Биологическая активность нейролипинов и ретиноидов

Введение

Последние исследования синтетических и естественных лигандов ретиноидных рецепторов (RАR и RХR) с самыми разными структурами и биологическими функциями открыли широкие перспективы ретиноидного направления во многих областях клинической терапии. Ретиноиды могут быть использованы для лечения злокачественных новообразований, нейродегенеративных и нейропсихических заболеваний, например, болезни Альцгеймера, шизофрении, болезни Паркинсона и др. Показано, что многие синтетические ретиноиды восстанавливают память у крыс с амнезией после введения скополамина и снимают у мышей дискинезию, вызванную галоперидолом. Ретиноиды играют важную роль в развитии центральной нервной системы, регулируют экспрессию различных генов через ретиноидные рецепторы А-типа и Х-типа в мозге взрослого человека. Прошло уже около сорока лет с начала медицинских и химических исследований ретиноидов, но, тем не менее, ретиноидные ядерные рецепторы А-типа и Х-типа всё ещё остаются важной молекулярной мишенью в поиске новых соединений с фармакологической активностью в ХХI веке.

Биологическая активность нейролипинов и ретиноидов

В последние 30 лет интенсивно изучается возможность фармакологического исподьзования регуляторных соединений липидной природы. Эти вещества были обнаружены при изучении биологической активности капсаицина ‑ активного вещества жгучего перца (Capsicum annuum):

Рецепторы на капсаицин, называемые ванилоидными или капсаициновыми, расположены в спинном мозге вместе с каннабиноидными рецепторами, реагирующими на тетрагидроканнабинол - действующее начало гашиша (из растений конопли). Эндогенные производные жирных кислот, участвующие в работе нервной системы (нейролипины), представлены, амидами и эфирами жирных кислот, например:

Анандамид (от санскритского слова ананда – блаженство) является важным противовоспалительным и противораковым средством, он действует на сердечнососудистую систему, вызывая понижение кровяного давления и снижение частоты сокращений миокарда. В дополнение к этому он является анаболическим регулятором, повышающим аппетит, стимулирующим образование жировой ткани и снижающим потребление энергии. Он также участвует в регуляции температуры тела, двигательной активности и таких состояний психики, как тревога и беспокойство. Показана также способность анандамида связываться с некоторыми другими рецепторами, в числе которых и ретиноидные рецепторы. Предполагается, что изменение уровня анандамида может быть использовано для лечения воспалительных заболеваний кишечника и рака прямой кишки. Анандамид присутствует в жидких средах мужской и женской репродуктивных систем. Анандамид и его структурный аналог 2‑арахидонилглицерин с аналогичным механизмом биологической активности содержатся в бобах какао. Агонистом этих соединений, представляющих собой естественные лиганды каннабиноидных рецепторов, является тетрагидро-каннабинол. В частности, это вещество, используемое в качестве «легкого» наркотика, всё чаще и чаще разрешается к применению больными глаукомой, синдромом приобретенного иммунодефицита и раком.

N-Олеилэтаноламин является, очевидно, сигнализатором насыщения. Внутрибрюшинное и даже пероральное введение этого вещества крысам лишает их аппетита.

В спинномозговой жидкости крыс, которых искусственно лишали сна, был обнаружен амид олеиновой кислоты. Олеамид вызывает физиологический сон при введении в мозг крысы. В спинномозговой жидкости присутствуют и другие амиды жирных кислот, но такую активность демонстрирует только олеамид. В дополнение к этому олеамид проявляет и другие виды неврологической активности, в частности, он принимает участие в формировании памяти и в восприятии боли, снижает температуру тела и понижает двигательную активность, а также связывается с другими типами рецепторов.

Было также обнаружено, что эндогенная компонента нервной ткани млекопитающих содержит N-арахидонилдофамин, проявляющий определённые регуляторные свойства. Так, например, N-арахидонилдофамин взаимодействует с одним из типов ванилоидных рецепторов по аналогии с близким по строению капсаицином. Он взаимодействует также с каннабиноидными рецепторами, т.е. его агонистом является тетрагидроканнабинол. Такие же свойства показывает N‑олеилдофамин, тогда как N‑пальмитоилдофамин и N-стеароилдофамин с этими рецепторами не взаимодействуют. Правда, полная картина всех возможных регуляторных механизмов с участием нейролипинов пока не получена.

Среди ацилированных липофильными кислотами нейромедиаторов самым активным веществом, относящимся как к нейролипинам, так и к ретиноидам, является дофамид ретиноевой кислоты, который может образовываться в организме по реакции ацилированного ретиноевой кислотой кофермента А с дофамином:

Отличающиеся геометрией двойных связей ретиноевые кислоты, образующиеся при окислении каротиноидов и ретинола (витамин А), связываются с еще одним типом рецепторов, которые называют ретиноидными. Ретиноевая кислота, представляющая собой метаболит витамина А, проявляет широкий спектр биологической активности. Синтезировано большое число структурных аналогов ретиноевой кислоты с интересными проявлениями фармакологической активности, например это средства для наружного применения Ретин-А (Johnson) и Аккутан, рекомендованные для лечения различных патологических состояний. Эту группу метаболитов витамина А и их синтетических аналогов называют ретиноидами.

Синтетические ретиноиды повторяют многие виды биологической активности ретиноевой кислоты, не проявляя при этом весь спектр её регуляторных свойств. Особый интерес для специалистов в области веществ с фармакологической активностью представляют препараты, которые могут быть использованы для лечения акне и псориаза, а также для лечения повреждений кожных покровов, вызванных длительным пребыванием на солнце. Показано также, что ретиноиды могут найти применение для лечения тяжелых злокачественных опухолей, среди которых меланома, рак головного мозга, некоторые формы лейкемии и карциномы базальных клеток. Ретиноиды оказались также эффективными средствами для лечения повреждений клеток, которые могут привести к их перерождению в злокачественные, и эффективными средствами для профилактики рака.

Однако использование естественных ретиноидов ассоциировано с большим числом серьезных побочных эффектов. Самым тяжелым из них является тератогенный эффект. В частности, ретиноиды относятся к самым сильным из известных тератогенов. Тератогены представляют собой соединения, которые вызывают дефекты в развитии плода при поступлении их в организм матери в определенные периоды беременности. В число других побочных эффектов входят раздражения обрабатываемых тканей. Они могут быть настолько серьёзными, что пациент может отказаться от такого лечения.

Были проведены исследования зависимости активности от строения, которые можно было бы использовать для того, чтобы получать синтетические соединения, проявляющие лишь один определенный вид биологической активности самой ретиноевой кислоты. Такие исследования достаточно сложны в исполнении, поскольку в биологических испытаниях используются здоровые животные или изолированные ткани. Технические ограничения чаще всего определяются использованием для разных опытов небольших лабораторных животных. Интерпретация результатов осложняется различием в фармакокинетике, в метаболизме и в возможности проявления различий в строении соответствующих рецепторов у человека и у подопытных животных. Тем не менее, полученные данные позволяют надеяться на получение синтетических ретиноидов с выраженными различиями в фармакологических эффектах.

Основные представления о молекулярном механизме передачи сигнала, опосредованного ретиноевой кислотой, были получены в 1988 году. До этого времени обнаруживалось большое число внутриклеточных белков, которые могли связываться с ретиноидами. В соответствии с этим их некорректно относили к белкам, которые участвуют в передаче сигнала от ретиноевой кислоты. В 1988 году было показано (Evans, Science, 240: 889-95 (1988)), что один из представителей большого семейства внутриклеточных рецепторов на стероидные и тиреоидные гормоны может активироваться ретиноевой кислотой (Giguere и др., Nature, 330: 624-29 (1987); Petkovich и др., Nature, 330: 444-50 (1987)). Это неожиданное открытие позволило отнести ретиноевую кислоту к другим непептидным гормонам и установить механизм, отвечающий за влияние ретиноевой кислоты на функционирование клеток. Сейчас известно, что ретиноиды регулируют активность двух определенных сверхсемейств внутриклеточных рецепторов: рецепторов на ретиноевую кислоту, все двойные связи которой имеют транс-конфигурацию (RAR), и Х-ретиноидных рецепторов (RXR).

Первые выявленные рецепторы на ретиноевую кислоту получили обозначение альфа-RAR. Они модулируют лиганд-зависимую транскрипцию определенных целевых генов, как это было показано на некоторых представителях сверхсемейства внутриклеточных рецепторов, связывающихся со стероидными и тиреоидными гормонами. Эндогенным лигандом с невысокой молекулярной массой, который модулирует активность трансляции через альфа- RA-рецепторы, является ретиноевая кислота, все двойные связи которой находятся в транс-форме. Связанные с рецепторами на ретиноевую кислоту изменения экспрессии генов приводят к характеристическим отклонениям в фенотипе клеток, следствием которых являются соответствующие биологические отклики на действие ретиноевой кислоты. Были также выявлены аналогичные генам альфа-RAR мало отличающиеся между собой гены рецепторов бета-RAR и гамма-RAR. В ретиноидных рецепторах трёх этих подтипов связывающиеся с лигандом участки молекулы белка отличаются по первичной аминокислотной последовательности менее чем на 15%. Ретиноевая кислота, все двойные связи которой находятся в транс-конфигурации, представляет собой естественный лиганд рецепторов на ретиноевую кислоту (RAR). Она может прочно связываться с этими рецепторами, изменяя экспрессию соответствующих генов. Активатором ретиноидных рецепторов (RAR) является также обнаруженная недавно 9‑цис-ретиноевая кислота, образующаяся в метаболических превращениях ретиноидов:

Были также обнаружены другие представители сверхсемейства стероидных и тиреоидных рецепторов, реагирующих на присутствие ретиноевой кислоты изменением экспрессии на других генах. Они получили обозначение Х-рецепторов (RXR). У них также есть три подтипа, связывающихся с ретиноевой кислотой, все двойные связи которой имеют транс-конфигурацию.

Несмотря на то, что оба эти типа рецепторов RАR и RXR реагируют на ретиноевую кислоту с двойными связями в транс-конфигурации, они различаются по некоторым значимым аспектам. Прежде всего следует отметить, что эти рецепторы значительно различаются по первичной аминокислотной последовательности. Так, например, в домене связывания с лигандом аминокислотная составляющая первичной последовательности у них имеет всего лишь 27% общих компонент. Следствием этих структурных различий является прежде всего разное значение отклика RА- и RX-рецепторов на разные метаболиты витамина А и на синтетические ретиноиды. В дополнение к этому они по-разному распределены в различных тканях. Так, например, в отличие от RА-рецепторов, экспрессия которых в тканях внутренних органов никогда не бывает значительной, матричная РНК альфа-RХ-рецепторов в большом количестве присутствует в клетках печени, почек, лёгких, в мышцах и в кишечнике. При этом RА- и RХ-рецепторы специфичны по различным типам генов. Так, например, элементы отклика RХR присутствуют в клеточном почечном связывающем белке типа II и в аполипопротеине АI. В соответствии с этим два пути отклика на ретиноевую кислоту не просто дополняют друг друга, а демонстрируют сложную картину взаимного функционирования. Было также показано, что 9-цис-ретиноевая кислота представляет собой естественный эндогенный лиганд для RХ-рецепторов, но она также активирует RА-рецепторы, являясь таким образом бифункциональным лигандом.

Принимая во внимание схожесть и в то же время определенное различие в природе этих рецепторов, наибольший интерес представляют лиганды, которые более селективны по отношению к RХ-рецепторам, изоформы которых контролируют соответствующие процессы. Значительный интерес представляют также лиганды, которые предпочтительно воздействуют не на все, а на одну или на несколько изоформ рецепторов, представляя таким образом возможность избирательной и улучшенной терапевтической эффективности при использовании их в качестве лекарств.

Примеры использования ретиноидов в лекарственных целях достаточно многочисленны. Так, например, синтетические и натуральные ретиноиды входят в состав средств для наружного применения при различных воспалительных процессах на коже. Сама ретиноевая кислота используется для лечения острой промиелоцитарной лейкемии, причём её эффективность при этом заболевании достигает 90%. Для лечения рецидивов она менее эффективна, однако в этом случае может быть использован синтетический ретиноид Am80 формулы

Это соединение менее токсично, чем ретиноевая кислота и другие ретиноиды потому, что он практически не связывается с гамма-RА-рецепторами. Это и другие преимущества объясняют повышенный интерес к препарату Am80, который в настоящее время интенсивно исследуется в фармакологическом отношении.

В области терапии злокачественных опухолей и химической профилактики онкологических заболеваний исследовались самые разные типы ретиноидов, включая атипичные ретиноиды с адамантановыми и карборановыми структурами и агонисты RХ-рецепторов, а также исследовалось лечение классическими ретиноидами в сочетании с другими противораковыми факторами. Несмотря на то, что механизм действия агонистов RХ-рецепторов в лечении рака и его профилактике до сих пор остаётся непонятным, клинические исследования агонистов RХ-рецепторов продолжаются. Так, например, установлено, что 4-[1-(3,5,5,8,8-пентаметил-5,6,7,8-тетрагидро-2-нафтил)-этенил]бензойная кислота

,

представляющая собой агонист RХ-рецепторов, эффективно предупреждает вызванное N-нитрозометилмочевиной первичное и вторичное образование карцином грудных желез у мышей. В клинических испытаниях по лечению Т‑клеточной лимфомы это соединение продемонстрировало свою эффективность и в соответствии с этим начиная с 1999 года оно используется для лечения некоторых онкологических заболеваний под названием таргретин или бексаротен.

Возможность клинического использования лигандов RХ-рецепторов представляет интерес и в области метаболических синдромов. Эти рецепторы участвуют в физиологии липидов. В соответствии с этим структурный аналог бексаротена формулы

показал антидиабетическую активность в опытах на мышах. Это соединение ингибирует абсорбцию холестерина, а его фторированное производное останавливает развитие атеросклероза у мышей с пониженным уровнем аполипопротеина Е. С другой стороны, включающее тетраметилтетралиновый фрагмент соединение

,

представляющее собой антагонист RХ-рецепторов, может быть использовано для лечения диабета и для лечения болезненной полноты.

В настоящее время проводятся исследования, целью которых является выявление роли агонистов и антагонистов естественных лигандов ретиноидных рецепторов.

Ретиноиды снимают симптомы некоторых иммунологических дефектов. Ретиноевая кислота, все двойные связи которой находятся в транс-конфигурации, и представленный выше препарат Am80 блокируют образование цитокинов. Избыточное образование одного из них интерлейкина IL-6 ассоциируется с таким заболеваниями, как псориаз, множественная миелома и ревматоидный артрит. Показано, что ретиноевая кислота снижает риск рестеноза после установки стента. Следует также отметить, что синтетические и естественные ретиноиды могут найти широкое применение в лечении заболеваний, связанных с Т-клетками.

Болезнь Альцгеймера представляет собой тяжёлое нарушение функционирования головного мозга. Проявляясь чаще всего в преклонном возрасте, болезнь Альцгеймера приводит к потере памяти и других интеллектуальных и социальных способностей. Статистические данные по США показывают, что эта болезнь диагностируется у 5 миллионов американцев. Болезнь Альцгеймера характеризуется накоплением в головном мозге белка, который называют β-амилоидом. Кроме того, в нейронах головного мозга понежен уровень одного из главных нейромедиаторов – ацетилхолоина. В соответствии с этим основное направление в терапии болезни Альцгеймера представлено введением агонистов ацетилхолина, которые могут поступать в головной мозг через гематоэнцефалический барьер.

Эффективными средствами для лечения болезни Альцгеймера оказались также обратимые ингибиторы холинэстеразы, представляющие собой замещённые 4‑аминопиридины. В этой группе лекарственных соединений оптимальным сочетанием лекарственных свойств выделяются отечественный препарат амиридин и разработанный в США такрин:

Амиридин Такрин

Амиридин менее токсичен для клеток печени. Замещенные 4‑амино-пиридины отличаются от обычных ингибиторов холинэстеразы тем, что они блокируют также калиевую проницаемость мембран и в соответствии с этим стимулируют передачу нервного импульса в М‑холинэргических и ГАМК-эргических синапсах, увеличивая продолжительность потенциала действия. С влиянием на проведение сигнала торможения в ГАМК-эргических синапсах связано, очевидно, их седативное действие.

В настоящее время основными средствами для лечения болезни Альгеймера является донепезил (анцепт) и замещенный аминоадамантан (мемантан), соответственно (6,3 и 4,2 млн. рецептов в США в 2010 году):

При этом следует отметить, что все представленные выше препараты приносят лишь временное облегчение, поскольку они не устраняют главную причину этого нейродегенеративного заболевания – накопление в структурах головного мозга β-амилоида. В нормальных условиях за деградацию и выведение β-амилоида, отвечает аполипопротеин Е. В соответствии с этим предполагается, что соединения, которые могут повышать активность аполипопротеина Е, могут найти применение для лечения болезни Альцгеймера.

В 2012 году появилось сообщение о действии известного противоракового средства бексаротена на мышей с искусственной болезнью Альцгеймера. Бексаротен является структурным аналогом 9-цис-ретиноевой кислоты:

и

Образование аполипопротеина Е регулируется группой ядерных рецепторов, в число которых входит ретиноидный рецептор Х-типа (RХR). Было известно, что бексаротен активирует эти рецепторы и авторы сообщения предположили, что это противораковое средство может оказаться лекарством для лечения болезни Альцгеймера вследствие повышения уровня аполипопротеина Е, и эта гипотеза была подтверждена экспериментально. Когда генетически модифицированным мышам с симптомами болезни Альцгеймера ввели бексаротен, у них проявился ряд положительных эффектов. Как растворимая, так и агрегированная формы β‑амилоида стали выводиться из головного мозга, а уровень аполипопротеина Е повысился. Согласно заявлению авторов, всего через 72 часа после введения бексаротена количество амилоидных бляшек уменьшается в 2 раза. В дополнение к этому у мышей значительно улучшились когнитивные и поведенческие функции, что подтверждало наличие обратно пропорциональной зависимости между уровнями аполипопротеина Е и β‑амилоида, а следствием снижения уровня β-амилоида становилось улучшение функций головного мозга. Этим была показана перспективность изучения возможности использования бексаротена и аналогичных соединений для лечения болезни Альцгеймера.

Эта публикация привлекла внимание множества исследовательских групп. Многие из них захотели повторить представленные эксперименты и убедиться в эффективности бексаротена, поскольку ни одно из известных лекарств пока не в состоянии оказывать такой лечебный эффект. Однако ни одной из четырех групп исследователей не удалось получить такие же результаты. Тем не менее, две группы подтвердили, что препарат действительно снижает уровень свободной формы β-амилоида, который может агрегировать в бляшки. Одна группа также подтвердила некоторые улучшения когнитивных способностей у мышей после курса лечения бексаротеном.

Авторы первой публикации предполагают, что другие исследователи могли использовать отличную от использовавшейся ими лекарственную форму, что повлияло на концентрацию действующего вещества в головном мозге или вовсе изменило спектр его биологической активности. Важно, что два полученных в первичных опытах результата все же были воспроизведены: наблюдалось снижение концентрации свободного β-амилоида и улучшение когнитивных нарушений. Причем первый факт можно считать наиболее важным, поскольку последние исследования предполагают, что основную роль в развитии болезни Альцгеймера играют не уже образовавшиеся бляшки, а концентрация свободного β-амилоида в крови.

Исследователи, которым не удалось воспроизвести опубликованные результаты, предупреждают, что до проведения клинических исследований, достоверных доказательств эффективности и выяснения точного механизма влияния бексаротена на концентрацию β-амилоида пациентам с болезнью Альцгеймера не стоит рассчитывать на реальную помощь этого препарата. Тем не менее, клинические исследования эффективности бексаротена при лечении болезни Альцгеймера уже начинаются.

Литература

Paige E. Cramer и др., ApoE-Directed Therapeutics Rapidly Clear β-Amyloid and Reverse Deficits in AD Mouse Models, Sciеnce, Vol. 335, №. 6075 pp. 1503-1506 (он-лайн публикация: 9 февраля 2012 г., Science 23 марта 2012 г.: DOI: 10.1126/science.1217697).

Дата добавления: 2015-08-18