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The mechanisms of action of ivermectin against SARS-CoV-2—an extensive review
www.nature.com/articles/s41429-021-00491-6
発行日：2021年12月21日
アシヤ・カンバー・ザイディ＆プヤ・デハガニ・モバラキ
概要
現在進行中のCOVID-19パンデミックの緊急性、新たな変異株の検出、新型コロナウイルスの再出現の可能性を考慮すると、イベルメクチンのような薬剤の再利用は注目に値する。この総説では、長年にわたる文献をまとめることで、SARS-CoV-2に対するイベルメクチンの作用機序の可能性を議論することを目的としている。また、COVID-19の発症と合併症の予防において、イベルメクチン、宿主細胞、SARS-CoV-2の間の主要な細胞および生体分子の相互作用の模式図を提案した。
はじめに
ここ数十年の間に人獣共通感染症が比較的最近急増していることが指摘されている。このような動物から人間への病気の原因物質の「波及」には、いくつかの理由が考えられる。例えば、世界人口の急激な増加により、人間がスペース、食料、資源を求めて新たな生態系の生息地に侵入するようになったことや、野生動物の取引が盛んになり、種間での病原体のジャンプが起こるようになったことなどが挙げられる。1980年代にはHIV/AIDSが類人猿から発生したことで知られているが 2004年から 2007年にかけての鳥インフルエンザの大パンデミックは鳥類から発生したものである。コウモリは、エボラ出血熱、重症急性呼吸器症候群（SARS)中東呼吸器症候群、そしておそらくSARS新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）の発生の元となった宿主でもある。
COVID-19はすでに世界中で何百万人もの死者を出しており、世界の医療システムだけでなく、各国の政治・経済関係も麻痺させている[1]。SARS-CoV-2ウイルスが野生動物から発生し、人間に「飛び火」した可能性があると考えられてきたことは、動物を媒介とした疾病による将来的なリスクを浮き彫りにするだけでなく、その解決に向けた重要な手がかりとなる。このように、動物から人間に「ジャンプ」したというシナリオの中で、1980年代初頭から、病気の原因となる物質に対して効率的に作用し、人間が摂取しても安全な形で販売されている薬剤を見直すことは、理にかなっていると思う。
イベルメクチンは、1967年に日本の北里研究所でStreptomyces avermitilisを用いた放線菌培養中に発見された16員環の大環状ラクトン化合物であるエバーメクチンの一群に属している[2]。この薬は河川盲目症やリンパ系フィラリア症の発生率を根本的に低下させ、ウィリアム・C・キャンベルと大村智によって発見・開発され 2015年にノーベル医学・生理学賞を受賞した[3, 4]。イベルメクチンは、世界保健機関の「必須医薬品モデルリスト」に登録されている[5]。
薬物再利用、薬物リダイレクション、または薬物リプロファイリングとは、既存の医薬品の新たな用途を特定することと定義される。これらの薬剤は、製剤開発、試験管内試験および生体内試験のスクリーニング、薬物動態および薬力学的プロファイルが確立されているため、このアプローチでは、開発リスク、コストだけでなく、安全性に関する失敗も軽減される。さらに、このような薬剤の多くは最初の臨床試験段階が終了しており、数年の開発期間を短縮するために迂回することができる。したがって、医薬品の再利用は、プロセス全体の期間を最大で3〜12年短縮できる可能性があり、大きな可能性を秘めている[6]。
COVID-19治療のために、いくつかの薬剤が満足のいかない支持データで緊急使用認可を受けたものの、一方でイベルメクチンは見送られている。それにもかかわらず、多くの国ではCOVID-19の第一選択薬の一つとしてイベルメクチンが採用された。
現在、世界中でワクチンの普及が進んでいるが、ワクチンによる免疫力の持続性や、新たな変異株に対する保護の役割については、まだ議論の余地がある。そのため、効果的な抗ウイルス剤を探す必要がある。
イベルメクチンの使用による死亡率の低下、集中治療室での滞在期間や入院期間の短縮、ウイルスの除去などの成果を評価することを目的とした医師主導の臨床試験プロトコルが、米国のClinicalTrials.govに登録されている[7]。現在、イベルメクチンを用いた対照臨床試験が行われており、米国の国立衛生研究所（ACTIV-6）[ClinicalTrials.gov Identifier: NCT04885530]が実施しているものや、英国のPRINCIPLE（ISRCTN registry: ISRCTN86534580）[8, 9]が実施しているものがある。
イベルメクチンは、経口吸収が速く、脂溶性が高く、体内に広く分布し、肝臓（シトクロムP450系）で代謝され、ほとんどが糞便中に排泄される[4]。健康なヒトに標準的な経口投与を行った場合、3.4〜5時間で血漿中濃度がピークに達し、血漿中半減期は12〜66時間と報告されている[10]。広く使用されているにもかかわらず、イベルメクチンのヒトでの薬物動態に関する研究は比較的少ない[11]。イベルメクチンは、健常者では血漿タンパク質に強く結合する（93.2%）[12]。このような「熱心な結合」は、栄養失調や低アルブミン血症が一般的な国で投与する場合に有益であり、イベルメクチンの「遊離画分」の利用率を高めることにつながる[4]。低アルブミン血症は、COVID-19の患者に頻繁に見られる所見であり、肺障害の重症度にも関連しているようである[13]。したがって、このような環境でイベルメクチンを使用した場合、十分なバイオアベイラビリティが得られる可能性がある。
本稿では、長年にわたって入手可能な文献に基づいて、COVID-19におけるイベルメクチンの役割を示す試験管内試験および生体内試験の証拠をまとめ、推定される作用機序を議論することを目的としている（表1）。COVID-19の発症と合併症の予防における、イベルメクチン、宿主細胞、SARS-CoV-2の間の主要な細胞および生体分子の相互作用の模式図を提案した（図1）。
表1 SARS-CoV-2に対するイベルメクチン（IVM）の推定メカニズムを示した研究のリスト
www.nature.com/articles/s41429-021-00491-6/tables/1
図1 COVID-19の発症と合併症の予防におけるイベルメクチン、宿主細胞、SARS-CoV-2の間の主要な細胞および生体分子の相互作用の模式図
イベルメクチン（IVM）（赤のブロック）は、ACE-2受容体（緑）におけるSARS-CoV-2のSタンパク質の結合を阻害・崩壊させる。緑の点線は活性化経路を、赤の点線は阻害経路を示している。TLR4受容体は、SARS-CoV-2によって直接活性化され、またLPSを介した活性化（ICU環境で見られる）によっても活性化され、NF-Kb経路やMAP3キナーゼの活性化を引き起こし、炎症性サイトカインやケモカインの核内遺伝子の発現を増加させ（サイトカインストームの原因)NOの放出を引き起こす（血管の拡張、体液の漏出、低血圧、ARDSや敗血症の原因）。NF-Kb および STAT-3 経路の活性化は、COVID-19 の病因および後遺症の中心となっている。STAT-3は、PAK1と物理的に結合し、IL-6の転写を増加させる。細胞表面のアネキシンA2は、t-PAの存在下でプラスミノーゲン;PLGをプラスミンに変換する。プラスミンは、STAT-3の活性化と核内移行を誘発する。STAT-3のアップレギュレーションは、肺細胞のHA合成酵素2を刺激し、HAの沈着を引き起こし、肺胞の損傷と低酸素症を引き起こす。STAT-3はまた、TGF-βを直接活性化し、SARS-CoV-2の肺病理の典型的な特徴である肺線維症を引き起こす。損傷を受けたタイプ2細胞はPAI-1を発現しており、すでに低酸素状態になっているため、STAT-3による直接的な刺激に加えて、（低酸素誘導因子-1を介して）PAIのアップレギュレーションが起こる。STAT-3とPAI-1が同時に活性化されると、t-PAとウロキナーゼ型プラスミノーゲンアクチベーターが阻害され、血栓が形成される。また、SARS-CoV-2のスパイクタンパクは、赤血球上のCD147と結合し、血栓形成を引き起こす。IVMは、SARS-CoV-2スパイクタンパクと結合することで、クランピングを防ぐことができる。COVID-19におけるT細胞リンパ球減少は、内皮細胞上のPD-L1受容体がSTAT-3によって直接活性化されることにも起因している。IVMは、NF-kb経路であるSTAT-3を直接阻害し、PAK1のユビキチンを介した分解を増加させることで間接的に阻害する。細胞の自然な抗ウイルス反応は、インターフェロン制御遺伝子とウイルスRNAを介したTLR-3およびTLR7/8の活性化- Myd88によるインターフェロン制御因子（IRF）ファミリーの転写の活性化によるものである。ウイルスが感染を成立させるためには、インターフェロンの産生を阻害することで、この抗ウイルス反応を抑制する必要がある。インポーチンやKPNAなどのタンパク質は、ウイルスタンパク質の核内輸送とそれに続くIFNシグナルを媒介する。SARS-CoV-2のタンパク質（ORF3a、NSP1,ORF6）は、IFNシグナルを直接遮断し、周囲の細胞を無防備に感染の犠牲者にしてしまう。IVMは、インポーチンab（緑）とKPNA1受容体（茶）の両方を阻害し、自然な抗ウイルスIFNの放出を引き起こす。IVMは、ウイルスの複製に関与するウイルスのRdrPも阻害する。ACE-2 アンジオテンシン変換酵素2,LPS リポ多糖、TLR トール様受容体、t-PA 組織様プラスミノーゲン活性化因子、PLG プラスミノーゲン、IMPab インポーチンαβ、Rdrp RNA依存性RNAポリメラーゼ、KPNA1 カリオフェリンサブユニットα1。NF-κB活性化B細胞の核因子κ光鎖増強因子、Map3キナーゼマイトジェン活性化キナーゼ、PAK1 P21活性化キナーゼ1,STAT-3転写シグナル伝達因子・活性化因子3,PAI-1プラスミノーゲン活性化阻害因子-1,HIF-1低酸素誘導性因子
方法
2008年1月から 2021年9月まで、PubMedデータベースおよび利用可能な出版物を、以下のようにMeSH Databaseを用いて構築した構文を用いて包括的に検索した。(stromectol OR Ivermectin OR “dihydroavermectin”) OR (22 AND 23-dihydroavermectin B) AND (antiviral OR virus OR COVID-19 OR SARS-CoV-2). 得られた結果は、内容や関連性を手動で検討し、適切と思われる場合は掲載した。また、参考文献に引用されている論文もレビューし、適切と思われる場合は掲載した。重複を除くために、手動で論文を検索した。
結果
抗蠕虫薬としてのイベルメクチン
イベルメクチンは、抗蠕動薬として承認されている[14]。イベルメクチンは、線虫や昆虫に存在するグルタミン酸ゲート型クロライドチャネルに選択的に作用するポジティブアロステリックモジュレーターであり、これらのチャネルに結合することでクロライドイオンの流入を引き起こし、細胞の過分極を引き起こして機能障害を引き起こす[15]。しかし、イベルメクチンが高濃度で宿主のGABA受容体に結合するのは、血液脳関門（BBB）が “漏出 “している場合に限られる。BBBが無傷の健康なヒトでは、薬物はP糖タンパク質薬物ポンプ（MDR-1）によって「排除」されるため、このようなことは起こらない。Chandlerらは、イベルメクチンは過量投与の場合を除き、神経系の副作用の可能性はないと考えている[16]。
SARS-CoV-2ウイルスの構造
SARS-CoV-2は、SARS-CoVと構造的に類似したサルベコウイルスである。SARS-CoV-2β型コロナウイルスの4つの構造タンパク質のうち、以下のものがある。SARS-CoV-2は、スパイク（S）タンパク質、膜（M）タンパク質、エンベロープ（E）タンパク質、ヌクレオカプシド（N）タンパク質の4つの構造タンパク質のうち、Sタンパク質が強力な中和抗体反応を引き起こす役割を果たしている。SARS-CoV-2の宿主細胞への侵入は、Sタンパク質のS1サブユニット（受容体結合ドメイン）が宿主細胞表面に存在するアンジオテンシン変換酵素2（ACE-2）受容体に結合することによって行われる[17]。S2サブユニットは、膜貫通型プロテアーゼであるセリン2（TMPRSS2）でプライミングした後に細胞膜と結合する融合タンパク質と関連しており、宿主細胞との融合を担っている。
SARS-CoV-2のゲノムは、約29.8 kbのヌクレオチドからなり、27のタンパク質をコードする14のオープンリーディングフレーム（ORF）を有している[18]。ウイルスゲノムの5′2/3はレプリカーゼ遺伝子をコードしている。この遺伝子には2つのORFが含まれている。ORF1aとORF1bである。ORF1a/bは、ポリメラーゼのフレームシフトによって2つのポリタンパク質をコードし、これらは翻訳後に15の非構造タンパク質（nsp）：nsp1-10およびnsp12-16に切断される。ゲノムの残りの部分には、4つの構造タンパク質（Sタンパク質、Eタンパク質、Mタンパク質、Nタンパク質）に加えて、8つのアクセサリータンパク質（3a/3b、p6、7a/7b、8b、9b、ORF14）がコードされている[18]．また、レプリカーゼは、パパイン様プロテアーゼ（PLpro）とセリン型プロテアーゼまたはメインプロテアーゼ（Mpro）もコードしている[19]。
原理的には、「体の細胞にはあまり毒性がなく、ウイルスの複製サイクルのある段階を阻害する 」分子であれば、抗ウイルス剤として作用することができる。[20]
抗ウイルス剤の作用機序としては、以下のようなものが考えられる。
- 細胞外のウイルス粒子を不活性化する。
- ウイルスの付着や侵入を防ぐ
- ウイルスゲノムの複製を防ぐ
- 特定のウイルスタンパク質の合成を阻止する。
- 新しい感染性ウイルスの組み立てや放出を阻止する。
SARS-CoV-2ウイルスに対するイベルメクチンの役割
イベルメクチンの活性対象は、以下の4つのグループに分けられる。
A. SARS-CoV-2への直接作用
- レベル1：SARS-CoV-2の細胞侵入に作用
- レベル2：インポーチン（IMP）スーパーファミリーへの作用
- レベル3：イオノフォアとしての作用
B. ウイルスの複製に重要な宿主標的への作用
- レベル4：抗ウイルス剤としての作用
- レベル5：ウイルスの複製やアセンブリーに対する作用
- レベル6：ウイルスのポリタンパク質の翻訳後処理への作用
- レベル7：カリオフェリン（KPNA/KPNB）受容体への作用
C. 炎症に重要な宿主標的への作用
- レベル8：インターフェロン（INF）レベルへの作用
- レベル9：Toll様受容体（TLR）への作用
- レベル10：核内因子-κB（NF-κB）経路への作用
- レベル11：COVID-19の後遺症に関与する可能性のあるJAK-STAT経路、PAI-1への作用
- レベル12：P21活性化キナーゼ1（PAK1）への対応
- レベル13：インターロイキン-6（IL-6）レベルへの作用
- レベル14：P2X4受容体のアロステリックモジュレーションへの働きかけ
- レベル15：高機動性グループBOX1（HMGB1）への作用
- レベル16：免疫調節剤としての肺組織や嗅覚への作用
- レベル17：抗炎症剤としての作用
D. その他の宿主標的への作用
- レベル18：プラスミン、アネキシンA2への作用
- レベル19：赤血球(RBC)のCD147への作用
- レベル20：低酸素下でのミトコンドリアのATPに対する心機能への作用
直接的な「抗ウイルスターゲット」は初期段階で有用であり、抗炎症ターゲットは疾患の後期段階で対処することが考えられる。
SARS-CoV-2に対するイベルメクチンの直接作用
レベル1：SARS-CoV-2の細胞侵入に対する作用
Lehrerらの研究では、イベルメクチンがSARS-CoV-2のスパイクタンパク質のロイシン91と宿主細胞のACE-2受容体のヒスチジン378の領域にドッキングし、宿主細胞への侵入を阻止することが観察された[21]。Eweasらの別の研究では、イベルメクチン、クロロキン、ヒドロキシクロロキン、レムデシビル、ファビピラビルなどの再利用可能な薬剤をスクリーニングし、SおよびMタンパク質、RNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRp）、核タンパク質、ウイルスプロテアーゼ、nsp14など、さまざまなSARS-CoV-2標的タンパク質との分子ドッキングを行った。イベルメクチンは、以下の5つの重要なドッキング特性を示した[22]．
- S糖タンパク質の予測される活性部位に対する最高の結合親和性（Moldockスコア-140.584）とタンパク質-リガンド相互作用（Moldockスコア-139.371）。
- SARS-CoV-2のRdRpタンパク質の予測された活性部位に対するかなりの結合親和性(Moldock score -149.9900)とタンパク質-リガンド相互作用(Moldock score -147.608)を持ち、Cys622とAsp760の2つのアミノ酸とのみH結合を形成した。
- nsp14の予測される活性部位に最も高い結合親和性（Moldock score -212.265）を示した。
- TMPRSS2タンパク質の活性部位に最も高い結合親和性（Moldock score -174.971）を示し、タンパク質-リガンド相互作用（Moldock score -180.548）を示した。さらに、TMPRSSタンパク質の予測される活性部位に存在するCys297,Glu299,Gln438,Gly462,Gly464の各アミノ酸残基と5つのH結合を形成していた。
- スパイクタンパク質の自由結合エネルギー（開）は、イベルメクチン（-398.536kJ/mol）の方が、レムデシビル（-232.973kJ/mol）よりも高かった。
Choudhuryらが行ったin silicoデータ解析では、イベルメクチンは、ウイルスのスパイクタンパク質、メインプロテアーゼ、レプリカーゼ、ヒトTMPRSS2受容体を効率的に利用し、結合を阻害することで「抗ウイルス効果」を発揮する可能性が高いことが示された。イベルメクチンは、ウイルスとヒトの両方のタンパク質を標的としているため、SARS-CoV-2に対する優れた試験管内試験活性の原因となっていると考えられる[23]。
SARS-CoV-2のワクチン開発は、スパイクタンパクのバイオロジー（ウイルスを標的としたもの）が中心であり、最近では「ワクチンエスケープ株」の存在が心配されている。このような状況において、イベルメクチンは、ウイルスと宿主の両方を標的としているため、ワクチンによる免疫を「逃れる」可能性のあるこれらの新種の株に対する治療薬として機能する可能性がある。
レベル2：IMPスーパーファミリーへの作用
細胞内では、シグナルに依存したタンパク質の核内・核外輸送は、α型とβ型のIMPスーパーファミリーを介して行われている。このIMPα/β1は、IMPαの上に存在する「IBB」（IMPβ結合）部位を持つヘテロ二量体として存在し、IMPαによる「貨物認識」の際にIMPβ1と結合する。SARS-CoV-2ウイルスは、宿主細胞に侵入すると、宿主タンパク質であるIMPα/β1ヘテロ二量体（IMP）の上にタンパク質を「積み込む」傾向があり、核膜孔複合体を通って核内に侵入する。SARS-CoV-2ウイルスのウイルスタンパク質は、宿主細胞の機構を乗っ取り、INF（ウイルスの攻撃が進行していることを周囲の細胞に知らせるために感染細胞から放出される抗ウイルス物質）の放出を阻害することで、自然細胞の「抗ウイルス」反応を抑制する。その結果、周囲の細胞はウイルスの「疑われざる犠牲者」となり、ウイルスは免疫細胞による認識を逃れて感染が継続する[24]。イベルメクチンは、ウイルス感染の存在下で、IMPα/β1ヘテロ二量体のIMPα成分を標的にして結合し、IMPβ1との相互作用を妨げ、続いてウイルスタンパク質の核輸送を阻止する。これにより、細胞は通常の抗ウイルス反応を行うことができる[25]。このような場合、ここでのイベルメクチンの活性は、ウイルススタティック、すなわち、同じ受容体に競合してウイルスを中和するものであることに留意すべきである。
レベル3：イオノフォアとしての作用
イオノフォアとは、通常、1つ以上のイオン（通常は陽イオン）の特異的な結合部位を構成する親水性ポケットを有する一方、その外部表面は疎水性であるため、このように形成された複合体が細胞膜を通過し、水-電解質バランスに影響を与えることができる分子である[26]。2つのイベルメクチン分子が「ヘッド・テール」モードで互いに反応することで、そのように考えられるのに適した複合体を作ることができるという仮説を立てることができる[27]。これらのイオノフォアは、ウイルスが宿主細胞に付着し、宿主細胞に侵入してその生化学的機構を利用して他のウイルス粒子を生成する前に、感染の初期段階でウイルスを中和することができる。イベルメクチンは、クロライドチャネルのアップレギュレーションによってイオノフォアとして作用し、アポトーシスや浸透圧による細胞死を発生させる[28, 29]。
ウイルス複製のための宿主標的への作用
レベル4：抗ウイルス剤としての作用
Heidaryらによるシステマティックレビュー論文である。は、ジカウイルス、デングウイルス、黄熱ウイルス、ウエストナイルウイルスなどのRNAウイルス、ヘンドラウイルス、ニューカッスルウイルス、ベネズエラウマ脳炎ウイルス（VEEV)チクングニアウイルス、セムリキ森林ウイルスなどの他のウイルスに対するイベルメクチンの「抗ウイルス」特性について論じている。シンドビスウイルス、鳥インフルエンザウイルス、豚繁殖・呼吸器症候群ウイルス、ヒト免疫不全ウイルス1型のほか、馬ヘルペスウイルス1型、BKポリオーマウイルス（BKPyV）、ブタサーコウイルス2型（PCV2）、ウシヘルペスウイルス1型（BoHV-1）、仮性狂犬病ウイルスなどのDNAウイルスも含まれている[30]。イベルメクチンは、非構造タンパク質5とIMPα/βトランスポーターとの相互作用を阻害することでデングウイルスの増殖を抑制し、VEEV感染細胞におけるウイルス複製の減少、カプシドタンパク質の核内蓄積に加えて、核内結合カプシド、ウイルス力価、VEEVが引き起こす細胞障害性効果を減少させた[30]。Wagstaffらによる試験管内試験の研究では、HIV-1の核内タンパク質移行の阻害剤としてイベルメクチンの効果を評価した。この研究では、イベルメクチンは、IMPα/βを介した核輸送阻害剤であるが、IMPβ1のみを介した核輸送には影響を与えず、統合前複合体の重要な構成要素であるHIV-1の活性型インテグラーゼタンパク質の核輸入を完全に阻害すると結論づけている[31]。さらに、イベルメクチンは、核侵入を阻害することでウイルスの遺伝子発現を低下させたことから、（BKPyV）は、活発な核膜孔複合体移行によって核にアクセスしていることが示された[32]。イベルメクチンは、BoHV-1ではIMPα/β依存的な核移行阻害作用を示し、ウイルス複製を用量依存的に減少させ、PCV2では核局在シグナル（NLS）を介した核移行経路を阻害した[33]．
レベル5：ウイルスの複製・集合に対する作用
Calyらによる試験管内試験の研究では、SARS-CoV-2ウイルスに感染したVero/hSLAM細胞を5μMのイベルメクチンに「曝露」すると、48時間後のウイルスRNAが対照群に比べて5000倍に減少することが示された[34]。この研究は、イベルメクチンが日常的な投与によってCOVID-19の治療効果を得ることができないという意見を集めた。これに対し、Arshadらは、モデリング手法を用いて、EC50の10倍以上のイベルメクチンの肺蓄積量を予測した。このように、より高いイベルメクチンの肺組織濃度が達成される可能性があることから、特に呼吸器感染症についてのさらなる研究への道が開かれている[35]。
Calyらの研究については、レビュー記事で説明されている。大村智教授の共著であるYagisawaらによるCOVID-19におけるイベルメクチンの臨床研究の世界的動向では、”試験管内試験における実験系の感度の設定 “について説明されている。著者らによれば、Vero/hSLAM細胞を用いて、被験薬の抗ウイルス活性が確実に測定され、偽陽性も偽陰性も発生しなかったことから、著者らが設定したIC50=2μMの感度は適切であったとのことである。したがって、Calyらの研究は、単にイベルメクチンが試験管内試験で抗SARS-CoV-2活性を有することが確認されたというだけのものであり、それ以上でもそれ以下でもない。また、試験管内試験の実験を臨床研究につなげるために使用できる生体内試験感染実験があるという事実もある[36]。
Swargiaryらによる別のin silico研究では、イベルメクチンとRdRpの間に-9.7 kcal/molという最高の結合相互作用が示され、ウイルスの複製を抑制することが示唆されている[37]。nsp12に存在するRdRPは、コロナウイルスの複製・転写複合体の中心的な役割を果たしており、ウイルスのライフサイクルにおいて、ウイルスゲノムの複製だけでなく、サブゲノムのmRNAの転写にも重要な酵素であることから、有望な創薬標的として示唆されている[38]。イベルメクチンは、ウイルスのRdrpに結合し、それを破壊する。イベルメクチンがnsp14に非常に効率的に結合することで、ウイルスの複製と集合を阻害する役割が確認された。nsp14が転写や複製に不可欠であることはよく知られている。nsp14は、校正用のエキソリボヌクレアーゼとして働き、また、メチル基転移酵素活性によってウイルスのRNAキャッピングにも関与している[39]。さらに、イベルメクチンがウイルスのNリンタンパク質とMタンパク質に高効率で結合することは、ウイルスの複製とアセンブリを阻害する役割を示唆している[22]。
レベル6：ウイルスポリプロテインの翻訳後処理に対する作用
宿主細胞に侵入したウイルスRNAは、宿主のリボソームによって大きな “ポリタンパク質 “に翻訳される。いくつかの酵素は、このポリタンパク質から自己タンパク分解によって分離し、さらに他のタンパク質が分離して複製のための機能を果たすのを助ける。その一つ、3キモトリプシン様プロテアーゼ（3′cl pro/Mpro）は、このポリプロテインに働きかけて、他のタンパク質を「ライブラリ化」し、ウイルスの複製を実行する役割を担っている。イベルメクチンは、この酵素に結合し、酵素を破壊する[40]。また、イベルメクチンは、SARS-CoV-2のMproとPLproの両方のタンパク質に効率的に結合するため、ウイルスポリタンパク質の翻訳後処理を防止する役割を担っている[22]。
レベル7：カリオフェリン（KPNA/KPNB）受容体への作用
カリオフェリン-α1（KPNA1）は、シグナル伝達物質および転写活性化物質1（STAT1）の核輸送に必須であり[41]、STAT1とKPNA1の相互作用（STAT1/KPNA1）には、非古典的なNLSが関与している。イベルメクチンは、KPNA/KPNB1を介したウイルスタンパク質の核内への取り込みを阻害し、細胞が正常な抗ウイルス反応を行うことを可能にする[34]。
炎症のための宿主標的に対する作用
レベル8：INFレベルへの作用
ウイルスに感染した細胞はINFを放出し、近隣の細胞に存在するIFN受容体に結合してウイルスの攻撃を知らせる。IFN-IおよびIFN-III受容体は、JAK-STATファミリーのメンバーをさらに活性化する。宿主細胞に侵入したウイルスは、宿主細胞の機構を乗っ取り、INFを介した宿主細胞の正常な抗ウイルス反応に拮抗するように働く。SARS-CoV-2のORF3a、NSP1,ORF6などのタンパク質は、IFN-Iシグナルを阻害する[42, 43]。その結果、SARS-CoV-2ウイルスに感染した細胞の周囲の細胞は、「重要かつ保護的なIFNシグナル」を「受け取ることができず」、このSARS-CoV-2ウイルスが何の支障もなく複製・拡散してしまう。これが、現段階でCOVID-19の感染が臨床的に「発見されにくい」主な理由の一つである[44]。
イベルメクチンは、IFIT1,IFIT2,IF144,ISG20,IRF9,OASLなど、いくつかのIFN関連遺伝子の発現を促進することが示されている[45]。
レベル9：TLRへの作用
ウイルスが侵入すると、宿主細胞上に存在する細胞内パターン認識受容体（PRR）がウイルスの攻撃を検出する役割を果たす。ウイルスはそのようなPRRの一つであるTLRを活性化する。これらの受容体は、様々な免疫系細胞に存在し、病原体の位置を特定して結合するのに役立つ。TLRが活性化されると、オリゴマー化が起こり、さらに下流のINF制御因子（IRF）やNF-kB転写因子が活性化され、INFの産生が誘導される[46]。イベルメクチンは、NF-kB経路の活性化を遮断し、TLR4のシグナルを抑制する役割を果たす[47]。
レベル10：NF-κB経路への作用
NF-κB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells）経路の活性化は、サイトカインやケモカインをコードする遺伝子を含む様々な炎症性遺伝子の発現を誘導する[48]。Jiangらは、細胞毒性を示さない極低用量のイベルメクチンが、転写因子であるNF-κBを阻害することで、試験管内試験および生体内試験での化学療法剤に対する腫瘍細胞の抵抗性を劇的に回復させることを示した[49]。また、Zhangらは、イベルメクチンがNF-κB経路を阻害することで、リポ多糖（LPS）による炎症性サイトカインの産生を抑制し、LPSによるマウスの生存率を向上させることを示唆している[47]。したがって、イベルメクチンを使用することは、細菌感染（LPS媒介）の可能性が高くなるICU環境において有用であると考えられる。
レベル11：JAK-STAT経路、PAI-1,COVID-19の後遺症に対する作用
SARS-CoV-2のウイルス量、疾患の重症度、および進行度には強い相関関係がある[50]。COVID-19 は、発熱や乾いた咳などのインフルエンザ様症状を引き起こすだけでなく、肺血管における微小血管症を伴う広範な血栓症 [51]、D-ダイマー値の上昇 [52]、リンパ球減少症 [53]、炎症性サイトカインおよびケモカインの産生増加 [54]、さらに CRP 値の著しい上昇 [55] SARS-CoV-2 は SARS-CoV と構造的に類似していることが知られている。いくつかのSARS-CoVのタンパク質は、IFNの抗ウイルス活性と、IFNが活性化する下流のJAK（Janus Kinase）-STATシグナル伝達経路に拮抗する．JAKファミリーキナーゼは、個体発生、免疫、慢性炎症、線維化、癌などにおいて幅広い機能を示している[56]。
STATsのメンバーやNF-κBなどの宿主タンパク質は、IMPα/β1ヘテロ二量体が介在する核膜包埋型の核膜孔を通って核に入り、COVID-19の病態に関与している。また、Friemanらは、SARSのORF6が、小胞体/ゴルジ体の粗い膜上に核輸入因子を封じ込めることで、STAT1の機能に拮抗することを示した[57]。Matsuyamaらの総説では、SARS-CoV-2によるIFNおよびSTAT1の阻害と、それに続くSTAT-3優位のシグナル伝達ネットワークへの移行が、COVID-19のほぼすべての臨床的特徴をもたらす可能性を示唆している[44]。
さらに議論する前に、STAT-3 の発現増加と COVID-19 の後遺症との関連性、および STAT-3 を阻害するイベルメクチンの役割を理解することが重要だ。STAT-3は、有害なCOVID-19カスケードを媒介する “セントラルハブ “として機能する。肺では、STAT-3はHA合成酵素2を活性化し、HAの沈着を引き起こし、肺胞にびまん性の損傷を与える。損傷を受けたタイプ2の肺胞細胞はPAI-1（プラスミノーゲンアクチベーターインヒビター-1）を発現する。加えて、びまん性肺胞損傷による低酸素状態は、HIF-1aを介してPAI-1のアップレギュレーションを引き起こす。また、STAT-3はPAI-1を直接活性化する。PAI-1とSTAT-3が同時に活性化されると、t-PAやウロキナーゼ型プラスミノーゲンアクチベーターが阻害され、毛細血管内に血栓が形成される。また、PAI-1はマクロファージのTLR4受容体に結合し、NF-kB経路をさらに活性化する。
重症のCOVID-19に典型的な「サイトカイン・ストーム」は、STAT-3を介したマクロファージにおける炎症性サイトカイン、TNF-α、およびIL-6のアップレギュレーションを伴う。さらに、STAT-3は、PAI-1レベルをアップレギュレートするC反応性タンパク質を誘導する。STAT-3は、IL-6遺伝子の転写を活性化する直接的な原因となり、これがさらにTGF-βの増加につながり、肺線維症を引き起こす。また、内皮細胞に存在するPD-L1受容体は、STAT-3によって活性化され、T細胞のリンパ球減少を引き起こす。イベルメクチンは、直接阻害によりSTAT-3を阻害し、COVID-19の後遺症を減少させるのに役立つ可能性がある[44]。
レベル12：PAK1に対する作用
PAK1 は、JAK1 と STAT-3 の両方に物理的に結合し、結果として生じる PAK1/STAT-3 複合体は、COVID-19 のサイトカインストームの原因となる IL-6 遺伝子の転写を活性化する[58]。イベルメクチンは、Akt/mTORシグナルを抑制し、PAK1のユビキチンを介した分解を促進するため、STAT-3の活性が損なわれ、IL-6の産生が減少する[59]。
レベル13：IL-6レベルに対する作用
Zhangらの研究によると、イベルメクチンは、SARS-CoV-2によって引き起こされる有害なサイトカインストームの2つの主要成分であるIL-6とTNF-αの産生を抑制し、IL-6/IL-10比を「劇的に減少」させ、感染症の転帰を変化させることが示されている[47, 60]。
レベル14：P2X4受容体のアロステリックモジュレーションに対する作用
P2X受容体は、陽イオンに選択的なチャネルで、細胞外のATPによってゲートされ[61]、健康や病気においてさまざまな機能を担っている[62]。P2X受容体の7つのサブユニットのうち、P2X4はイベルメクチンに対して最も感受性が高い。イベルメクチンによるP2X4のポジティブアロステリックモジュレーションは、ATPを介したCXCL5（炎症誘発性ケモカイン）の分泌を促進する。CXCL5は、さまざまな組織の炎症細胞に発現する化学誘引分子であり、好中球の走化性とケモカインの掃引を調節する[63]。
レベル15：HMGB1に対する作用
損傷関連分子パターンであるHMGB1は、損傷を受けた細胞から放出され、TLR4受容体のアゴニストとして作用するため、COVID-19に関連する肺の炎症を媒介する[64]。イベルメクチンはHMGB1を阻害する[65]。
レベル16：肺組織や嗅覚に対する免疫調整剤としての作用
De Meloらの研究では、COVID-19のモデルとしてゴールデン・シリアン・ハムスターを用いて、SARS-CoV-2感染に対するイベルメクチンの効果を調べた。成熟したゴールデン・シリアン・ハムスターの雌雄ともに、6×104PFUのSARS-CoV-2を鼻腔内に接種した。感染時には、臨床現場で使用されているイベルメクチン（抗寄生虫薬）を1回皮下注射し、4日間にわたって観察した（イベルメクチンの用量は400μg/kg）．模擬感染させた動物には生理食塩水のみを与えた。興味深いことに、イベルメクチンには性差依存的かつコンパートメント的な免疫調節作用があり、感染動物の臨床的悪化を防ぎ、嗅覚障害を軽減した。この効果は性に依存しており、雄の感染者は臨床スコアの低下を示したのに対し、雌の感染者では徴候が完全に消失していた。嗅覚性能に関しては、生理食塩水処理オスの83.3%（10/12）が嗅覚障害を呈したのに対し、イベルメクチン処理オスでは33.3%（4/12）にとどまった（Fisher’s exact test p = 0.036）。イベルメクチンを投与した雌（0/6）では嗅覚障害は見られなかったが、生理食塩水を投与した雌では33.3%（2/6）が嗅覚障害を呈した（フィッシャーの正確検定p=0.455）。イベルメクチンは、肺組織におけるIL-6/IL-10比を劇的に減少させたが、このことが治療を受けた動物のより良好な臨床症状を説明していると思われる[60]．COVID-19の一般的な症状の1つとして、嗅覚の喪失が報告されている[66]。興味深いことに、インドの患者の大半は、臨床経過中に短期間の無嗅覚期間を経た後、嗅覚を回復した。このことから、イベルメクチンはSARS-CoV-2による嗅覚障害を軽減する役割を担っているのではないかと推測される。
レベル17：抗炎症剤としての作用
イベルメクチンの抗炎症作用のメカニズムは、LPSチャレンジマクロファージによるサイトカイン産生の抑制、NF-kB、ストレス活性化MAPキナーゼJNKおよびp38の活性化の遮断、TLR4シグナルの阻害と説明されている[47, 67]。さらに、免疫細胞の動員、気管支肺胞洗浄液中のサイトカイン産生、血清中のIgE、IgG1の分泌、および杯細胞による粘液の過剰分泌は、イベルメクチンによって著しく減少した[68]。
他の宿主標的に対する作用
レベル18：プラスミンおよびアネキシンA2に対する作用
Zaidiらの研究によると、アネキシンA2はCOVID-19の病態生理に関連している可能性があるとされている[69]。アネキシンA2は、t-PAの存在下でプラスミノーゲンをプラスミンに変換する際のコアセプターとして作用する。プラスミンレベルの上昇は、併発状態で見られ、ウイルス感染の初期段階にも関与している。プラスミンは、STAT-3の直接的な活性化につながり、COVID-19の有害な後遺症を引き起こす。イベルメクチンは、STAT-3を直接阻害し、COVID-19の合併症の抑制に一役買う可能性がある。
レベル19：赤血球上のCD147に対する作用
ACE-2とともに赤血球上に存在する膜貫通型の受容体CD147は、SARS-CoV-2スパイクタンパクの重要な結合部位として認識されている。SARS-CoV-2は赤血球には内在しないが、このような付着はクランピングの原因となる。イベルメクチンは、ウイルスのSタンパク質に結合して、CD147と結合できないようにする[70]。この作用は、血液凝固／血栓現象を呈するCOVID-19の進行期にも有効であると考えられる。
レベル20：低酸素下でのミトコンドリアATPの心機能への作用
SARS-CoV-2は、活動中の感染者だけでなく、Long-haulerにおいても急性心筋梗塞や心血管系の慢性障害を引き起こす原因としてよく知られている[71]。永井らは、イベルメクチンがCox6a2の発現を誘導することでミトコンドリアのATP産生を増加させ、低酸素状態でもミトコンドリアのATPを維持することで病的な肥大を防ぎ、心機能を改善することを明らかにした[72]。
結論
SARS-CoV-2の複製やCOVID-19という病気に関与していると思われる複数のウイルス・宿主標的の阻害に関する発表された結果をまとめた。SARS-CoV-2やCOVID-19におけるイベルメクチンの複数の抗ウイルス・宿主標的活性が報告されているが、これらの活性のいずれかが本疾患の予防や治療に役割を果たすかどうかはまだ不明である。これらの活性が臨床効果に結びつくかどうかは、現在進行中の対照臨床試験で明らかになるだろう。