Разработка противовирусных препаратов для терапии инфекции коксакивируса В3

Энтеровирусы представляют собой разнообразную группу безоболочечных одноцепочечных положительных РНК-вирусов, принадлежащих к роду энтеровирусов семейства Picornaviridae. Они являются наиболее распространенными вирусами в мире и отличаются высокой устойчивостью к факторам внешней среды. Энтеровирусы вызывают сезонные инфекции, а также являются возбудителями энцефалита, миокардита, полиомиелита, острой сердечной недостаточности и сепсиса. Генетическая пластичность энтеровирусов способствует возникновению эпидемий и спорадических вспышек (например, вспышки инфекции энтеровируса D68 или энтеровируса 71). Вирусы Коксаки типа B, принадлежащие к виду энтеровирус B, вызывают преимущественно легкие заболевания верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта, но инфекция вируса Коксаки B3 также ассоциирована с развитием миокардита, который, в свою очередь, может привести к сердечной недостаточности. Патогенез миокардита, индуцированного вирусом Коксаки B3, хорошо изучен, он опосредован как прямым повреждением под действием протеаз вируса, так и косвенным повреждением вследствие иммунного ответа организма. Несмотря на успех в области вакцинопрофилактики ряда энтеровирусных инфекций, благодаря которому некоторые из них были взяты под контроль, сохраняется потребность в противовирусных препаратах, активных в отношении энтеровирусов. На сегодняшний день отсутствуют зарегистрированные противовирусные препараты прямого действия для терапии большинства энтеровирусных инфекций, в частности инфекции вируса Коксаки B3. Также не проводятся клинические испытания в области лечения или профилактики инфекции вируса Коксаки B3. Доступные стратегии лечения направлены на стабилизацию состояния пациента и снятию дискомфорта. Вероятно, относительно небольшой рынок препаратов против энтеровирусных инфекций является непривлекательным для фармацевтических компаний. Жизненный цикл вируса Коксаки B3 был тщательно изучен, и известны потенциальные привлекательные мишени для разработки противовирусных препаратов. Целью настоящей работы является обзор текущего состояния области разработки противовирусных препаратов против инфекции вируса Коксаки B3, особое внимание уделено разработке противовирусных препаратов прямого действия. Также упомянуты ингибиторы, нацеленные на клеточные факторы развития инфекции (включая соединения экстрактов лекарственных растений). Подробно рассмотрены следующие категории прямых ингибиторов вируса Коксаки B3: капсид-связывающие агенты (плеконарил и его производные), ингибиторы протеазы 3C (рупинтривир и его аналоги), ингибиторы репликации (как аналоги нуклеозидов, так и ненуклеозидные ингибиторы). Кроме того, в обзор включены результаты исследований перепрофилирования зарегистрированных лекарственных препаратов (амилорида, бензеразида, дибукаина и флуоксетина).

1. Романенкова Н.И., Бичурина М.А., Розаева Н.Р., Канаева О.И., Шишко Л.А., Черкасская И.В., Кириллова Л.П. Вирусы Коксаки В1—6 как этиологический фактор энтеровирусной инфекции // Журнал инфектологии. 2016. Т. 8, № 2. С. 65—71.

2. Abdelnabi R., Geraets J.A., Ma Y., Mirabelli C., Flatt J.W., Domanska A., Delang L., Jochmans D., Kumar T.A., Jayaprakash V., Sinha B.N., Leyssen P., Butcher S.J., Neyts J. A novel druggable interprotomer pocket in the capsid of rhino- and enteroviruses. PLoS Biol., 2019, vol. 17, no. 6: e3000281. doi: 10.1371/journal.pbio.3000281

3. Ang M.J., Lau Q.Y., Ng F.M., Then S.W., Poulsen A., Cheong Y.K., Ngoh Z.X., Tan Y.W., Peng J., Keller T.H., Hill J., Chu J.J., Chia C.S. Peptidomimetic ethyl propenoate covalent inhibitors of the enterovirus 71 3C protease: a P2-P4 study. J. Enzyme Inhib. Med. Chem., 2016, vol. 31, no. 2, pp. 332-339. doi: 10.3109/14756366.2015.1018245

4. Bailey J.M., Tapprich W.E. Structure of the 5‘ nontranslated region of the coxsackievirus b3 genome: chemical modification and comparative sequence analysis. J. Virol., 2007, vol. 81, no. 2, pp. 650-668. doi: 10.1128/JVI.01327-06

5. Blyszczuk P. Myocarditis in humans and in experimental animal models. Front. Cardiovasc. Med., 2019, vol. 6: 64. doi: 10.3389/fcvm.2019.00064

6. Cai Z., Shen L., Ma H., Yang J., Yang D., Chen H., Wei J., Lu Q., Wang D.W., Xiang M., Wang J. Involvement of endoplasmic reticulum stress-mediated C/EBP homologous protein activation in Coxsackievirus B3-induced acute viral myocarditis. Circ. Heart Fail., 2015, vol. 8, no. 4, pp. 809-818. doi: 10.1161/circheartfailure.114.001244

7. Chen J., Ye X., Zhang X.Y., Zhu Z., Zhang X., Xu Z., Ding Z., Zou G., Liu Q., Kong L., Jiang W., Zhu W., Cong Y., Huang Z. Coxsackievirus A10 atomic structure facilitating the discovery of a broad-spectrum inhibitor against human enteroviruses. Cell Discov., 2019, vol. 5, no. 4, 15 p. doi: 10.1038/s41421-018-0073-7

8. Cornell C.T., Kiosses W.B., Harkins S., Whitton J.L. Coxsackievirus B3 proteins directionally complement each other to down-regulate surface major histocompatibility complex class I. J. Virol., 2007, vol. 81, no. 13, pp. 6785-6797. doi: 10.1128/JVI.00198-07

9. Coyne C.B., Bergelson J.M. Virus-induced Abl and Fyn kinase signals permit coxsackievirus entry through epithelial tight junctions. Cell, 2006, vol. 124, no. 1, pp. 119-131. doi: 10.1016/j.cell.2005.10.035

10. Dunn J.J., Bradrick S.S., Chapman N.M., Tracy S.M., Romero J.R. The stem loop II within the 5‘ nontranslated region of clinical coxsackievirus B3 genomes determines cardiovirulence phenotype in a murine model. J. Infect. Dis., 2003, vol. 187, no. 10, pp. 1552-1561. doi: 10.1086/374877

11. Dutkiewicz M., Swiatkowska A., Ojdowska A., Smolska B., Dymarek-Babs T., Jasinska A., Ciesiolka J. Molecular mechanisms of genome expression of coxsackievirus B3 that belongs to enteroviruses. BioTechnologia, 2012, vol. 93, no. 4, pp. 414-423. doi: 10.5114/bta.2012.46595

12. Graci J.D., Too K., Smidansky E.D., Edathil J.P., Barr E.W., Harki D.A., Galarraga J.E., Bollinger J.M. Jr., Peterson B.R., Loakes D., Brown D.M., Cameron C.E. Lethal mutagenesis of picornaviruses with N-6-modified purine nucleoside analogues. Antimicrob. Agents Chemother., 2008, vol. 52, no. 3, pp. 971-979. doi: 10.1128/AAC.01056-07

13. Groarke J.M., Pevear D.C. Attenuated virulence of pleconaril-resistant coxsackievirus B3 variants. J. Infect. Dis., 1999, vol. 179, no. 6, pp. 1538-1541. doi: 10.1086/314758

14. Gruez A., Selisko B., Roberts M., Bricogne G., Bussetta C., Jabafi I., Coutard B., De Palma A.M., Neyts J., Canard B. The crystal structure of coxsackievirus B3 RNA-dependent RNA polymerase in complex with its protein primer VPg confirms the existence of a second VPg binding site on Picornaviridae polymerases. J. Virol., 2008, vol. 82, no. 19, pp. 9577-9590. doi: 10.1128/JVI.00631-08

15. Harki D.A., Graci J.D., Galarraga J.E., Chain W.J., Cameron C.E., Peterson B.R. Synthesis and antiviral activity of 5-substituted cytidine analogues: identification of a potent inhibitor of viral RNA-dependent RNA polymerases. J. Med. Chem., 2006, vol. 49, no. 21, pp. 6166-6169. doi: 10.1021/jm060872x

16. Hayden F.G., Herrington D.T., Coats T.L., Kim K., Cooper E.C., Villano S.A., Liu S., Hudson S., Pevear D.C., Collett M., McKinlay M. Efficacy and safety of oral pleconaril for treatment of colds due to picornaviruses in adults: results of 2 double-blind, randomized, placebo-controlled trials. Clin. Infect. Dis., 2003, vol. 36, no. 12, pp. 1523-1532. doi: 10.1086/375069

17. Jagdeo J.M., Dufour A., Klein T., Solis N., Kleifeld O., Kizhakkedathu J., Luo H., Overall C.M., Jan E. N-terminomics TAILS identifies host cell substrates of poliovirus and Coxsackievirus B3 3C proteinases that modulate virus infection. J. Virol., 2018, vol. 92, no. 8: e02211-17. doi: 10.1128/JVI.02211-17

18. Kim B.K., Cho J.H., Jeong P., Lee Y., Lim J.J., Park K.R., Eom S.H., Kim Y.C. Benserazide, the first allosteric inhibitor of Coxsackievirus B3 3C protease. FEBS Lett., 2015, vol. 589, no. 15, pp. 1795-1801. doi: 10.1016/j.febslet.2015.05.027

19. Kim B.K., Ko H., Jeon E.S., Ju E.S., Jeong L.S., Kim Y.C. 2,3,4-Trihydroxybenzyl-hydrazide analogues as novel potent coxsackievirus B3 3C protease inhibitors. Eur. J. Med. Chem., 2016, vol. 120, pp. 202-216. doi: 10.1016/j.ejmech.2016.03.085

20. Kishimoto C., Crumpacker C.S., Abelmann W.H. Ribavirin treatment of murine coxsackievirus B3 myocarditis with analyses of lymphocyte subsets. J. Am. Coll. Cardiol., 1988, vol. 12, no. 5, pp. 1334-1341. doi: 10.1016/0735-1097(88)92618-6

21. Kwon B.E., Song J.H., Song H.H., Kang J.W., Hwang S.N., Rhee K.J., Shim A., Hong E.H., Kim Y.J., Jeon S.M., Chang S.Y., Kim D.E., Cho S., Ko H.J. Antiviral activity of oroxylin A against Coxsackievirus B3 alleviates virus-induced acute pancreatic damage in mice. PLoS One, 2016, vol. 11, no. 5: e0155784. doi: 10.1371/journal.pone.0155784

22. Lee K., Kim D.E., Jang K.S., Kim S.J., Cho S., Kim C. Gemcitabine, a broad-spectrum antiviral drug, suppresses enterovirus infections through innate immunity induced by the inhibition of pyrimidine biosynthesis and nucleotide depletion. Oncotarget, 2017, vol. 8, no. 70, pp. 115315—115325. doi: 10.18632/oncotarget.23258

23. Lim B.K., Ju E.S., Lee Y.J., Jang S.A., Youn T.J., Jeon E.-S. RNA helicase (2C) inhibitor prevent enteroviral-mediated cardiomyopathy. Eur. Heart J., 2013, vol. 34, pp. 3502. doi: 10.1093/eurheartj/eht309.3502

24. Lim B.K., Yun S.H., Ju E.S., Kim B.K., Lee Y.J., Yoo D.K., Kim Y.C., Jeon E.S. Soluble coxsackievirus B3 3C protease inhibitor prevents cardiomyopathy in an experimental chronic myocarditis murine model. Virus. Res., 2015, vol. 199, 8 p. doi: 10.1016/j.virusres.2014.11.030

25. Liu Y., Wang C., Mueller S., Paul A.V., Wimmer E., Jiang P. Direct interaction between two viral proteins, the nonstructural protein 2C and the capsid protein VP3, is required for enterovirus morphogenesis. PLoS Pathog., 2010, vol. 6, no. 8: e1001066. doi: 10.1371/journal.ppat.1001066

26. Ma Y., Abdelnabi R., Delang L., Froeyen M., Luyten W., Neyts J., Mirabelli C. New class of early-stage enterovirus inhibitors with a novel mechanism of action. Antiviral Res., 2017, vol. 147, pp. 67—74. doi: 10.1016/j.antiviral.2017.10.004

27. Makarov V.A., Braun H., Richter M., Riabova O.B., Kirchmair J., Kazakova E.S., Seidel N., Wutzler P., Schmidtke M. Pyrazolopyrimidines: potent inhibitors targeting the capsid of Rhino- and Enteroviruses. Chem. Med. Chem., 2015, vol. 10, no. 10, pp. 1629-1634. doi: 10.1002/cmdc.201500304

28. Muckelbauer J.K., Kremer M., Minor I., Diana G., Dutko F.J., Groarke J., Pevear D.C., Rossmann M.G. The structure of coxsackievirus B3 at 3.5 A resolution. Structure, 1995, vol. 3, no. 7, pp. 653-667. doi: 10.1016/S0969-2126(01)00201-5

29. Ogram S.A., Boone C.D., McKenna R., Flanegan J.B. Amiloride inhibits the initiation of coxsackievirus and poliovirus RNA replication by inhibiting VPg uridylylation. Virology, 2014, vol. 464-465, pp. 87-97. doi: 10.1016/j.virol.2014.06.025

30. Patick A.K., Binford S.L., Brothers M.A., Jackson R.L., Ford C.E., Diem M.D., Maldonado F., Dragovich P.S., Zhou R., Prins T.J., Fuhrman S.A., Meador J.W., Zalman L.S., Matthews D.A., Worland S.T. In vitro antiviral activity of AG7088, a potent inhibitor of human rhinovirus 3C protease. Antimicrob. Agents Chemother., 1999, vol. 43, no. 10, pp. 2444-2450. doi: 10.1128/AAC.43.10.2444

31. Peischard S., Ho H.T., Theiss C., Strutz-Seebohm N., Seebohm G. A kidnapping story: how coxsackievirus B3 and its host cell interact. Cell Physiol. Biochem., 2019, vol. 53, no. 1, pp. 121-140. doi: 10.33594/000000125

32. Pevear D.C., Tull T.M., Seipel M.E., Groarke J.M. Activity of pleconaril against enteroviruses. Antimicrob. Agents Chemother., 1999, vol. 43, no. 9, pp. 2109-2115. doi: 10.1128/AAC.43.9.2109

33. Robinson S.M., Tsueng G., Sin J., Mangale V., Rahawi S., McIntyre L.L., Williams W., Kha N., Cruz C., Hancock B.M., Nguyen D.P., Sayen M.R., Hilton B.J., Doran K.S., Segall A.M., Wolkowicz R., Cornell C.T., Whitton J.L., Gottlieb R.A., Feuer R. Coxsackievirus B exits the host cell in shed microvesicles displaying autophagosomal markers. PLoS Pathog., 2014, vol. 10, no. 4: e1004045. doi: 10.1371/journal.ppat.1004045

34. Schmidtke M., Wutzler P., Zieger R., Riabova O.B., Makarov V.A. New pleconaril and [(biphenyloxy)propyl]isoxazole derivatives with substitutions in the central ring exhibit antiviral activity against pleconaril-resistant coxsackievirus B3. Antiviral Res., 2009, vol. 81, no. 1, pp. 56-63. doi: 10.1016/j.antiviral.2008.09.002

35. Shi. L., Xiong H., He J., Deng H., Li Q., Zhong Q., Hou W., Cheng L., Xiao H., Yang Z. Antiviral activity of arbidol against influenza A virus, respiratory syncytial virus, rhinovirus, coxsackievirus and adenovirus in vitro and in vivo. Arch. Virol., 2007, vol. 152, no. 8, pp. 1447-1455. doi: 10.1007/s00705-007-0974-5

36. Song J.H., Ahn J.H., Kim S.R., Cho S., Hong E.H., Kwon B.E., Kim D.E., Choi M., Choi H.J., Cha Y., Chang S.Y., Ko H.J. Manassantin B shows antiviral activity against coxsackievirus B3 infection by activation of the STING/TBK-1/IRF3 signalling pathway. Sci. Rep., 2019, vol. 9, no. 1: 9413. doi: 10.1038/s41598-019-45868-8

37. Strating J.R., van der Linden L., Albulescu L., Bigay J., Arita M., Delang L., Leyssen P., van der Schaar H.M., Lanke K.H., Thibaut H.J., Ulferts R., Drin G., Schlinck N., Wubbolts R.W., Sever N., Head S.A., Liu J.O., Beachy P.A., De Matteis M.A., Shair M.D., Olkkonen V.M., Neyts J., van Kuppeveld F.J. Itraconazole inhibits enterovirus replication by targeting the oxysterol-binding protein. Cell Rep., 2015, vol. 10, no. 4, pp. 600-615. doi: 10.1016/j.celrep.2014.12.054

38. Thibaut H.J., van der Linden L., Jiang P., Thys B., Canela M.D., Aguado L., Rombaut B., Wimmer E., Paul A., Perez-Perez M.J., van Kuppeveld F., Neyts J. Binding of glutathione to enterovirus capsids is essential for virion morphogenesis. PLoS Pathog., 2014, vol. 10, no. 4: e1004039. doi: 10.1371/journal.ppat.1004039

39. Ulferts R., de Boer S.M., van der Linden L., Bauer L., Lyoo H.R., Mate M.J., Lichiere J., Canard B., Lelieveld D., Omta W., Egan D., Coutard B., van Kuppeveld F.J. Screening of a library of FDA-approved drugs identifies several enterovirus replication inhibitors that target viral protein 2C. Antimicrob. Agents Chemother., 2016, vol. 60, no. 5, pp. 2627-2638. doi: 10.1128/AAC.02182-15

40. Ulferts R., van der Linden L., Thibaut H.J., Lanke K.H., Leyssen P., Coutard B., De Palma A.M., Canard B., Neyts J., van Kuppeveld F.J. Selective serotonin reuptake inhibitor fluoxetine inhibits replication of Human enteroviruses B and D by targeting viral protein 2C. Antimicrob. Agents Chemother., 2013, vol. 57, no. 4, pp. 1952-1956. doi: 10.1128/AAC.02084-12

41. Van der Linden L., Vives-Adrian L., Selisko B., Ferrer-Orta C., Liu X., Lanke K., Ulferts R., De Palma A.M., Tanchis F., Goris N., Lefebvre D., De Clercq K., Leyssen P., Lacroix C., Purstinger G., Coutard B., Canard B., Boehr D.D., Arnold J.J., Cameron C.E., Verdaguer N., Neyts J., van Kuppeveld F.J. The RNA template channel of the RNA-dependent RNA polymerase as a target for development of antiviral therapy of multiple genera within a virus family. PLoS Pathog., 2015, vol. 11, no. 3: e1004733. doi: 10.1371/journal.ppat.1004733

42. Van der Schaar H.M., Leyssen P., Thibaut H.J., de Palma A., van der Linden L., Lanke K.H., Lacroix C., Verbeken E., Conrath K., Macleod A.M., Mitchell D.R., Palmer N.J., van de Poёl H., Andrews M., Neyts J., van Kuppeveld F.J. A novel, broad-spectrum inhibitor of enterovirus replication that targets host cell factor phosphatidylinositol 4-kinase Шв. Antimicrob. Agents Chemother., 2013, vol. 57, no. 10, pp. 4971-4981. doi: 10.1128/AAC.01175-13

43. Xia H., Wang P., Wang G.C., Yang J., Sun X., Wu W., Qiu Y., Shu T., Zhao X., Yin L., Qin C.F., Hu Y., Zhou X. Human enterovirus nonstructural protein 2C ATPase functions as both an RNA helicase and ATP-independent RNA chaperone. PLoS Pathog., 2015, vol. 11, no. 7: e1005067. doi: 10.1371/journal.ppat.1005067

44. Yun S.H., Lee W.G., Kim Y.C., Ju E.S., Lim B.K., Choi J.O., Kim D.K., Jeon E.S. Antiviral activity of coxsackievirus B3 3C protease inhibitor in experimental murine myocarditis. J. Infect. Dis., 2012, vol. 205, no. 3, pp. 491—497. doi: 10.1093/infdis/jir745

45. Zautner A.E., Jahn B., Hammerschmidt E., Wutzler P., Schmidtke M. N- and 6-O-sulfated heparan sulfates mediate internalization of coxsackievirus B3 variant PD into CHO-K1 cells. J. Virol., 2006, vol. 80, no. 13,pp. 6629— 6636. doi: 10.1128/JVI.01988-05

46. Zhang Y., Cao W., Xie Y.H., Yang Q., Li X.Q., Liu X.X., Wang S.W. The comparison of a-bromo-4-chlorocinnamaldehyde and cinnamaldehyde on coxsackie virus B3-induced myocarditis and their mechanisms. Int. Immunopharmacol., 2012, vol. 14, no. 1, pp. 107-113. doi: 10.1016/j.intimp.2012.06.007