Новое исследование показывает, что каталаза, естественный фермент у людей, растений и животных, может подавлять репликацию нового коронавируса у макак-резусов. Результаты также показывают, что этот недорогой фермент может ослабить воспалительную реакцию, возникающую при тяжелой форме COVID-19.

Выше компьютерная иллюстрация показывает цитокиновый шторм, чрезмерный иммунный ответ, который исследователи пытаются предотвратить при COVID-19.Изображение предоставлено: selvanegra / Getty Images.

Пандемия COVID-19 имела разрушительные последствия ​​во всем мире.

В настоящее время отсутствуют специфические противовирусные препараты для лечения COVID-19 и профилактическая вакцина.

Некоторые данные свидетельствуют о том, что тяжелые случаи COVID-19 могут быть результатом аномального сверхактивного иммунного ответа, известного как цитокиновый шторм . Без лечения цитокиновый шторм может привести к значительной заболеваемости и смертности.

Проблема цитокиновых бурь

Заражение вирусом SARS-CoV-2, вызывающим COVID-19, запускает местный иммунный ответ. Лейкоциты проникают в ткань, вызывая чрезмерное производство активных форм кислорода (АФК).

Повышенный уровень АФК вызывает накопление перекиси водорода в тканях, что приводит к повреждению тканей, гипервоспалению и усилению репликации вирусов. АФК дополнительно способствуют высвобождению цитокинов.

Избыточное производство воспалительных цитокинов может произойти в тяжелых случаях COVID-19. Таким образом, лечение для снижения выработки цитокинов и воспалительной реакции может помочь в лечении этого заболевания.

Иммуносупрессивные препараты, которые врачи в настоящее время используют для лечения цитокинового шторма, включают стероиды, внутривенный иммунный глобулин, ингибиторы киназы Януса и блокаторы цитокинов, такие как анакинра или тоцилизумаб. Однако некоторые из этих лекарств дороги, а побочные эффекты могут усложнять терапию.

Именно здесь в игру вступает каталаза . Каталаза - это природный антиоксидантный фермент, присутствующий в печени, эритроцитах и ​​альвеолярных эпителиальных клетках - клетках, выстилающих внутреннюю поверхность альвеол в легких.

Он эффективно расщепляет перекись водорода в организме на кислород и воду. Каталаза в настоящее время также доступна как пищевая добавка.

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), Пекинского химико-технологического университета в Китае и других китайских учреждений недавно предположили, что каталаза может снижать уровень перекиси водорода в организме.

По их словам, это может минимизировать последующие уровни АФК и выброс цитокинов, в конечном итоге подавляя избыточное воспаление, окислительное повреждение клеток и репликацию вируса, которые возникают при тяжелой форме COVID-19.

Чтобы подтвердить свою гипотезу, команда ученых намеревалась провести несколько экспериментов - на культурах клеток и макаках-резус - с использованием нанокапсул каталазы n (CAT), которые состоят из молекул каталазы, покрытых тонкой полимерной оболочкой. Это покрытие повышает стабильность и продлевает время нахождения каталазы в крови.

Исследователи сообщают о своих выводах в журнале Advanced Materials .

Противовоспалительный эффект в клеточных культурах

Во-первых, исследователи оценили влияние n (CAT) на культуры клеток человека. Они проверили эффективность n (CAT) в предотвращении окислительного повреждения эпителиальных клеток легких альвеол человека.

Результаты показали, что n (CAT) был способен защищать, а также реанимировать альвеолярные клетки, которые подверглись повреждению в результате воздействия перекиси водорода.

Исследователь продолжил культивирование лейкоцитов с n (CAT) и альвеолярных клеток человека, поврежденных перекисью водорода. Добавление n (CAT) в этом контексте также привело к защите и реанимации поврежденных альвеолярных клеток.

В другом эксперименте изучали способность n (CAT) контролировать выработку цитокинов в лейкоцитах.

Исследователи обнаружили, что добавление n (CAT) к лейкоцитам привело к значительно более низким концентрациям цитокинов, включая фактор некроза опухоли альфа (TNF-альфа) и интерлейкин-10 (IL-10), в этих культурах клеток, чем в культурах без добавления n (CAT).

Добавление n (CAT) к альвеолярным клеткам человека, которые команда культивировала с активированными лейкоцитами, также показало, что n (CAT) значительно улучшает здоровье клеток.

Эти результаты показывают, что n (CAT) может защищать клетки легких от определенных типов повреждений, демонстрируя противовоспалительный эффект.

'Далеко идущие последствия'

Наконец, исследователи проверили эффективность n (CAT) в подавлении репликации вируса SARS-CoV-2 у макак-резусов.

Сначала исследователи заразили всех макак-резусов новым коронавирусом, введя вирус через нос.

Затем они дали двум обезьянам физиологический раствор, фосфатно-солевой буфер (PBS), также через нос. Эти животные выступали в роли контрольной группы.

Три обезьяны получили n (CAT) посредством ингаляции, еще две получили PBS посредством ингаляции и n (CAT) посредством инъекции.

На второй день у двух из трех макак, получивших n (CAT) путем ингаляции, вирусная нагрузка SARS-CoV-2 была значительно ниже, чем у обезьян в контрольной группе.

Две макаки, ​​которым вводили n (CAT) внутривенно, также продемонстрировали значительно более низкие вирусные нагрузки, чем контрольная группа, после 2-го дня эксперимента.

Введение n (CAT) - внутривенно или ингаляционно - не вызывало какого-либо заметного повреждения тканей.

Таким образом, исследование предполагает, что каталаза может подавлять репликацию SARS-CoV-2 у макак-резусов, не вызывая каких-либо нежелательных эффектов. Кроме того, согласно экспериментам на культурах клеток, каталаза защищала альвеолярные эпителиальные клетки и регулировала выработку цитокинов в лейкоцитах.

«Большое внимание уделяется вакцинам и противовирусным препаратам, и это правильно», - говорит старший автор профессор Юньфэн Лу из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

«Между тем, - продолжает профессор Лу, - наши исследования показывают, что этот фермент может предложить очень эффективное терапевтическое решение для лечения гипервоспаления, которое возникает из-за вируса SARS-CoV-2, а также гипервоспаления в целом».

Соавтор исследования доктор Грегори Фишбейн, коллега профессора Лу в том же учреждении, также добавляет:

«Эта работа имеет далеко идущие последствия, помимо лечения COVID-19. Цитокиновый шторм - это смертельное состояние, которое может осложнить другие инфекции, такие как грипп, а также неинфекционные состояния, такие как аутоиммунное заболевание ».

Тем не менее, результаты исследования нуждаются в подтверждении в будущих рандомизированных контролируемых исследованиях по оценке безопасности и эффективности каталазы у людей, заразившихся вирусом SARS-CoV-2. Только тогда исследователи смогут установить, действительно ли этот фермент эффективен при лечении COVID-19.