trừu tượng

Giới thiệu

COVID-19, một căn bệnh đại dịch mới gây ra bởi một loại vi-rút RNA sợi đơn cảm giác tích cực thuộc họ coronaviridae được bao bọc lần đầu tiên được xác định vào tháng 11-12 năm 2019 tại Vũ Hán, Trung Quốc (Phelan et al., 2020 ). Ủy ban Quốc tế về Phân loại Vi-rút đã đặt tên cho loại vi-rút corona mới này là vi-rút corona gây hội chứng hô hấp cấp tính nặng 2 (SARS-CoV-2) và các triệu chứng tương tự như bệnh viêm phổi đã được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chỉ định là COVID-19 vào ngày 11 tháng 2 năm 2019. 2020 (Dai et al., 2020 ; Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 2020 ). Dịch bệnh lây lan nhanh chóng và bao phủ hơn 212 quốc gia, vùng lãnh thổ trên thế giới và được WHO tuyên bố là tình trạng y tế khẩn cấp toàn cầu. Trên toàn cầu, đã có 47.930.397 trường hợp được xác nhận nhiễm COVID-19, trong đó có 1.221.781 trường hợp tử vong, được báo cáo cho WHO (ngày 5 tháng 11 năm 2020). Virus corona mới, SARS-CoV-2 giống 96,2% với virus corona ở dơi và chia sẻ bản sắc đáng kể (79,5%) với SARS-CoV 2002 về cấu trúc di truyền và sử dụng các cơ chế gần như tương tự để xâm nhập vào tế bào chủ mặc dù có ái lực cao hơn . Cả hai loại virut này đều xâm nhập vào cơ thể vật chủ bằng cách gắn gai glycoprotein S1 của virut với thụ thể vật chủ, enzym chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2). Một mục tiêu thuốc hấp dẫn giữa các coronavirus là protease chính dài ∼306 axit amin (Mpro, 3CLpro), để ngăn chặn sự lây lan của bệnh bằng cách hạn chế sự phân cắt polyprotein của virus. Mpro rất cần thiết để xử lý các polyprotein dẫn đến hoạt hóa phân giải protein của các protein chức năng của virus (Zhang và cộng sự, 2020 ). Nhắm mục tiêu xâm nhập của vi rút có lợi thế hơn là ức chế các giai đoạn sau của vòng đời vi rút.

Cho đến nay, chưa có vắc-xin hoặc thuốc kháng vi-rút cụ thể nào được chứng minh lâm sàng để phòng ngừa và điều trị đại dịch COVID-19. Do mức độ nghiêm trọng của tình hình và sự lây lan nhanh chóng trên toàn thế giới của SARS-CoV-2; những nỗ lực khẩn cấp và bổ sung từ các nhà nghiên cứu là cần thiết để tìm ra các tác nhân trị liệu và phương pháp phòng ngừa mới. Các loại thuốc như hydroxychloroquine, arbidol, remdesivir và favipiravir hiện đang được thử nghiệm lâm sàng để kiểm tra tính hiệu quả và an toàn của chúng trong điều trị COVID-19 và cho đến nay đã đạt được một số kết quả đầy hứa hẹn (Aanouz et al., 2020 ; Dong et al., 2020 ; Boopathi và cộng sự, 2020 ). Gần đây, Hội đồng Nghiên cứu Y khoa Ấn Độ, thuộc Bộ Y tế và Phúc lợi Gia đình (MHFW), đã đề xuất sử dụng hydroxychloroquine (400 mg hai lần vào ngày đầu tiên, sau đó là 400 mg một lần một tuần sau đó) để dự phòng cho nhân viên y tế không có triệu chứng. những người trực tiếp tham gia điều trị bệnh nhân COVID-19 bị nghi ngờ hoặc xác nhận mắc COVID-19. Chứng kiến ​​các hoạt động kháng vi-rút mạnh mẽ của cordycepin đối với một số vi-rút ở người bao gồm vi-rút cúm, vi-rút gây suy giảm miễn dịch ở người, vi-rút gây bệnh bạch cầu ở chuột, vi-rút thực vật và vi-rút epstein-barr (Chanda và cộng sự, 2015 ; Ohta và cộng sự, 2007 ; Ryu và cộng sự, 2014 ) nó được xem xét để đánh giá khả năng ức chế chống lại SARS-CoV-2 bằng cách sử dụng phương pháp in silico .

Vì rõ ràng là miền liên kết với thụ thể protein tăng đột biến (RBD) và protease chính đóng vai trò thiết yếu trong quá trình lây nhiễm, sao chép và nhân lên của virus trong cơ thể vật chủ (Wang và cộng sự, 2020 ; Wrapp và cộng sự, 2020 ; Zhang và cộng sự. , 2020 ). Do đó, trong nghiên cứu hiện tại, các mục tiêu protein này đã được sử dụng trong quá trình mô phỏng tương tác phân tử với cordycepin bằng cách sử dụng phương pháp tính toán. Bài báo hiện tại nhấn mạnh tiềm năng điều trị của cordycepin và do đó cộng đồng thế giới được đề xuất rằng việc tái sử dụng thuốc sẽ là một phương pháp hiệu quả hơn để phát triển thuốc chống lại SARS-CoV-2.

Nguyên liệu và phương pháp

kết quả và thảo luận

Một số hợp chất có hoạt tính dược lý đã được báo cáo từ nấm, Cordyceps militaris ; trong số những loại cordycepin đó đã thu hút thêm sự chú ý do hoạt động sinh học và tế bào phổ rộng của nó (Tuli et al., 2014 ). Nó được biết là điều chỉnh các quá trình sinh hóa và phân tử khác nhau bao gồm quá trình sinh tổng hợp purine, DNA/RNA và mTOR (mục tiêu động vật có vú của rapamycin) (Holbein et al., 2009 ). Cordycepin và các chất tương tự có liên quan của nó có tác dụng sức khỏe lâm sàng đáng chú ý (Liu và cộng sự, 2015 ) bao gồm tác động lên gan, thận, tim mạch, hô hấp, thần kinh, tình dục, hệ thống miễn dịch, bên cạnh tác dụng chống ung thư, kháng vi-rút, chống oxy hóa, chống viêm và các hoạt động chống vi khuẩn (Tuli et al., 2014 ). Các hoạt động kháng vi-rút mạnh của cordycepin và các chất tương tự của nó đã được báo cáo chống lại các loại vi-rút gây bệnh khác nhau ở người (Chanda và cộng sự, 2015 ; Ohta và cộng sự, 2007 ; Ryu và cộng sự, 2014 ).

Glycoprotein gai xuyên màng lớn (loại I) của SARS-CoV-2 chiếm đặc điểm đáng chú ý của nó và được glycosyl hóa nhiều (Wrapp et al., 2020 ). Tuy nhiên, có ý kiến ​​cho rằng loại virus này và một số loại khác có được lớp vỏ glycan phù hợp và tương tự như quá trình glycosyl hóa protein của vật chủ nội sinh để hoạt động như một lá chắn glycan, giúp tạo điều kiện trốn tránh miễn dịch bằng cách che giấu các peptide không phải virus tự glycan ( Watanabe, Allen và cộng sự, 2020 ; Watanabe, Berndsen và cộng sự, 2020 ). Protein virus thường được glycosyl hóa thông qua một trong ba con đường riêng biệt. Các quá trình này không chỉ thay đổi trong các enzym tế bào có liên quan, mà còn tạo ra nhiều dạng cấu trúc glycan khác nhau (Sugrue, 2007 ). Các glycan tạo thành được liên kết với N, liên kết với O hoặc glycosylphosphatidyl inositol (GPI)-được gắn kết. Quá trình glycosyl hóa liên kết với N xảy ra tại các vị trí protein có trình tự axit amin Asn-X-Ser/Thr. Glycan liên kết O thường được liên kết với chuỗi bằng dư lượng serine hoặc threonine. Trong một số trường hợp, glycoprotein được liên kết với màng lipid thông qua liên kết lipid và kiểu biến đổi này thường được gọi là mỏ neo glycosylphosphatidyl inositol (GPI) (Sugrue, 2007 ).

Glycoprotein tăng đột biến của SARS-CoV-2 bao gồm hai tiểu đơn vị, tiểu đơn vị liên kết với thụ thể (S1) và tiểu đơn vị dung hợp màng (S2) (Lu và cộng sự, 2020 ; Zhou và cộng sự, 2020 L). Spike glycoprotein tập hợp thành các homotrime ổn định cùng sở hữu 66 trình tự chính tắc cho quá trình glycosyl hóa liên kết với N (Asn-X-Ser/Thr, trong đó X là bất kỳ axit amin nào ngoại trừ Proline) cũng như một số vị trí glycosyl hóa tiềm năng được liên kết với O (Watanabe , Allen và cộng sự, 2020 ; Watanabe, Berndsen và cộng sự, 2020 ). Điều thú vị là, các virion của virus corona đâm chồi vào khoang trung gian của mạng lưới nội chất-Golgi (ERGIC), đặt ra những câu hỏi chưa được trả lời về các cơ chế chính xác mà glycoprotein bề mặt của virus được xử lý khi chúng đi qua con đường bài tiết (Stertz et al., 2007 ; Zhao et al. al., 2020 ).

Giống như nhiều loại vi-rút, SARS-CoV-2 sử dụng một bộ cắt glycoprotein tăng đột biến để nhận biết và liên kết với glycoprotein của enzyme chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2) thụ thể bề mặt tế bào chủ và tạo điều kiện cho sự xâm nhập của tế bào chủ (Watanabe và cộng sự, 2019 ). Do tầm quan trọng của các protein gai của virus đối với việc nhắm mục tiêu và xâm nhập vào tế bào chủ cùng với vị trí của chúng trên bề mặt virus, các protein gai thường được sử dụng làm chất sinh miễn dịch cho vắc-xin để tạo ra các kháng thể trung hòa và thường được nhắm mục tiêu để ức chế bởi các phân tử nhỏ có thể ngăn chặn sự liên kết với thụ thể của vật chủ. và/hoặc phản ứng tổng hợp màng (Li, 2016 ; Watanabe et al., 2019 ). Do đó, hiểu được mô hình glycosyl hóa của bộ cắt tăng đột biến của virus là điều cần thiết để phát triển các loại vắc-xin hiệu quả, kháng thể trung hòa và các chất ức chế điều trị nhiễm trùng đó.

Nghiên cứu tương tác phân tử cho thấy rằng cordycepin có ái lực liên kết mạnh (-145,3) với miền SARS-CoV-2 RBD của protein tăng đột biến ( Hình 1 ). Cordycepin đã thể hiện các tương tác hóa học (liên kết H) trong giao diện ACE2 giữa người và miền RBD với Asn33, His34 và Lys353 ( Hình 1 ). Điều đáng nói là tất cả các axit amin này được định vị trong vùng giao diện của glycoprotein tăng đột biến và các thụ thể của vật chủ, cuối cùng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nội bào qua trung gian thụ thể (Hoffmann và cộng sự, 2020 ) trong quá trình lây nhiễm ban đầu. Trong một nghiên cứu gần đây, người ta đã báo cáo rằng chất ức chế tổng hợp pan-coronavirus (EK1C4), nhắm mục tiêu protein tăng đột biến đã hạn chế thành công (dải IC ₅₀ : 1,3 – 15,8 nM) sự xâm nhập của vi rút vào cơ thể vật chủ ở nhiều loại coronavirus như SARS-CoV, MERS -CoV, SARS-CoV-2, HCoV-OC43 và SARSr-CoVs (Xia và cộng sự, 2020 ).

Hình 1.

Cấu trúc gắn kết và các tương tác hóa học của cordycepin đã được chứng minh cùng với các nguyên tử phối tử và các axit amin tương tác trong các vị trí liên kết của protein gai RBD của SARS-CoV-2.

Một mục tiêu thuốc thú vị và bổ sung bên cạnh protein tăng đột biến giữa các coronavirus là protease chính dài ∼306 axit amin (Mpro, 3CLpro), để ngăn chặn sự lây lan của bệnh bằng cách hạn chế sự phân cắt của polyprotein của virus. Mpro rất cần thiết để xử lý các polyprotein dẫn đến hoạt hóa phân giải protein của các protein chức năng của virus (Zhang và cộng sự, 2020 ) trong SARS-CoV-2. Một phân tích in silico tiết lộ rằng cordycepin liên kết mạnh (điểm tương tác: −180,5) với Mpro ( Hình 2 ). Các axit amin tại vị trí hoạt động của Mpro như Thr26, Gly143, Cys145, Ser144, Leu141, His172, Phe140, Glu166, His163 và His164 đóng vai trò chính trong quá trình tương tác hóa học với cordycepin ( Hình 2 ).

Hình 2.

Cấu trúc kết nối và các tương tác hóa học của cordycepin đã được chứng minh cùng với các nguyên tử phối tử và các axit amin tương tác trong các vị trí liên kết của M ^pro .

Phản ứng sinh học của các phân tử nhỏ trong cơ thể sống phần lớn được điều chỉnh bởi các đối tác tương tác của chúng (Sharan et al., 2007 ). Vai trò của mạng lưới tương tác trở nên quan trọng hơn trong thiết kế thuốc có sự hỗ trợ của máy tính (CADD), vì các bệnh thường được phản ánh bằng sự thay đổi phức hợp protein của các con đường nhất định (Gollapalli và cộng sự, 2020 ; Oti và cộng sự, 2006 ). Dữ liệu mạng cordycepin-protein tiết lộ rằng cordycepin có thể điều chỉnh nhiều con đường liên quan đến quá trình chết theo chương trình, ung thư, viêm gan B, bệnh lao, cúm A, nhiễm herpes simplex và nhiều bệnh khác. Mạng lưới cordycepin-protein có ý nghĩa thống kê được phát hiện có liên quan đến nhiễm herpes simplex (0,000562): CASP3 và CASP8; viêm gan B (2.38e-10): CASP3, CASP8, CASP9, MYC và TLR4 và bệnh lao (9.08e-10): CASP3, CASP8, CASP9, IL10 và TLR4 ( Hình 3 ).

Hình 3.

Mạng lưới tương tác của cordycepin được xác định bằng thuật toán STITCH, cho thấy sự tham gia của cordycepin trong nhiều con đường. Đây là quan điểm tin cậy; các hiệp hội mạnh mẽ hơn được thể hiện bằng các đường dày hơn. Tương tác protein-protein là ...

Polyadenylation là một quá trình quan trọng phổ biến đối với tất cả các loại vi rút giúp tăng thời gian bán hủy của các bản phiên mã polyadeny hóa bằng cách bảo vệ RNA khỏi sự phân hủy bởi các exonuclease (Ustyantsev và cộng sự, 2020 ). Polyadenylation ở đầu 3′ cũng đã được báo cáo trong COVID-19 đóng vai trò chính trong sinh bệnh học và nhân lên của virus. Trong quá trình sao chép bộ gen ở SARS-CoV-2, các bản sao RNA (-) có chiều dài đầy đủ của bộ gen được tổng hợp dẫn đến tất cả các protein cấu trúc bằng cách phiên mã không liên tục (Hoffmann và cộng sự, 2020 ; Luk và cộng sự, 2019 ). Sau đó, các nucleocapsid của virus cùng với RNA của bộ gen và protein R kết hợp với nhau trong tế bào chất và sau đó được dẫn vào lòng của mạng lưới nội chất. Virion sau đó được giải phóng khỏi các mô phổi bị nhiễm bệnh thông qua quá trình xuất bào và có thể liên kết với thụ thể men chuyển angiotensin 2 (ACE2) của các mô đích khác như tế bào thận, tế bào gan, ruột và tế bào lympho T, cũng như đường hô hấp dưới. chúng hình thành các triệu chứng và dấu hiệu chính bao gồm sự sụp đổ của hệ thống miễn dịch (Lambeir và cộng sự, 2003 ; Wrapp và cộng sự, 2020 ; Yan và cộng sự, 2020 ). Trong bối cảnh này, cordycepin (3′-deoxyadenosine), một hợp chất có hoạt tính sinh học của Cordyceps militaris được cho là có hiệu quả trong việc kiểm soát sự sao chép của SARS-CoV-2. Cordycepin sở hữu sự tương đồng về cấu trúc với adenosine ngoại trừ điều đó; nó thiếu một nhóm 3′ hydroxyl trong nửa ribose của nó. Vì cordycepin có sự tương đồng về cấu trúc với adenosine nên một số enzyme không phân biệt được giữa hai chất này. Do đó, nó có thể tham gia vào một số phản ứng sinh hóa bao gồm ức chế poly(A) polymerase, rút ​​ngắn đuôi poly(A), làm mất ổn định các mRNA, ức chế sinh tổng hợp purine ( Hình 4 ) và cũng dẫn đến kết thúc sớm quá trình tổng hợp protein (Holbein và cộng sự ., 2009 ; Overgaard-Hansen, 1964 ). Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên thuộc loại này làm nổi bật tiềm năng điều trị của cordycepin chống lại COVID-19. Tuy nhiên, một số nhóm nghiên cứu cũng đã báo cáo rằng cordycepin có hoạt tính kháng vi-rút đối với một số loại vi-rút bao gồm vi-rút cúm, vi-rút gây suy giảm miễn dịch ở người, vi-rút gây bệnh bạch cầu ở chuột, vi-rút thực vật và vi-rút epstein-barr (Ohta và cộng sự, 2007 ; Ryu và cộng sự, 2014 ) . Đông trùng hạ thảo từ lâu đã được sử dụng như một loại thuốc bổ phổi và thận, đồng thời điều trị viêm phế quản mãn tính, hen suyễn, bệnh lao và các bệnh khác về hệ hô hấp (Tuli và cộng sự, 2014 ). Những người chữa bệnh dân gian ở Sikkim sử dụng Đông trùng hạ thảo để chữa 21 bệnh bao gồm ung thư, hen suyễn, lao, bệnh nhân tiểu đường, ho và cảm lạnh, rối loạn cương dương, BHP nữ, viêm gan, v.v. (Panda & Swain, 2011 ). Cordycepin có nguồn gốc từ Emericella nidulans, một loại nấm nội sinh đã được báo cáo là có đặc tính ức chế protease HCV NS3/4A (Hawas và cộng sự, 2012 ; Suwannarach và cộng sự, 2020 ). Nồng độ cordycepin cao ức chế chọn lọc sự sao chép bộ gen của virut cúm (Pridgen, 1976 ). Trong một nghiên cứu khác, người ta đã báo cáo rằng các chất tương tự cordycepin ức chế men sao chép ngược HIV-1 đã được tinh chế (Ryu và cộng sự, 2014 ). Quá trình tổng hợp RNA trong ống nghiệm của virus khảm thuốc lá và quá trình sao chép của virus đốm xanh đậu đũa bị ức chế bởi nồng độ cao của cordycepin. Hơn nữa, sự biến đổi tế bào lympho ở người do EBV gây ra bị ức chế bởi cordycepin khi không có interferon (Ryu et al., 2014 ). Các cơ chế phân tử mà cordycepin thực hiện các hoạt động chống vi-rút của nó vẫn chưa được xác định. Tuy nhiên, tác dụng của nó đối với chức năng gan và thận, các hoạt động chống ung thư liên quan đến điều hòa miễn dịch, ức chế poly(A) polymerase, rút ​​ngắn đuôi poly(A), làm mất ổn định mRNA và ức chế sinh tổng hợp purine là những điều hứa hẹn nhất và đáng được quan tâm hơn nữa.

Hinh 4.

Phản ứng sinh học qua trung gian Cordycepin đối với sự thoái biến RNA của SARS-CoV-2.

Phần kết luận

Do đó, dựa trên các tương tác phân tử mạnh mẽ của cordycepin với protein tăng đột biến của SARS-CoV-2 và các protease chính bên cạnh sự ức chế polyadenylation đã được báo cáo; cho thấy tiềm năng cao hơn của cordycepin trong việc ức chế sự xâm nhập và nhân lên của virus vào cơ thể vật chủ. Do đó, đề xuất rằng cộng đồng thế giới nên thực hiện các nghiên cứu lâm sàng tái sử dụng để kiểm tra tính hiệu quả và an toàn trong điều trị COVID-19, đây là nhu cầu cấp thiết hiện nay. Hơn nữa, những lợi ích sức khỏe lâm sàng đáng chú ý của cordycepin bao gồm tác dụng bảo vệ gan, thận, tim mạch, hô hấp, thần kinh, hệ thống miễn dịch, bên cạnh các hoạt động chống ung thư, chống oxy hóa, chống viêm và chống vi khuẩn cũng hỗ trợ cho nghiên cứu này. bởi vì đây là những mô bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi COVID-19 trong giai đoạn lây nhiễm sau này.

Đóng góp của tác giả

Thiết kế nghiên cứu, thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu và viết bản thảo được thực hiện bởi AK Verma.

Sự nhìn nhận

Thông tin bài viết