カテゴリー: Technology

Arterra Bioscience SPA, Naples, Italyらのグループは、ザクロの皮からの抽出物（PPE）が、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）の抗ウイルス薬になる可能性を示しています。
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2021.638187/full

ザクロの皮からの抽出物の二大成分は、プニカラギンとエラギタンニンです。

SARS-CoV-2 Spikeタンパク質とACE2の結合阻害実験が行われ、PPEが効果的に結合を阻害することが示されました（下図参照）。本実験において、AC384がコントロールとして使用されていますが、これはSARS-CoV-2のSpikeタンパク質とACE2の結合を阻害するモノクロ抗体です。

Human kidney-2 cells (HK-2)を用いての感染阻害実験も行われました。SARS-CoV-2 Spikeタンパク質をキャリーするレンチウイルスと、Vesicular stomatitis virus G (VSVG)タンパク質をキャリーするレンチウイルスが使用されました。PPEがSARS-CoV-2 Spikeレンチウイルスの感染を見事に阻害していることが分かります（下図参照）。

これらin vitroの実験結果は、PPEを用いた効果的で斬新な治療薬の開発を進める上において、非常に心強いものとなっています。

The First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei, Chinaらのグループは、脳内出血に対する血清糖鎖マーカーを見つけたと報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8105815/

AUCの値はTOP＝6種類のレクチンに対して下記のようでした。
0.93 for ConA (P<0.01)、
0.95 for PNA (P<0.01)、
0.67 for VVA (P=0.04)、
0.92 for AAL (P<0.01)、
0.86 for LTL (P<0.01)、
0.84 for AIL (P<0.01)。

また、その時の感度／特異度は下記のようでした。
75.0%/95.8% for ConA、
100.0%/64.7% for PNA、
75.0%/58.3% for VVA、
100.0%/72.9% for AAL、
87.5%/79.2% for LTL、
A68.8%/83.3% for AIL。

結果的には、α-Man/α-Glcに糖鎖結合特異性を有する(ConA) が最も高い特異度を示しました。このことは、ConAが脳内出血の診断や予後予測に特異的な糖鎖マーカーを検出するに際して、最も優れたレクチンプローブになるかも知れないということを示唆しています。

藻類から抽出された天然分子（多糖類やレクチン）を抗ウイルス薬として検討した例は多く、Zhengzhou University, Chinaらのグループは、そのレビューを行っています。
https://www.mdpi.com/1420-3049/26/8/2134/htm

多糖類については、カラギーナン、ガラクタン、キトサン、アガー、フコイダン、ラミナランらは、あまりに有名であり、一度は名前を聞いたことがあるかも知れません。これらの作用機序については、ウイルスの宿主細胞への吸着阻害、ウイルスRNAの転写や複製の阻害、ヒトの抗ウイルス免疫の活性化らにあるとされています。多糖類は水溶性でもあり、副作用も少なく、手軽だと思われます。詳細については、もしご興味があれば、本論や引用文献を参照して頂きましょう。

ご存知のようにウイルスのエンベロープタンパク質は強く糖鎖修飾を受けており、藻類から抽出された糖鎖結合性のレクチンを用いて、ウイルスの感染を阻害する試みについても多くの研究例があります（下図はその代表例）。

糖鎖とレクチンの相互作用を用いてSARS-CoV-2にいかに立ち向かうか？については、過去のブログ記事も大いに参考になります。レクチンを抗ウイルス薬として用いる場合の副作用をどう克服するか？が大きな挑戦となっています。

Mayo Clinicらのグループは、COVID-19に対するLenzilumabの第3相治験から治療薬として有望な結果を報告しています。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33972949/

COVID-19においては、顆粒マクロファージ・コロニー刺激因子（GM-CSF）が病態の重症度、肺組織へのマクロファージの遊走、ICU入院らと相関があると言われています。GM-CSFはサイトカインの一種であり、多能性造血幹細胞に分化を促し、結果としてそのダウンストリームにあるケモカイン (MCP-1, IL-8, IP-10) や、サイトカイン (IL-6, IL-1)の産生を加速します。

Lenzilumabは、GM-CSFに直接的に結合する抗体であり、GS-CFSの受容体への結合を阻害し、そのダウンストリームを遮断します。LenzilumabのGM-CSFへの結合アフィニティーは25pMであり、体内での消失速度も遅いとされています。 Lenzilumabの有効性を検証するために、ランダム化、ダブル・ブライン、プラセボ・コントロールを用いた第3相治験が行われました。Lenzilumabのドーズは600mgであり、8時間の間をあけ、28日間にわたって静脈注射にて投与されました。

Lenzilumabは、survival without ventilation (SWOV) を指標として、28日間を通して54%改善することが出来ました。しかし、この効果は、CRP<150 mg/L、85歳以下という条件に限られることに注意しましょう。

米国CDC COVID-19 チームは、Pfizer-BioNTech や Moderna ワクチンの有効性調査の結果を報告しています。
https://www.cdc.gov/mmwr/volumes/70/wr/pdfs/mm7018e1-H.pdf

チームは、その結果として、Pfizer-BioNTech 或いは Moderna ワクチンの完全接種を受けた人のワクチン有効性は、94% (95% CI = 49%–99%)、部分的なワクチン接種を受けた人で 64% (95% CI = 28%–82%)と報告しました。
本研究においては、65歳以上で、COVID-19症状を示して2021年1月1日から3月26日の間に入院し、RT-PCRで確認された417名を対象としています。この中には, 187人の症例患者と230人の対照が含まれています。症例患者とは、一回以上のSARS-CoV-2 RT-PCRテストを受けて陽性と認められた人、対照とはRT-PCRで陰性と認められた人であります。また、この研究の参加者は、ワクチン接種を受けたことがCDCワクチン記録など公的な記録と自己申請で確認された人達です。

COVID-19の症状を発症する14日以内に、第一回目のワクチンの接種を受けていてもその効果はほとんどないということには注意しましょう（ワクチン有効性 = 3%, 95% CI = −94%–51%)。

Universidade CEUMA, Brazilらのグループは、エンベロープを持つウイルスとの戦いに糖鎖とレクチンの相互作用を用いた過去の事例をレビューし、SARS-CoV-2への挑戦に触れています。
https://academic.oup.com/glycob/article/31/4/358/5934657

COVID-19に立ち向かうに際して、ウイルス・エンベロープの糖タンパク質の存在は、レクチンを用いる方法について、いろいろな可能性を与えてくれます。レクチンは、ウイルス・エンベロープの糖鎖と結合し、ウイルスの宿主細胞への感染を阻害することができるという意味において、新しい抗ウイルス薬の開発のリード高分子になり得ます。

SARS-CoV-2の糖鎖修飾の概要は次のようです。SARS-CoV-2のspikeタンパク質には、22個のN-型糖鎖修飾部位、6個のO-型糖鎖修飾部位があります。 oligomannose-型の糖鎖は、2ケ所（N234 and N709）、複合型糖鎖は、主に14ケ所（N17, N74, N149, N165, N282, N331, N343, N616, N657, N1098, N1134, N1158, N1173 and N1194）、更に6ヶ所は、oligomannose-型と複合型が混在しています（N61, N122, N603, N717, N801, N1074）。最も普通にみられるoligomannose-型糖鎖は、 Man₅GlcNAc₂であります。一方、O-型糖鎖は短鎖にて、Tnやcore1構造が主であります（T73, T76, T478, T676, T678, T1076）。

このレビュー論文で触れられている抗ウイルス薬として評価された典型的なレクチンは（FRAIL, GRFT, Cyanovirin-N, BanLec, MVN, Avaren）であります。これらのレクチンの糖鎖結合特異性は、ほとんどがoligo及び high mannoseでありますが、これは過去にターゲットとされたウイルス（HIV, HCV, influenza, Ebora）のエンベロープは、強くmannose修飾を受けていたことに関係します。これらウイルスに比較すると、SARS-CoV-2の糖鎖修飾は幾らかパターンが異なっているということができますし、従って、これらのレクチン以外に、SARS-CoV-2と戦うにはより優れたレクチンが存在する可能性があるでしょう。

ともあれ、抗ウイルス薬としてレクチンを使う場合の大きな制限は、ターゲット以外の望ましくない体細胞に結合してしまう可能性があるということにあります。例えば、レクチンを投与することで、凝集反応や細胞増殖を招いてしまうというような事柄があります。従って、レクチンを使うことによるそういった副作用を抑えながら、SARS-CoV-2に対する特異的な抗ウイルス薬としてのみ働くようにレクチンをタンパク質工学を用いて工夫してやることが必要です。おそらくそのキーワードは、融合タンパク質を作るということではないでしょうか？例えば、Fab融合, Fc融合, PEG化、などなどです。

Israel Institute for Biological Researchらのグループは、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）のNTDに対する12種類の中和抗体の特性について報告しています。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33937725/

12種類のSARS-CoV-2 NTDをターゲットとする抗体 (BLN1 ～ BLN14) は効果的にSARS-CoV-2を中和化することができ、そのIC₅₀は、最も低い中和活性のBLN8で54.9 µg/ml、最も高い中和活性を示すBNL1やBLN12で0.008 µg/ml、に分布しました。　これらすべての抗体の特異性は、NTDをターゲットとするELISAにて検証され、より詳細には、S1タンパク質の配列から作られたペプチドアレイによるエピトープマッピングにて検証されました。 そしてまた、NTDの糖鎖修飾の抗体への影響については、糖鎖アレイ、及び糖鎖を阻害剤として用いる競合アッセイによって評価されました。糖鎖アレイの実験では、これら抗体は、ほとんどの糖鎖に対して非常に弱い結合しか示しませんでしたが、LacNAcとそのα2-3Sia修飾については強く結合しました。これらの結果から、BLN4とBLN12は、NTDのアミノ酸配列のみでなく、N-型糖鎖もその結合に関与している可能性が指摘されました。

SARS-CoV-2においては、ACE2が主たる感染受容体として考えられていますが、C型レクチン（L-SIGN, DC-SIGNなど）も感染受容体として機能することが報告されています。そこで、代表的な抗体がSARS-CoV-2とL-SIGNの結合を阻害できるかどうかについての実験が行われました。 阻害効率は、BLN14の25％からBLN4の50％に分布しました。この阻害効果は、抗体のNTDの糖鎖に対する直接的な結合によって引き起こされるものではなく、L-SIGNとの立体障害によって引き起こされているものだと考えられました。

ACE2の発現が低い組織の細胞の場合に、L-SIGNやDC-SIGNがSARS-CoV-2に対する第二の感染受容体となるのであれば、NTDをターゲットとする抗体がSARS-CoV-2の感染を抑え込むために有効であると考えられ、結果として、RBDをターゲットとする抗体とNTDをターゲットするカクテル抗体がSARS-CoV-2の治療に有効であるはず、と結論しています。

University of Pisa, Italyらのグループは、潰瘍性大腸炎における新しいバイオマーカーについて報告しています。
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2021.654319/full/

潰瘍性大腸炎（Ulcerative colitis: UC）は、自己免疫疾患であり、大腸上皮細胞に炎症が発生し、出血、下痢、腹痛が起こります。 腫瘍壊死因子（Tumor necrosis factor: TNF）の発現が潰瘍性大腸炎では上昇しており、 大腸粘膜に炎症を起こし、大腸上皮細胞にダメージを与えています。このようなことから、抗TNF抗体, infliximab (IFX) や adalimumab (ADA), が潰瘍性大腸炎の治療に使用されています。.

しかしながら、潰瘍性大腸炎の患者の30％は、この抗TNF抗体が効かない（non-responder）ということもあり、治療効果に対して早期に予測ができることが非常に重要になっています。著者らの研究は、抗TNF抗体治療に対する治療効果を予測する上で、IgGのJacalin（JAC）結合性糖鎖が非常に良いマーカーになると述べています。下図において、Aは治療前のJAC-IgGのベースラインを示し（NHS = 健常者, R = レスポンダー, NR = ノンレスポンダー）、Bは抗TNF抗体治療後のそれを示します。
Jacalinは、O型糖鎖を認識するレクチンであり、IgGのこの糖鎖修飾の違いがどのように抗TNF抗体の治療効果に関係しているのか？については不明ですが、治療効果に対するバイオマーカーには成り得るとしています。

多くの自己免疫疾患では、IgGの糖鎖修飾がアガラクトに変化することが知られており、FcγRIIaとの相互作用を介してマクロファージの活性化や、TNFα、IL-6ら炎症性サイトカインの産生を促すことが知られています。また、リューマチでは、ステロイドや抗TNF抗体を投与することで、IgGのシアル酸修飾が増加するという現象も知られています。

Medical University of Białystok, Polandらのグループは、トシリズマブ（Tocilizumab）のCOVID-19に対する治療効果を報告しています。
https://www.mdpi.com/2077-0383/10/8/1583/htm

合計825名の患者の内、170名にトシリズマブが投与され、655名にはトシリズマブは勿論のこと他の如何なるサイトカイン受容体に対する阻害剤（mAb）も使用されませんでした。トシリズマブのドーズは、一回の投与で、8mg/kgにて、最大ドーズは800mgとされました。

IL-6のレベルが100pg/mLより高い場合に、トシリズマブの顕著な効果が表れ、hazard ratio [HR]=0.21（95% confidence interval [CI]: 0.08–0.57)となりました。IL-6のレベルが100 pg/mLより高く、且つ酸素飽和度が90%以下あるいは酸素吸入が必要な場合で、更に効果が顕著となり、HR=0.18となりました。付け加えるならば、IL-6の濃度が100pg/mLよりも低い場合には、トシリズマブはほとんど効かないという結果でもあります。
しかし、トシリズマブがどのような状態の時に、如何なるドーズが最適なのか？という知見が得られたことは非常に素晴らしいと思われます。

Aarhus University Hospital, Denmarkらのグループは、経口蛋白分解酵素阻害剤（Camostat Mesilate：TMPRSS2阻害剤）のCOVID-19への治療効果を報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8060682/

本試験では、ダブル・ブラインド、ランダム化、プラセボコントロールの治験が実施されています。この治験の背景は、TMPRSS2を阻害することによって、感染患者におけるSARS-CoV-2の増殖を阻止し、急性呼吸器不全に至る重症化のリスクを下げられるかも知れない、ということにあります。しかしながら、試験結果は誠に残念なものであり、経口蛋白分解酵素阻害剤（Camostat Mesilate：TMPRSS2阻害剤)は、COVID-19患者に対して、急性呼吸器不全による死亡、挿管、酸素吸入期間、入院期間らあらゆる項目に対して有意差を認めませんでした。

本治験において、camostat mesilateのドーズが最適されていなかったのではないか？という疑念は残りますが、 ブログ管理人は、ACE2-TMPRSS2によってイニシエートされるという感染パスが実は肺上皮細胞ではメジャーでなく、免疫細胞に発現するC-Type lectinや食作用を介した感染ルートがメインになっているのではないか？という疑念をぬぐい切れません。