Den nya coronavirus-sjukdomen 2019 (COVID-19) har snabbt spridit sig runt om i världen sedan den rapporterades för första gången i december 2019 i Wuhan, Kina, som en lunginflammation av okänd etiologi. Svårt akut respiratoriskt syndrom coronavirus-2 (SARS-CoV-2), som benämns av Världshälsoorganisationen (WHO), representerar den tredje storskaliga epidemin relaterad till coronavirus . Även om sjukdomen först rapporterades i Kina har en retrospektiv studie senare visat att SARS-CoV-2 spreds i Frankrike fyra dagar innan den först rapporterades i Wuhan i Kina och en månad innan det första officiella fallet i landet . Sedan den första upptäckten har SARS-CoV-2 spridit sig över hela världen, smittat över 11,5 miljoner människor och lett till att fler än 530 000 människor avlidit den 6 juli 2020 . Sjukdomens svårighetsgrad varierar kraftigt från ett asymtomatiskt sjukdomstillstånd till patienter som uppvisar akut andningsnödsyndrom (ARDS), vilket kräver ett kritiskt medicinskt ingripande för att försöka förhindra att patienten dör . Det upptäcktes senare att Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) är en funktionell receptor för SARS-CoV-2 spike (S-)-proteinet, vilket gör det möjligt för viruset att ta sig in i cellerna . ACE2 är en kraftfull negativ regulator av renin-angiotensin-systemet (RAS), vilket är avgörande för att upprätthålla homeostasen i RAS.

ACE2-genen består av 805 aminosyror och är ett integralt membranglykoprotein av typ I. ACE2 bryter ned angiotensin (Ang)-II, en potent vasokonstriktor (som också är proinflammatorisk och främjar fibros), och omvandlar den till Ang (1-7) . Ang (1-7) är en vasodilator som också hämmar proliferation och apoptos . Förutom den systemiska effekten på blodtrycksregleringen har ACE2 lokala reglerande effekter vid patologiska förändringar i flera organ, inklusive hjärta, njurar och lungor . ACE2 uttrycks i hög grad i lungornas alveolära celler, vilket utgör den viktigaste ingångspunkten för viruset till den mänskliga värden . Förutom att ACE2 uttrycks i lungalveolära celler uttrycks det också i olika vävnader, bland annat: Det finns även ett stort antal andra ämnen som är aktiva i blodkärlssystemet (endotelceller, migrerande angiogena celler och glatta muskulaturceller), hjärtat (kardiofibroblaster, kardiomyocyter, endotelceller, pericyter och epikardiella fettceller) och njurarna (glomerulära endotelceller, podocyter och epitelceller i de proximala tubulerna), lever (kolangiocyter och hepatocyter), näthinna (pigmenterade epitelceller, fotoreceptorceller med stavar och kottar och Müller-gliaceller), enterocyter i tarmarna, circumventrikulära organ i det centrala nervsystemet och de övre luftvägarna (goblet- och cilierade epitelceller) .

Det finns två underenheter av SARS-CoV-2 S-proteinet: S1-underenheten har en receptorbindande domän som kopplar till värdcellsreceptorn ACE2, och S2-underenheten är involverad i regleringen av fusionen mellan virus- och värdmembranet . Det har rapporterats att SARS-CoV-2 har en tio gånger högre affinitet till ACE2 jämfört med SARS-CoV, vilket stämmer överens med den högre infektionseffektiviteten hos SARS-CoV-2 . Även om inget botemedel för närvarande har hittats, genomförs flera kliniska prövningar för att fastställa vilken som är den mest effektiva behandlingsregimen för COVID-19, med en omfattande lista över potentiella terapier som beskrivs i en översikt av Gosain et al . För närvarande omfattar patientbehandlingen stödbehandling och åtgärder för att förhindra ytterligare spridning av viruset . Trots skillnader i patientpopulationens egenskaper mellan Europa och Kina är ålder och förekomsten av underliggande komorbiditet två av de viktigaste bestämningsfaktorerna för patienternas dödlighetsrisker som konstaterades i båda grupperna . Ett sådant underliggande tillstånd som förknippas med en ökning av COVID-19-patienters dödlighet är förekomsten av cancer .

Cancerpatienter och COVID-19-epidemin

På grund av deras potentiellt nedsatta immunförsvar är korrekt behandling av cancerpatienter ett verkligt och allvarligt problem som onkologer står inför, oavsett om patienten drabbas av en SARS-CoV-2-infektion eller inte. Uppgifter från fyra SARS-CoV-2 hot spots (USA, Italien, Spanien och Kina) har visat att cancerpatienter som infekterats med det nya coronaviruset har en betydligt ökad risk för att läggas in på en intensivvårdsavdelning (ICU) och/eller kräva mekanisk ventilation, samt en ökad patientdödlighet . I en retrospektiv studie konstaterades att dödligheten för cancerpatienter i Kina som infekterats med COVID-19 var cirka 28 %, jämfört med den totala symtomrelaterade dödligheten på 1,4 % eller den råa dödligheten på 4,5 % i Kina . Det är kanske inte förvånande att dödligheten för lungcancerpatienter med SARS-CoV-2 har varit ganska dyster, med en kohortstudie i New York som visade på en dödlighet på 55 % . Cancerpatienter och deras onkologer står för närvarande inför dilemmat att avgöra om patienten ska påbörja eller fortsätta behandlingen av sin huvudsjukdom på grund av de risker som är förknippade med SARS-CoV-2 och de minskade resurserna för hälso- och sjukvårdspersonal . Information om cancerens specifika etiologi är knapphändig i flera SARS-CoV-2-studier. Lungcancer, bröstcancer, gastrointestinal cancer och hematologisk cancer (t.ex. lymfom) har dock rapporterats i COVID-19-kohortstudier i Förenta staterna, Italien och Kina. Vidare har patienter med livmoderhalscancer och patienter med andra ospecificerade gynekologiska maligniteter rapporterats i dessa studier.

Och även om utvalda litteraturkällor ger en glimt av de onkologiska paradigm som uppvisats, minskar den redan småskaliga patientpopulationen som bedömts ytterligare när den stratifieras efter onkologisk typning. Detta är en betydande begränsning när det gäller att bedöma mortalitetsrisken och tillhandahålla riktlinjer för hantering av COVID-19-positiva cancerpatienter. På liknande sätt är mycket lite känt om COVID-19-infektion hos patienter med äggstockscancer. I skrivande stund finns det 22 PubMed-artiklar om ämnet, varav 20 av dem diskuterar potentiella förändringar av eller utmaningar som cancerkliniker står inför för att bättre kunna ta hand om patienter med äggstockscancer. I de återstående två artiklarna diskuteras sammanlagt tre patienter med äggstockscancer och hur deras behandling ändrades på grund av den aktuella pandemin . Endast två av de tre patienterna med äggstockscancer visade sig vara positiva för det nya coronaviruset och krävde adjuvant behandling med trombocyter på grund av utvecklingen av kemoterapirelaterad trombocytopeni . Den resterande ovariecancerpatienten som diskuterades testades negativt för SARS-CoV-2-infektion, men antogs vara positiv på grundval av patientens symtom och kliniska fynd (t.ex. onormala resultat från datortomografi som överensstämmer med lunginflammation hos COVID-19-patienter) . Denna patients cancerregim fördröjdes tills den atypiska lunginflammationen hade försvunnit, men fick i övrigt ingen adjuvant behandling . Det finns för närvarande inga globalt accepterade riktlinjer för hantering av cancerpatienter i samband med en pandemi, eftersom det saknas tillgängliga uppgifter . Nyligen har ett internationellt samarbete föreslagit en rad praktiska metoder för diagnos och behandling av cancerpatienter . Tills mer information eller en effektiv terapeutisk behandling mot SARS-CoV-2 blir tillgänglig kommer cancerpatienter dock att fortsätta att ha en mycket hög risk för dödlighet på grund av COVID-19-epidemin.

Withaferin a som en prospektiv behandling

Withaferin A (WFA) är en steroidlakton som isolerats från växten Withania somnifera, även känd som Ashwagandha . Det är känt för sina antiinflammatoriska egenskaper samt sina antitumorogena egenskaper . Nya arbeten har visat att COVID-19-infektioner har en stor immunkomponent och kan leda till utveckling av cytokinstorm, en potentiellt livshotande immunreaktion där kroppen släpper ut för många cytokiner i blodet i snabb takt . Arbete från vårt laboratorium har visat att WFA kan minska utsöndringen av olika proinflammatoriska cytokiner (t.ex. TNFα, IL-6, IL-8 och IL-18) i en metastaserande modell av äggstockscancer . Det ligger inom ramen för möjligheten att WFA-behandling kan upphäva intensiteten i cytokinstormen på grund av de rapporterade antiinflammatoriska egenskaperna. Intressant nog har minst tre oberoende forskargrupper föreslagit att fytokemikalier som finns i växten Withania somnifera skulle kunna utvecklas som ett terapeutiskt medel mot COVID-19-infektion med hjälp av molekylär dockning . Två av grupperna rapporterade att olika Withanolider, t.ex. WFA, borde kunna binda till virusets S-proteinreceptorbindningsdomän och därigenom blockera eller minska interaktionerna med värdens ACE2-receptor . Den tredje gruppen rapporterade att WFA och en separat withanolid, Withanon, förutspås interagera med SARS-CoV-2:s huvudproteas, även om WFA förutspås ha lägre bindningsaffinitet än en etablerad N3-proteashämmare som används för grundläggande dockingpoäng .

I en orelaterad studie har vår grupp undersökt WFA som ett potentiellt terapeutiskt medel för behandling av cancer, bland annat genom att inrikta sig på cancerstamceller och cancerinducerad kachexi (en muskelförtviningssjukdom). Eftersom Ang-II-signalering är en känd mediator för skelettmuskelatrofi undersökte vi effekten av WFA på Ang-II-signalering i samband med cachexia. Data (under publicering) från vårt labb har visat att WFA-behandling kan minska de cirkulerande nivåerna av Angiotensin II i en experimentell modell av cancerinducerad kachexia. I den här studien xenograferade vi äggstockscancercellinjen A2780 (8,0 × 105 lågpassagerande celler resuspenderade i 100 μl steril PBS) intraperitonealt i 5-6 veckor gamla NOD.Cg-PrkdcscidIl2rgtm1Wjl/SzJ (NSG; Jackson Lab Strain # 005557) möss av honkön. Tumörfria kontroller fick en motsvarande injektion i.p. av steril saltlösning. Efter en 8-dagars refraktärperiod för att möjliggöra inympning av äggstockscancercellerna fick tumörfria och tumörbärande djur i.p.-injektioner av WFA (2 mg/kg) eller vehikel (10 % dimetylsulfoxid, 90 % glyceroltrioktanoat) en gång var tredje dag under en period av 4 veckor (post-xenografting).

Med hjälp av qPCR och genspecifika primers fann vi att WFA-behandling minskade det relativa mRNA-uttrycket av AT1R (Angiotensin II Receptor Type 1) jämfört med den vehikelbehandlade gruppen i tumörprover, vilket fastställdes genom en tvåvägs variansanalys (ANOVA) följt av Tukey’s multipeljämförelsetest post hoc-analys. Baserat på våra resultat och de oberoende rapporterade molekylära dockningsstudierna undersökte vi om WFA-behandling skulle förändra ACE2-uttrycket i lungorna under tumörfria och tumörbärande förhållanden. Intressant nog fann vi inga signifikanta skillnader (NSD; p-värden > 0,80 för alla jämförelser) i det relativa mRNA-uttrycket av ACE2 som svar på WFA-behandling enligt en tvåvägs ANOVA (fig. 1). Eftersom vi inte observerade några signifikanta skillnader i ACE2 mRNA-uttryck i lungorna via qPCR, en av de primära regionerna där ACE2 uttrycks, undersökte vi inte uttrycket av ACE2 i andra organ. Det rapporterades dock nyligen att ACE2-uttrycket minskar som en biprodukt av SARS-CoV-2-infektion som en del av sjukdomsprocessen, vilket i sin tur underlättar utvecklingen av multiorganskador . På grund av denna effekt har andra föreslagit att blockering av SARS-CoV-2:s bindning till ACE2-receptorn kan vara en mer fördelaktig strategi för att bekämpa viruset än att öka ACE2-uttrycket, på grund av dess antagonistiska effekt på AT1R-signalering . I linje med detta resonemang är det möjligt att WFA kan blockera eller hindra COVID-19 genom interaktioner med det virala S-proteinet baserat på de molekylära dockningsstudierna , utan att påverka ACE2-uttrycket (som rapporterats i våra data), vilket leder till en försämring av det patologiska tillståndet.

Withaferin A:s effekt på ACE2 mRNA-uttryck. (A) Relativa mRNA-nivåer av ACE2 i lungprover från tumörfria och A2780 ovarietumörbärande kvinnliga NSG-möss som behandlades med vehikel eller WFA (2 mg/kg). N = 4-5 möss per grupp. Svarta cirklar anger enskilda datapunkter. NSD = inga signifikanta skillnader