В 2019 году была зарегистрирована вспышка респираторного заболевания, вызванная новым штаммом коронавируса SARS-CoV-2. Это заболевание (новая коронавирусная инфекция, COVID-19) быстро приобрело характер пандемии. Обычно для профилактики такого рода заболеваний используют ежегодную вакцинацию, а в случае инфицирования показано применение противовирусных препаратов. Однако такой подход не является панацеей. Так, вакцины, как и противовирусные препараты, зачастую оказываются либо недостаточно эффективны (специфичны), либо вызывают опасные осложнения [1, 2]. Требуются новые подходы. В поисках решения этой проблемы многие исследователи обратили внимание на природные флавоноиды, типичным представителем которых является кверцетин. Это соединение сочетает в себе свойства противовирусного, противовоспалительного и нейропротекторного средства [3, 4]. Известно, что тяжесть протекания COVID-19 зависит от наличия сопутствующих заболеваний [5], таких как атеросклероз, рак, диабет 2-го типа, ожирение, гипертония и др. Поскольку кверцетин оказывает благоприятные терапевтические эффекты при этих заболеваниях [6], использование кверцетина при COVID-19 представляется вполне оправданным. К настоящему времени есть основания полагать, что SARS-CoV-2 может проникать в мозг и повреждать нейроны [7]. Следует отметить, что способность кверцетина защищать нейроны в экспериментах in vivo [8—10] с трудом поддается интерпретации, поскольку кверцетин и его метаболиты очень плохо проникают в мозг [11,12]. В данной работе предложена гипотеза, что нейрозащитные свойства кверцетина могут быть обусловлены сочетанием его антивирусных, антиоксидантных, противоспалительных и антитромботических свойств, где эндотелий гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) выступает в качестве первичной терапевтической мишени кверцетина. В связи с этим можно предположить, что кверцетин будет полезен (в составе комплексной терапии) для профилактики/лечения неврологических осложнений COVID-19.

Свойства кверцетина и его фармакокинетика

Кверцетин (3,3’,4’,5,7-пентагидроксифлавон) является типичным представителем флавоноидов растительного происхождения. В растениях это соединение (рисунок) обычно коньюгировано с моно- или дисахаридами в положении 3. Например, кверцетин-3-О-рутинозид (рутин) представляет собой коньюгат кверцетина с рутинозой. Содержание рутина в зеленой гречихе может достигать 6%. Коньюгат кверцетина с глюкозой образует кверцетин-3-О-глюкозид (изокверцетин). Изокверцетин содержится преимущественно в луке. Чистый кверцетин в отличие от своих гликозилированных производных почти не растворим в воде и проявляет липофильные свойства. Остаток катехола в позиции 4 подвержен аутоокислению под действием кислорода воздуха, что придает кверцетину свойства химически активного соединения. Всасывание кверцетина в желудочно-кишечном тракте существенно зависит от состава пищевой матрицы. Гликозилированные производные кверцетина перед всасыванием расщепляются до агликона. В этом процессе участвуют ферменты щеточной каемки, а также ферменты, продуцируемые кишечной микробиотой (например, α-рамнозидазы и β-глюкозидазы). Проходя через энтероциты и клетки печени, кверцетин метаболизируется, образуя главным образом сульфатные, глюкуронидные, а также метилированные производные, которые затем циркулируют в системном кровотоке и постепенно выводятся с мочой. Метилирование кверцетина происходит посредством катехол-О-метилтрансферазы с образованием изорамнетина (3’-О-метилкверцетин) и тамариксетина (4’-О-метилкверцетин). Эти соединения устойчивы к гидролизу. В плазме содержание метилированных производных достигает 11—13%, а остальная часть приходится на кверцетин и его гидролизуемые производные [13]. Определение абсолютного содержания кверцетина в плазме человека обнаруживает большую индивидуальную вариабельность [13], тем не менее пиковая концентрация кверцетина и его гидролизуемых производных может достигать микромолярного уровня. Исследования на животных позволили выяснить распределение кверцетина между различными тканями и органами. Так, было обнаружено, что после 8-дневного введения крысам кверцетина в дозе 12 мг/кг, его концентрация в плазме достигает ~5,6 мкМ, а в мозге почти в 200 раз меньше [11]. Метилированные производные кверцетина проникают в мозг заметно лучше, чем чистый кверцетин, однако и в этом случае их содержание в мозге оставалась в наномолярном диапазоне концентраций [11]. В другом эксперименте крыс поили водой, содержащей 1% кверцетина на протяжении 1 мес. Обнаружили, что в мозге происходит накопление кверцетина и изорамнетина до уровня ~50 нМ с выходом на плато уже через неделю после начала эксперимента [12].

Структура кверцетина.

Коронавирус SARS-CoV-2 и центральная нервная система

SARS-CoV-2 представляет собой одноцепочечный (+)РНК-содержащий вирус, покрытый оболочкой, размером около 60—140 нм. Шиповидный белок S, покрывающий поверхность вируса, обладает высоким сродством к ангиотензинпревращающему ферменту 2 (АСЕ2). Активация S-белка трансмембранной сериновой протеазой 2 (TMPRSS2) и его связывание с АСЕ2 обеспечивает вирусу возможность проникнуть в клетку [14]. Клетки, несущие на своей поверхности нейропилин-1 (NRP1) и/или басигин (CD147), также способствуют инвазии вируса [15,16]. Хотя мозг надежно изолирован от системного кровотока с помощью ГЭБ, в настоящее время считают, что SARS-CoV-2 способен проникать в ЦНС [7]. Выделяют два пути вирусной инвазии. Первый путь связывают с аксональным транспортом вируса в ЦНС посредством обонятельного и/или блуждающего нервов, а второй — с участием ГЭБ и/или гематоликворного (ГЛБ) барьера. Есть данные, что вирус способен напрямую взаимодействовать с эндотелием ГЭБ, поскольку эти клетки содержат ACE2 [17,18]. Клетки сосудистого (хориоиального) сплетения, образующих ГЛБ, также содержат ACE2 и TMPRSS2 [19]. Эти клетки могут оказаться более предпочтительными для проникновения вируса в мозг, поскольку исходно ГЛБ является менее плотным, чем ГЭБ. Разрушение плотных контактов (ПК) между клетками эндотелия неизбежно приводит к снижению барьерной функции ГЭБ. Такая ситуация может произойти, например, вследствие прямого инфицирования клеток эндотелия [20, 21]. Избыток провоспалительтных цитокинов в крови (TNF-α, IL-6 и IL-12) также может привести к деградации белков ПК (окклюдин, клаудин-5) [22, 23]. Другой механизм повышения проницаемости ГЭБ при COVID-19 связан с развитием вирус-индуцированной коагулопатии, нарушением микроциркуляции крови и, как следствие, возникновением гипоксии [24]. Поскольку гипоксия является причиной развития окислительного стресса, в клетках крови и в эндотелии может возникнуть самоподдерживающийся воспалительный процесс, который будет еще больше разрушать ГЭБ и способствовать проникновению вируса и клеток иммунной системы в периваскулярное пространство с дальнейшим вовлечением в патологический процесс астро- и микроглии [25]. Наличие признаков глиоза у пациентов с COVID-19 отмечено в нескольких независимых исследованиях с использованием методов позитронно-эмиссионной и магнитно-резонансной томографии [26, 27].

Противовирусная активность кверцетина

Известно, что кверцетин подавляет активность многих РНК- и ДНК-содержащих вирусов. Например, цитомегаловирус, рота- и риновирусы, вирусы гриппа A, гепатита B, простого герпеса первого типа, возбудители лихорадки Денге, геморрагической лихорадки Эбола, ВИЧ-инфекции — все эти различные типы вирусов чувствительны к кверцетину в микромолярном диапазоне концентраций (EC₅₀ ~1..100 мкМ) [4]. Коронавирусы человека, включая SARS-CoV-2, не являются исключением. Например, показано, что кверцетин или изокверцетин тормозят репликацию вируса HCoV-229E в клетках Huh-7 в концентрациях ЕС₅₀ ~4,9 мкМ и ~2,5 мкМ соответственно [28]. При изучении проникновения псевдовируса SARS-CoV-2 в клетки линии BHK21-hACE2 обнаружено, что кверцетин ингибировал этот процесс дозозависимым образом с ЕС₅₀ ~53 мкМ [29]. В другой работе изучали влияние кверцетина и его метаболитов на активность рекомбинантного человеческого ACE2 (rhACE2). Среди протестированных соединений кверцетин оказался наиболее сильным блокатором активности rhACE2 с IC₅₀ ~4,5 мкМ, причем кверцетин действует двояко, оказывая ингибирующее действие на rhACE2 за счет увеличения Km (сродства) и снижение Vmax [30]. Также обнаружено, что кверцетин обладает сродством к ACE2 с K_D ~4,8 мкМ [31]. Еще в одной работе проверяли сродство кверцетина к TMPRSS2, а также определяли стабильность этого комплекса методом молекулярной динамики in silico. Обнаружили, что кверцетин прочно связывается с гидрофильным каталитическим сайтом TMPRSS2 посредством трех водородных связей (-7,8 ккал/моль) и формирует стабильный комплекс [32].

Мишенями для кверцетина могут служить также ключевые белки SARS-CoV-2, отвечающие за его инвазию, транскрипцию и репликацию. К таким белкам относятся шиповидный белок (S), основная протеаза (M^pro), папаиноподобная протеаза (PL^pro), РНК-зависимая РНК полимераза (RdRp) и хеликаза. В работе Z. Xiaoetal [29] обнаружили, что кверцетин способен связываться с активными центрами M^pro, PL^pro и хеликазы с константами диссоциации, Kd ~0,9, ~8 и ~9 мкМ соответственно, что совпадает с результатами молекулярного моделирования, in silico. В другой работе было обнаружено, что кверцетин ингибирует активность RdRp с ЕС₅₀ ~7 мкМ [33]. При изучении влияния кверцетина на активность RdRp (как комплекса nsp 12/7/8) установлено, что ЕС₅₀ ~30 мкМ [34]. Большая часть исследований по определению сродства кверцетина и его аналогов к активным центрам S, M^pro, PL^pro, RdRp и хеликазы выполняется методами молекулярного моделирования in silico. Таким способом были изучены многие производные кверцетина. Так, показано, что наилучшим кандидатом в ингибиторы M^pro оказался рутин [35]. В другой работе показано, что наивысшем сродством к RdRp обладает кверцетин-3-О-софорозид с энергией связи –9,7 ккал/моль [36]. В целом можно заключить, что кверцетин (как и его производные) обладает весьма обширным спектром действия на все звенья, связанные с размножением SARS-CoV-2.

Антиоксидантная и противовоспалительная активности кверцетина

Известно, что окислительный стресс и воспалительные реакции тесно ассоциированы между собой. Так, активные формы кислорода (АФК) и азота (АФА) способствуют образованию провоспалительных соединений (например, гидроперекисей липидов или нитропроизводных тирозина), а воспалительный процесс, в свою очередь, может способствовать экспрессии и активировать ферменты (например, ксантиноксидазу), генерирующие свободные радикалы. Кверцетин способен разорвать этот порочный круг, поскольку сочетает в себе свойства антиоксиданта и противовоспалительного средства. Так, в работе J. Cui et al. [37] изучали влияние кверцетин-3-О-рамнозида на макрофаги линии RAW264.7. Активация этих клеток липополисахаридом (ЛПС) приводит к повышению уровня провоспалительных цитокинов (TNF-a и IL-6), вызывает усиление производства АФК/АФА, а также продуктов перекисного окисления липидов. Авторы обнаружили, что кверцетин-3-О-рамнозид в дозе 5 мкМ снижал уровни экспрессии индуцибельной NO-синтазы (iNOS), циклооксигеназы-2, а также содержание продуктов их ферментативной деятельности, то есть NO и PGE2. Также в этих условиях кверцетин-3-О-рамнозид повышал уровни экспрессии супероксиддисмутазы, каталазы и глутатионпероксидазы, то есть ключевых ферментов АО-защиты клетки. Известно, что мощным источником супероксид-аниона O₂^*– в клетке является ксантиноксидаза (КСО), которая образуется из ксантиндегидрогеназы в условиях воспалительной реакции. Показано, что кверцетин ингибируют активность КСО со значениями IC₅₀ ~2,6 мкМ и снижает уровень O₂^*– радикалов со значениями IC₅₀ ~1,6 мкМ, соответственно [38]. В другой работе показано, что кверцетин являются конкурентным ингибитором КСО с K_i ~1,2 мкМ при 25C и pH 7,4 [39]. Еще в одной работе продемонстрировано, что кверцетин ингибирует КСО со значениями IC₅₀ ~0,44 мкМ по сравнению с IC₅₀ ~0,77 мкМ для аллопуринола. Оба соединения ингибируют активность КСО по механизму смешанного типа с K_i ~0,28 и 0,31 мкМ соответственно [40]. Другим источником О₂^*– в клетке может служить НАДФ-оксидаза. Известно, что форбол-12-миристат-13-ацетат (ФМА) является активатором НАДФ-оксидазы и способствует выработке О₂^*–. Было показано, что кверцетин тормозит образование О₂^*– в ФМА-стимулированных макрофагах линии RAW264.7 с IC₅₀ ~2,5 мкМ, а также игибирует выработку пероксинитрита с IC₅₀~6,4 мкМ [40].

Как известно, белок NLRP3 является основным компонентом одноименной инфламосомы, отвечающей за выработку провоспалительных цитокинов. Основными лигандами для NLRP3 являются бактериальная и вирусная РНК. Показано, что кверцетин способствовал подавлению активации NLRP3 и снижению генерации АФК в клетках эпителия человека (Caco-2), инфицированных Escherichia coli, что защищало клетки от повреждения и апоптоза [41]. В экспериментах на крысах с повреждением спинного мозга внутрибрюшинное введение кверцетина также уменьшало экспрессию и активацию NLRP3, а также уровни каспазы-1, TNF-α, IL-1β, IL-18 и АФК [42]. Еще в двух экспериментах изучали защитные эффекты кверцетина на воспалительную реакцию, вызванную продуктами гликирования. Так, в работе, выполненной на макрофагах человека (линии U937 и THP-1), кверцетин значительно снижал воспалительную реакцию клеток на высокий уровень фруктозы в виде уменьшения экспрессии гена каспазы-1, уровней IL-1β, IL-18, а также АФК [43]. В другой работе показано, что кверцетин (в дозе 50 и 100 мг/кг, перорально, в течение 6 недель) значительно уменьшал воспалительные поражения гипоталамуса у крыс, получавших пищу с высоким содержанием фруктозы [44].

Антитромботическская активность кверцетина

Полагают, что при тяжелом COVID-19 в результате неконтролируемой активации лимфоцитов и нейтрофилов в кровь поступает избыточное количество неактивного тканевого фактора (ТФ) [24]. Фермент, протеин-дисульфидизомераза (ПДИ), секретируемая тромбоцитами и клетками эндотелия в месте повреждения, активирует ТФ, что способствует образованию микротромбов [45]. В работе [46] показано, что рутин и изокверцетин ингибируют активность ПДИ со значениями IC₅₀ ~12 мкМ и ~14 мкМ соответственно. На мышиной модели тромбоза in vivo рутин блокирует как агрегацию тромбоцитов, так и образование фибрина в дозе 0,5 мг/кг массы тела [46]. В другой работе сообщили, что изокверцетин, кверцетин-3-О-глюкуронид и рутин ингибируют активность ПДИ в плазме со значениями IC₅₀ ~2,5 мкМ, ~8,5 мкМ и ~9 мкМ соответственно [47].

Результаты клинических испытаний кверцетина при COVID-19

Противовирусные, антиоксидантные, противовоспалительные и антитромботические свойства кверцетина, подтвержденные на культурах клеток и в экспериментах на животных, послужили предпосылкой для испытаний кверцетина на пациентах с COVID-19. Хотя таких испытаний мало, результаты обнадеживают. Так, в работе [48] провели открытое, плацебо-контролируемое клиническое исследование эффективности применения кверцетина при вирусной инфекции. В исследовании участвовало 60 пациентов с тяжелым течением COVID-19. Все больные были разделены на две равные группы — контрольную и испытуемую. В течение 7 дней больные контрольной группы получали ремдесивир или фавипиравир, тогда как опытная группа дополнительно получала по 1000 мг кверцетина ежесуточно. Было обнаружено, что прием кверцетина ассоциирован с облегчением симптомов и снижением уровней C-реактивного белка (СРБ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и щелочной фосфатазы (ЩФ). Более того, было обнаружено статистически значимое повышение уровня гемоглобина и скорости дыхания у пациентов, принимавших кверцетин. Авторы отмечают безопасность приема кверцетина и его эффективность в снижении уровней плазматических маркеров тяжести COVID-19. В другой работе [49] было проведено рандомизированнрое, контролируемое, когортное испытание пищевой добавки ( ПД), состоящей из 1000 мг кверцетина, 1000 мг витамина C и 100 мг бромелайна. В исследовании участвовало 447 пациентов, имеющих как минимум одно хроническое заболевание и COVID-19 средней/тяжелой степени. Часть пациентов получала стандартную терапию (гидроксихлорохин и флавипиравир), другая часть пациентов дополнительно одну дозу ПД в сутки. Было обнаружено, что у пациентов, принимавших ПД на протяжении двух недель, наблюдались значительные улучшения в отношении выведения вируса, более низкие значения СРБ, прокальцитонина и ферритина (p<0,05), а также увеличение концентраций тромбоцитов и лимфоцитов (p<0,05). В следующих трех работах провели испытание другой пищевой добавки (ПД-2), содержащей легкоусвояемую форму кверцетина. Фосфолипиды семян подсолнечника, входящие в состав ПД-2, улучшают абсорбцию кверцетина почти в 20 раз. В работе [50] было проведено 30-дневное, рандомизированное, контролируемое исследование влияния ПД-2 на ранние симптомы, а также последствия COVID-19 в группе из 152 человек. Результаты показали, что прием ПД-2 в дозе по 500 мг дважды в сутки на протяжении 30 дней ассоциирован со снижением частоты и продолжительности госпитализации, отсутствием нужды в кислородной терапии, а также снижением количества летальных исходов. Результаты подтвердили высокую безопасность кверцетина, а также его свойства уменьшать проявление усталости и повышать аппетит. В другой работе изучали эффективность кверцетина в качестве профилактического средства против COVID-19. В испытании участвовало 120 человек (женщин – 57, мужчин – 63, средний возраст 49±12). Половина испытуемых (60 человек) принимала на протяжении трех месяцев либо ПД-2 в дозе 250 мг дважды в сутки (ПД-2-группа), либо плацебо (контрольная группа). Между двумя группами испытуемых не было статистически значимых различий по полу, наличии хронических заболеваний и вредных привычек (курение). Испытуемые подвергались быстрому диагностическому тесту на COVID-19 каждые 3 недели. За время испытания 5 человек заболели COVID-19, из них 1 состоял в ПД-2-группе, а 4 других – в контрольной группе. Полная клиническая ремиссия для ПД-2 и контрольной групп составляла 7 и 15 дней соответственно [51]. Еще в одной работе [52] сообщается об эффектах кверцетина на ранних стадиях COVID-19. Было проведено двухнедельное, рандомизированное, открытое и контролируемое клиническое испытание, в котором участвовало 42 пациента, половина из которых получала стандартную терапию (контрольная группа). Пациенты второй группы (21 пациент) дополнительно получали ПД-2 в дозе по 500 мг три раза в день на протяжении одной недели, а затем по 500 мг два раза в день в течение второй недели (ПД-2-группа). Через 2 недели все участники группы ПД-2 показали отрицательный тест на вирус, в то время как в контрольной группе вирус отсутствовал только у 17 из 21 пациента. В группе, получавшей ПД-2, наблюдалось снижение уровня ЛДГ (на 35,5%), ферритина (на 40%), СРБ (на 54,8%) и Д-димера (на 11,9%). Авторы делают вывод о том, что добавка ПД-2 к стандартной терапии вызывает статистически значимое сокращении времени выведении вируса, облегчение симптомов заболевания, а также биохимических показателей тяжести COVID-19.

Терапевтический потенциал и механизмы нейропротективного действия кверцетина

Любое инфекционное заболевание, включая COVID-19, является стрессорным воздействием на организм с классической активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси. Так, в работе [53] по результатам метаанализа показано, что уровень кортизола в крови пациентов с COVID-19 положительно коррелирует с тяжестью заболевания (и может служить прогностическим маркером). С другой стороны известно, что стресс является драйвером для развития депрессии и многих нейродегенеративных заболеваний [54, 55]. Возможно, с этим обстоятельством связано развитие у ряда пациентов с COVID-19 симптомов тревоги и депрессии [56, 57]. Хорошо известно, что в стресс-зависимых моделях депрессии на животных кверцетин проявляет свойства антидепрессанта и нейропротектора [8—10]. Вместе с тем, как показывают данные фармакокинетики, максимально достижимая концентрация кверцетина в паренхиме мозга и, в частности, в зоне гиппокампа лежит в диапазоне, не превышающем 10—50 нМ, что явно недостаточно для прямой защиты клеток мозга. Значит, способность кверцетина нормализовать память, поведение и стресс-индуцированную воспалительную реакцию мозга обусловлена воздействием этого соединения в основном на периферические мишени. В качестве такой мишени может выступать ГЭБ, поскольку, во-первых, существуют экспериментальные свидетельства о критической роли стресса в разрушении этого барьера [58], что может приводить к глиозу, гибели нейронов и когнитивным нарушениям и, во-вторых, в зоне ГЭБ концентрация кверцетина может достигать микромолярных концентраций, где он способен проявлять свое антиоксидантное, противовоспалительное и антитромботическое действие (как показано выше). С другой стороны, повышение проницаемости ГЭБ неизбежно должно приводить к увеличению концентрации кверцетина в периваскулярном пространстве и, следовательно, к расширению зоны нейрозащитного воздействия этого соединения на перициты и астроциты, а возможно, и на другие глиальные клетки, а также нейроны. Однако в любом случае потенциальное воздействие кверцетина на паренхиму мозга будет иметь вторичный характер по сравнению с влиянием на ГЭБ. При COVID-19 ГЭБ становится, по-видимому, вдвойне уязвимым, поскольку в дополнение к стрессу и системному воспалительному процессу SARS-CoV-2 способен напрямую инфицировать и повреждать эндотелий [20, 21]. Хотя кверцетин действует на SARS-CoV-2 в более высоких дозах, чем стандартные противовирусные лекарства, несомненным преимуществом этого флавоноида является, во-первых, устойчивость его противовирусной активности против возможных мутаций SARS-CoV-2 за счет способности воздействовать на разные звенья жизненного цикла вируса и, во-вторых, возможность его длительного применения без риска развития нежелательных осложнений. Кверцетин можно применять на всех этапах вирусной пандемии в качестве средства, дополняющего стандартную терапию и снижающего риски: инфицирования, перехода заболевания в более тяжелую фазу, развития затяжной вирусной инфекции (постковидного синдрома). Результаты немногочисленных клинических испытаний кверцетина при COVID-19 частично подтверждают эти рекомендации [48—52]. Возможно, профилактика/лечение постковидного синдрома является наиболее значимой областью применения кверцетина. Как известно, продолжительный COVID-19 грозит отсроченными последствиями в виде повышенного риска развития неврологических заболеваний, в частности болезни Альцгеймера (БА) [59, 60]. Вообще, механизм действия кверцетина при COVID-19 весьма напоминает механизм нейрозащитного действия дигидрокверцетина при профилактике/лечении БА, где в качестве потенциальной терапевтической мишени также выступает ГЭБ [61]. Некоторым препятствие к клиническому применению кверцетина является его низкая биодоступность, что требует применения весьма высоких доз (~1 г в сутки). Однако разработка новых форм кверцетина с повышенной биодоступностью (фосфолипидные комплексы, многочисленные наноформы и др.) позволяет решить эту проблему [62].

Следует подчеркнуть, что кверцетин является естественным компонентом растительной диеты, которую человек потребляет в течение всей жизни (~10—30 мг/сутки). Терапевтическое применение кверцетина в период вирусной пандемии отличается от диетического употребления только повышенной дозой, которая безопасна [63]. Можно надеяться, что дальнейшее изучение свойств и механизмов действия кверцетина позволит открыть для него новые области клинического применения.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.