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Harnessing the Natural Toxic Metabolites in COVID-19
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8902635/
Evid Based Complement Alternat Med. 2022; 2022: 3954944.
2022年3月7日オンライン公開
概要
SARS-CoV-2は、最近のパンデミックの原因となった新型コロナウイルスであり、エンベロープ型β-コロナウイルスである。SARS-CoV-2は中国武漢市で初めて出現し、瞬く間に世界中に広がった。人から人への感染速度が速いため、COVID-19は世界的な問題になりつつある。SARS-CoV-2は、肺に多数存在するACE2受容体を利用して細胞内に侵入し、最終的に急性呼吸窮迫症候群（ARDS）を引き起こす。乾いた咳、喉の痛み、発熱、体の痛み、頭痛、胃腸の不快感、下痢、疲労感などがCOVID-19の症状として挙げられる。SARS-CoV-2による疾患は、現在までに明確で確実な治療法が確立されていない。毒素，毒物，毒液の薬理作用が証明され，いくつかの疾患に対する作用が評価されている．本研究では，COVID-19 疾患の病態生理における毒素，毒物，毒液の役割について検討することを目的とした。
1. 背景
急性呼吸器症候群新型コロナウイルス型（SARS-CoV-2）は、炎症に続く重篤なサイトカインシンドロームが特徴である。SARS-CoV-2の病態は、第一段階では、ウイルスが上皮細胞に結合し、自然免疫応答が最小になるような状態である。第2段階では、活発な免疫反応とともにウイルスの複製が増加し、下気道へのウイルス拡散が見られ、消化器系や循環器系にも影響を与える可能性がある。第3段階では、低酸素症、気道全体へのウイルスの侵入、そして最終的に急性呼吸窮迫症候群（ARDS）などが起こり、致死率が高くなる可能性がある[1]。
SARS-CoV-2は肺に最も影響を及ぼすが、血液脳関門を通過することにより、脳を攻撃し、予測できない神経障害を引き起こすこともある[2]。SARS-CoV-2は、ウイルス性の空気飛沫を通じて人から人へ感染する。この感染症は、乾いた咳、喉の痛み、発熱、体の痛み、頭痛、腹部不快感、下痢、疲労感など、いくつかの臨床症状を呈する。急性期には、肺炎、急性呼吸不全、脳症、多臓器不全を引き起こし、死に至ることもある。アンジオテンシン変換酵素2（ACE2）はSARS-CoV-2で同定された主要な受容体の一つで、肺に優位に発現していることから、コロナウイルス感染には肺が関与していると考えられている。この受容体は、消化管、循環器系、脳、その他の臓器にも存在することが知られている[3-5]。
SARS-CoV-2感染に対する様々なデータおよび治療法が検討されている。我々は以前、COVID-19における血清電解質、微量元素、重金属の影響について検討した[6, 7]。毒素は原核細胞や真核細胞から分泌される小分子、ペプチド、タンパク質であり、それらに防御能力を与えるものである[8]。リン脂質分解酵素，プロテアーゼ，イオンチャネル調節因子などが主な標的である．多くの毒素は多機能であり，毒性とは無関係な複数の生物学的標的を持つ[9]．毒素由来のペプチドは，2型糖尿病，高血圧，神経障害性疼痛，その他の疾患の治療に利用されている[10-13]．ハチ毒（BV）のCOVID-19の予防や改善効果を確認するデータもある[1]。他のいくつかのデータでは、COVID-19の予防に対するBVの効果は無視されており、養蜂家におけるSARS-CoV-2感染が少ないのは、他の人との接触が少ないためであるという仮説がある[3]。低用量のボツリヌス神経毒（BoNT）は、COVID-19 の症状を軽減することができるので、治療ラインに使用することができる[14]。DTPの接種率とCOVID-19の有病率は逆相関であることが実証されている[15]。コブロトキシンは抗炎症作用があり、またCD4/CD8比を回復させ、SARS-CoV-2に対して免疫保護作用を発揮することができる[16]。Tetrodotoxinは、SARS-CoV-2のMProの阻害剤であるため、ウイルスに影響を与えることができる[17]。本研究では，COVID-19 疾患の病態生理における毒素，トキソイド，毒の役割について検討することを目的とした。
2. 方法
2021年9月にPubMed, Scopus, Web of Scienceの各データベースで書誌検索を実施した。検索キーワードは、「toxin” OR “aflatoxin” OR “botulinum toxin A” OR “dioxin” OR “diphtheria toxin” OR “exotoxin” OR “pertussis toxin” OR “tetanus toxin” を含む。OR “tetrodotoxin” OR “trichothecenes” OR “Shiga toxin” OR “cholera toxin B” OR “bufotoxin” OR “ochratoxin A” OR “Anthrax toxin” AND “coronavirus 2019” OR “COVID- 19” OR “SARS-CoV-2” をすべてのフィールドに入力した。言語や日付の制限は適用されなかった。特定された研究は、タイトル、要旨、全文によりスクリーニングされた。また、データベースで特定できなかった文献の感度や選択肢を増やすため、特定された研究の参考文献リストを評価した。最も優れた感度検索を開始したところ、外部データベース上の167件の論文が見つかり、研究者がEndnoteソフトウェアを使用して収集した。次に、すべての引用データベースから論文を統一し、重複する論文を除外した上で、2人の研究者が別々にすべての論文を調査し、タイトルが毒素やCOVID-19と関連性がない、研究のタイトルや要旨にキーワードがない、包括指標基準があるなどの論文を除外した。その後、タイトルと要旨を確認し、いくつかの論文を除外した。既存論文を慎重に評価し、関連する研究を選択し、タイトル、検査手法、サンプルサイズなどに基づいて、研究データを評価した。最終的に、関連する論文を取得し、検索戦略の限界を判断した上で、38件の論文を分析した。2021年の論文を精査する中で、新たに30件の論文を発見し、本研究に取り入れた（検索戦略は図1に示す）。
図1 検索戦略のフローチャート
3. 検索結果
3.1. ビーベノム（蜂毒）
アピセラピーとは、特定の病気の治療のために蜂の刺し傷を利用することを意味する。しかし、この方法の有効性に関する結果は議論のあるところである[3]。ハチ毒（BV）は、メリチンおよびホスホリパーゼA2（PLA2）の存在により、抗ウイルス特性を有している。両者ともエンベロープウイルスとノンエンベロープウイルスに作用し、IL-6,IL-8,インターフェロン、TNF-αに対するアンタゴニスト活性を利用してH1N1やHIVに効く。また、サイトメガロウイルスに対しては、BVワクチンの接種が有効である。現代医学では、べえはパーキンソン病、多発性硬化症、関節炎の治療に使用されている[1, 18-20]。
中国湖北省の研究によると、地元の養蜂家 5115 人のうち、コビッド 19 の症状を持つものはいなかった。また、5人の養蜂家と養蜂療法を受けた121人の患者にインタビューが行われた。アピセラピストのうち2名は、COVID-19の疑いまたは確認された被害者に無防備にさらされたものの、COVID-19の兆候は見られなかった。また，121名の患者のうち3名はSARS-CoV-2に感染した親族に曝露されたが，COVID-19に感染した者はいなかった。彼らは、BV療法は、強い抗炎症機能を持つメリチンやホスホリパーゼA2の存在により、SARS-CoV-2の初感染から回復しても、PLA2が生体内で膜に結合し、抗体を細胞膜と結合させ、CD8 T細胞を刺激するので回復支援に役立ち、Long-COVIDと呼ばれる長期効果が期待できることを示唆した[1]。ハチ毒はCD4 T細胞や成熟CD4胸腺細胞におけるFOXP3発現細胞の分化を促進する[21, 22]。Yangらは、BVの免疫系への影響とヒト制御性T細胞の分化を増加させることは、COVID-19の制御に重要な役割を果たすと考えている[18]。また、Blockらは、BV誘導体の抗炎症性および抗菌性が、肺の長期的な線維性破壊の防止に役立つと信じている。養蜂家がBVに持続的に暴露されることにより、IL-10が増加することが実証されている。IL-10は炎症性サイトカインIL-1やTNF-αを減少させる抗炎症性サイトカインなので、BVはサイトカインストームを減少させることができる[3, 23]。
ドイツで行われた研究では、SARS-CoV-2におけるアピテラピーの結果を確認することはできなかった。この研究では、養蜂家はSARS-CoV-2感染に対して免疫を持っていないことがわかった。養蜂家がSARSに感染しないのは、蜂に刺されたことによる免疫があるからだという仮説は、この研究のデータでは支持されない。養蜂家としての経験年数、受けたハチ刺されの総数 2020年に受けたハチ刺されの数、ハチ刺されに対するアレルギー反応の可能性などのいくつかの要因は、COVID-19の重症度に影響を与えない。しかし、養蜂家のハチ刺されに対する反応は、疲労感や喉の痛みなど2つのCOVID-19の症状に影響を与える要素の1つである。これらの症状は、ハチ刺されに敏感な養蜂家ほど顕著に現れる。養蜂家がSARS-CoV-2感染の影響を受けにくいのは、一人で過ごす時間が長いため、他の人間やCOVID-19との接触が少ないという性格的な特徴によるものと考えられる。BVとそれに含まれるメリチンはTh1などの免疫細胞を調節することができ、PRRSVに感染した豚のウイルス量を下げ、間質性肺炎の重症度を下げるために使用されている。これらの効果は、SARS-CoV-2肺炎の場合にも極めて重要であると考えられるが、これらの効果はBVを鼻腔または直腸から投与した場合にのみ得られるものであった。BVの免疫系に対する様々な効果とSARS-CoV-2に対する抵抗性は、明確な治療戦略としてよりも、免疫反応のレベルの指標として考慮されるべきである[3]。
3.2. ボツリヌス神経毒(BoNT)
SARS-CoV-2に対して、治療用ボツリヌス神経毒（BoNT）の使用も検討されている。ボツリヌス毒素は強力な神経毒で、ヒトに筋麻痺や急性呼吸停止を引き起こすことがあるが、純粋な形のボトックス治療の軽度の投与で、慢性咳、呼吸困難、肺炎、急性呼吸不全、循環異常、心臓障害、各種神経障害などCOVID-19によく見られる臨床症状を軽減できることが知られている。また、精製BoNTの低用量は、斜視、眼瞼痙攣、慢性片頭痛、過活動膀胱など多くの疾患に使用されている。治療用BoNTは、高リスク集団におけるSARS-CoV-2感染予防法として使用することができる。その副作用を軽減するために、治療と同時に抗酸化剤も使用することができる。治療用BoNTの副作用は一時的で可逆的であり、非常に軽度の用量でのこの毒素の作用は比較的安全であることが報告されている[24]。治療用BoNTをごく低用量で投与すると、多くのヒトの疾患を10～20単位で抑制することができるという報告もある[25-28]。また、筋肉内注射の部位から脳や他の臓器に移行することもある。一回の治療用量の有益な効果は、おそらく長期間続くと思われる。SARS-CoV-2 感染に対抗するために多面的な薬剤を設計することは効果的であり，治療用 BoNT は良い選択肢となり得る[14]．フランスでの研究では，片頭痛や顔面神経麻痺などの異なる目的で異なる用量のBoNT/Aを使用した193人の患者が評価され，一般民衆内の感染者数とCOVID-19の兆候が現れたBoNT/Aを注射した患者数の間に決定的なコントラストが見られた[29]．
3.3. 破傷風とジフテリア
破傷風トキソイドワクチンがCOVID-19の症状の重さを軽減することを示唆する証拠がある。破傷風毒素とCOVID-19スパイク糖タンパク質との間の関連、および破傷風毒素タンパク質配列と他のコロナウイルスとの間の同様の関連性が観察された[30]。また、破傷風疾患の一般的な症状である神経症状や顎関節痛が、複数の COVID-19 患者で報告されている。また、破傷風ワクチン接種率が低い米国と他国との比較では、破傷風ワクチン接種率と死亡率の間に逆相関が観察された[31, 32]。DTPワクチンには破傷風、ジフテリア、百日咳のトキソイドが含まれていることが分かっており、世界の小児のDTPワクチン接種率と無症状COVID-19の発生率に相関があることは注目される。同様の関連は妊婦にも見られ、妊娠3ヶ月目にインフルエンザとTDaPの2種類のワクチンを接種することが勧められている[30]。その結果、破傷風とジフテリアのワクチンは、子供だけでなく、最新の破傷風ワクチン接種を受けている成人においても、COVID-19に対する予防効果があると推論されるかもしれない。他の2つの研究でも、小児におけるCOVID-19の重症度の低下とDTPワクチン接種との関連の可能性が指摘され、DTPワクチンが免疫系を刺激する可能性が示唆された。1件では，DTPワクチンはCOVID-19スパイク蛋白と交差反応を起こす可能性が高い唯一のワクチンであると結論づけられた[15, 33]．Hibワクチンに含まれる改変ジフテリア毒素であるCRM197や風疹ワクチンは、SARS-CoV-2タンパク質と高い類似性があり、何らかの抗SARS-CoV-2活性を有する可能性が示唆されている[34]。
3.4. コブロトキシン
Naja naja atra venom（NNAV）由来の短鎖α神経毒であるCobrotoxinは、COVID-19患者の治療やSARS-CoV-2感染抑制に有効であると考えられている。COVID-19患者の肺疾患は、炎症性サイトカインストームによって悪化し、さらに他の致命的な結末を迎える。そのため、ウイルスの増殖を抑えるだけでなく、抗炎症剤を投与することがCOVID-19の対策として重要だ。コブロトキシンおよびα-ノイロトキシンは、抗炎症作用を有し、炎症反応に関わる遺伝子の発現を制御する転写因子である核因子κBのDNAへの結合を阻害し、炎症性遺伝子の転写を抑制することが可能である。コブロトキシンは CD4 T 細胞よりも CD8 T 細胞の増殖を抑制し，COVID-19 細胞性免疫応答は細胞障害性 T リンパ球の過剰発現と過活性化によって引き起こされるため [35] ，コブロトキシンは CD4/CD8 比を回復させて免疫防御活性を発揮することができる [16]．
3.5. テトロドトキシン
テトロドトキシンはナトリウムチャネル遮断薬であり，神経系のメッセージ伝達に作用する[36]．テトロドトキシンの毒性は青酸カリの1200倍である．コロナウイルスにおける重要な薬物ターゲットの1つは，複製複合体活性の制御における重要な役割と，ウイルスの複製と転写における重要な役割のために，メインプロテアーゼ（MPro）です。[37, 38]．テトロドトキシンは、リガンドベースのアプローチの結果、SARS-CoV-2に対する潜在的なMPro阻害剤である可能性がある[17]。
3.6. ヘビ毒
自然界には、従来の薬物療法で一般的に利用されてきた動物性毒物、緑藻類、植物などから、数多くの生物治療薬が存在することが知られている。これらの生物資源の中で、蛇毒は、抗ウイルス、抗血小板、抗血栓、抗炎症、抗菌、抗腫瘍など数多くの生物活性を示すものである。ヘビ毒には、タンパク質とともに、アミノ酸、タンパク質、ペプチド、ヌクレオチド、脂質、炭水化物、金属元素が混在している[39, 40]。いくつかの研究では、ヘビ毒成分が麻疹、仙台、デング熱、黄熱病、ヒト免疫不全ウイルスに対して抗ウイルス活性を持つことが報告されている[41-43]。ヘビ毒は、タンパク質とペプチドの複雑な組み合わせである。毒セリンプロテアーゼ（SVSP)蛇毒メタロプロテアーゼ（SVMP)分泌型ホスホリパーゼA2（SV-PLA2s)C型レクチン、ディスインタグリンが蛇毒成分の主要なグループである。一方，マイナーグループには，ヌクレオチダーゼ（Ntase），ホスホジエステラーゼ（PDE），システインリッチ分泌タンパク質，L-アミノ酸酸化酵素，クニッツペプチド，3本指ペプチド（3FTX），ナトリウム利尿ペプチドがある[44-48]．Bothrops jararaca から単離された Bradykinin-potentiating peptide 10C (BPP-10C) は，ACE を阻害して angiotensin II を減少させ，bradykinin 2-receptor を増加させることができ [49-51] ，ともに SARS-CoV-2 の病因に関係している [52-55] と考えられ，抗 SARS-CoV-2 薬として考えられている [56]．Kunitz型ペプチド（（bovine pancreatic trypsin inhibitor）（BPTI）とも呼ばれる）は、蛇毒に含まれる50〜60アミノ酸の成分で、セリンプロテアーゼの触媒部位を阻害する[57];したがって、膜貫通型プロテアーゼセリン2（TMPRSS2）活性は、SARS- CoV-2 の侵入に必要であるので[58,59]、これらは抗ウイルス剤となる可能性がある。臨床情報では、重篤なCOVID-19の多数の患者が、微小血管血栓症や静脈または血管血栓症などの凝固異常を示すことが現れている[60-63]。ヘビ毒は、血液凝固カスケード及び血小板凝集を妨害する生物活性粒子の豊富な供給源である[64,65]。ホスホリパーゼA2s（PLA2s）はヘビ毒の主成分の1つである[66]．HDP-1とHDP-2はV. nikolskiiから単離されたPLA2であり，SARS-CoV-2のACE2への結合を抑制することができた[67]．そのため，これらはCOVID-19の改良に有効である[68]．
4. 考察
SARS-CoV-2によるコロナウイルスのパンデミックは、世界的に高い負担を強いる原因となっている。2022年2月4日、WHOはCOVID-19によるコロナウイルス疾病2019の確定症例38351万人、死亡者570万人と発表した。有効な治療薬を見つけるために幅広い研究が行われているが、今のところCOVID-19に対して承認された治療薬はない。本研究では，天然毒性代謝物を利用することを優先し，これらの代謝物の治療薬としての有効性に焦点を当てたレビューを作成した[69]．クロロキン／ヒドロキシルクロロキンとアジスロマイシンの併用は，COVID-19の改善に用いられていたが，その結果は議論のあるところであった[70]．レムデシビルはCOVID-19に対して承認された唯一の抗ウイルス薬で、重症患者に投与された[71]。毒素，トキソイド，毒液が抗炎症，MPro阻害，抗ウイルス効果によりSARS-CoV-2に有効である可能性を示す証拠もある．BVにはメリチンやホスホリパーゼA2（PLA2）が含まれているため、いくつかのエンベロープドウイルスやノンエンベロープウイルスに対して抗ウイルス作用があることが分かっている。また、COVID-19を治癒した後も、長期的に効果が持続することが分かっている。BVは、Long-COVID-19からの回復にも良い影響を与える[1]。また、養蜂家の感染者が少ないのは、BVの効果ではなく、他の人との接触が少ないからだという考え方もある[3]。純粋なボツリヌス毒素の低用量はCOVID-19の急性呼吸不全や呼吸困難のようないくつかの症状を軽減できる [14]。破傷風毒素はSARS-CoV-2のスパイク蛋白と類似しており、DTPワクチン接種とCOVID-19の重症度の間に相関があることが実証されている。また、TDaPワクチンを接種した妊婦のCOVID-19感染率は低下する[30]。ジフテリア毒素を改変したCRM197は、SARS-CoV-2タンパク質と類似しており、Hibや風疹などのいくつかのワクチンに含まれている。そのため、これらのワクチンもCOVID-19に対して防御効果を発揮する可能性がある[34]。コブロトキシンは、炎症反応に関与する遺伝子の発現を制御し、より多くの肺の損傷を引き起こすサイトカインストームを防ぐことができる。また、COVID-19ではCD4/CD8比のバランスが崩れているが、コブロトキシンによって回復させることができる[16, 35]。テトロドトキシンはメインプロテアーゼ（MPro）を阻害し、ウイルスの複製に影響を与える[17]。毒素，トキソイド，毒は SARS-CoV-2 疾患に影響を与え，発病を予防したり，症状を軽減したりする可能性がある．また、天然毒性代謝物の決定的な結果や有効性を得るためには、包括的な研究が必要である（データの要約を表1に示す）。
表1データのまとめ
ハチ毒
ハチ毒によってサイトカインIL-10が増加し、IL-1やTNF-αが減少するため、サイトカインのストームが弱まる可能性がある。また、ハチ毒にはIL-6,IL-8,インターフェロン、TNF-αに対して拮抗作用を持つメリチン、ホスホリパーゼA2が含まれている。[1, 3, 18-20, 23]. 養蜂家の感染が少ないのは、ハチ毒のためではなく、他人との接触が少ないためである[3]。
ボツリヌス神経毒（BoNT）
純粋なBoNTの軽度の投与は、慢性咳嗽、呼吸困難、肺炎、急性呼吸不全、循環異常、心臓障害、様々な神経障害などCOVID-19の共通の臨床症状を軽減できる [14]．
破傷風とジフテリア
破傷風毒素とジフテリア毒素はともに SARS-CoV-2 のタンパク質と類似しているので、DTP ワクチンの投与は SARS-CoV-2 に対する防御効果があると考えられる[30, 34]。
コブロトキシン
コブロトキシンは炎症性遺伝子の発現を抑制し、CD4/CD8細胞の比率を均衡させ、免疫防御活性を発揮する[16]。
テトロドトキシン
テトロドトキシンは、SARS-CoV-2のMPro阻害剤となる可能性がある。そのため、SARS-CoV-2に影響を与える可能性がある[17]。
5. 結論
本研究では，炎症性疾患であるCOVID-19の病態生理における毒素，トキソイド，毒物の役割について検討した。特に，COVID-19の病態に深く関与すると考えられるBV，Botulinum toxin，tetanus toxin or toxoid，diphtheria toxin or modified toxin，cobrotoxin，tetrodotoxinについて考察した。COVID-19に対する毒物の効果についてより良い知見を得るためには，さらなる調査や臨床的評価が必要であると思われる．