Введение

Лекарственные средства для лечения вирусных инфекций

Противовирусные препараты – это класс лекарственных средств, используемых для лечения вирусных инфекций. Большинство противовирусных препаратов нацелены на конкретные вирусы, в то время как противовирусные препараты широкого спектра действия эффективны против широкого ряда вирусов. Противовирусные препараты являются классом противомикробных средств, более широкой группы, которая также включает антибиотики (также называемые антибактериальными), противогрибковые и противопаразитарные препараты, или противовирусные препараты на основе моноклональных антител. Большинство противовирусных препаратов считаются относительно безопасными для организма и, следовательно, могут использоваться для лечения инфекций. Их следует отличать от вируцидов, которые не являются лекарствами, а деактивируют или уничтожают вирусные частицы внутри или вне организма. Природные вируциды производятся некоторыми растениями, такими как эвкалипт и чайные деревья австралийские.

Медицинское применение

Большинство доступных в настоящее время противовирусных препаратов разработаны для борьбы с ВИЧ, вирусами герпеса, вирусами гепатита В и С, а также вирусами гриппа А и В. Вирусы используют клетки хозяина для репликации, что затрудняет поиск мишеней для лекарств, которые могли бы подавлять вирус, не повреждая при этом клетки организма-хозяина. Более того, основная сложность в разработке вакцин и противовирусных препаратов обусловлена вирусной изменчивостью. Появление противовирусных препаратов стало результатом значительного расширения знаний о генетической и молекулярной функции организмов, что позволило биомедицинским исследователям понять структуру и функции вирусов, существенного прогресса в методах поиска новых лекарственных средств и давления на медицинское сообщество, связанного с необходимостью борьбы с вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающим синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Первые экспериментальные противовирусные препараты были разработаны в 1960-х годах, в основном для борьбы с вирусами герпеса, и были обнаружены с использованием традиционных методов исследования лекарств, основанных на пробных и ошибочных подходах. Исследователи выращивали культуры клеток и заражали их целевым вирусом. Затем они вводили в эти культуры химические вещества, которые, по их мнению, могли ингибировать вирусную активность, и наблюдали за изменением уровня вируса в культуре. Химические вещества, демонстрирующие эффект, отбирались для дальнейшего изучения. Этот процесс был очень трудоемким и ненадежным, и в отсутствие глубокого понимания механизмов действия целевого вируса он был неэффективен в открытии эффективных противовирусных препаратов с минимальными побочными эффектами. Лишь в 1980-х годах, когда начали расшифровываться полные генетические последовательности вирусов, исследователи получили возможность детально изучить механизмы работы вирусов и определить, какие именно химические вещества необходимы для нарушения их репродуктивного цикла.

Ингибитор проникновения

Очень ранней стадией вирусной инфекции является проникновение вируса, когда вирус прикрепляется к клетке-хозяину и проникает в неё. Для борьбы с ВИЧ разрабатывается ряд препаратов, ингибирующих или блокирующих проникновение. ВИЧ преимущественно поражает специфический тип лимфоцитов, известных как "Т-хелперы", и идентифицирует эти клетки-мишени посредством Т-клеточных поверхностных рецепторов, обозначенных как "CD4" и "CCR5". Попытки помешать связыванию ВИЧ с рецептором CD4 не смогли остановить инфицирование Т-хелперов, однако исследования продолжаются с целью блокирования связывания ВИЧ с рецептором CCR5, в надежде на большую эффективность. ВИЧ заражает клетку посредством слияния с клеточной мембраной, для чего требуются два различных клеточных молекулярных участника: CD4 и рецептор хемокина (различающийся в зависимости от типа клетки). Подходы к блокированию этого слияния вируса и клетки показали некоторую перспективность в предотвращении проникновения вируса в клетку. По крайней мере один из этих ингибиторов проникновения – биомиметический пептид под названием Энфувиртид, или под торговой маркой Фузион – получил одобрение FDA и используется уже некоторое время. Потенциальным преимуществом использования эффективного препарата, блокирующего или ингибирующего проникновение, является то, что он потенциально может предотвратить не только распространение вируса внутри инфицированного организма, но и передачу инфекции от инфицированного к неинфицированному человеку. Возможным преимуществом терапевтического подхода, основанного на блокировании проникновения вируса (в отличие от доминирующего подхода, заключающегося в ингибировании вирусных ферментов), является то, что для вируса может быть сложнее выработать устойчивость к этой терапии, чем мутировать или изменять свои ферментативные механизмы.

Ингибиторы размазки

Ингибиторы снятия оболочки также были исследованы. Амантадин и римантадин были разработаны для борьбы с гриппом. Эти препараты воздействуют на проникновение и снятие оболочки. Плеконарил эффективен против риновирусов, вызывающих обычную простуду, путем блокирования углубления на поверхности вируса, контролирующего процесс снятия оболочки. Это углубление сходно у большинства штаммов риновирусов и энтеровирусов, которые могут вызывать диарею, менингит, конъюнктивит и энцефалит. Некоторые ученые полагают, что создание вакцины против риновирусов, основной причины простуды, вполне возможно. Вакцины, содержащие десятки разновидностей риновируса одновременно, эффективно стимулируют выработку антивирусных антител у мышей и обезьян, как сообщили исследователи в журнале Nature Communications в 2016 году. Риновирусы являются наиболее частой причиной простуды; ее также могут вызывать другие вирусы, такие как респираторно-синцитиальный вирус, вирус парагриппа и аденовирусы. Риновирусы также могут провоцировать обострение астмы. Несмотря на большое разнообразие риновирусов, они не мутируют в той же степени, что и вирусы гриппа. Смесь из 50 инактивированных типов риновируса должна быть способна стимулировать выработку нейтрализующих антител против всех них в определенной степени.

Во время синтеза вируса

Второй подход заключается в воздействии на процессы, синтезирующие компоненты вируса после проникновения вируса в клетку.

Обратная транскрипция

Один из способов достижения этого – разработка нуклеотидных или нуклеозидных аналогов, которые имитируют строительные блоки РНК или ДНК, но деактивируют ферменты, синтезирующие РНК или ДНК, после того как аналог встроен в цепь. Этот подход чаще связывают с ингибированием обратной транскриптазы (РНК в ДНК), чем с ингибированием "нормальной" транскриптазы (ДНК в РНК). Первый успешный противовирусный препарат, ацикловир, является аналогом нуклеозида и эффективен против герпесвирусных инфекций. Первый противовирусный препарат, одобренный для лечения ВИЧ, зидовудин (AZT), также является аналогом нуклеозида. Углубленное понимание механизма действия обратной транскриптазы позволило создать более эффективные нуклеозидные аналоги для лечения ВИЧ-инфекции. Один из этих препаратов, ламивудин, был одобрен для лечения гепатита B, который использует обратную транскриптазу в процессе своей репликации. Исследователи пошли дальше и разработали ингибиторы, не являющиеся аналогами нуклеозидов, но способные блокировать обратную транскриптазу. Еще одной потенциальной мишенью для противовирусных препаратов против ВИЧ является RNase H – компонент обратной транскриптазы, расщепляющий синтезированную ДНК от исходной вирусной РНК.

Интеграза

Другая мишень — интеграза, которая встраивает синтезированную ДНК в геном клетки-хозяина. Примеры ингибиторов интегразы включают ральтегравир, элвитегравир и долутегравир.

Транскрипция

Как только геном вируса становится активным в клетке-хозяине, он начинает генерировать молекулы матричной РНК (мРНК), которые направляют синтез вирусных белков. Инициируется производство мРНК белками, известными как факторы транскрипции. В настоящее время разрабатывается несколько противовирусных препаратов, предназначенных для блокирования связывания факторов транскрипции с вирусной ДНК.

Перевод/рибозимы

Еще одна антивирусная стратегия, вдохновленная геномикой, – это препараты на основе рибозимов, ферментов, разрезающих вирусную РНК или ДНК в определенных участках. В естественном ходе вирусной репликации рибозимы участвуют в процессе производства вируса, однако эти синтетические рибозимы разработаны для расщепления РНК и ДНК в местах, приводящих к их инактивации. Предложен рибозимный антивирус для лечения гепатита С, а также разрабатываются рибозимные антивирусные препараты для борьбы с ВИЧ. Интересным развитием этой идеи является использование генетически модифицированных клеток, способных производить рибозимы, созданные по индивидуальному заказу. Это часть более масштабной работы по созданию генетически модифицированных клеток, которые можно вводить в организм для борьбы с патогенами путем выработки специализированных белков, блокирующих репликацию вируса на различных стадиях его жизненного цикла.

Обработка белка и его целевое назначение

Также возможно вмешательство в посттрансляционные модификации или в направленность вирусных белков в клетку.

Ингибиторы протеазы

Некоторые вирусы содержат фермент, известный как протеаза, который расщепляет цепи вирусных белков, чтобы их можно было собрать в окончательную конфигурацию. ВИЧ содержит протеазу, поэтому было проведено значительное количество исследований для поиска "ингибиторов протеазы", чтобы воздействовать на ВИЧ на этой стадии его жизненного цикла. Ингибиторы протеазы стали доступны в 1990-х годах и оказались эффективными, хотя они могут вызывать необычные побочные эффекты, например, накопление жира в нетипичных местах. Усовершенствованные ингибиторы протеазы сейчас находятся в разработке. Ингибиторы протеазы также встречаются в природе. Ингибитор протеазы был выделен из гриба шиитаке (Lentinus edodes). Это может объяснять отмеченную антивирусную активность грибов шиитаке в лабораторных условиях (in vitro).

Нацеливание на длинную спираль dsRNA

Большинство вирусов производят длинные двухцепочечные РНК (дсРНК) спирали во время транскрипции и репликации. В отличие от этого, незараженные клетки млекопитающих обычно производят двухцепочечные РНК спирали длиной менее 24 пар оснований во время транскрипции. DRACO (double stranded RNA activated caspase oligomerizer) – это группа экспериментальных противовирусных препаратов, первоначально разработанных в Массачусетском технологическом институте. В клеточных культурах было показано, что DRACO обладает широким спектром эффективности против многих инфекционных вирусов, включая флавивирус денге, аренавирусы Амапари и Такарибе, гуамский буньявирус, грипп H1N1 и риновирус, а также демонстрирует эффективность против гриппа in vivo на мышах-потомках. Сообщалось, что он индуцирует быстрый апоптоз избирательно в инфицированных вирусом клетках млекопитающих, не повреждая незараженные клетки. DRACO вызывает гибель клеток посредством одного из заключительных этапов пути апоптоза, в котором комплексы, содержащие внутриклеточные апоптотические сигнальные молекулы, одновременно связывают несколько про-каспаз. Про-каспазы трансактивируются путем расщепления, активируют дополнительные каспазы в каскаде и расщепляют различные клеточные белки, тем самым приводя к гибели клетки.

Сборка

Рифампицин действует на стадии сборки.

Фаза высвобождения

Последний этап жизненного цикла вируса — высвобождение завершенных вирусных частиц из клетки-хозяина, и этот этап также является целью для разработчиков противовирусных препаратов. Два препарата — занамивир (Relenza) и озельтамивир (Tamiflu), недавно появившиеся для лечения гриппа, предотвращают высвобождение вирусных частиц, блокируя молекулу нейраминидазу, которая находится на поверхности вирусов гриппа и, по-видимому, остается неизменной в широком спектре штаммов гриппа.

Стимуляция иммунной системы

Вторая категория тактик борьбы с вирусами заключается не в прямой атаке на вирусы, а в стимулировании иммунной системы организма для атаки на них. Некоторые противовирусные препараты этого типа не нацелены на конкретный патоген, а стимулируют иммунную систему атаковать широкий спектр патогенов. Одним из наиболее известных препаратов этого класса являются интерфероны, которые подавляют синтез вирусов в инфицированных клетках. Одна из форм человеческого интерферона, называемая "интерферон альфа", хорошо зарекомендовала себя как часть стандартного лечения гепатитов B и C, а другие интерфероны также изучаются в качестве средств лечения различных заболеваний. Более специфический подход заключается в синтезе антител – белковых молекул, способных связываться с патогеном и маркировать его для атаки другими компонентами иммунной системы. Как только исследователи идентифицируют конкретную мишень на патогене, они могут синтезировать большие количества идентичных "моноклональных" антител для связывания с этой мишенью. Моноклональный препарат в настоящее время продается для борьбы с респираторно-синцитиальным вирусом у младенцев, а антитела, выделенные из организма инфицированных людей, также используются для лечения гепатита B.

Резистентность к антивирусному препарату

Антивирусную резистентность можно определить как снижение чувствительности к препарату, вызванное изменениями в вирусных генотипах. При антивирусной резистентности препараты либо снижают, либо полностью теряют эффективность против целевого вируса. Эта проблема неизбежно остается серьезным препятствием для противовирусной терапии, поскольку она развивается практически ко всем специфическим и эффективным противомикробным средствам, включая противовирусные препараты. Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC) рекомендуют всем лицам старше шести месяцев ежегодно вакцинироваться для защиты от вирусов гриппа А (H1N1) и (H3N2), а также до двух вирусов гриппа В (в зависимости от состава вакцины). Это проявилось в мутации H257Y, которая привела к устойчивости оселтамивира к штаммам H1N1 в 2009 году.

Происхождение антивирусной резистентности

Генетический состав вирусов постоянно меняется, что может привести к развитию устойчивости вируса к существующим методам лечения. Вирусы могут приобретать устойчивость посредством спонтанных или прерывистых механизмов в ходе противовирусной терапии. Механизмы развития антивирусной резистентности зависят от типа вируса. РНК-вирусы, такие как вирус гепатита C и вирус гриппа A, характеризуются высокой частотой ошибок при репликации генома из-за отсутствия корректорской активности у РНК-полимераз. РНК-вирусы также имеют небольшие размеры генома, обычно менее 30 кб, что позволяет им поддерживать высокую частоту мутаций. ДНК-вирусы, такие как вирус папилломы человека (ВПЧ) и герпесвирусы, используют репликационный аппарат клетки хозяина, что обеспечивает наличие механизмов коррекции ошибок в процессе репликации. Таким образом, ДНК-вирусы менее подвержены ошибкам, как правило, менее разнообразны и эволюционируют медленнее, чем РНК-вирусы. В организме одновременно могут присутствовать различные штаммы одного вируса, некоторые из которых могут содержать мутации, обуславливающие устойчивость к противовирусным препаратам. Рекомбинация, объединение двух различных вирусных вариантов, и реассортимент, обмен вирусными генными сегментами между вирусами в одной клетке, также играют роль в развитии резистентности, особенно при гриппе. С развитием новых методов лечения и диагностики антивирусной резистентности становится возможным разрабатывать стратегии борьбы с неизбежным возникновением устойчивости к противовирусной терапии.

Варианты лечения устойчивых к антивирусам патогенов

Если вирус не полностью элиминирован в ходе курса противовирусной терапии, лечение создает "узкое место" в вирусной популяции, что способствует селекции устойчивых вариантов, и существует вероятность повторного заселения организма устойчивым штаммом. Поэтому механизмы противовирусного лечения должны учитывать возможность возникновения устойчивости к препаратам. Наиболее распространенным методом лечения устойчивых вирусов является комбинированная терапия, включающая применение нескольких противовирусных препаратов в рамках одной схемы лечения. Считается, что это снижает вероятность развития устойчивости из-за одной мутации, поскольку препараты в составе комбинированной терапии воздействуют на разные этапы жизненного цикла вируса. Этот подход часто используется при лечении ретровирусов, таких как ВИЧ, но ряд исследований продемонстрировал его эффективность и против вируса гриппа А. Также возможно проведение скрининга вирусов на устойчивость к препаратам до начала лечения. Это позволяет минимизировать воздействие ненужных противовирусных средств и гарантировать использование эффективного лекарственного препарата. Это может улучшить результаты лечения пациентов и способствовать выявлению новых мутаций, обуславливающих устойчивость, при регулярном мониторинге известных мутантов. Вакцинация населения обеспечивает коллективный иммунитет и значительно улучшает общественное здоровье, приводя к существенному снижению заболеваемости и распространения вирусных инфекций.

Политика вакцинации

Политика вакцинации в Соединенных Штатах включает в себя государственные и частные требования к вакцинации. Например, государственные школы требуют от учащихся вакцинации (обозначаемой как "график вакцинации") против вирусов и бактерий, таких как дифтерия, коклюш и столбняк (DTaP), корь, паротит, краснуха (MMR), ветряная оспа, гепатит B, ротавирус, полиомиелит и других заболеваний. Частные учреждения могут требовать ежегодную вакцинацию от гриппа. Центры по контролю и профилактике заболеваний оценили, что регулярная иммунизация новорожденных предотвращает около 42 000 смертей и 20 миллионов случаев заболеваний ежегодно, что позволяет сэкономить около 13,6 миллиарда долларов.

Спор о вакцинации

Несмотря на их эффективность, в Соединенных Штатах сохраняется значительная стигматизация вакцин, из-за которой многие люди не проходят полный курс вакцинации. Эти "пробелы" в вакцинации приводят к излишним случаям заражения, смертям и финансовым потерям. Существует две основные причины неполной вакцинации:

Вакцины, как и любое другое медицинское вмешательство, несут в себе риск возникновения осложнений у некоторых людей (например, аллергических реакций). Вакцины не вызывают аутизм; это было подтверждено национальными органами здравоохранения, такими как Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), Институт медицины США и Национальная служба здравоохранения Великобритании.

Низкий уровень заболеваемости, предотвращаемой вакцинацией, благодаря коллективному иммунитету, также заставляет людей считать вакцины ненужными и оставляет многих невакцинированными. Хотя Американская академия педиатрии выступает за всеобщую иммунизацию, она отмечает, что врачи должны уважать отказ родителей от вакцинации своих детей после проведения достаточной разъяснительной работы, при условии, что ребенок не подвергается значительному риску заражения. Родители могут ссылаться на религиозные убеждения, чтобы избежать обязательной вакцинации в государственных школах, однако это снижает коллективный иммунитет и повышает риск вирусных инфекций. Вакцины очень эффективны против стабильных вирусов, но их эффективность ограничена при лечении уже инфицированного пациента. Также сложно эффективно использовать их против быстро мутирующих вирусов, таких как грипп (вакцина против которого обновляется ежегодно) и ВИЧ. В таких случаях особенно полезны противовирусные препараты.

Антиретровирусная терапия в качестве профилактики ВИЧ

Вслед за исследованиями HPTN 052 и PARTNER, имеются убедительные доказательства того, что антиретровирусные препараты предотвращают передачу ВИЧ, когда вирусная нагрузка у человека, живущего с ВИЧ, остается неопределяемой в течение 6 месяцев и более.

Использование и распространение

Руководства по диагностике и лечению вирусных инфекций часто меняются, что негативно сказывается на качестве медицинской помощи. Даже при диагностике гриппа у пожилых пациентов использование противовирусной терапии может быть недостаточным. Повышение осведомленности врачей о противовирусных препаратах может улучшить качество ухода за пациентами, особенно в гериатрии. Более того, в местных органах здравоохранения (LHD), имеющих доступ к противовирусным препаратам, рекомендации могут быть нечеткими, что приводит к задержкам в лечении. Учитывая, что терапия эффективна в течение ограниченного времени, задержки могут привести к невозможности ее применения. В целом, национальные руководства по профилактике и лечению инфекций стандартизируют оказание медицинской помощи и повышают безопасность как медицинских работников, так и пациентов. Руководства, такие как те, что были предоставлены Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) во время пандемии гриппа 2009 года, вызванной вирусом H1N1, рекомендуют, в частности, схемы противовирусного лечения, алгоритмы клинической оценки для координации медицинской помощи и рекомендации по химиопрофилактике противовирусными препаратами для лиц, подвергшихся воздействию вируса. Роль фармацевтов и аптек также расширилась для удовлетворения потребностей населения во время чрезвычайных ситуаций в области общественного здравоохранения.

Создание запасов

Инициативы по обеспечению готовности к чрезвычайным ситуациям в области общественного здравоохранения управляются CDC через Управление по обеспечению готовности и реагированию в области общественного здравоохранения. Финансирование направлено на поддержку сообществ в подготовке к чрезвычайным ситуациям в области общественного здравоохранения, включая пандемический грипп. Также под управлением CDC находится Стратегический национальный запас (SNS), состоящий из крупных запасов лекарственных средств и материалов для использования в подобных чрезвычайных ситуациях. Создание антивирусных запасов призвано предотвратить дефицит противовирусных препаратов в случае возникновения чрезвычайных ситуаций в области общественного здравоохранения. Во время пандемии H1N1 в 2009–2010 годах инструкции по использованию SNS местными органами здравоохранения были недостаточно четкими, что выявило недостатки в планировании применения противовирусных препаратов. Например, местные органы здравоохранения, получившие противовирусные препараты из SNS, не имели четких указаний по их применению. Этот пробел затруднял разработку планов и политики использования препаратов и обеспечения их доступности в будущем, что приводило к задержкам в лечении.