De nieuwe coronavirusziekte 2019 (COVID-19) heeft zich snel over de hele wereld verspreid sinds het voor het eerst werd gemeld in december 2019 binnen Wuhan, China als een longontsteking met onbekende etiologie . Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2), door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) aangeduid, vertegenwoordigt de derde grootschalige epidemie die verband houdt met coronavirussen . Hoewel de ziekte voor het eerst in China werd gemeld, heeft een retrospectieve studie vervolgens bewijs gevonden dat SARS-CoV-2 zich in Frankrijk verspreidde 4 dagen voordat het voor het eerst in Wuhan, China werd gemeld en 1 maand voordat het eerste officiële geval in het land werd gemeld . Sinds de eerste ontdekking heeft SARS-CoV-2 zich wereldwijd verspreid, waarbij meer dan 11,5 miljoen mensen besmet zijn geraakt en meer dan 530.000 mensen zijn overleden (tot 6 juli 2020). De ernst van de ziekte varieert van een asymptomatische ziekte tot patiënten die een acuut ademnoodsyndroom (ARDS) vertonen, waardoor kritisch medisch ingrijpen nodig is om te proberen de dood van de patiënt te voorkomen. Vervolgens werd ontdekt dat Angiotensine-converterend enzym 2 (ACE2) een functionele receptor is voor het SARS-CoV-2 spike (S-) eiwit, waardoor het virus de cellen kan binnendringen . ACE2 is een krachtige negatieve regulator van het renine-angiotensinesysteem (RAS), die van cruciaal belang is voor de handhaving van de homeostase van het RAS.

Het ACE2-gen bestaat uit 805 aminozuren en is een type I integraal membraanglycoproteïne. ACE2 breekt angiotensine (Ang)-II af, een krachtige vasoconstrictor (die ook pro-inflammatoir is en fibrose bevordert), en zet het om in Ang (1-7) . Ang (1-7) is een vaatverwijdend middel dat ook de proliferatie en apoptose remt. Naast het systemische effect op de bloeddrukregulatie, heeft ACE2 lokale regulerende effecten in de pathologische veranderingen van verschillende organen, waaronder het hart, de nieren en de longen. ACE2 komt sterk tot expressie in long alveolaire cellen, die de belangrijkste plaats vormen waar het virus de menselijke gastheer binnendringt. Naast de expressie van ACE2 in longblaasjescellen, komt het ook tot expressie in verschillende weefsels, waaronder: het vasculaire systeem (endotheelcellen, migrerende angiogene cellen en vasculaire gladde spiercellen), hart (cardiofibroblasten, cardiomyocyten, endotheelcellen, pericyten en epicardiale vetcellen) en nieren (glomerulaire endotheelcellen, podocyten en proximale tubulus epitheelcellen) lever (cholangiocyten en hepatocyten), netvlies (gepigmenteerde epitheelcellen, staaf- en kegelfotoreceptorcellen, en Müller gliacellen), enterocyten van de darmen, circumventriculaire organen van het centrale zenuwstelsel, en de bovenste luchtwegen (goblet en gecilieerde epitheelcellen) .

Er zijn twee subeenheden van het SARS-CoV-2 S-eiwit: de S1-subeenheid heeft een receptorbindend domein dat zich verbindt met de receptor ACE2 van de gastheercel, en de S2-subeenheid is betrokken bij het regelen van de fusie tussen het virale en het gastheermembraan. Er is gerapporteerd dat SARS-CoV-2 een tien keer hogere affiniteit voor ACE2 heeft dan SARS-CoV, wat in overeenstemming is met de hogere infectie-efficiëntie van SARS-CoV-2. Hoewel er momenteel geen genezing is gevonden, worden er verschillende klinische studies uitgevoerd om te bepalen wat de meest doeltreffende behandeling is voor COVID-19, met een uitgebreide lijst van mogelijke therapieën die in een overzicht door Gosain et al. wordt beschreven. Momenteel bestaat de behandeling van patiënten uit ondersteunende behandeling en maatregelen om verdere verspreiding van het virus te voorkomen. Ondanks verschillen in de kenmerken van de patiëntenpopulatie tussen Europa en China, zijn twee van de belangrijkste determinanten van het sterfterisico van patiënten die in beide groepen werden aangetroffen, leeftijd en de aanwezigheid van onderliggende comorbide aandoeningen . Een van deze onderliggende aandoeningen geassocieerd met een toename in COVID-19-patiëntensterfte is de aanwezigheid van kanker .

Kankerpatiënten en de COVID-19-epidemie

Gezien hun potentieel immuungecompromitteerde status, is de juiste behandeling van kankerpatiënten een reëel en ernstig probleem waarmee oncologen worden geconfronteerd, ongeacht of de patiënt een SARS-CoV-2-infectie doormaakt . Uit gegevens van vier SARS-CoV-2-hotspots (de Verenigde Staten, Italië, Spanje en China) is gebleken dat met het nieuwe coronavirus besmette kankerpatiënten een significant verhoogd risico hebben van opname op een intensive care-afdeling (ICU) en/of mechanische beademing, alsook een verhoogde mortaliteit van de patiënt. In een retrospectieve studie werd vastgesteld dat het sterftecijfer voor met COVID-19 besmette kankerpatiënten in China ongeveer 28% bedroeg, vergeleken met het algemene symptomatische sterftecijfer van 1,4% of het ruwe sterftecijfer van 4,5% in China. Het is misschien niet verrassend dat het sterftecijfer van longkankerpatiënten met SARS-CoV-2 vrij grimmig was, met een cohortstudie in New York die een sterftecijfer van 55% liet zien. Kankerpatiënten en hun oncologen staan momenteel voor het dilemma of de patiënt al dan niet moet beginnen of doorgaan met een therapie voor hun primaire ziektetoestand wegens de bijbehorende risico’s van het oplopen van SARS-CoV-2 en de vermindering van de middelen die beschikbaar zijn voor gezondheidswerkers. Informatie over de specifieke etiologie van de kanker is schaars in verschillende SARS-CoV-2-studies. In COVID-19 cohortstudies in de Verenigde Staten, Italië en China zijn echter long-, borst-, maag- en darmkanker en hematologische kanker (bv. lymfoom) gemeld. Verder zijn baarmoederhalskankerpatiënten en patiënten met andere niet gespecificeerde gynaecologische maligniteiten gemeld in deze studies.

Hoewel geselecteerde literatuurbronnen een glimp geven van de tentoongestelde oncologische paradigma’s, daalt de reeds kleine beoordeelde patiëntenpopulatie nog verder wanneer gestratificeerd volgens oncologische typering. Dit is een aanzienlijke beperking voor de beoordeling van het sterfterisico en het geven van richtlijnen voor het beheer van COVID-19-positieve kankerpatiënten. In dezelfde lijn is er zeer weinig geweten over COVID-19 infectie bij ovariumkankerpatiënten. Op het moment van schrijven zijn er 22 PubMed artikels over dit onderwerp, waarvan er 20 mogelijke veranderingen bespreken of uitdagingen voor kankerklinieken om eierstokkankerpatiënten beter te kunnen behandelen. De overige twee artikelen bespreken in totaal drie eierstokkankerpatiënten en hoe hun behandeling werd gewijzigd als gevolg van de huidige pandemie. Slechts twee van de drie eierstokkankerpatiënten bleken positief te zijn voor het nieuwe coronavirus, waardoor een adjuvante behandeling met bloedplaatjes nodig was wegens de ontwikkeling van aan chemotherapie gerelateerde trombocytopenie. De resterende besproken eierstokkankerpatiënt testte negatief op SARS-CoV-2-infectie, maar werd verondersteld positief te zijn op basis van de symptomen en klinische bevindingen van de patiënt (bv. abnormale CT-scanresultaten die wijzen op longontsteking bij COVID-19-patiënten). De kankerbehandeling van deze patiënt werd uitgesteld tot de atypische longontsteking verdwenen was, maar kreeg verder geen adjuvante therapie. Momenteel zijn er geen wereldwijd aanvaarde richtlijnen voor de behandeling van kankerpatiënten in de context van een pandemie, omdat er te weinig gegevens beschikbaar zijn. Onlangs heeft een internationale samenwerking een reeks praktische benaderingen voor de diagnose en behandeling van kankerpatiënten voorgesteld. Echter, totdat meer informatie of een effectief therapeutisch regime tegen SARS-CoV-2 beschikbaar komt, zullen kankerpatiënten een zeer hoog risico op sterfte als gevolg van de COVID-19 epidemie blijven houden.

Withaferin a als een prospectieve behandeling

Withaferin A (WFA) is een steroïde lacton geïsoleerd uit de plant Withania somnifera, ook bekend als Ashwagandha . Het staat bekend om zijn ontstekingsremmende eigenschappen, alsmede zijn anti-tumorigene eigenschappen . Recent werk heeft aangetoond dat COVID-19-infecties een grote immuuncomponent hebben en kunnen resulteren in de ontwikkeling van cytokinestorm, een potentieel levensbedreigende immuunreactie waarbij het lichaam in een snel tempo te veel cytokinen in het bloed vrijgeeft . Ons laboratorium heeft aangetoond dat WFA in staat is om de afscheiding van verschillende ontstekingsbevorderende cytokinen (bijv. TNFα, IL-6, IL-8, en IL-18) te verminderen in een uitgezaaid model van eierstokkanker. Het ligt binnen de mogelijkheden dat de behandeling met WFA de intensiteit van de cytokinen storm kan verminderen door de gerapporteerde ontstekingsremmende eigenschappen. Interessant is dat ten minste drie onafhankelijke onderzoeksgroepen hebben gesuggereerd dat fytochemicaliën gevonden in de plant Withania somnifera zouden kunnen worden ontwikkeld als een therapeutisch middel tegen COVID-19 infectie met behulp van moleculaire docking benaderingen . Twee van de groepen meldden dat verschillende Withanoliden, zoals WFA, in staat zouden moeten zijn om zich te binden aan het virale S-eiwit receptor bindingsdomein, waardoor interacties met de ACE2 receptor van de gastheer worden geblokkeerd of verminderd. De derde groep rapporteerde dat WFA en een afzonderlijk withanolide, Withanone, voorspeld worden om te interageren met het belangrijkste protease van SARS-CoV-2, hoewel voorspeld wordt dat WFA minder bindende affiniteit heeft dan een gevestigde N3 protease inhibitor die gebruikt wordt voor basislijn docking scores.

In een niet-verwante studie heeft onze groep WFA onderzocht als een potentieel therapeutisch middel om kanker te behandelen, inclusief het richten van kankerstamcellen en kanker-geïnduceerde cachexie (een spierverslappende aandoening). Omdat Ang-II signalering een bekende mediator is van skeletspieratrofie, onderzochten we het effect van WFA op Ang-II signalering in relatie tot cachexie. Gegevens (in publicatie) van ons lab hebben aangetoond dat WFA behandeling circulerende niveaus van Angiotensine II kan verminderen in een experimenteel model van kanker-geïnduceerde cachexie. In deze studie hebben we xenografted de eierstokkanker cellijn A2780 (8,0 × 105 lage passage cellen geresuspendeerd in 100 ul steriele PBS) intraperitoneaal in 5 tot 6 weken oude vrouwelijke NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wjl/SzJ (NSG; Jackson Lab Strain # 005557) muizen. Tumor-vrije controles kregen een equivalente i.p. injectie van steriele zoutoplossing. Na een refractaire periode van 8 dagen om enting van de eierstokkankercellen mogelijk te maken, kregen tumorvrije en tumordragende dieren i.p. injecties van WFA (2 mg/kg) of voertuig (10% dimethylsulfoxide, 90% glyceroltrioctanoaat) eens in de 3 dagen gedurende een periode van 4 weken (post-xenografting).

Met behulp van qPCR en gen-specifieke primers ontdekten we dat WFA-behandeling de relatieve mRNA-expressie van AT1R (Angiotensine II Receptor Type 1) verminderde in vergelijking met de met het voertuig behandelde groep in tumormonsters, zoals bepaald door een twee-weg variantieanalyse (ANOVA) gevolgd door Tukey’s meervoudige vergelijkingstest post hoc analyse. Gebaseerd op onze bevindingen en de onafhankelijk gerapporteerde moleculaire docking studies, onderzochten we of WFA behandeling al dan niet de ACE2 expressie in de longen zou veranderen onder tumorvrije en tumordragende omstandigheden. Interessant genoeg vonden we geen significante verschillen (NSD; p-waarden > 0,80 voor alle vergelijkingen) in relatieve mRNA expressie van ACE2 in reactie op WFA behandeling zoals bepaald door een twee-weg ANOVA (Fig. 1). Aangezien we via qPCR geen significante verschillen in ACE2 mRNA expressie in de longen hebben waargenomen, een van de primaire gebieden waar ACE2 tot expressie komt, hebben we de expressie van ACE2 in andere organen niet onderzocht. Recent werd echter gerapporteerd dat, als een bijproduct van SARS-CoV-2 infectie, ACE2 expressie vermindert als onderdeel van het ziekteproces, wat op zijn beurt de ontwikkeling van multi-orgaanschade bevordert. Vanwege dit effect hebben anderen gesuggereerd dat het blokkeren van de binding van SARS-CoV-2 aan de ACE2 receptor een gunstigere strategie zou kunnen zijn om het virus te bestrijden dan het verhogen van de ACE2 expressie, vanwege het antagonistische effect op AT1R signalering. In lijn met deze redenering is het binnen het bereik van de mogelijkheid dat WFA COVID-19 kan blokkeren of belemmeren door interacties met het virale S-eiwit op basis van de moleculaire docking studies , zonder de ACE2 expressie te beïnvloeden (zoals gerapporteerd in onze gegevens) wat leidt tot een verslechtering van de pathologische toestand.

Hithaferine A’s effect op ACE2 mRNA-expressie. (A) Relatieve mRNA-niveaus van ACE2 in longmonsters van tumorvrije en A2780 ovariumtumor-dragende vrouwelijke NSG-muizen, behandeld met voertuig of WFA (2 mg/kg). N = 4-5 muizen per groep. Zwarte cirkels geven individuele datapunten aan. NSD = geen significante verschillen