COVID-19治療戦略としてオートファジーを使いこなす

強調オフ

SARS-CoV2 治療標的・分子経路

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Taming the Autophagy as a Strategy for Treating COVID-19

pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33322168/

  1. メキシコシティ11340,メキシコの国立科学生物学研究所、国立科学技術研究所、Prolongación de Carpio y Plan de Ayala S/N, Col. Santo Tomás, Alcaldía Miguel Hidalgo, Mexico City 11340,メキシコ
  2. メキシコ・シティ07738,メキシコ・ザカテンコ大学、国立工科大学、グスタボA.マデロ校、メキシコ・シティ07738,ザカテンコ大学高等技術・エレクトリカ校の研究・調査部門
  3. 獣医学・動物学分野、アグロペカリア科学研究所-エスタード州ヒダルゴ自治大学、Av. Universidad km. Exhacienda de Aquetzalpa A.P. 32, Tulancingo, Hidalgo 43600, Mexico

受理 2020年11月4日 / 改訂:2020年12月1日 / 受理 2020年12月8日 / 公開:2020年12月13日

要旨

現在、COVID-19の効率的な治療法は未だ利用できず、SARS-CoV-2感染に伴う合併症で死亡する人が続出している。そのため、新しい治療法の開発が急務となっており、オートファジーのメカニズムを標的とすることが一つの選択肢となっている。オートファジーは生理学的プロセスにおいて多面的な役割を果たしているため、オートファジーを阻害または活性化することでどのような利点が得られるのかについては、多くの疑問が残されている。

この分野の文献検索に基づいて、抗ウイルス活性や炎症活性におけるオートファジーのメカニズムとCOVID-19の病態との関連性を対比させて強調する新規な解析を行った。今回の解析では、SARS-CoV-2によって引き起こされる制御不能な炎症とオートファジーの欠損との間に顕著な一致が見られることが明らかになった。

特に、重度のCOVID-19の発症には、2つの因子が同時に関与していることが明らかになった:I型およびIII型インターフェロン(IFN-IおよびIFN-III)反応の遅延または不在と、強固なサイトカインおよびケモカインの産生である。さらに、オートファジーとIFN-I反応の間には負の相互作用が存在する。

先行研究によれば、オートファジーを阻害または活性化する臨床的決定は、COVID-19の病理学的タイムラインの根本的な文脈に依存すべきである。本論文では、このテーマに関する今後の研究の指針として、いくつかの治療法の選択肢について論じている。

キーワード

SARS-CoV-2; COVID-19;オートファジー;炎症;サイトカインストーム;肥満

1. 序論

重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)によるコロナウイルス病2019(COVID-19)のパンデミックは、世界中の科学者コミュニティにとって大きな課題を表している。この新しいウイルスの起源、およびその関連疾患の診断、予防、および治療に関する多数の報告がある。提案された治療法については臨床試験が行われ、ある症例では良好な結果が得られ、他の症例では(標準治療と比較して)有意性に乏しい結果が得られている(表1)。現時点でCOVID-19患者に投与されている薬剤は、本疾患の影響を打ち消す大きな効果を有していないことから、重症化した入院患者の致死的な転帰を回避するためにも、感染症をコントロールするための新たな治療法の選択肢が急務となっている。

表1 COVID-19患者に投与された主な治療法

トリートメント 作用機序 研究の種類 主な結果 参照。
レムデシビル ウイルスRNAポリメラーゼを阻害するアデノシン類似体のモノホスホルアミデートプロドラッグ (a)臨床試験
(b)
温情的使用
(a)統計的に有意な臨床的利益との関連はない。
(b)53人の患者のうち36人(68%)の臨床的改善。
(a)[ 1 ]
(b)[ 2 ]
ロピナビル/リトナビル 抗レトロウイルス薬としての2つの構造的に関連するプロテアーゼ阻害剤の共製剤(HIVタイプ1アスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤) 臨床試験 標準治療と比較して、治療による有意な利益はない。 3 ]
ファビピラビルとIFN-α RNAウイルスのRNA依存性RNAポリメラーゼ(RdRp)を阻害する 非盲検対照試験 病気の進行を弱め、ウイルスクリアランスを改善した。 4 ]
イベルメクチン 大環状ラクトン駆虫剤の合成誘導体。宿主およびウイルスタンパク質の核移行を阻害する SARS-CoV-2に対するinvitro抗ウイルス活性 DMSOで処理したコントロールと比較して、ウイルスRNAが93%減少し、細胞関連ウイルスRNAが99.9%減少した。 5 ]
ヒドロキシクロロキンとクロロキン 両方の薬剤がリソソームに蓄積し、小胞内pHが上昇し、エンドソームの輸送とウイルスの融合が妨げられる。それらはまた、ACE-2受容体のグリコシル化を妨害し、SARS-CoV-2によるそれらの結合、したがって感染を防ぐ。 (a)前向き無作為化試験
(b)パイロット観察研究
(c)WHOにより中止
(a)ヒドロキシクロロキン+従来の治療を受けた患者と従来の治療のみの患者との間に有意差はない。
(b)ヒドロキシクロロキンとアジスロマイシンの同時投与を受けたすべての参加患者の臨床的改善。
(a)[ 6 ]
(b)[ 7 ]
(c)[ 8 ]
インターフェロン(IFN)-α 広域抗ウイルス剤 進行中の臨床試験 IFN-β1aおよびIFN-α2bは現在、COVID-19患者の治療の潜在的な候補として評価されている。 9 ]
アルビドール/ロピナビル/リトナビル ウイルスを介した標的膜との融合を阻害することにより、アルビドールはウイルスの標的細胞への侵入を阻止する (a)後ろ向きコホート研究
(b)ロピナビル/リトナビルレジメン(34例)とアルビドール単独(16例)の2つのグループの50人の患者のコホート
(a)アルビドールとロピナビル/リトナビルの併用療法とロピナビル/リトナビルの単剤療法を受けた患者の7日目と14日目のコロナウイルス試験の陽性結果から陰性結果への変換率の有意な増加。
(b)14日間の治療後、アルビドール治療群ではウイルス量はなかったが、ロピナビル/リトナビル治療群では44.1%のウイルス量でした。
(a)[ 10 ]
(b)[ 11 ]
トシリズマブ IL-6を阻害するヒト化抗インターロイキン-6受容体(IL-6R)モノクローナル抗体 (a)後ろ向き観察研究
(b)100人の患者のコホート
(c)後ろ向き研究
(a)トシリズマブの単回投与後の重症患者における疾患の減弱はない。
(b)トシリズマブ治療に対する迅速かつ持続的な陽性反応。
(c)トシリズマブ治療による臨床症状の緩和および重度のCOVID-19の回避。
(a)[ 12 ]
(b)[ 13 ]
(c)[ 14 ]
回復期
血漿療法
ウイルスSタンパク質に対する中和抗体反応を示すように見える。抗体はSARS-CoV-ACE2の侵入を阻止する。 (a)6人のCOVID-19患者の評価
(b)5人の重症患者のケースシリーズ分析
(c)非盲検、多施設、ランダム化臨床試験
(a)患者の症状を緩和し、放射線による損傷を改善するのに効果的である。
(b)患者の臨床状態の改善。
(c)患者の臨床状態に統計的に有意な改善はない。
(a)[ 15 ]
(b)[ 16 ]
(c)[ 17 ]
コルチコステロイド 抗炎症作用は、負の調節メカニズム(トランス抑制)によるものである。 41人の患者のコホート 患者の21%で肺の炎症が抑制された。 18 ]
Prezcobix HIVプロテアーゼ阻害剤 臨床試験中 主要エンドポイントには、症状の改善とウイルス核酸の陰性化が含まれてたが、最適なエンドポイントは決定されていない。 19 ]
オセルタミビル ノイラミニダーゼ阻害剤。 (a)COVID-19患者(75)
(b)非重症および重症COVID-19患者(393)
(a)回収率:31%; 死亡率:11%。
(b)患者の臨床状態に有意な改善はない。
(a)[ 20 ]
(b)[ 21 ]

 

COVID-19の病態は複雑であり、十分に理解されていない。COVID-19は、肺炎、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)および内皮機能障害を含む幅広いスペクトルの症状および合併症として発現する[18,22,23]。症状のある感染者の状態は軽度から重度まで様々である。COVID-19の重症化に関連する要素の一つは、サイトカインストーム症候群に由来する制御不能な炎症を特徴とする過剰な宿主免疫応答である[18,24,25]。懸念されるのは、重症COVID-19の発症と高齢者の合併症、特に肥満、高血圧、および糖尿病との関係である。

COVID-19のメカニズムに関する研究によると、この疾患の病原性における基本的な細胞プロセスの1つがオートファジーである可能性がある。この洗練された高度に編成されたプロセスは、細胞のリモデリングと維持に不可欠な活動を表している。オートファジーは、機能不全の小器官、細胞内病原体、誤って折り畳まれたタンパク質を選択的に排除し、免疫応答を調節する役割を担っている[26,27,28,29]。一方、オートファジーの欠損は、肥満、癌、神経変性疾患、自己免疫疾患や感染症と関連している[30,31,32,33,34]。また、高齢者ではオートファジー活性が低下している[35]。しかし、SARS-CoV-2の複製を制限し、COVID-19の臨床合併症を制限するために、このメカニズムを阻害または刺激することの有用性については、コンセンサスは存在しない。オートファジーへの介入を躊躇する主な理由は,オートファジーが恒常性維持に寄与する複数の細胞現象と複雑な関係を有していることにある。今回のレビューでは、COVID-19患者の恒常性維持のための治療法として、オートファジーの抗ウイルス性および抗炎症性の役割が強調されている。

2. 新型SARS-CoV-2の概要

SARS-CoV-2は、コロナウイルス科(Coronaviridae)ニドウイルス目(Nidovirales)に属している。SARS-CoV-2は、鳥類や陸生・水生哺乳類(ヒトを含む)など多くの種に感染する可能性のある陽性センス一本鎖リボ核酸(ssRNA)ゲノムを持つエンベロープ型ウイルス群に相当する。ヒトに感染することが知られている6種類のコロナウイルスのうち、高病原性のSARS-CoVと中東呼吸器症候群コロナウイルス(MERS-CoV)は急性呼吸器症候群を引き起こす[36,37]。系統解析の結果、新型SARS-CoV-2はMERS-CoVよりもSARS-CoVとの類似性が高いことが明らかになった[38]。SARS-CoV-2の起源については広く議論されており、理論的なシナリオが発表されている[39]。

SARS-CoV-2がヒト細胞に侵入し、複製過程を促進することを可能にするSARS-CoV-2特有の特徴の詳細は完全には解明されていない。SARS-CoV-2の4つの構造タンパク質の1つであるスパイク(S)型I糖タンパク質は、細胞表面でアンジオテンシン変換酵素2(ACE2)と相互作用する[40,41]。ACE2は肺、腎臓、腸などの上皮細胞に存在し、高血圧や糖尿病などの慢性疾患の発症時に過剰発現する。ACE2の過剰発現は、COVID-19に関与するリスクを増加させる[41,42,43]。

コロナウイルスS糖タンパク質は、2つの機能的サブユニット、S1とS2で構成されている。S1はACE2受容体へのウイルスの結合に責任があり、S2はウイルスと宿主細胞膜の融合に責任がある。SARS-CoV-2のS糖タンパク質は、Sタンパク質のタンパク質分解活性化とウイルスの増殖に不可欠なfurinとTMPRSS2の切断部位を有している。したがって、このウイルスは高いレベルのトロピズムと病原性を持っていると推測されている[44,45]。

コロナウイルスの複製は、ヒトACE2によってS糖タンパク質の受容体結合ドメイン(RBD)にある受容体結合モチーフ(RBM)が同定されることで始まる[46]。その後、細胞はエンドソーム内に隠されたままのウイルス粒子を取り込む。これらの条件により、宿主細胞の細胞質へのゲノムRNAの放出が可能となり、そこでウイルスは、RNAを複製するだけでなく、ウイルスタンパク質を合成し、新しいウイルス粒子を組み立てるために、細胞の機械全体を利用する。コロナウイルスの宿主細胞への結合や細胞内での複製には、ウイルスと宿主の両方のメカニズムや分子が関与している。これらの現象の相互作用を把握することは、ウイルス感染症やその効果に対抗する薬剤を設計するために必要なことである。

一部のコロナウイルスでは、ウイルスRNAの複製・転写部位として二重膜小胞(DMV)の形成が観察されている。したがって、オートファジーまたはその構成要素はウイルス感染における重要な要素であり[47,48]、SARS-CoV-2の複製を回避するための標的として重要視されるべきである。

3. オートファジーとコロナウイルスの関係

近年、多くの研究が、細胞が細胞内微生物(例えば、細菌、寄生虫、ウイルスなど)の増殖を感知して制御し、恒常性を維持または回復するためにオートファジーを指示するプロセスであるゼノファジーに焦点を当てている[26,30,49]。オートファジーによって媒介される抗ウイルス活性には、2つのメカニズムがある。

  • 第一に、オートファジーはウイルス粒子を直接分解する(ゼノファジー)または新合成されたウイルス成分を破壊する(ヴィロファジー)ことでウイルスを除去する(ヴィロファジー) [50]。
  • 第二に、自然免疫系および適応免疫系を誘導して、抗ウイルス体液性メディエーターおよび/または細胞メディエーターを産生する。

オートファジーのメカニズムはウイルスのクリアランスにつながるが、他のケースでは、ウイルスがそれぞれの宿主成分を阻害、逃走、または操作するために進化した戦略によって、オートファジーが無効化されている。したがって、ウイルスは、ウイルスの付着と侵入、膜融合、宿主細胞の細胞質内でのウイルス成分の放出、および複製の間の明確なステップで、自分たちの利益のためにオートファジーを引き起こす可能性がある[51]。例えば、ウイルス感染の第1フェーズでは、ウイルスはオートファゴソームをハイジャックし、複製ニッチとして利用したり、細胞の抗ウイルス機構をダウンレギュレートする手段としてオートファジーを調節したりする。

オートファジーは諸刃の剣である可能性が高いため[30]、その活性化剤や阻害剤の臨床応用には、対応するウイルスと宿主の構成要素間の相互作用をより深く理解する必要がある。この相互作用を探るためには、他のコロナウイルスモデルにおけるオートファジーの役割についての報告から始めるのが有用である。

3.1. コロナウイルスとオートファジーの直接的な相互作用

オートファジーとコロナウイルス複製の関係について最初に発見されたのは、オートファゴソームに似たDMVの形成がウイルスRNAの複製と転写のための部位として発見されたことであった。マウス肝炎ウイルス(MHV)の感染過程におけるDMVの形成は、オートファゴソームの重要なマーカーであるLC3タンパク質[52]と関連していることが示唆されている。しかし、ATG5も無傷のオートファゴソーム経路も、MHVの複製または放出には必要ではない[53]。対照的に、ガンマコロナウイルス感染性気管支炎ウイルス(IBV)は、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ細胞外シグナル制御キナーゼ1/2(MAPK/ERK1/2)経路を介してオートファゴソームの形成およびオートファジーフラックスを誘導し、ATG5に依存するが、ミオシン様BCL2相互作用タンパク質(Beclin1)には依存しない。後者は、最も重要なオートファジーマスター調節因子の一つである[54]。同様に、伝染性胃腸炎ウイルス(TGEV)は完全なオートファジーフラックスを誘発し、ラパマイシンによって誘発されるオートファジーはその複製を阻害する[55]。さらに、豚伝染性下痢ウイルス(PEDV)の感染は、Vero細胞株モデルにおいてオートファジー流束を促進し、3-メチルアデニン(3-MA)による薬理学的阻害はウイルス力価を有意に低下させる[56]。反対に、ブタの腸管上皮細胞では、PEDV感染はラパマイシンによって引き起こされるオートファジーフラックスによって抑制されている。IBV、MHV、SARS-CoVの非構造タンパク質(NSP)のスクリーニングにより、mTORに依存したオートファジーの阻害がNSP6によって誘導されることが示された[58]。小胞体では、IBVのNSP6は小径のオートファゴソームの形成を引き起こすため、オートファゴソームの拡張を制限し、オートリソソームの形成を阻害する可能性がある[59]。

最近の研究によると、いくつかのコロナウイルス関連タンパク質がオートファジーの重要な調節因子をハイジャックして、この宿主プロセスをウイルスに有利なように調節し、その複製の成功を可能にしている。ヒトコロナウイルス(hCoV)のNSP(例えば、膜関連パパイン様プロテアーゼ2およびPLP2-TM)およびそれらの同族体(例えば、SARS-CoV PLpro-TM)。SARS-CoV PLpro-TM、PEDV PLP2-TMおよびMERS-CoV PLpro-TM)は、不完全なオートファジーを誘導し、抗ウイルス型I型インターフェロン(IFNS-I)シグナル伝達の重要な調節因子であるインターフェロン遺伝子刺激因子(STING)をハイジャックするBeclin1の能力を促進する。その結果、抗ウイルス応答が無効化され、HEK293T細胞内でウイルスが効率的に複製される可能性があることを示している[60]。Vero細胞におけるMERS-CoVの複製は、S72でのS-phase kinase-associated protein 2 (SKP2)のリン酸化の増加に起因するBeclin1の発現低下を引き起こし、オートリソソームの形成を低下させる。重要なことは、SKP2の阻害はオートファジーを促進し、その結果、このモデルではMERS-CoVの複製を減少させることである[61]。

一方、馬動脈炎ウイルス(EAV)MHV、SARS-CoVの複製ニッチとしてのDMVの形成は、オートファジーとは無関係に、ウイルスがLC3の非脂質型(図1)を利用しているためであることが提唱されている[62,63]。したがって、後者の分子は、膜結合型受容体の一部として、小胞体関連タンパク質分解(ERAD)を保証するという追加の役割を(オートファジーとは無関係に)持っている。このことは、それをウイルス複製の阻害のための可能性のある標的にする[64]。SARS-CoVの複製は、細胞骨格の調節に関与するシステインプロテアーゼであるm-カルパイン[65]の薬理学的阻害剤の使用によって影響を受ける可能性があるため[66]、そのような複製は機能的ユビキチンプロテアソームシステム(UPS)やオートファジー経路に依存しないことが明らかになった。利用可能な情報が少なく、採用されている実験モデルが多様であるため、コロナウイルスのクリアランスに関連してオートファジーがどのように作用するかについては、明確な見解がない。それは、ウイルスの複製を防止または促進するためのメカニズムだろうか?

図1 コロナウイルスとオートファジーの関係を模式的に示したもの

図は、コロナウイルスによるオートファジーの阻害または誘発に関連する主な知見を示している。

  • 緑の線は、コロナウイルスによるオートファジーの完全活性化を示す。
  • 赤線は、オートファジーの阻害または不完全なオートファジーを示す。
  • 青線は、オートファジーとは独立したコロナウイルスによる二重膜小胞(DMV)形成を示す。

いくつかの細胞モデルでは、SARS-CoVやマウス肝炎ウイルス(MHV)はLC3の非脂質型を利用しており、その複製はオートファジーとは無関係である。


オートファジーの殺菌効果は、結核菌の感染症において、オートファジーの刺激が細菌の細胞内生存を抑制することが初めて見事に実証された[67]。それにもかかわらず、ウイルス感染症でのオートファジー活性化の結果は不明であり、さらなる研究が必要である。

ビタミンDとヒストン脱アセチル化酵素阻害剤(HDACi)の摂取によるオートファジーの薬理学的誘発は、マクロファージにおけるHIV複製を制限することが最近報告された[68,69]。反対に、CD4+ T細胞におけるオートファジーの活性化はHIV複製の刺激となっている[70,71]。プレニル化フラバノンの一種であるクラリノンは、ウイルス誘導オートファジーを阻害することにより、ヒト肺MRC-5細胞におけるHCoV-OC43感染を阻害する[72]。したがって、コロナウイルスの複製を阻害するオートファジーの薬理学的刺激または阻害を可能にする条件を理解するためには、さらなる研究が必要である。

3.2. 間接的なコロナウイルスとオートファジーの相互作用

ウイルスの直接的な排除に加えて、オートファジーは抗ウイルス免疫応答の調節にも関与している。ウイルスに対する重要な免疫応答であるIFN-Iの生成のためのシグナリングは、異なるレベルでオートファジーによって制御されている。UPSとともにオートファジーは、パターン認識受容体(PRR)へのウイルス細胞質病原体関連分子パターン(PAMP)の送達を確実にし、IFN-I応答を生成するための下流のシグナル伝達を誘発する役割を果たしている[73]。一方、シグナル伝達分子の分解を介して、オートファジーはIFN-Iシグナル伝達経路をネガティブに制御し、過剰で持続的な免疫応答を回避する [74]。コロナウイルス感染時のオートファジーとIFN-I応答の間の相互作用に関する利用可能な証拠は決定的ではない。それにもかかわらず、コロナウイルスはIFN-I応答を克服するために様々なメカニズムを使用することが知られている。したがって、同じ目的のためにオートファジーの役割があっても不思議ではない。
オートファジーによる調節の可能性についての議論に戻る前に、宿主免疫応答におけるIFN-Iの機能を検討する必要がある。宿主細胞PRRによってウイルスPAMPが認識されると、IFN-I反応が活性化される。IFN-I応答は、ウイルスの複製を直接阻害し、間接的にウイルス感染に対する免疫応答を調節する [75]。主要な抗ウイルスPRRは、エンドソーム環境に位置する受容体の3つのグループに分けられる。TLR、RLR、およびNLR(それぞれToll様、RIG-1様、およびNOD様受容体)[76,77,78,79,80,81,82]。PRRの関与は、IFN-Isおよび他のサイトカインの生成に収束する複数のシグナル伝達カスケードを誘発する。その後、IFN分子は細胞表面の受容体に結合し、下流のヤヌスキナーゼシグナル変換器および転写活性化因子(JAK-STAT)経路を刺激することで抗ウイルス応答を増幅させ、強力な抗ウイルス活性を持つ数百のIFN制御遺伝子(IRG)の転写を促す [83]。

SARS-CoV-2,SARS-CoVおよびMERS-CoVによる感染に対する免疫応答におけるIFN-Iの関与についての研究が進行中である。SARS-CoVおよびMERS-CoVは、ウイルス力価のピークに達するまでIRGの発現を遅らせる[75,84]。同様に、SARS-CoV-2は、ウイルス複製中であっても、堅牢なIFN-I応答を誘発しない[85,86,87]。3つのコロナウイルスはすべてIFN-I応答の生成を妨害することが報告されており、免疫応答回避の戦略が進化していることを示している。
IFN-Iのダウンレギュレーションは、転写レベルまたは翻訳レベルで制御されている可能性がある。例えば、MERS-CoVによって誘発されたヒストンの改変は、IFN刺激遺伝子(ISG)のサブセットの発現をダウンレギュレートする[84]。さらに、MERS-CoVのヌクレオカプシドタンパク質は、RIG-Iシグナル伝達経路のトリガーに不可欠なE3ユビキチンリガーゼであるTRIM25をスカベンジャーすることにより、タイプIとタイプIIIの両方のIFNの産生をアンタゴニストする[88]。SARS-CoVおよびSARS-CoV-2は、NSPおよびオープンリーディングフレーム(ORF)などのウイルスタンパク質を介してIFNシグナル伝達経路を阻害する。後者のウイルスタンパク質は、RIG-IおよびMDA5シグナルセンサーの経路に関与する分子と相互作用することにより、INF-Isの生成に拮抗するか、または宿主のmRNA翻訳を阻害する[89]。これらのコロナウイルスは、JAK-STAT経路をダウンレギュレートしてIFN-I応答を阻害する可能性がある[90]。

いくつかのウイルスモデルは、オートファジーが細胞のIFN-I防御を阻害するためにどのように作動するかについての重要な情報を提供している。最初の研究では、オートファジーとIFN-I応答の間の負の相互作用が明らかにされ、最近の研究ではそのメカニズムが説明されている。例えば、日本脳炎ウイルス(JEV)感染では、Atg5およびAtg7オートファジータンパク質は、ウイルスによって誘発されるIFN-Iシグナル伝達経路のマーカーであるインターフェロン調節因子3(IRF3)の活性化と負の相関を示している[91]。C型肝炎ウイルス(HCV)モデルでは、アンフォールドタンパク応答(UPR)によって化学的に増強されたオートファジーがIFN-β活性化を阻害する[92]。同様に、小水疱性口内炎ウイルス(VSV)感染は、Atg5によって媒介されるプロセスを介してオートファジーを刺激し、Atg5-Atg12コンジュゲートおよびNLRX1-TUFM複合体は、カスパーゼリクルートドメイン(CARDs)を介してレチノイン酸誘導性遺伝子I(RIG-I)およびIFN-βプロモーター刺激因子1(IPS-1)と直接関連することにより、IFN-I経路をネガティブに制御している[93,94]。

興味深いことに、オートファジーによるIFN-I応答の調節は、ミトコンドリア機能の一部を形成する経路に依存しているようである。Atg5-/-細胞は、IPS-1とミトコンドリア活性酸素種(ROS)のレベルを増加させ、これによりRLRシグナル伝達が増幅される [95]。SARS-CoVは、オープンリーディングフレーム-9b(ORF-9b)を用いて、変化したミトコンドリアおよびMAVS/TRAF3/TRAF6シグナルソーム(TRAFはTNF関連因子)を標的とすることにより、IFN応答を損なう[96]。ある研究では、伝達性胃腸炎コロナウイルスに感染した細胞におけるIFN-βの抑制が、ドキシサイクリンによって刺激されたマイトファジーに依存していることが決定的に示された[97]。さらに、STAT2のオートファジー分解は、IFNシグナル伝達の遮断をもたらす[98]。オートファジーは、TLR7媒介のIFN-Iシグナル伝達経路の抑制にも関与している[99]。前述の報告によると、オートファジーは、IFN-I経路をネガティブに制御するためにコロナウイルスによって利用される宿主細胞プロセスの一つである(図2)。

図2. オートファジーによるインターフェロン(IFN)の負の制御

パターン認識受容体(PRR)によってウイルス病原体関連分子パターン(PAMP)が認識されると、いくつかのシグナル伝達経路が活性化されてIFNを産生する。この応答は、ヤヌスキナーゼシグナルトランスデューサーおよび転写活性化因子(JAK-STAT)経路の活性化によって増幅される。いくつかのコロナウイルスは、IFNシグナル伝達カスケード下流の主要分子(例えば、IRF3,MAVS、NLRX1,ミトコンドリア、MyD88およびSTAT)のオートファジー分解を介してIFNの応答をネガティブに調節する。


文献は、オートファジーによって直接行われるウイルスクリアランスの明確な証拠を提供していない。しかしながら、オートファジー成分の参加による抗ウイルス免疫応答の遮断に関する多数の記述がある。COVID-19の最初の病理学的段階では、SARS-CoV-2はACE2受容体によって認識され、その後、その伝播および呼吸器系下への移動が行われる。その後の臨床症状[100]は、主にウイルス感染そのものによるものである[101]。この段階でウイルスの複製を制限するためには、免疫反応を十分に制御し、自然防衛の細胞を活性化することによって編成しなければならない。さもなければ、免疫応答はウイルスによって操作され、生物にダメージを与え、複製を可能にすることができる[102]。したがって、オートファジーの阻害は、免疫応答の抗ウイルス効果を回復させるための代替戦略である可能性がある。決定的な研究はまだ不足しているが、液胞タンパク質選別(VPS)34(クラスIIIのホスホイノシトール-3キナーゼ、PI3K)の阻害剤であるVPS34-IN1,VVVPS34-IN1およびそれらの類似体について、SARS-CoV-2の複製を試験管内試験で強力に阻害することが最近報告された。これらの阻害剤はオートファジーを阻害する[103,104]。

4. オートファジーの抗炎症作用

COVID-19の特徴は、致命的な転帰につながる症状および合併症の多様性である。ほとんどの患者がSARS-CoV-2に感染すると軽度から中等度の症状を呈すると考えられているのに対し、約12~15%の患者が肺炎や急性呼吸窮迫症候群(ARDS)[18,22]などの重篤な合併症を発症し、後期の重症患者の治療に関連している[100]。COVID-19誘発性ARDSは、呼吸困難および血中酸素濃度の低下によって特徴づけられる [24];このような状況は最終的に全身性呼吸不全および死に至る。IFN-IおよびIFN-III反応の遅延または欠如が、強力なサイトカインおよびケモカインの産生とともに、重度のCOVID-19の発症における主要な因子であるという決定的な証拠がある [85,102,105]。

ケモカインMCP1および各種サイトカイン(例えば、IL-6,IL-1β、TNF-AdearsidesSo_237A、IL-10およびIL-8)のレベルの上昇は、重症COVID-19患者ではよく報告されている。サイトカイン放出症候群は、通常、PAMPのPRR同定に応答して、マクロファージ、樹状細胞、NK細胞およびT細胞によって開始される[106]。COVID-19では、マクロファージの活性化の緩和は、サイトカインのレベルを上昇させる上で実質的な役割を果たす[107]。COVID-19に対する炎症反応における上皮細胞および内皮細胞の参加はまだ不明である。これらの細胞は、SARS-CoV感染時には大量のCCL3,CCL5,CCL2,CXCL10を産生するが、MERS-CoV感染時には有意ではあるが遅延したIFNおよび炎症性サイトカイン(IL-1β、IL-6,IL-8)応答を産生する [108,109]。したがって、COVID-19によって促進された炎症は血管系に影響を及ぼす可能性があり、また、微小循環器病変の一因となる可能性がある。血管炎症の加速は、サイトカイン産生の不均衡、プラスミノーゲンアクチベーターなどのプロ凝血因子の放出に伴うマクロファージの活性化、およびPAI-Iの発現亢進に由来する。さらに、重篤な病期の患者では血栓症状態を促進し、その結果、IL-6およびDダイマーのレベルが高くなる [110]。

ウイルス感染は、PAMPおよび損傷関連分子パターン(DAMP)を介してPRRに関与し、炎症反応を引き起こすいくつかのシグナル伝達経路に沿ったカスケードを誘発する。最も特徴的なウイルスセンサーはTLR、RLR、NLRである[111,112,113]。TLRシグナル伝達経路において、2つの主要なアダプターが存在する:骨髄分化因子88(MyD88)およびTollインターロイキン(IL)-1受容体ホモログは、Toll/インターロイキン-1R(TIR)-ドメイン含有アダプター誘導性INF-β(TRIF)である[114,115]。これらのアダプターは、転写核因子κB(NF-κB)およびIRF3,またはMAPKのカスケードを含む下流のシグナル伝達タンパク質を刺激することにより抗ウイルス応答を誘発し、炎症性サイトカイン(例えば、IL-6,IL-1,IL-12,TNF-amenade_So_237AおよびIFN-Is)をコードする遺伝子の発現を生じさせる[116]。
RLRsの活性化に伴い、RIG-Iおよび/またはMDA5はミトコンドリアに転座し、そこでミトコンドリア抗ウイルスシグナル伝達(MAVS)タンパク質(IPS-1,VISAおよびCardif)[117,118,119]と相互作用し、CARDsを介して、いくつかのプロテインキナーゼ(例えば、TBK1およびIKKἐ)と相互作用する。これらのプロテインキナーゼは、転写因子(IRFおよびNF-κB)をリン酸化して活性化し、抗ウイルス活性に関与する様々な自然免疫応答遺伝子(IFNをコードする遺伝子や抗ウイルス性および炎症性応答に関与する遺伝子など)の転写を誘導する。

NLRのトリガーは、炎症を促進する大型のタンパク質複合体[120]であるインフラマソームの組み立てにつながる。NLRP3は、C末端ロイシンリッチリピート(LRR)とN末端CARDまたはピリンドメイン(PYD)に挟まれた中央ヌクレオチド結合・オリゴマー化(NACHT)ドメインの存在によって特徴づけられている[121]。NLRP3は、現在最も完全に特徴づけられた炎症酵素であり、NLRP3足場、ASC(PYCARD)アダプター、およびカスパーゼ1から構成されている。活性なカスパーゼ-1のp10/p20四量体は、サイトカインであるpro-IL-1βに作用して活性分子を生成し[122]、炎症反応を効率的に促進し、ピロプトーシスを介して細胞死を促進する[73]。SARS-CoV由来のEタンパク質とビロポリン3aは、最近、NLRP3フラナソームを活性化することが報告された[123,124]。

重症COVID-19の主な特徴は、炎症過程の規制緩和であるため、介入の目的の一つは、免疫メディエーターの過剰な産生を調節することであるべきである。ここ数年の間に、増大する証拠の体は、自然免疫応答および適応免疫応答を調節し、過剰な炎症を回避する上でのオートファジーの重要性を強調してきた。炎症反応とオートファジーとの間の強い関係は、慢性炎症性疾患および自己免疫疾患の素因と、ATG16L1,免疫関連GTPaseファミリーM(IRGM)およびLRRキナーゼ2(LRRK2)を含むオートファジーに関連する遺伝子の一塩基多型(SNP)とを関連付ける研究で初めて発見された [125,126,127,128,129]。

オートファジーは、炎症の負の調節因子として作用し、平衡状態に戻すために、いくつかの経路を関与させることができる。オートファジーは、サイトゾルから炎症を活性化する刺激(例えば、PAMPsおよびDAMPs)を除去し[130,131]、インフルナソームのユビキチン化を介したインフルナソームの直接的な破壊によってIL-1βの産生を調節し、p62およびLC3のリクルートを導く[132]。オートファジーのもう一つのメカニズムであるマイトファジー(損傷したミトコンドリアの除去)は、細胞質mtDNAの放出と活性酸素の蓄積を防ぐ。これらの分子は、NLRP3インフラファソームを非常に効果的に活性化させる[133]。損傷したミトコンドリアは、NLRP3インフラマソームによって媒介される炎症性反応の促進に寄与することが知られている[134]。いくつかのウイルス感染症では、NLRP3はミトコンドリアの融合に必要なタンパク質であるマイトフシンによって活性化される[135]。後者の結果は、3-MAでマイトファジー/オートファジーを阻害し、NLRP3とASCのレベルに依存してIL-1βの分泌を誘発する損傷ミトコンドリアの蓄積とミトコンドリア活性酸素濃度の上昇を観察することで確認されている[136]。さらにマクロファージモデルでは、セストリン2(SESN2,ストレス誘導性タンパク質ファミリーの一部)は、SQSTM1の凝集とULK1のタンパク質レベルの上昇を媒介に、マイトファジーを介して損傷したミトコンドリアを除去することで、NLRP3インフルファソームの過剰活性化を抑制する[137]。興味深いことに、NLRP3 インフラマソームはオートファジーを介して NF-κB によってネガティブに制御されている(この転写因子の抗炎症的役割を示唆している)[138,139] [140,141]。マクロファージおよび樹状細胞では、オートファジーの阻害により、IL-1βおよびIL-23の両方のレベルが上昇し、これらがTリンパ球を刺激してIL-17,IFN-γおよびIL-22を分泌するようになる [142]。持続的な炎症性刺激または感染症は、炎症性サイトカインの豊富な分泌を伴う膿栓症を誘発しうる。オートファジーは、ASCパイロプトソームを除去することにより、パイロプトーシスを負に制御することが報告されている[132,143]。

RLRシグナリングによって生成される免疫応答は、オートファジーによっても制御されている。LRRでは、25タンパク質(LRRC25)と59タンパク質(LRRC59)が協働して、選択的オートファジーを介してDDX58の安定性を操作することでIFN-Iシグナルを調節している[144,145]。さらに、LRRC25はNF-κBシグナルの阻害剤として作用し、p65/RelA(NF-κB転写因子の一つ)とカーゴ受容体p62との相互作用を促進し、オートファジーによる分解を促進する[146]。

病理的損傷は、過剰なTLRシグナリングによって引き起こされ得るが、このような損傷を回避するために、複数のレベルでオートファジーによって効果的に抑制することができる。例えば、TLRシグナル伝達は、活性酸素産生によるNLRP3の刺激と複雑に関連しており[147]、オートファジーは過剰な炎症を制限し、ミトコンドリアの質を維持する。同様に、アグレファジーは、オートファジー受容体SQSTM1,HDAC6およびNDP52を介してTLRシグナル伝達を制御する。MyD88は、SQSTM1とHDAC6によってシークエストソームとアグレッソームに取り込まれ、これらはTLR4によって誘導されたp38とJNKの活性化を抑制するが、NF-κBシグナル伝達には明らかに影響を与えない。NDP52 はアグレファジーによる TRIF-TRAF6 複合体の分解を媒介し、それによって TLR3/4 誘発の NF-κB の活性化を抑制する [148,149] (図 3)。逆説的に、オートファジーはヒト好中球におけるインターロイキン-1β分泌のメディエーターであることが判明している[150]。全体として、オートファジーは炎症反応と密接に関連した微調整機構であり、そのダウンレギュレーションはCOVID-19のような炎症性疾患の病態生理を回避するために不可欠であるかもしれない。

図3 オートファジーによる炎症の制御

オートファジーによって潜在的に制御され得るプロ炎症性サイトカインシグナル伝達の下流の主要なポイントが示されている。プロ炎症反応は、MyD88,核内因子kB(NF-κB)および脱分極したミトコンドリアと活性酸素のような重要な分子のオートファジー分解によって制御される可能性がある。さらに、オートファジーは、ASCピロプトソーム、プロカスパーゼ1,プロIL-1の除去を介してIL-1β産生を調節することができる。

5. 炎症、肥満とオートファジー

残念ながら、肥満およびその合併症(例えば、高血圧および糖尿病)は、COVID-19の攻撃性と密接に関連しており、したがって、それらはCOVID-19関連死亡の危険因子である[151]。これは、肥満の高い有病率を代表する国である米国とメキシコに特に関連している。中国武漢の患者を対象とした最初の研究では、高血圧(30%)糖尿病(19%)冠動脈性心疾患(8%)などの併存疾患を持つ48%の患者で致死的な転帰が報告されている[152]。最近の報告によると、重度のCOVID-19を発症する確率は、肥満で1.42倍、糖尿病で1.87倍、高血圧で1.77倍となっている[153]。11月30日(2020)のCOVID-19による死亡者数では、米国が1位、メキシコが4位となっている。メキシコの保健当局は、致命的な転帰を伴う感染者に肥満が与える影響が大きいことを強調している。

肥満の有病率は、主に今日の人口の大部分に影響を与えている2つの要因に起因している:高カロリーの食物摂取量と座りっぱなしのライフスタイルである。肥満は、脂肪酸、トリグリセリド、低密度リポ蛋白コレステロール(LDLコレステロール)のレベルが上昇した結果、機能不全の脂肪組織の蓄積を伴う。このアンバランスは炎症反応と、インスリン抵抗性、高血圧、糖尿病、脂質異常症、インスリン不耐症、非アルコール性脂肪性肝疾患、心不全、がん、および呼吸器疾患を含む多数の合併症につながる[154]。肥満は、いくつかの病因機序からなる多因子性疾患であり、遺伝的およびホルモン因子、食物摂取とエネルギー消費のアンバランス、代謝異常、およびオートファジーの調節障害[33,155]。

いくつかの包括的なレビューでは、肥満の基礎となる重要な因子としてオートファジーが強調されている [31,32,33]。異化機構として、オートファジーは、脂質滴、タンパク質凝集体、酸化ストレス、および損傷したミトコンドリアの蓄積などの肥満に関連した過剰物を分解して除去することにより、生理的恒常性を維持する上で極めて重要な役割を果たしている[156,157]。さらに、マイトファジーによる損傷を受けたミトコンドリアの除去は、インスリン抵抗性の発達と脂肪率の増加に対する保護の間に重要である[158]。したがって、オートファジーの病理学的変化は確かに肥満に関連する障害を悪化させるはずである。
最近の研究では、肥満の特徴的な低悪性度の炎症とオートファジーの機能と制御を関連付けられている。肥満によって示された炎症のタイプは、複数の器官(例えば、肝臓、心臓、膵臓)だけでなく、骨格筋や脂肪組織に影響を与える、ユニークなものである[159]。さらに、炎症は代謝恒常性にかなりの影響を及ぼす。

マクロファージは肥満に関連した炎症に関与する最も重要な細胞であるため、肥満の条件下での脂肪組織における免疫応答に関する研究の焦点となっている[160]。脂肪組織の恒常性は、常駐免疫細胞の協調した活動を意味する。常駐するマクロファージの特定の表現型は、Tリンパ球によるサイトカインの分泌パターンによって決定される。通常の食事は、M2(交互に活性化された)マクロファージの優勢な発現を誘発し、一方、高脂肪食は、脂肪組織のマクロファージのM2分極表現型からプロ炎症性のM1分極状態へのスイッチを生じさせる。後者の表現型は、プロ炎症性サイトカイン(例:TNF-粗大化So_237A、ASEMBERN、IL-6およびIL-12)および活性酸素の過剰産生に寄与する[161]。したがって、M2表現型からM1表現型への変化は、マクロファージ機能の保護から損傷への変換を暗示している。さらに、肥満に伴うマクロファージで起こるオートファジーの障害は、活性酸素の産生を有意にアップレギュレートし、全身性インスリン抵抗性を誘発し、動脈硬化を悪化させる[162,163]。したがって、マクロファージにおけるオートファジーの障害は、マクロファージの分極と肥満におけるオートファジーの重要な役割を強調し、プロ炎症性M1分極を永続させ、促進する[164]。

併存疾患とCOVID-19の重症度との関連を説明するために多くの努力がなされてきた。1つの提案によると、脂肪組織はHIV、サイトメガロウイルス、およびSARS-CoV-2を含むいくつかのウイルスのリザーバーとして機能するため、肥満は感染症に対するより大きな脆弱性につながる。いくつかのケースでは、肥満は、メモリT細胞[151,165]による脂肪細胞および他の組織の破壊を含むウイルスの病原性の例外的な形態を助長する。いくつかの降圧剤は、SARS-CoV-2によって細胞内に入るために利用されるACE2発現の増加に関連している[42]。さらに、肥満者の脂肪組織におけるIL-6RおよびIL-6発現の正の変調は、COVID-19で観察される制御されない炎症に関与している可能性がある[166]。SARS-CoVとSARS-CoV-2の構造的およびプロテオミクス的類似性に基づき、後者は最近、ライフサイクルの一部として宿主の代謝に影響を与えることが示唆された[167]。この理論は、SARS-CoV-2がそのウイルスのライフサイクルに有利なように脂質オートファジー(リポファジー)の調節を緩める可能性を強調している。そうすると、オートファジーが肥満とCOVID-19の重篤な臨床症状との間の密接な相関に寄与している可能性が高い。

6. オートファジーを標的とした薬理学的介入

ウイルス感染とオートファジーとの複雑な関係については、さらなる研究が必要であるが、文献から得られた情報は、この細胞機構を阻害または活性化することによる治療効果を正当化するものである。現在の焦点は、COVID-19の第1期ではウイルス複製を減少させるために抗ウイルス反応を標的とし、第3期では合併症を回避するために炎症を誇張するという戦略を考えると、限られた数のオートファジーの阻害剤および活性化剤に絞られている(表2)。否定的な結果を回避するためには、オートファジー活性の広い範囲を考慮することが重要である。数多くの化合物が、オートファジーのアップレギュレーターまたはダウンレギュレーターとして現在研究されている。いくつかの著者は、SARS-CoV-2に対する新規な治療法として、オートファジーに関連する薬剤または化合物の包括的な要約を提供している[168,169]。

表2 オートファジーに影響を及ぼすいくつかの化合物、およびそれぞれの作用機序。

化合物 オートファジーへの影響 作用機序* FDAの承認 参照
クロロキン(クロロキン)およびヒドロキシクロロキン( ヒドロキシクロロキン) 阻害剤 オートファゴソーム-リソソーム融合を妨害する。 はい 220 ]
ARN5187
Lys05
阻害剤 オートファゴソームの成熟をブロックする。 いいえ
はい
184185 ]
オイゲノール 阻害剤 酸化ストレスの低下とERK1 / 2,p38MAPKおよびIKK /NF-κBの活性化。下流では、Beclin1-Bcl2ヘテロダイマーの解離が少なくなり、オートファジーが減少する。 番号 186 ]
エボジアミン 阻害剤 Atg5-Atg12 / Atg16ヘテロ三量体の形成の減少、およびAtg5,Atg7,およびAtg12の発現。 番号 187 ]
ベルベリン誘導体 阻害剤 MEK / ERKシグナル伝達経路の活性化の低下。 番号 221 ]
ULK- 100ULK
-101
コンパウンド
6MRT67307 MRT68921
SBI-0206965
阻害剤 ULK複合体の阻害。 番号 188189190191 ]
3 -メチルアデニン
ウォルトマンニン
LY294002
PT210
GSK-2126458
阻害剤 PI3Kの阻害。 番号 192193194195 ]
VPS34-IN1
VVPS34-IN1
Spautin-
1SAR405
コンパウンド31PIK
-III
阻害剤 VPS34の阻害。 番号 103104196197198199 ]
スペルミジン アクティベーター 重要なオートファジータンパク質(Beclin1およびLC3)に結合し、オートファジーを刺激することが知られているアセチルトランスフェラーゼEP300の発現の増加。 物質登録
システム
206 ]
非ステロイド性抗炎症薬(NSAID):
セレコキシブ
サリチル酸ナトリウム
アスピリン
スルファサラジン
ピロキシカム
インドメタシン
アクティベーター PI3K / Akt / mTOR、MAPK / ERK1 / 2,P53 / DRAM、AMPK / mTOR、Bip / GRP78,CHOP / GADD153,HGF / METのシグナル伝達経路を介したオートファジーの調節。 はい 222 ]
ラパマイシンおよび誘導体化合物(RAD001,CCI-779およびAP23573)。
AZD8055
トリン1
メトホルミン
アクティベーター mTORの阻害。 はい
いいえ
はい
223 ]
ビタミンD3 アクティベーター 経路は不明であるが、オートファジーの活性化。カルシウムシグナル伝達の刺激は提案されたメカニズムである。 番号 224 ]
レスベラトロール アクティベーター cAMPPRKA
-AMPK- SIRT1シグナル伝達経路をトリガーすることによるオートファジーの活性化。
動物の臨床試験
(がん治療)。
225 ]
トレハロース アクティベーター mTORに依存しないアクティビティ。 食品添加物。 209 ]

*オートファジーに関連する作用機序のみが言及されている。一部の化合物は他の細胞プロセスに作用する。


抗SARS-CoV-2の病態に積極的に介入することが約束されているいくつかのオートファジー阻害剤がある。例えば、COVID-19の治療のために最初に提案された薬剤は、クロロキン(クロロキン)およびその毒性の低い誘導体であるヒドロキシクロロキン( ヒドロキシクロロキン)[170]であり、これらの薬剤は、オートファゴソームとリソソソームの融合を阻害し、エンドソーム/リソソソームのpHを上昇させることにより、オートファジーフラックスを阻害することが知られている。クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンの広範な抗ウイルス効果により、HIV、SARS-CoVおよびZikaに対するそれらの用途が提案されている[171,172]。In vitroでは、 ヒドロキシクロロキンはVero E6細胞におけるSARS-CoV-2の侵入段階および侵入後の段階を阻害するのに有効である。この効果は、エンドソームの成熟を阻害して放出部位へのウイルスの輸送を阻害することに加えて、ACE2受容体とスパイク蛋白質のグリコシル化を変化させることによるものである[173]。COVID-19患者のコホートを対象とした限定的な臨床試験がいくつか実施されており、その結果、SARS-CoV-2誘発性肺炎を緩和し、死亡率を低下させるためのクロロキンおよび ヒドロキシクロロキンの有効性が示唆されている[174,175]。反対に、他の臨床研究では、COVID-19に対する ヒドロキシクロロキンの臨床的有用性は認められていない[176,177]。研究間の不一致は、おそらく登録された患者、研究のデザイン、投与量、およびCOVID-19の発症時期の違いを反映していると考えられる。この相違は、初期および軽度のCOVID-19における ヒドロキシクロロキンの有益性を示したいくつかの研究によって裏付けられており、主にウイルス負荷の低下に関連している [178,179]。
ヒドロキシクロロキンおよびクロロキンは、免疫活性化に関与する特定の細胞機能および分子経路を阻害しうる。例えば、 ヒドロキシクロロキンおよびクロロキンは、TLR[180]およびSTING[181]シグナル伝達を阻害し、これによりIFN応答を含むプロ炎症性サイトカインの産生が阻害される。これらの薬剤の様々な作用様式は、COVID-19に対する治療的介入におけるそれらの使用を困難にしている。それらの用途は、疾患の炎症状態に依存していると考えられる[182]。重篤な副作用のために臨床試験が中止され、COVID-19の治療への使用が中止されたが[183]、クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンベースのCOVID-19治療を改善するためには、これらの薬剤の直接的および間接的な作用機序を理解するために、より多くの試験管内試験試験および臨床試験が必要とされている(図4)。

図4. クロロキン(クロロキン)およびヒドロキシクロロキン( ヒドロキシクロロキン)の抗ウイルス性および免疫調節剤特性に関連する主な作用機序

クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンは、リソソームへのpHを上昇させることで、エンドサイトーシスやオートファジー経路に由来するカーゴを阻害する。さらに、クロロキンおよび ヒドロキシクロロキンは、Toll様受容体(TLR)によるPAMPの認識を阻害する。これらの薬剤は、TLRおよびSTINGシグナル伝達を阻害することができ、これにより、IFN応答を含むプロ炎症性サイトカインの産生が自動的に減少する。

リソ運動性化合物 ARN5187 および Lys05 もまた、SARS-CoV-2 に対する抗ウイルス活性を評価するための臨床試験の良い候補である。これらの化合物はオートリソソソームの最終的な成熟を阻害し、オートファジーを阻害する [184,185]。オイゲノールおよびエボディアミンは、インフルエンザAウイルスに対する抗ウイルス特性の証拠があることから、COVID-19の治療に有望な他のオートファジー阻害剤である。前者がBeclin1-Bcl2の解離を回避することでオートファジーを阻害するのに対し、後者はAtg5-Atg12/Atg16ヘテロ三量体の形成を阻害する [186,187]。

他のもっともらしい治療法は、オートファジーを無効にするためのULK複合体またはPI3-Kの阻害剤である。従って、オートファジーおよびオートファジーフラックスを抑制するULK複合体の阻害剤は、ULK-100,ULK-101[188]、化合物6[189]、MRT67307,MRT68921[190]およびSBI-0206965[191]である。オートファジーを阻害するために一般的に使用されるPI3Kの阻害剤としては、3-メチルアデニン[192]、ワルトマニン、LY294002[193]、PT210[194]、およびGSK-2126458[195]が挙げられる。VPS34(PI3Kの1つ)の阻害剤としては、SARS-CoV-2に対する抗ウイルス性を有するVPS34-IN1およびVVPS34-IN1[103,104]が挙げられる。これらの阻害剤の類似体についても調査すべきである。Spautin-1 [196]、SAR405 [197]、化合物31 [198]およびPIK-III [199]である。

COVID-19の第3および臨界期(制御されていない炎症反応によって特徴づけられる)では、オートファジーの活性化剤を投与することが有利であるかもしれない。他の疾患の治療のためにFDAによって承認されているいくつかの薬剤は、オートファジー誘導剤として作用するが、それらのメカニズムおよびオートファジー促進のためのそれらの能力はまだ明らかではない。例えば、メトホルミンは、肝臓でのブドウ糖産生を抑制するために頻繁に処方される経口抗糖尿病薬である。また、抗がん作用も評価されている。最近のレビューでは、2型糖尿病の入院患者の予後にメトホルミンが好影響を与えることや、COVID-19に言及している[200]。著者は恒常性回復の手段としてオートファジーを指摘していないが、本剤はAMPKの活性化とmTORの調節を介したオートファジーのプロモーターとして知られており[201]、抗炎症作用に関連するメカニズムである[202]。

ビタミンD3は、細胞内マイコバクテリウム結核菌に対して活性を持つ多能性ホルモンであり、オートファジーを誘発する能力を持っている[203]。いくつかの研究では、ビタミンD3の補充が強い炎症反応を逆転させたことが明らかにされている[204]。しかしながら、COVID-19の治療に対するビタミンD3の有効性に関する無作為化臨床試験を検討する前に、オートファジーの活性化との関連で、より厳密に研究されなければならない。

天然のポリアミンであるスペルミジンは、サイトメガロウイルス感染の制御と相関している。スプレミジンは、制御されていないオートファジーの恒常性を回復させ、免疫力を向上させることができるオートファジー依存性のプロセスにより、CD8 (+) T細胞の記憶形成を再確立する[205,206]。レスベラトロールには抗ウイルス活性と抗炎症活性が認められており、後者は内皮細胞のオートファジーに関連していると考えられている[207]。

新興の呼吸器ウイルスに対するレスベラトロールの治療可能性が議論されている[208]。

サイトメガロウイルス感染症については、トレハロース(オートファジーの活性化剤)が、治療的な抗ウイルスアプローチとして提案されており[209]、SARS-CoV-2感染症の予防的治療法として提案されている[210]。

 

さらに、SARS-CoV-2に対する潜在的な抗ウイルス効果を有する薬剤が評価されている。ニタゾキサニドは、MERS-CoVおよび他のコロナウイルスを含む広範なウイルスに対して抗ウイルス性を有する市販の抗プロトコル剤である[211]。ニタゾキサニドはオートファジーを誘導し、M.結核の細胞内増殖を抑制する [212]。

イベルメクチンは、インプリンα/βを介した核インポートの特異的阻害剤として知られ、SARS-CoV-2複製の試験管内試験阻害剤として知られている[5]が、AKT/mTORシグナル伝達経路を介したオートファジーの誘導剤として報告されている[213]。

エムトリシタビンとテノホビルは、SARS-CoV-2感染フェレットの臨床成績を中等度に低下させることが示されている[214];これらの薬剤は、それぞれ、SQSTM1/p62の発現と蓄積を介してオートファジーを調節し[215]、オートリソソソームの形成を阻害する[216]。これらの薬剤については、いくつかの作用機序が記述されており、それらの抗ウイルス特性がオートファジーに対する影響によるものかどうかを確立するためには、さらなる試験管内試験試験および臨床試験が必要とされている。

 

オートファジーを調節するための薬理学的薬剤に加えて、COVID-19に対する光の使用は、探索段階にあり、主に、壊滅的な影響を避けるために、重篤な症例に適用される光熱およびアブレーション技術が用いられている[217]。これらの超短パルスレーザーは、特定の細胞内部位での鋭く選択的な光損傷を誘発し、その結果、シグナル伝達経路を誘発する可能性がある。転写因子の光誘発性調節は、最終的にオートファジーを引き起こす[218]。光熱活動に起因する活性酸素の産生は、オートファジーをオンにするAkt-mTOR-p70S6K経路のダウンレギュレーションと相関していた[219]。コロナウイルスに対するレーザー治療はまだ初期段階にあるが、免疫応答の調節に関与する細胞プロセス(例えば、オートファジー)を正確に刺激する機会を提供している。この技術を開発するためには、理論計算と実際の実験が必要である。

COVID-19を治療するためにオートファジーを標的とするという有望な治療戦略にもかかわらず、特に疾患の第1フェーズと第3フェーズにおいて、有効性と安全性に関する利点と欠点を明確にするためには、さらなる研究が必要である。オートファジーの異所性調節は、臨床的に非常に重要なアプローチである。オートファジーを標的とした薬剤は、いくつかのウイルスがその複製および伝播過程でオートファジー機構を利用するために開発した進化戦略に対抗するために使用される可能性がある。さらに、オートファジーを制御することは、抗ウイルス薬がないCOVID-19の現状においても治療の可能性を提供する。オートファジーは、自然免疫および適応免疫の中心的なモジュレーターであるため、そのモジュレーションは、重症COVID-19患者における免疫応答の悪化を回避し、罹患率および死亡率を改善する効果的な解決策を提供することができる。さらに、オートファジー活性化薬剤は、オートファジーの機能不全に関連する疾患において、抗ウイルス応答および炎症応答のバランスをとるためにホメオスタシスを回復させる能力を提供する。いずれの状況においても、オートファジーを阻害するか活性化するかの判断は、年齢、栄養状態、遺伝、オートファジー機能不全に関連する疾患の既往など、様々な要因に依存しているようである。さらに、オートファジーは多くのシグナル伝達経路において基本的な役割を果たしているため、今後の研究では、いくつかの細胞メカニズムの活性化/不活性化への影響を明らかにすることが不可欠であると考えられる。

7. 結論

SARS-CoV-2によって引き起こされる細胞障害および多臓器障害の複雑さから、新規かつ洗練された治療アプローチが必要とされている。一つの可能性として、オートファジーを標的とすることが考えられる。オートファジーは、ウイルスの複製を制御できず、その結果、スパイラル状の炎症を促進するという効果のない免疫応答の原因となりうる。ここで検討された文献に照らすと、COVID-19の第1フェーズではオートファジーを阻害することで、SARS-CoV-2がこのプロセスを利用して自己複製を行うことを防ぐことを提案するのが妥当だ。さらに、オートファジーはIFN応答の負の調節因子として作用するので、オートファジーを阻害することで、ウイルスの複製を制御する免疫応答の抗ウイルス効率を回復させることができるかもしれない。一方、制御されない炎症は、その第3の最も重篤な段階でのCOVID-19の特徴である。現在のレビューで強調されているように、オートファジーは、炎症に関与する多くのものを含む、抗ウイルス免疫応答における多様なシグナル伝達経路に参加している。さらに、重症のCOVID-19に関連する併存疾患は、オートファジーの機能不全と関連している。したがって、この重要な第3フェーズでのオートファジーの活性化は、悪化した免疫応答を調節し、恒常性を回復させるための潜在的なアプローチである(図5)。このように、COVID-19に対する免疫応答のホメオスタシスを回復するためのオートファジーの調節は重要な課題であり、抗ウイルス応答を改善し、炎症を制限し、他の合併症の誘発を回避する能力を示唆している。これまでのところ、COVID-19の発症過程におけるオートファジーの抗ウイルス性および抗炎症性経路への薬剤介入は、オートファジーが宿主の免疫プロセスを隔離することができるウイルスのメカニズムを制御する上で魅力的で重要な役割を果たしているにもかかわらず、臨床的ターゲットとして十分に注目されなかった。オートファジーを標的とすることはCOVID-19の治療に効果的な戦略であるとはいえ、本疾患の病理学的特徴と、ウイルス複製の制御や炎症反応の制御に関与するオートファジーの宿主メカニズムとの相互作用についての深い理解を得ることが不可欠である。このようなメカニズムに関する知識を向上させるためには、今後の研究が必要であり、また、オートファジーを標的とした薬剤を、オートファジー阻害剤や特定の経路の活性化剤との単剤または併用療法で試験する臨床試験が必要とされている。

図5. COVID-19の病理学的タイムラインの文脈でオートファジーを調節するための模式的な提案

最初のフェーズでオートファジーを薬理学的に阻害することで、IFN抗ウイルス反応が調節され、ウイルスの複製が制限される可能性がある。第3フェーズでのオートファジーの活性化は、活性酸素などの反応性分子の除去、損傷を受けた小器官の除去に寄与し、炎症を軽減し、免疫応答のバランスを回復させることができる可能性がある。


著者の貢献

B.E.G.-P.は本研究のグループリーダーであり、本レビューの概念化、調査、分析、執筆、編集を担当している。J.A.G.-R.は、免疫学の概念に関連して発表された文献の調査に参加している。M.I.S.は、ウイルス学的研究に関連する特定の情報を議論している。C.T.-T.は、物理的観点から特定の実験研究を分析した。N.S.C.-J.は、発表された研究の評価と要約を行い、作品のプレゼンテーションを向上させた。原稿は著者全員の貢献により編集された。著者全員が公開された原稿を読み、同意した。

資金提供

著者らは、国立工科大学国立研究所、国立工科大学国立研究所(COFAA-IPN)国立科学技術研究所(CONACyT)の財政的支援に感謝している。

謝辞

著者らは、国立政治学院、COFAA-IPN、CONACyTの財政的支援に感謝する。

利益相反

著者は利益相反がないことを宣言している。

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