Нанолипосомы с человеческим АСЕ2 тормозят воспалительные реакции, вызванные коронавирусом

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе совместно с коллегами из университета Невады разработали липосомные наночастицы, несущие на поверхности рекомбинантный рецептор АСЕ2. Эти нанолипосомы ингибируют экспрессию воспалительных цитокинов в макрофагах при инфекции коронавирусом.

Макрофаги — иммунные клетки, которые участвуют в защите организме на начальном этапе инфекции. Именно в макрофагах запускаются каскады реакций, обуславливающих выброс так называемых воспалительных цитокинов, нередко приводящий к цитокиновому шторму. Механизмы, с помощью которых SARS-CoV-2 нарушает нормальное функционирование макрофагов и заставляет их «работать на себя», пока мало изучены. Однако понятно, что запуск этого процесса связан с поверхностным S-белком вируса, через который он взаимодействует с клетками.

Ученые предположили, что взаимодействие с рецептором hACE2 (человеческий ангиотензинпревращающий фермент), к которому S-белок коронавируса имеет сродство, не так важно для проникновения вируса в макрофаги, поскольку в иммунных клетках эти рецепторы синтезируются в очень небольших количествах. Однако нейтрализация вируса с помощью рекомбинантного hACE2 может предотвратить какое-то иное, более слабое взаимодействие с макрофагами и запуск в них неконтролируемых реакций.

Для более эффективной доставки и стабильности hACE2 исследователи создали наночастицы. hACE2 через биотин присоединяли к нанолипосомам диаметром 100 нм. Полученный комплекс Lipo-hACE использовали как «молекулярную ловушку» — конкурентный ингибитор для SARS-CoV-2 или псевдотипированного лентивируса с S-белками SARS-CoV-2 в оболочке (Lenti-Spike).

Ингибирующие свойства липосомных комплексов проверяли на клетках Vero Е6, инфицированных SARS-CoV-2 (штамм B.1.526 — йота) в присутствии Lipo-hACE или свободного hАСЕ. Липосомные комплексы улучшали выживаемость зараженных клеток эффективнее, чем свободный белок.

Затем проверили способность комплексов Lipo-hACE подавлять экспрессию воспалительных цитокинов (IL-1β, IL-6 и TNF-α) и хемокинов (CCL-2, CCL-3, CCL-4 и CXCL-10) в макрофагах, которые получили из мышей дикого типа и добавили к ним псевдовирус с S-белком. Псевдовирус увеличил экспрессию этих цитокинов, а также противовоспалительного цитокина IL-10, повышение уровня которого также наблюдается при COVID-19. Во всех случаях добавление липосомных комплексов существенно снижало цитокиновую и хемокиновую экспрессию.

В экспериментах in vivo мышам дикого типа вводили псевдовирус в хвостовую вену, после чего опытной группе таким же способом вводили липосомные частицы. Затем определяли экспрессию цитокинов в перитонеальных макрофагах и макрофагах из бронхиоальвеолярных смывов. Уровни воспалительных цитокинов и хемокинов под воздействием Lipo-hACE снизились и в этих опытах. Кроме того, липосомный комплекс ингибировал экспрессию гена, ответственного за воспаление миокарда, которую стимулировал псевдовирус.

Аналогичные результаты были получены и при анализе экспрессии цитокиновых генов в инфицированных псевдовирусом и обработанных Lipo-hACE человеческих клетках — THP-1 макрофагах и мононуклеарных клетках периферической крови.

Чтобы понять, каким образом на генном уровне опосредуется влияние S-белка на воспалительные каскады в макрофагах, авторы использовали клетки трансгенных мышей с флоксингом гена IKKβ (IKKβF/F) и мышей с дефицитом этого гена в миелоидных клетках, из которых образуются макрофаги (IKKβΔMy). IKKβ — фермент, активирующий транскрипционный фактор NF-kB, который, в свою очередь, регулирует цепь реакций иммунного ответа, в том числе экспрессию цитокинов. Эти клетки также обрабатывали псевдовирусом.

Анализ RNA-Seq транскриптома перитонеальных макрофагов, выделенных из мышей линии IKKβF/F, выявил 2 362 дифференциально экспрессирующихся генов при контакте с S-белком коронавируса; такие гены не были обнаружены в клетках линии IKKβΔMy. Анализ данных с помощью биоинформатических ресурсов ( KEGG, FAIME, GO) показал, что среди выявленных генов значительная доля относится к сигнальным путям, связанным с иммунным ответом.

Другие научные группы также испытывают рецептор ACE2 как возможное лекарство против SARS-CoV-2. В январе вышла статья о гибридном белке на основе АСЕ2, который защитил легкие мышей, инфицированных коронавирусом.