БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 7, с. 978 - 983
ГИПОТЕЗА
УДК 577.217;616.98
АКТИВАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИОННОГО ФАКТОРА Nrf2 КАК ПОДХОД
К ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ЦИТОКИНОВОГО ШТОРМА ПРИ COVID 19
© 2020
Р.А. Зиновкин1,2,3*, О.А. Гребенчиков4
1 НИИ физико химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет
имени М.В. Ломоносова, 119991 Москва, Россия; электронная почта: roman.zinovkin@gmail.com
2 НИИ Митоинженерии МГУ, 119992 Москва, Россия
3 Институт молекулярной медицины, Первый Московский государственный
медицинский университет имени И.М. Сеченова, 119991 Москва, Россия
4 НИИ общей реаниматологии имени В.А. Неговского ФНКЦ РР, 107031 Москва, Россия
Поступила в редакцию 30.05.2020
После доработки 04.06.2020
Принята к публикации 04.06.2020
Nrf2 является ключевым фактором транскрипции, ответственным за антиоксидантную защиту во многих
тканях и клетках, включая альвеолярный эпителий, эндотелий и макрофаги. Кроме того, Nrf2 функциони"
рует как транскрипционный репрессор, подавляющий экспрессию цитокинов воспаления в макрофагах.
Пациенты с COVID"19 в критическом состоянии зачастую имеют чрезвычайно высокие параметры окисли"
тельного стресса и системного воспаления, которое служит одной из основных причин летальности. В дан"
ной статье представлено обоснование использования индукторов транскрипционного фактора Nrf2 для
предотвращения развития избыточного воспалительного ответа при COVID"19.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Nrf2, SARS"CoV"2, COVID"19, цитокиновый шторм, окислительный стресс.
DOI: 10.31857/S0320972520070118
ВВЕДЕНИЕ
рого респираторного дистресс"синдрома
(ОРДС) [2].
Патогенез COVID"19 является предметом
В тяжелых случаях вирус может проникать в
чрезвычайно активного изучения, при этом до
кровоток и заражать эндотелиальные клетки, а
сих пор не разработана эффективная терапия
также другие клетки"мишени, которые находят"
против этого заболевания, вызываемого коро"
ся в тканях почек, пищевода, мочевого пузыря,
навирусом SARS"CoV"2. Первоначально SARS"
подвздошной кишки, сердца и ЦНС. Высво"
CoV"2 инфицирует клетки эпителия верхних
бождающиеся при гибели зараженных клеток
дыхательных путей. Если инфекция ограничена
эндогенные «образы опасности» (damage"associ"
лишь этими клетками, то болезнь обычно про"
ated molecular patterns, DAMPs) вносят дополни"
текает в достаточно мягкой форме. При проник"
тельный вклад в активацию иммунных клеток и
новении вируса в альвеолы легких происходит
развитие цитокинового шторма. Таким образом,
заражение пневмоцитов второго типа, в этом
при тяжелых формах COVID"19 наблюдается
случае может развиться тяжелая пневмония.
полиорганная недостаточность, сопряженная с
При инфекции происходит ингибирование ин"
гиперактивацией иммунной системы. Пациен"
терферонового ответа клеток, при этом экспрес"
ты с COVID"19 в критическом состоянии имеют
сируется большое количество хемокинов, кото"
чрезвычайно высокие параметры системного
рые привлекают из сосудистого русла в альвео"
воспаления, включая С"реактивный белок и ци"
лы иммунные клетки: моноциты, В" и Т"лимфо"
токины IL"6, TNFα, IL"8 и др. [3-5].
циты [1]. Чрезмерная экстравазация этих клеток
Цитокиновый шторм неизбежно сопровож"
в альвеолы считается основной причиной пато"
дается повышенной генерацией активных форм
генетических изменений в легких, приводящих
кислорода (АФК) иммунными клетками и раз"
к развитию дыхательной недостаточности и ост"
витием окислительного стресса [6]. Цитокины
воспаления и АФК действуют совместно, акти"
Принятые сокращения: АФК - активные формы
вируя клетки легочного эпителия и эндотелия.
кислорода; ОРДС - острый респираторный дистресс"
Это приводит к разборке межклеточных контак"
синдром.
тов, заполнению интерстициального простран"
* Адресат для корреспонденции.
ства альвеол жидкостью и нарушению газообме"
978
Nrf2 И ТЕРАПИЯ COVID"19
979
на в легких. Кроме того, цитокиновый шторм и
ет неконтролируемый воспалительный ответ:
окислительный стресс приводят к АФК"зависи"
активацию клеток врожденного иммунитета,
мому апоптозу эндотелиальных клеток [7], что
высокую продукцию цитокинов, хемокинов и
способствует высвобождению факторов сверты"
АФК - все эти факторы способствуют повреж"
вания крови и образованию тромбов [8].
дению клеток и тканей [13].
Для терапии цитокинового шторма при
Активация Nrf2 приводит к снижению вос"
COVID"19 в настоящее время используют кор"
палительного ответа не только за счет увеличе"
тикостероиды, а также ингибиторы воспали"
ния антиоксидантного ответа, но и за счет ак"
тельных каскадов на основе моноклональных
тивности Nrf2 как транскрипционного репрес"
антител: тоцилизумаб (анти IL"6), секукинумаб
сора, снижающего количество мРНК и белков
(анти IL"17А), канакинумаб (анти IL"1β), рук"
(цитокинов воспаления IL"1β, IL"6 и TNF) в
солитиниба фосфат (ингибитор JAK"киназ), и
макрофагах человека [14]. Действие индукторов
др. [4]. Опыт использования кортикостероидов
Nrf2 на снижение цитокинов воспаления в кро"
при COVID"19 показал заметные ограничения
ви описано для множества животных моделей
их применимости, связанные, прежде всего, с
[12, 15-17]. Защитная роль активации Nrf2 при
общим подавлением специфического иммуни"
различных воспалительных воздействиях про"
тета и повышением вероятности развития вто"
демонстрирована в многочисленных экспери"
ричной бактериальной пневмонии [9, 10]. При"
ментах на клетках эпителия дыхательных путей
менение препаратов на основе моноклональных
и сосудистого эндотелия [18-22]. В настоящий
антител имеет ряд ограничений, обусловленных
момент проводятся десятки клинических иссле"
их узконаправленным действием лишь на один
дований эффективности индукторов Nrf2 ответа
из множества цитокинов воспаления. Таким об"
на людях с целью профилактики и лечения вос"
разом, представляется крайне важной разработ"
палительных и респираторных заболеваний.
ка новых подходов к предотвращению развития
Ниже суммированы основные факты и наб"
цитокинового шторма при COVID"19.
людения, обосновывающие целесообразность
активации Nrf2 при COVID"19:
1. Избыточный воспалительный ответ при
ДИСКУССИЯ
COVID"19 связан с высокой летальностью па"
циентов [3]. Активация Nrf2 снижает воспали"
Транскрипционный фактор Nrf2 (Nuclear
тельный ответ, предотвращая экспрессию цито"
factor erythroid 2"related factor 2) обеспечивает
кинов воспаления [14] и макрофагов [23, 24].
функционирование клеток в условиях электро"
Использование индукторов Nrf2 позволяет сни"
фильного и окислительного стресса. В отсут"
зить избыточные воспалительные реакции у па"
ствии стресса Nrf2 находится в цитоплазме в
циентов, страдающих острыми и хроническими
комплексе со своим ингибитором - белком
заболеваниями [25].
Keap1, который стимулирует убиквитинилиро"
2. ОРДС является основным фактором
вание Nrf2 и его последующую деградацию. При
смертности у больных COVID"19 [26]. Актива"
появлении избыточного количества АФК или
ция Nrf2 защищает эпителий дыхательных пу"
электрофилов происходит разрушение ком"
тей от разборки межклеточных плотных контак"
плекса Keap1-Nrf2, в результате чего Nrf2 миг"
тов при воспалительном воздействии и от разви"
рирует в ядро. В ядре Nrf2 взаимодействует с
тия ОРДС [27].
последовательностями ARE в промоторах генов,
3. В патогенезе COVID"19 нарушение цело"
стимулируя их транскрипцию [11]. Nrf2 управ"
стности сосудов считается ключевым событием,
ляет экспрессией генов, участвующих в антиок"
приводящим к дисфункции эндотелия и тром"
сидантном ответе, редокс"гомеостазе, биогенезе
бообразованию [28]. Активация Nrf2 защищает
митохондрий и других процессах, активация
эндотелий сосудов от повреждения, вызванного
этих генов защищает клетки от развития воспа"
окислительным стрессом или цитокинами вос"
ления [12]. При активации Nrf2 повышается
паления [29].
экспрессия гемоксигеназы (НО"1), ответствен"
4. Повышенный окислительный стресс ха"
ной за деградацию провоспалительных свобод"
рактерен для тяжелых случаев течения COVID"
ных гемов и образование противовоспалитель"
19 [30], при этом наблюдаются отдельные слу"
ных соединений, таких как CO и билирубин;
чаи успешного лечения COVID"19 с помощью
НАД(Ф)H:хинон оксидоредуктазы (NQO1), об"
глутатиона [31]. Под контролем транскрипци"
ладающей антиоксидантными активностями; а
онного фактора Nrf2 находятся ключевые фер"
также ключевыми ферментами биосинтеза глу"
менты биосинтеза глутатиона [32]. Снижение
татиона - основного клеточного антиоксидан"
активности Nrf2 приводит к развитию окисли"
та. Отсутствие Nrf2 у нокаутных мышей вызыва"
тельного стресса, а стимуляция - к увеличению
БИОХИМИЯ том 85 вып. 7 2020
9*
980
ЗИНОВКИН, ГРЕБЕНЧИКОВ
содержания глутатиона в организме и восста"
генных вирусов [43]. Недавно опубликована об"
новлению редокс"баланса [33].
зорная работа, обосновывающая применение
5. Возраст является важнейшим фактором
ингаляционной формы тиосульфата натрия для
риска при инфекции COVID"19 [34]. С возрас"
пациентов с COVID"19 [44].
том происходит угасание активности Nrf2 [33].
4. Эпигаллокатехин 3"галлат - полифенол,
6. Активность Nrf2 снижена у пациентов с
содержащийся в зеленом чае. Это нетоксичное
гипергликемией [35], которая тоже является
соединение обладает противовоспалительной
фактором риска при COVID"19 [34].
активностью in vitro и in vivo [45]. Помимо этого,
7. У пациентов мужского пола COVID"19
эпигаллокатехин 3"галлат является ингибито"
протекает тяжелее и смертность у них выше, чем
ром фурина - протеазы, осуществляющей про"
у женщин [34]. Половые различия в активности
цессинг S"белка SARS"CoV"2 и способствую"
Nrf2 у людей неизвестны, но у самок мышей ак"
щей проникновению вируса в клетку [46-48].
тивность Nrf2 выше, чем у самцов [36].
5. Ресвератрол - полифенол растительного
До сих пор не было предпринято попыток ис"
происхождения. Активирует Nrf2, снижая
следовать соединения"индукторы Nrf2 в качестве
экспрессию его негативного регулятора KEAP1,
средств, уменьшающих окислительный стресс и
также активирует деацетилазу SIRT1 [49]. Перо"
развитие воспаления при инфекциях, вызывае"
ральное употребление ресвератрола приводит к
мых SARS"CoV"2. Данная задача может быть ре"
снижению цитокинов воспаления (IL"1β и
шена тестированием тех соединений"активато"
TNF) и активации экспрессии генов"мишеней
ров Nrf2, которые уже являются лекарственными
Nrf2 (NQO1 и глутатион S"трансферазы) [50].
средствами, или находятся в различных стадиях
Ресвератрол повышает синтез эндогенного глу"
клинических испытаний на людях. Для актива"
татиона и защищает альвеолярные клетки эпи"
ции Nrf2 может применяться широкий спектр
телия от окислительного стресса [51].
соединений, в том числе следующие индукторы:
В основном данные препараты применяют
1. Сульфорафан - растительное соединение,
при лечении хронических воспалительных реак"
содержащееся в крестоцветных, таких как брок"
ций, а не острых состояний. Неизвестно, на"
коли и брюссельская капуста. Действие сульфора"
сколько эффективно будет применение этих ин"
фана на снижение уровня цитокинов воспаления
дукторов Nrf2 при цитокиновом шторме и
в крови показано на множестве животных моде"
ОРДС. Возможно, индукторы Nrf2 могут приме"
лей [37]. В настоящее время проводится около 70
няться для предотвращения развития цитокино"
клинических испытаний с сульфорафаном для те"
вого шторма, или в процессе его манифестации,
рапии широкого круга заболеваний, в том числе
в комбинации с уже используемыми противо"
хронической обструктивной болезни легких, аст"
воспалительными препаратами.
мы, артрита, онкологических заболеваний. Суль"
Для большинства предложенных препаратов
форафан перорально хорошо переносится в суточ"
уже известна их токсичность и биодоступность,
ных дозах до 200 мкмоль, достигая эффективных
что позволяет быстро приступить к соответству"
действующих концентраций в плазме крови [38].
ющим клиническим испытаниям. Для сниже"
2. Диметилфумарат - диметиловый эфир
ния окислительного стресса и воспаления при
фумаровой кислоты. В США он был одобрен
COVID"19 представляется логичным примене"
FDA для лечения рецидивирующего рассеянно"
ние индукторов Nrf2 совместно с предшествен"
го склероза (торговое название Tecfidera), а в
никами биосинтеза глутатиона, например N"
Германии - для лечения псориаза (торговое на"
ацетилцистеином. Подобную терапию можно
звание Фумадерм). Интересно, что диметилфу"
использовать с целью уменьшения повреждения
марат способен снижать воспалительные реак"
клеток и тканей, предупреждения развития ды"
ции как Nrf2"зависимым [39], так и Nrf2"неза"
хательной недостаточности и ОРДС.
висимым образом [40, 41].
3. Тиосульфат натрия - лекарственное сред"
ство, применяемое внутривенно и перорально.
Благодарности. Авторы благодарят А. С. При"
Безопасная субстанция, которая используется
ходько (НИИ физико"химической биологии
для терапии интоксикаций различного генеза.
имени А. Н. Белозерского МГУ) за полезное об"
Тиосульфат натрия является донором сероводо"
суждение работы.
рода (Н2S), который является индуктором Nrf2.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об от"
Сероводород поддерживает редокс"баланс кле"
сутствии конфликта интересов.
ток, обладает противовоспалительным действи"
Соблюдение этических норм. Настоящая
ем [42]. Соединения"доноры Н2S обладают про"
статья не содержит описания выполненных ав"
тивовоспалительной активностью и антивирус"
тором исследований с участием людей или ис"
ным действием против широкого спектра пато"
пользованием животных в качестве объектов.
БИОХИМИЯ том 85 вып. 7 2020
Nrf2 И ТЕРАПИЯ COVID"19
981
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Blanco"Melo, D., Nilsson"Payant, B. E., Liu, W."C., Uhl, S.,
Toxicol., 47, 89"116, doi: 10.1146/annurev.pharmtox.46.
Hoagland, D., Møller, R., Jordan, T. X., Oishi, K., Panis,
120604.141046.
M., Sachs, D., Wang, T. T., Schwartz, R. E., Lim, J. K.,
14.
Kobayashi, E. H., Suzuki, T., Funayama, R., Nagashima, T.,
Albrecht, R. A., and tenOever, B. R. (2020) Imbalanced
Hayashi, M., Sekine, H., Tanaka, N., Moriguchi, T.,
host response to SARS"CoV"2 drives development of
Motohashi, H., Nakayama, K., and Yamamoto, M. (2016)
COVID"19, Cell, 181, 1036"1045, doi: 10.1016/j.cell.
Nrf2 suppresses macrophage inflammatory response by
2020.04.026.
blocking proinflammatory cytokine transcription, Nat.
2.
Ackermann, M., Verleden, S. E., Kuehnel, M., Haverich, A.,
Commun., 7, 11624, doi: 10.1038/ncomms11624.
Welte, T., Laenger, F., Vanstapel, A., Werlein, C., Stark, H.,
15.
Thimmulappa, R. K., Scollick, C., Traore, K., Yates, M.,
Tzankov, A., Li, W. W., Li, V. W., Mentzer, S. J., and
Trush, M. A., Liby, K. T., Sporn, M. B., Yamamoto, M.,
Jonigk, D. (2020) Pulmonary vascular endothelialitis,
Kensler, T. W., and Biswal, S. (2006) Nrf2"dependent pro"
thrombosis, and angiogenesis in Covid"19, N. Engl. J.
tection from LPS induced inflammatory response and
Med., doi: 10.1056/NEJMoa2015432.
mortality by CDDO"Imidazolide, Biochem. Biophys. Res.
3.
Mehta, P., McAuley, D. F., Brown, M., Sanchez, E.,
Commun., 351, 883"889, doi: 10.1016/j.bbrc.2006.10.102.
Tattersall, R. S., Manson, J. J., and HLH Across Speciality
16.
Lin, W., Wu, R. T., Wu, T., Khor, T."O., Wang, H., and
Collaboration (2020) COVID"19: consider cytokine storm
Kong, A."N. (2008) Sulforaphane suppressed LPS"
syndromes and immunosuppression, Lancet, 395, 1033"
induced inflammation in mouse peritoneal macrophages
1034, doi: 10.1016/S0140"6736(20)30628"0.
through Nrf2 dependent pathway, Biochem. Pharmacol.,
4.
Zhang, W., Zhao, Y., Zhang, F., Wang, Q., Li, T., Liu, Z.,
76, 967"973, doi: 10.1016/j.bcp.2008.07.036.
Wang, J., Qin, Y., Zhang, X., Yan, X., Zeng, X., and
17.
Motterlini, R., Nikam, A., Manin, S., Ollivier, A.,
Zhang, S. (2020) The use of anti"inflammatory drugs in the
Wilson, J. L., Djouadi, S., Muchova, L., Martens, T.,
treatment of people with severe coronavirus disease 2019
Rivard, M., and Foresti, R. (2019) HYCO"3, a dual CO"
(COVID"19): the perspectives of clinical immunologists
releaser/Nrf2 activator, reduces tissue inflammation in
from China, Clin. Immunol., 214, 108393, doi: 10.1016/
mice challenged with lipopolysaccharide, Redox Biol., 20,
j.clim.2020.108393.
334"348, doi: 10.1016/j.redox.2018.10.020.
5.
Chen, G., Wu, D., Guo, W., Cao, Y., Huang, D., Wang, H.,
18.
Kosmider, B., Messier, E. M., Janssen, W. J., Nahreini, P.,
Wang, T., Zhang, X., Chen, H., Yu, H., Zhang, X., Zhang,
Wang, J., Hartshorn, K. L., and Mason, R. J. (2012) Nrf2
M., Wu, S., Song, J., Chen, T., Han, M., Li, S., Luo, X.,
protects human alveolar epithelial cells against injury
Zhao, J., and Ning, Q. (2020) Clinical and immunological
induced by influenza A virus, Respir. Res., 13, 43,
features of severe and moderate coronavirus disease 2019,
doi: 10.1186/1465"9921"13"43.
J. Clin. Invest., 130, 2620"2629, doi: 10.1172/JCI137244.
19.
Chan, K., and Kan, Y. W. (1999) Nrf2 is essential for pro"
6.
Schieber, M., and Chandel, N. S. (2014) ROS function in
tection against acute pulmonary injury in mice, Proc. Natl.
redox signaling and oxidative stress, Curr. Biol., 24, R453"
Acad. Sci. USA, 96, 12731"12736, doi: 10.1073/pnas.96.
R462, doi: 10.1016/j.cub.2014.03.034.
22.12731.
7.
Winn, R. K., and Harlan, J. M. (2005) The role of
20.
Boutten, A., Goven, D., Artaud"Macari, E., Boczkowski, J.,
endothelial cell apoptosis in inflammatory and immune
and Bonay, M. (2011) NRF2 targeting: a promising thera"
diseases, J. Thromb. Haemost., 3, 1815"1824, doi: 10.1111/
peutic strategy in chronic obstructive pulmonary disease,
j.1538"7836.2005.01378.x.
Trends Mol. Med., 17, 363"371, doi: 10.1016/j.molmed.
8.
Klok, F. A., Kruip, M. J. H. A., van der Meer, N. J. M.,
2011.02.006.
Arbous, M. S., Gommers, D. A. M. P. J., Kant, K. M.,
21.
Zakkar, M., Van der Heiden, K., Luong, L. A., Chaudhury, H.,
Kaptein, F. H. J., van Paassen, J., Stals, M. A. M.,
Cuhlmann, S., Hamdulay, S. S., Krams, R., Edirisinghe, I.,
Huisman, M. V., and Endeman, H. (2020) Incidence of
Rahman, I., Carlsen, H., Haskard, D. O., Mason, J. C.,
thrombotic complications in critically ill ICU patients with
and Evans, P. C. (2009) Activation of Nrf2 in endothelial
COVID"19, Thromb. Res., 191, 145"147, doi: 10.1016/
cells protects arteries from exhibiting a proinflammatory
j.thromres.2020.04.013.
state, Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 29, 1851"1857,
9.
Chen, N., Zhou, M., Dong, X., Qu, J., Gong, F., Han, Y.,
doi: 10.1161/ATVBAHA.109.193375.
Qiu, H., Wang, J., Liu, Y., Wei, Y., Xia, J., Yu, T., Zhang, X.,
22.
Chen, X."L., Dodd, G., Thomas, S., Zhang, X.,
and Zhang, L. (2020) Epidemiological and clinical charac"
Wasserman, M. A., Rovin, B. H., and Kunsch, C. (2006)
teristics of 99 cases of 2019 novel coronavirus pneumonia
Activation of Nrf2/ARE pathway protects endothelial cells
in Wuhan, China: a descriptive study, Lancet, 395, 507"
from oxidant injury and inhibits inflammatory gene expres"
513, doi: 10.1016/S0140"6736(20)30211"7.
sion, Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol., 290, H1862"
10.
Zha, L., Li, S., Pan, L., Tefsen, B., Li, Y., French, N.,
H1870, doi: 10.1152/ajpheart.00651.2005.
Liyun Chen, L., Gang Yang, G., and Villanueva, E. V.
23.
Jhang, J."J., and Yen, G."C. (2017) The role of Nrf2 in
(2020) Corticosteroid treatment of patients with corona"
NLRP3 inflammasome activation, Cell. Mol. Immunol., 14,
virus disease 2019 (COVID"19), Med. J. Aust., 212, 416"
1011"1012, doi: 10.1038/cmi.2017.114.
420, doi: 10.5694/mja2.50577.
24.
Zhao, C., Gillette, D. D., Li, X., Zhang, Z., and Wen, H.
11.
Motohashi, H., and Yamamoto, M. (2004) Nrf2"Keap1
(2014) Nuclear factor E2"related factor"2 (Nrf2) is
defines a physiologically important stress response mecha"
required for NLRP3 and AIM2 inflammasome activation,
nism, Trends. Mol. Med., 10, 549"557, doi: 10.1016/
J. Biol. Chem., 289, 17020"17029, doi: 10.1074/jbc.M114.
j.molmed.2004.09.003.
563114.
12.
Ahmed, S. M. U., Luo, L., Namani, A., Wang, X. J., and
25.
Robledinos"Antón, N., Fernández Ginés, R., Manda, G.,
Tang, X. (2017) Nrf2 signaling pathway: pivotal roles in
and Cuadrado, A. (2019) Activators and inhibitors of
inflammation, Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis.,
NRF2: a review of their potential for clinical development,
1863, 585"597, doi: 10.1016/j.bbadis.2016.11.005.
Oxid. Med. Cell. Longev., 2019, 9372182, doi: 10.1155/
13.
Kensler, T. W., Wakabayashi, N., and Biswal, S. (2007)
2019/9372182.
Cell survival responses to environmental stresses via the
26.
Wu, C., Chen, X., Cai, Y., Xia, J., Zhou, X., Xu, S.,
Keap1"Nrf2"ARE pathway, Annu. Rev. Pharmacol.
Huang, H., Zhang, L., Zhou, X., Du, C., Zhang, Y., Song, J.,
БИОХИМИЯ том 85 вып. 7 2020
982
ЗИНОВКИН, ГРЕБЕНЧИКОВ
Wang, S., Chao, Y., Yang, Z., Xu, J., Zhou, X., Chen, D.,
Butterfield, L. H., Zarour, H. M., and Kirkwood, J. M.
Xiong, W., Xu, L., Zhou, F., Jiang, J., Bai, C., Zheng, J.,
(2018) Evaluation of biodistribution of sulforaphane after
and Song, Y. (2020) Risk factors associated with acute res"
administration of oral broccoli sprout extract in melanoma
piratory distress syndrome and death in patients with coro"
patients with multiple atypical nevi, Cancer Prev. Res., 11,
navirus disease 2019 pneumonia in Wuhan, China, JAMA
429"438, doi: 10.1158/1940"6207.CAPR"17"0268.
Intern. Med., doi: 10.1001/jamainternmed.2020.0994.
39.
Lin, S. X., Lisi, L., Dello Russo, C., Polak, P. E., Sharp, A.,
27.
Mehla, K., Balwani, S., Agrawal, A., and Ghosh, B. (2013)
Weinberg, G., Kalinin, S., and Feinstein, D. L. (2011) The
Ethyl gallate attenuates acute lung injury through Nrf2 sig"
anti"inflammatory effects of dimethyl fumarate in astro"
naling, Biochimie, 95, 2404"2414, doi: 10.1016/j.biochi.
cytes involve glutathione and haem oxygenase"1, ASN
2013.08.030.
Neuro, 3, doi: 10.1042/AN20100033.
28.
Sardu, C., Gambardella, J., Morelli, M. B., Wang, X.,
40.
Schulze"Topphoff, U., Varrin"Doyer, M., Pekarek, K.,
Marfella, R., and Santulli, G. (2020) Is COVID"19 an
Spencer, C. M., Shetty, A., Sagan, S. A., Cree, B. A. C.,
endothelial disease? Clinical and basic evidence, J. Clin.
Sobel, R. A., Wipke, B. T., Steinman, L., Scannevin, R. H.,
Med., 9, E1417, doi: 10.3390/jcm9051417.
and Zamvi, S. S. (2016) Dimethyl fumarate treatment
29.
Chapple, S. J., Siow, R. C. M., and Mann, G. E. (2012)
induces adaptive and innate immune modulation indepen"
Crosstalk between Nrf2 and the proteasome: therapeutic
dent of Nrf2, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 113, 4777"4782,
potential of Nrf2 inducers in vascular disease and aging,
doi: 10.1073/pnas.1603907113.
Int. J. Biochem. Cell. Biol., 44, 1315"1320, doi: 10.1016/
41.
Kornberg, M. D., Bhargava, P., Kim, P. M., Putluri, V.,
j.biocel.2012.04.021.
Snowman, A. M., Putluri, N., Snowman, A. M., Putluri, N.,
30.
Buinitskaya, Y., Gurinovich, R., Wlodaver, C. G., and
Calabresi, P., and Snyder, S. H. (2018) Dimethyl fumarate
Kastsiuchenka, S. (2020) Highlights of COVID"19 patho"
targets GAPDH and aerobic glycolysis to modulate immu"
genesis. Insights into oxidative damage, doi: 10.6084/
nity, Science, 360, 449"453, doi: 10.1126/science.aan4665.
m9.figshare.12121575.v9.
42.
Corsello, T., Komaravelli, N., and Casola, A. (2018) Role
31.
Horowitz, R. I., Freeman, P. R., and Bruzzese, J. (2020)
of hydrogen sulfide in NRF2" and sirtuin"dependent
Efficacy of glutathione therapy in relieving dyspnea associ"
maintenance of cellular redox balance, Antioxidants
ated with COVID"19 pneumonia: a report of 2 cases,
(Basel), 7, doi: 10.3390/antiox7100129.
Respir. Med. Case Rep., 101063, doi: 10.1016/j.rmcr.
43.
Bazhanov, N., Escaffre, O., Freiberg, A. N., Garofalo, R. P.,
2020.101063.
and Casola, A. (2017) Broad"range antiviral activity of
32.
Li, N., Alam, J., Venkatesan, M. I., Eiguren"Fernandez, A.,
hydrogen sulfide against highly pathogenic RNA viruses,
Schmitz, D., Di Stefano, E., Slaughter, N., Killeen, E.,
Sci. Rep., 7, 41029, doi: 10.1038/srep41029.
Wang, X., Huang, A., Wang, M., Miguel, A. H., Cho, A.,
44.
Evgen’ev, M. B., and Frenkel, A. (2020) Possible applica"
Sioutas, C., and Nel, A. E. (2004) Nrf2 is a key transcrip"
tion of H2S"producing compounds in therapy of corona"
tion factor that regulates antioxidant defense in
virus (COVID"19) infection and pneumonia, Cell Stress
macrophages and epithelial cells: protecting against the
Chaperones, doi: 10.1007/s12192"020"01120"1.
proinflammatory and oxidizing effects of diesel exhaust
45.
Ohishi, T., Goto, S., Monira, P., Isemura, M., and
chemicals, J. Immunol., 173, 3467"3481, doi: 10.4049/
Nakamura, Y. (2016) Anti"inflammatory action of green
jimmunol.173.5.3467.
tea, Antiinflamm. Antiallergy Agents Med. Chem., 15, 74"90,
33.
Zhang, H., Davies, K. J. A., and Forman, H. J. (2015)
doi: 10.2174/1871523015666160915154443.
Oxidative stress response and Nrf2 signaling in aging, Free
46.
Zhu, J., Van de Ven, W. J. M., Verbiest, T., Koeckelberghs, G.,
Radic. Biol. Med., 88, 314"336, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.
Chen, C., Cui, Y., and Vermorken, A. J. M. (2013) Poly"
2015.05.036.
phenols can inhibit furin in vitro as a result of the reactivity
34.
Richardson, S., Hirsch, J. S., Narasimhan, M.,
of their auto"oxidation products to proteins, Curr. Med.
Crawford, J. M., McGinn, T., Davidson, K. W., and the
Chem., 20, 840"850, doi: 10.2174/0929867311320060009.
Northwell COVID"19 Research Consortium
(2020)
47.
Shang, J., Wan, Y., Luo, C., Ye, G., Geng, Q., Auerbach, A.,
Presenting characteristics, comorbidities, and outcomes
and Li, F. (2020) Cell entry mechanisms of SARS"CoV"2,
among 5700 patients hospitalized with COVID"19 in the
Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
117,
11727"11734,
New York City Area, JAMA,
323,
2052"2059,
doi: 10.1073/pnas.2003138117.
doi: 10.1001/jama.2020.6775.
48.
Coutard, B., Valle, C., de Lamballerie, X., Canard, B.,
35.
Uruno, A., Furusawa, Y., Yagishita, Y., Fukutomi, T.,
Seidah, N. G., and Decroly, E. (2020) The spike glycopro"
Muramatsu, H., Negishi, T., Sugawara, A., Kensler, T. W.,
tein of the new coronavirus 2019"nCoV contains a furin"
and Yamamoto, M. (2013) The Keap1"Nrf2 system pre"
like cleavage site absent in CoV of the same clade, Antiviral
vents onset of diabetes mellitus, Mol. Cell. Biol., 33, 2996"
Res., 176, 104742, doi: 10.1016/j.antiviral.2020.104742.
3010, doi: 10.1128/MCB.00225"13.
49.
Ungvari, Z., Bagi, Z., Feher, A., Recchia, F. A., Sonntag, W. E.,
36.
Rooney, J., Oshida, K., Vasani, N., Vallanat, B., Ryan, N.,
Pearson, K., de Cabo, R., and Csiszar, A. (2010) Resver"
Chorley, B. N., Wang, X., Bell, D. A., Wu, K. C.,
atrol confers endothelial protection via activation of the antiox"
Aleksunes, L. M., Klaassen, C. D., Kensler, T. W., and
idant transcription factor Nrf2, Am. J. Physiol. Heart Circ.
Corton, J. C. (2018) Activation of Nrf2 in the liver is associat"
Physiol., 299, H18"H24, doi: 10.1152/ajpheart.00260.2010.
ed with stress resistance mediated by suppression of the
50.
Ghanim, H., Sia, C. L., Korzeniewski, K., Lohano, T.,
growth hormone"regulated STAT5b transcription factor,
Abuaysheh, S., Marumganti, A., Chaudhuri, A., and
PLoS One, 13, e0200004, doi: 10.1371/journal.pone.0200004.
Dandona, P. (2011) A resveratrol and polyphenol prepara"
37.
Innamorato, N. G., Rojo, A. I., Garc a Yagüe, A. J.,
tion suppresses oxidative and inflammatory stress response
Yamamoto, M., de Ceballos, M. L., and Cuadrado, A.
to a high"fat, high"carbohydrate meal, J. Clin. Endocrinol.
(2008) The transcription factor Nrf2 is a therapeutic target
Metab., 96, 1409"1414, doi: 10.1210/jc.2010"1812.
against brain inflammation, J. Immunol., 181, 680"689,
51.
Kode, A., Rajendrasozhan, S., Caito, S., Yang, S."R.,
doi: 10.4049/jimmunol.181.1.680.
Megson, I. L., and Rahman, I. (2008) Resveratrol induces
38.
Tahata, S., Singh, S. V., Lin, Y., Hahm, E."R., Beumer, J. H.,
glutathione synthesis by activation of Nrf2 and protects
Christner, S. M., Rao, U. N., Sander, C., Tarhini, A. A.,
against cigarette smoke"mediated oxidative stress in human
Tawbi, H., Ferris, L. K., Wilson, M., Rose, A., Dietz, C. M.,
lung epithelial cells, Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol.,
Hughes, E. K., Fahey, J. W., Leachman, S. A., Cassidy, P. B.,
294, L478"L488, doi: 10.1152/ajplung.00361.2007.
БИОХИМИЯ том 85 вып. 7 2020
Nrf2 И ТЕРАПИЯ COVID"19
983
TRANSCRIPTION FACTOR Nrf2 AS A THERAPEUTIC TARGET
FOR THE PREVENTION OF CYTOKINE STORM IN COVID 19
R. A. Zinovkin1,2,3* and O. A. Grebenchikov4
1 Belozersky Institute of Physico Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University,
119991 Moscow, Russia; E mail: roman.zinovkin@gmail.com
2 Institute of Mitoengineering, Lomonosov Moscow State University, 119992 Moscow, Russia
3 Institute of Molecular Medicine, Sechenov First Moscow State Medical University, 119991 Moscow, Russia
4 Negovsky Scientific Research Institute of General Reanimatology, 107031 Moscow, Russia
Received May 30, 2020
Revised June 4, 2020
Accepted June 4, 2020
Nrf2 is a key transcription factor responsible for antioxidant defense in many tissues and cells, including alveolar
epithelium, endothelium, and macrophages. Furthermore, Nrf2 functions as a transcriptional repressor that inhibits
expression of the inflammatory cytokines in macrophages. Critically ill patients with COVID"19 infection often pre"
sent signs of high oxidative stress and systemic inflammation - the leading causes of mortality. This article suggests
rationale for the use of Nrf2 inducers to prevent development of an excessive inflammatory response in COVID"19
patients.
Keywords: Nrf2, SARS"CoV"2, COVID"19, cytokine storm, oxidative stress
БИОХИМИЯ том 85 вып. 7 2020