Juli, 20

Cannabidiol hemmt die SARS-CoV-2-Replikation in menschlichen Zellen und Mäusen

In einer kürzlich im Journal of Science Advances veröffentlichten Studie untersuchte ein interdisziplinäres Forscherteam der University of Chicago die potenzielle Rolle von Cannabidiol (CBD), einem extrahierten Naturprodukt aus der Cannabispflanze, zur Vorbeugung und Hemmung schwerer Infektionen mit dem akuten respiratorischen Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in menschlichen Zellen und Mäusen.

Studie: Cannabidiol hemmt die SARS-CoV Replikation durch Induktion des ER-Stresses des Wirts und angeborene Immunantworten. Bildnachweis: Dmytro Tyshchenko / Shutterstock

Einleitung

Die anhaltende Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) hat seit ihrem Ausbruch Ende 2019 weltweit zu weit verbreiteter Morbidität und Mortalität geführt Trotz der Verfügbarkeit einer Auswahl an COVID

Impfstoffen breiten sich SARS-CoV-2 und seine neu auftretenden Varianten weltweit aus, was den Bedarf an alternativen Lösungen wie wirksamen Behandlungen unterstreicht. Leider wurden trotz gemeinsamer weltweiter Anstrengungen bisher nur begrenzte Therapien identifiziert, die die Replikation und Virusproduktion von SARS-CoV-2 blockieren können.

Über die Studie

In der aktuellen Studie verwendeten Forscher menschliches A549-Lungenkarzinom, menschliche Lungen-Calu3-Zellen und Vero-E6-Affennierenepithelzellen, um die Wirkung von CBD auf SARS-CoV zu bewerten. 2 Replikation. CBD und verwandte Verbindungen wurden isoliert und durch 1D-¹H-Kernspinresonanzanalyse (NMR) identifiziert und mit dem¹H iterativen Full-Spin-Analyse (HiFSA)-Profil von CBD verglichen.

Zur Beurteilung des Einflusses von CBD auf die Stressreaktion des endoplasmatischen Retikulums (ER) wurde die Gen-Set-Anreicherungsanalyse (GSEA) zur Quantifizierung des X-Box-Bindungsproteins 1 (XBP1)-Spleißens mittels Ribonukleinsäure (RNA)-Sequenzierung verwendet Genexpressionsdaten, gefolgt von der Bestätigung mittels quantitativer Reverse-Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR). Zur Beurteilung der Wirkung von CBD auf IRE1α und Interferone wurden Inositol-benötigende Enzym

α-Knockout-Zellen (IRE1α) und Anti-Interferon-blockierende Antikörper verwendet.

Ergebnisse

Die Forscher beobachteten, dass zuvor eine Vorbehandlung der menschlichen Lungenkarzinomzelllinien A549-ACE-2 mit 0–10 µM CBD (97 % Reinheit mit kongenerischen Cannabinoiden <1 %) durchgeführt wurde Eine Infektion mit SARS-CoV-2 oder α-, β- oder γ-Varianten hemmte die Virusreplikation von SARS-CoV-2 wirksam mit einem EC₅₀von 1 µM. Darüber hinaus hemmte CBD auch die SARS-CoV Replikation in menschlichen Calu3-Lungen- und Vero E6-Affennierenepithelzellen.

Laut Forschern hemmte außer CBD keines der eng verwandten CBD-Kongenere wie Tetrahydrocannabinol (THC), Cannabidivarin (CBDV), Cannabidiolsäure (CBDA), Cannabichromen (CBC) oder Cannabigerol SARS- CoV Infektion. Möglicherweise hat die Kombination von CBD mit THC (1:1) die CBD-Wirksamkeit im Einklang mit der Konkurrenzhemmung deutlich unterdrückt. Ein Metabolit von CBDHydroxy-Cannabidiol (7-OH-CBD) hemmte die SARS-CoV Replikation in A549-Angiotensin-Converting-Enzym Zellen (ACE2) wirksam auf einem ungiftigen Niveau.

Bei drei in der Studie verwendeten Zelllinien wurde keine Wirkung von CBD auf die ACE2-Rezeptorexpression beobachtet. CBD zeigte keine Wirkung auf den Viruseintritt, war jedoch zu 95–99 % wirksam bei der Hemmung der Expression des SARS-CoV 23- Spike-Proteins in Wirtszellen nach dem Eintritt. CBD hatte keinen Einfluss auf die virale Proteinverarbeitung durch virale Hauptprotease (M_pro) oder Papain-ähnliche Protease (PL_pro), was zeigt, dass CBD auf Wirtszellprozesse abzielt.

Die Studie ergab eine bemerkenswerte Unterdrückung der Induktion von SARS-CoV Genen für ein Spike-, Hüll- und Nukleokapsidprotein um 99 % durch CBD im Gegensatz zu 60 % bei CBDV. CBDV verursachte im Vergleich zu CBD weniger transkriptomische Veränderungen und war bei der Umkehrung der durch SARS-CoV-2 induzierten Transkriptionsänderungen größtenteils unwirksam. CBDV induzierte Autophagie und Lipidstoffwechsel und unterdrückte Prozesse wie Proteintranslation und DNA-Replikation.

Das Team fand heraus, dass CBD die Genexpression von drei Transmembranproteinen des UPR-Signalwegs (Unfolded Protein Response) verursacht – IRE1α, Proteinkinase R-ähnliche endoplasmatische Retikulumkinase (PERK) und aktivierenden Transkriptionsfaktor 6 (ATF6). CBD aktivierte den IRE1α-Weg in Gegenwart oder Abwesenheit des Virus stark, jedoch nicht durch SARS-CoV-2 allein. Im Gegensatz dazu wurde PERK sowohl durch SARS-CoV-2 als auch durch CBD aktiviert.

CBD induzierte in Gegenwart von SARS-CoV-2 stärker Gene, die am Interferon-Signalweg beteiligt sind – ISG15, IFIT1, IFIT3, SOCS1 und OAS1 im Vergleich zu CBD allein. CBD kehrte die virale Induktion von Zytokinen wirksam um, was in späteren Stadien der Infektion zu einem Zytokinsturm führte. Andererseits verhindert das inaktive Homolog CBDV die Zytokininduktion nicht signifikant. Die Exposition von ACE2-A549-Zellen gegenüber einer Mischung aus Antikörpern gegen Interferone vom Typ I (α,β,o) und Typ II (γ) vor der Behandlung mit 2,5 mM CBD und der Infektion mit SARS-CoV-2 zeigte, dass Anti-Interferon-Antikörper die CBD reduzierten antivirale Wirkung und teilweise Rettung einer SARS-CoV Infektion.

Die Verabreichung von CBD in niedrigeren und höheren Dosen verringerte die Virustiter in der Lunge (4,8- und 40-fach) und in der Nasenmuschel (3,7- und 4,8-fach) bei weiblichen K18-hACE2-Mäusen, die einer intranasalen Herausforderung mit SARS-CoV-2 ausgesetzt waren (2x10⁴Plaque-bildende Einheiten [PFU]).

Bei einer Analyse einer Patientengruppe mit Aufzeichnungen über den Konsum von CBD (100 mg/ml) von der National COVID Cohort Collaborative (N3C) stellten Forscher fest, dass der CBD-Konsum signifikant mit weniger SARS-CoV-2 verbunden war positive Testergebnisse.

Fazit

Die Studienergebnisse zeigten, dass von allen Cannabinoid-Kongeneren nur CBD und sein Metabolit 7-OH-CBD die SARS-CoV Replikation in Lungenepithelzellen wirksam blockieren. Darüber hinaus entfaltete CBD seine Wirkung nach dem Viruseintritt und hemmte die Expression des viralen Genoms. CBD hemmte auch die SARS-CoV Replikation durch die Aktivierung von IRE1α des Wirts, der RNase-ER-Stressreaktion und den Interferon-Signalwegen.

Präklinische Studien haben die Wirksamkeit von CBD gegen SARS-CoV-2 in den frühen Stadien der Infektion nachgewiesen. Diese Studie zeigte die Rolle von CBD als potenzielles Mittel zur Bekämpfung von SARS-CoV Infektionen im Frühstadium. Allerdings werden weitere Studien und klinische Versuche erforderlich sein, um die genaue Dosierung, das Sicherheitsprofil und mögliche Nebenwirkungen von CBD als Behandlungsmittel gegen SARS-CoV Infektionen beim Menschen zu bestimmen.

Die Forscher warnten davor, dass die in dieser Studie nachgewiesenen antiviralen Wirkungen von CBD nur für hochreine, speziell formulierte Dosen gelten, die in bestimmten Situationen eingenommen werden. Die Ergebnisse der Studie deuten nicht darauf hin, dass der Konsum kommerziell erhältlicher CBD-Produkte mit unterschiedlicher Wirksamkeit und Qualität COVID-19 verhindern oder behandeln kann.