Топотекан подавляет системное воспаление у мышей и хомячков с COVID-19

При тяжелом течении COVID-19 присутствие вируса в крови сменяется системным воспалением. Высокий уровень воспалительных молекул, таких как IL-6 и D-димер, коррелирует с повышенным риском смерти. Поиск новых лекарств для людей с тяжелым течением COVID-19 сосредоточен в том числе на контролировании воспалительного процесса. К сожалению, многие препараты эффективны только в течение дня после инфицирования. Известно, что топоизомераза I (TOP1) контролирует воспалительный ответ при многих вирусных и бактериальных инфекциях. Международная группа ученых исследовала ингибитор топоизомеразы I (топотекан) in vitro и in vivo. Топотекан — одобренный препарат для терапии рака.

Сначала ученые проанализировали, как SARS-CoV-2 перестраивает хроматин и активирует гены при инфицировании. Для этого использовали клетки A549, экспрессирующие человеческий рецептор ACE2 (A549-ACE2). Через 24 часа после заражения произошло перераспределение активного и неактивного хроматина. Такой же результат получили при заражении клеток вирусом гриппа.

Далее проанализировали ацетилирование гистона H3 по лизину 27 (K27ac) — маркер активных промоторов и энхансеров. В ходе инфекции уровень K27ac значительно менялся в некоторых регионах генома. В этих регионах также активно шла перестройка хроматина. Таким образом, перераспределение активного и неактивного хроматина при заражении SARS-CoV-2 связано с изменением уровнем транскрипции генов. При этом активируются регуляторные области, контролирующие воспалительный ответ.

Следующим этапом авторы исследования подтвердили роль TOP1 в ответе клетки на инфекцию. Для этого выполнили нокдаун этого гена с помощью малых интерферирующих РНК. У таких клеток изменилась экспрессия в ответ на заражение. Многие гены, связанные с воспалительным ответом, экспрессировались слабее, включая IL-6, CXCL2, CXCL3, CXCL8, EGR1 и TNFAIP3. Гены, экспрессия которых зависела от активности TOP1, сильнее активировались при инфекции. Они также находились в районах активного хроматина и повышенного уровня K27ac.

Обработка инфицированных клеток топотеканом, ингибитором TOP1, также снижала уровень экспрессии IL-6, CXCL2, CXCL3, CXCL8, EGR1 и TNFAIP3. Топотекан не подавляет вирусную репликацию, но влияет на экспрессию генов организма-хозяина.

Эффект топотекана проверили in vivo на сирийских хомячках. Препарат (10 мг/кг) вводили внутрибрюшинно через один и два дня после заражения SARS-CoV-2. Через четыре или шесть дней после заражения изучали легкие хомячков.

Топотекан подавлял экспрессию связанных с воспалительным ответом и активированных инфекцией генов в легких зараженных хомячков. Паттерн экспрессии приблизился к тому, что характерен для легких незараженных животных.

В легких зараженных хомячков без лечения наблюдали разрушение альвеол, гибель бронхиолярных эпителиальных клеток, кровотечение, экссудацию и массовую инфильтрацию иммунных клеток, вызванную, вероятно, повышением экспрессии медиаторов воспаления. Применение топотекана снижало повреждение легких, в том числе инфильтрацию, экссудацию и кровотечение.

Топотекан подавлял экспрессию генов, гиперактивных в легких умерших от COVID-19 пациентов. Есть также данные, что этот препарат воздействует на экспрессию генов в иммунных клетках. Это предположение проверили на клеточной линии человеческих моноцитов THP-1. Ученые показали, что топотекан подавляет экспрессию связанных с воспалительным ответом генов, которые были активированы вирусной РНК SARS-CoV-2 или супернатантом зараженных клеток. При этом сами моноциты не были заражены коронавирусом.

Эксперименты повторили на хомячках, снизив дозу топотекана в пять раз (2 мг/кг), но благоприятное воздействие на зараженных животных не исчезло.

Для дальнейших экспериментов использовали трансгенных мышей, которые экспрессируют человеческий рецептор ACE2 (K18-hACE2). Топотекан вводили мышам дважды на первый и второй день инфекции, третий и четвертый или четвертый и пятый. Авторы работы считали, что более позднее введение топотекана не позволит ему подавить иммунный ответ во время активной борьбы с коронавирусом. Действительно, применение препарата на первый и второй день инфекции, а также на третий и четвертый не снижало смертность у мышей. Однако у животных, которым топотекан давали на четвертый и пятый день после инфекции, увеличивалась выживаемость, в том числе долговременная, уменьшалась потеря массы тела и снижалась экспрессия связанных с воспалительным ответом генов в легких. При этом препарат не влиял на концентрацию вирусных частиц.

Авторы исследования уже планируют два клинических испытания топотекана. В то же время они предостерегают от использования препарата для лечения COVID-19, пока не будут подтверждены его безопасность и эффективность.