Juli, 20

Untersuchung des potenziellen Nutzens von Kalziumkanalhemmern bei SARS-CoV-2-Infektionen

Gegen Ende des Jahres 2019 trat das schwere Coronavirus 2 mit akutem respiratorischem Syndrom (SARS-CoV-2) auf den Plan und legte die Welt für die nächsten Monate praktisch lahm. Seitdem ist eine langsame und unvollständige Erholung zu beobachten, die größtenteils auf die in der Bevölkerung durch weitverbreitete Infektionen und groß angelegte Impfungen gewonnene Immunität zurückzuführen ist.

Die Impfzurückhaltung und die mangelnde Impfstoffversorgung in vielen Entwicklungsländern gefährden den Erfolg öffentlicher Gesundheitsmaßnahmen, die der Coronavirus-Krankheit 2019 ein Ende setzen sollen (Covid-19 Pandemie.

Die wiederholte Überlastung von Gesundheitseinrichtungen und Mitarbeitern durch die hohe Zahl an Krankenhausaufenthalten und die erschreckende Zahl von Todesfällen zeigt, dass andere wirksame Maßnahmen entwickelt werden müssen, um mit den zunehmenden Fallwellen umzugehen, die durch das Auftreten aufeinanderfolgender Varianten von verursacht werden das Virus, mit höherer Übertragbarkeit und Immun-Escape-Eigenschaften.

Ein neues Papier, veröffentlicht in Cells , diskutiert die Rolle von Kalzium-Signalwegen als Ziele der Hemmung in potenziellen neuen antiviralen Therapiewegen.

Hintergrund

Calcium ist an mehreren essentiellen physiologischen Signalwegen beteiligt und ist als zweiter Botenstoff bekannt, der die Signalübertragung von einem erregbaren Gewebe zu einem anderen über eine chemische Kette vermittelt Dies ist der Auslöser für mehrere Kaskadenpfade. Dies zeigt sich beispielsweise bei Muskelkontraktionen, Zellsignalen und der Immunantwort.

Entsprechend der zentralen Rolle von Kalzium in Körperprozessen werden die Kalziumkonzentrationen innerhalb der Zelle und innerhalb der Zellorganellenkompartimente mithilfe verschiedener energieintensiver Methoden, einschließlich Molekularpumpen, Ionenkanälen usw., innerhalb sehr enger Grenzen gehalten ATPasen. Bei Virusinfektionen wird die Bewegung der Calciumionen stark gestört, da die infektiösen Partikel Zellsignalwege kapern, um sich innerhalb der infizierten Zelle zu replizieren.

Auch bei Coronaviren wurde festgestellt, dass die viralen Hüllproteine als Kalziumionenkanäle in wichtigen proteinverarbeitenden Organellen wie dem Zwischenkompartiment des Golgi-Apparats (ERGIC) des endoplasmatischen Retikulums fungieren. Dies führt zur Aktivierung von Inflammasomen vom Typ NLRP3.

Inflammasome sind Proteinoligomere, deren Bildung durch das Vorhandensein pathogenassoziierter molekularer Muster (PAMP) ausgelöst wird. Diese Komplexe bilden Rezeptoren, die Caspase-abhängige Zytokinwege aktivieren, die Pyroptose verursachen.

Auch bei SARS-CoV-2 wird davon ausgegangen, dass die Kalziumbindung die Interaktion zwischen Virus und Wirtszelle fördert. Beispielsweise gelten Kalzium-Signalwege auch als therapeutische Wege.

Zuvor wurden Kalziumkanalblocker unter anderem erfolgreich gegen Grippeviren, das Japanische Enzephalitis-Virus und das Ebola-Virus getestet. In der aktuellen Arbeit wird das Potenzial für den Einsatz von Kalziuminhibitoren bei SARS-CoV

Was hat die Studie ergeben?

Der Eintritt von Kalzium in die Zellen erfolgt über verschiedene Arten von Kalziumkanälen.

Spannungsgesteuerte Calciumionenkanäle finden sich meist in der Zellmembran erregbarer Zellen. Durch die Membrandepolarisation kommt es zu einem schnellen Einstrom von Kalzium, wodurch sich das Membranpotential zur positiven Seite verschiebt. Dies sind die Kanäle, die die schnellste Bewegung von Kalziumionen im Zytosol ermöglichen und daher in erregbaren Geweben zu finden sind, einschließlich Schrittmacher-, neuronalen oder bestimmten Arten von Herzzellen sowie Skelettmuskelzellen.

Sie vermitteln die Hormonsekretion, die Herzkontraktion, visuelle Signale und die Freisetzung von Neurotransmittern und werden gezielt bei der Behandlung mehrerer Krankheiten eingesetzt. Mehrere Inhibitoren dieser Kanäle, wie Amlodipin, Nifedipin, Felodipin, Verapamil und Diltiazem, werden auch für die aktuelle Infektion getestet.

Unter diesen weisen Nifedipin und Felodipin eine hochselektive Aktivität auf, während ersteres zusammen mit Amlodipin auch das Risiko von Tod und Intubation bei älteren Menschen mit schwerem COVID-19 verringert. Dies könnte auf eine Entspannung der glatten Muskulatur des Lungengefäßsystems zurückzuführen sein, die zu einer Verbesserung der Hypoxie führt. Die Behandlung mit Kalziumkanalblockern war mit einer entzündungshemmenden Wirkung und damit einer verringerten Wahrscheinlichkeit eines Zytokinsturms verbunden.

Ein neues pflanzliches natürliches kleines Molekül namens Neferin wurde ebenfalls als potenzieller Eintrittshemmer des Virus identifiziert und zeigte in einem Pseudovirus -Assay eine 75-prozentige Hemmung der Infektion in Zellkulturen, indem es Kalziumkanäle in der Zellmembran hemmt. Es wurde auch festgestellt, dass ein Kalziumchelatbildner, BAPTA-AM, den Viruseintritt deutlich hemmt.

Speichergesteuerte Kanäle öffnen sich, wenn die Kalziumspeicher im intrazellulären endoplasmatischen Retikulum (ER) erschöpft sind, und erzeugen einen Ca2+-selektiven CRAC-Strom (ICRAC). Der Effekt besteht in der Aktivierung der Phospholipase C (PLC) mit anschließender Freisetzung von zytosolischem Inositoltriphosphat (IP3) und dem Austritt von Kalzium entlang der IP3-Rezeptoren. Dies führt zur Aktivierung des CRAC-Kanals.

CRAC-Kanäle regulieren Kalziumkanäle in mehreren Zellen, einschließlich T-Zellen, wo sie durch Stimulation des T-Zell-Rezeptors (TCR) aktiviert werden. Anomalien in diesem Signalweg führen nach einzelnen Punktmutationen an strategischen Stellen zum Auftreten einer schweren kombinierten Immundefizienz (SCID). Die bei solchen Patienten gebildeten T-Zellen zeigen nach Antigen-Exposition eine verminderte proliferative und funktionelle Aktivität, was zu chronischen und wiederkehrenden Virusinfektionen führt.

CRAC-Kanäle sind somit an der zytotoxischen T-Zell-Aktivität gegen Viren beteiligt. Diese Zellen bieten auch dauerhaften Schutz vor einer erneuten Infektion durch die Bildung und Aufrechterhaltung von Gedächtnis-T-Zellen in Zusammenarbeit mit T-Helferzellen. Gedächtnis-T-Zellen sind Teil einer robusten adaptiven zellulären Immunantwort, die sich bei Kontakt mit demselben Virus oder einem sekundären Virus schnell ausdehnt und dann Effektor-T-Zellen bildet, die die infizierten Zellen eliminieren.

CRAC-Kanäle sind auch wichtig für die Antigen-TCR-Interaktion, die zur T-Zell-Aktivierung führt, was das Vorhandensein einer positiven Rückkopplungsschleife zwischen der TCR-erhöhten Calciumsignalisierung nach wiederholter Antigen-Exposition und der T-Zell-Aktivierung unterstützt. Neben dieser offensichtlichen Rolle bei der antiviralen Immunität könnten CRAC-Kanäle auch an der hyperinflammatorischen Schädigung des Lungenendothels und dem Zytokinsturm beteiligt sein, der bei einigen Patienten nach einer SARS-CoV

Durch den Ausfall eines Schlüsselproteins in diesem Prozess, des STIM1-Proteins, zeigte die Zelle starke Interferon

Reaktionen, die zu einer robusten Resistenz gegen das Virus führten. Umgekehrt führte der Knockout des Orai1-Gens zu einer leichten Infektion mit dem Virus, da die Expression kalziumabhängiger Transkriptionsfaktoren, die antivirale Moleküle kodieren, verringert wurde.

CRAC-Kanal-Inhibitoren könnten bei der Behandlung schwerer Fälle von COVID-19 nützlich sein. Eine neuartige Nanoemulsionsformulierung von CM4620 mit dem Namen Auxora befindet sich derzeit in Phase

Erfreuliche Verkürzungen der Genesungszeit wurden bei schwerer COVID

Pneumonie bei der Behandlung mit Auxora im Vergleich zur Standardbehandlung beobachtet, mit ähnlicher Verringerung des Anteils, der eine Intubation erforderte. Dieses Mittel kann das Lungenendothel schützen und auch den Anstieg der entzündlichen Zytokinproduktion unterdrücken.

Andere Hilfsproteine könnten den CRAC-Kanalverkehr regulieren, wie zum Beispiel das Chaperon-Hitzeschockprotein 27 (HSP27), das die STIM1-Expression fördert. HSP27-Impfstoffe gelten als potenzielles Mittel zur Vorbeugung schwerer COVID

assoziierter Entzündungen, zur Förderung der Endothelreparatur und des Nachwachsens sowie zur Steigerung der Produktion weißer Blutkörperchen.

Cav-1 (Caveolin-1) ist ein weiteres multifunktionales Calciumkanal-Hilfsprotein mit mehreren Bindungsstellen auf SARS-CoV-2. Sein Fehlen auf dem Plazenta-Syncytiotrophoblasten könnte jedoch das Fehlen einer vertikalen Übertragung des Virus bei schwangeren Frauen erklären.

Transient-Rezeptor-Potential-Kanäle (TRP) bilden eine große Familie, von denen insbesondere TRPV5 und TRPV6 selektiv Calciumionen transportieren. Die Expression von TRP-Kanälen in viral infizierten Geweben kann mit dem Viruseintritt, dem Transport innerhalb der Endosomen zur Förderung des Viruseintritts und der systemischen Reaktion auf die Infektion zusammenhängen. Diese stellen daher ein günstiges Umfeld für Viren dar und tragen maßgeblich zum Kalzium-Signalsystem in infizierten Wirten bei.

Es wurde berichtet, dass Schwarzkümmel die Schwere der COVID

Symptome verringert und das Virus beseitigt, wenn er über zwei Wochen verabreicht wird, möglicherweise aufgrund des Vorhandenseins von Thymoquinon und möglicherweise aufgrund der Unterdrückung des TRP-Kanals. Weitere potenzielle Kandidaten sind unter anderem Cannabidiol (CBD) aus Cannabis, das mehrere TRP-Kanäle als Rezeptoren nutzt, sowie unter anderem Berbamin, Resveratrol, Quercetin und Curcumin. Gewürze wie Ingwer, Peperoni, Kurkuma und Pfeffer sowie Zwiebeln enthalten entzündungshemmende Verbindungen, die ebenfalls mit diesen Kanälen interagieren.

Implikationen

Der Einsatz von Kalziumkanalblockern kann bei der Behandlung einer SARS-CoV

Bei der Hemmung solcher Kanäle müssen auch die vielen und unterschiedlichen Off-Target-Effekte berücksichtigt werden, wie etwa jene, die auf die Hemmung von CRAC-Kanälen folgen, da diese im gesamten Wirtsorganismus vorkommen. Eine vollständige CRAC-Hemmung ist daher aller Wahrscheinlichkeit nach nicht erforderlich, um eine antivirale Wirksamkeit zu erreichen.

Andererseits hat Auxora einen potenziellen Nutzen bei der Behandlung der akuten Pankreatitis gezeigt, und seine Rolle bei COVID-19 muss noch nachgewiesen werden. Weitere detaillierte Untersuchungen zu Ziel- und Nebenwirkungen müssen durchgeführt werden, um den Wert von Kalziumkanalhemmern sowie therapeutischer Hypokalzämie oder Kalziumergänzung zu klären.

Angesichts der Vielzahl von Hinweisen, dass CCBs [Kalziumkanalblocker] zu einem besseren Verlauf der COVID

Erkrankung beitragen können, könnte es sich insgesamt lohnen, sich darauf zu konzentrieren Forschung in diese Richtung unter Berücksichtigung des zukünftigen endemischen Zustands von SARS-CoV-2

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