral therapeutic agent against SARS-Cov-2. https://www.pfizer.com/.../pfizer-initiates-phase-1-study...
[2] Recent Progress in the Drug Development Targeting SARS-CoV-2 Μain Protease as Treatment for COVID-19 https://www.frontiersin.org/.../fmolb.2020.616341/full
[3] Πολυπρωτεΐνες ονομάζονται μακρές αλληλουχίες αμινοξέων, οι οποίες είναι μη λειτουργικές, αλλά καθίστανται χρήσιμες μετά από τη διάσπασή τους (σε καθορισμένες θέσεις από ειδικές πρωτεάσες) σε μικρότερες αλληλουχίες αμινοξέων, οι οποίες όμως αποτελούν πλέον λειτουργικές πρωτεΐνες.
Κωδικοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά από RNA ιούς.
[4] SARS-CoV-2 Sequencing Data: The Devil Is in the Genomic Detail
https://asm.org/.../SARS-CoV-2-Sequencing-Data-The-Devil...
[5] Structural Basis of Potential Inhibitors Targeting SARS-CoV-2 Main Protease https://www.frontiersin.org/.../fchem.2021.622898/full
[6] Structure of Mpro from SARS-CoV-2 and discovery of its inhibitors https://www.nature.com/articles/s41586-020-2223-y