Фармакодинамика лекарственных средств адаптации к деятельности в экстремальных условиях

Полный текст

Из литературы известно, что адаптация здорового человека к экстремальным факторам среды требует повышения физической и умственной работоспособности, стимуляции и сохранения когнитивных функций, в определенных случаях актуальна профилактика развития посттравматических стрессовых расстройств, дисбактериоза, экстренного обезболивания. Физиологические исследования позволили определить направления фармакологической коррекции, способствующие адаптации человека к неблагоприятным условиям.

Научно-исследовательский институт фармакологии имени В.В. Закусова (г. Москва) в течение многих лет накопил значительный опыт выполнения поисковых и прикладных разработок с целью совершенствования арсенала необходимых для адаптации лекарственных средств, превосходящих по эффективности существующие.

Лиганд Sigma1R с анксиолитической активностью

В качестве анксиолитика предложен не-бензодиазепиновый препарат афобазол (Середенин С.Б., Бледнов Ю.А., Савельев В.Л., Можаева Т.Я., Рагимов Х.С., Яркова М.А. Производные 2-меркаптобензимидазола, обладающие селективной анксиолитической активностью. Патент RU 2061686 C1 от 10.06.1996 г.). В фармакогенетических исследованиях установлено, что анксиолитическое действие афобазола опосредовано предотвращением стресс-индуцированного падения связывающей способности бензодиазепинового участка ГАМК_A-рецептора [1]. Феномен стресс-индуцированного падения бензодиазепиновой рецепции хорошо известен и отражает снижение трансмиссии ГАМК и, как следствие, транспорта ионов хлора, деполяризацию мембран и повышение их возбудимости, являющихся нейрохимической основой формирования тревожных состояний, эпилептогенеза.

Прямого связывания афобазола с ГАМК_А-рецепторами не было установлено, что определило поиск первичных мишеней. Анализ взаимодействий с широким кругом мембранных и внутриклеточных мишеней, выполненный в компании "Cerep" (Франция), показал, что афобазол обладает аффинностью к белку Sigma1R, ферментам хинон-редуктазе 2 типа, моноаминоксидазе типа А и рецептору мелатонина 1 типа [2]. Взаимодействие с последней мишенью недостаточно для формирования фармакологического эффекта.

Sigma1R является шапероном эндоплазматического ретикулума, который при лигандной активации диссоциирует из комплекса с белком-шапероном BiP, транслоцируется в области плазматической, ядерной мембран и посредством белок-белковых взаимодействий регулирует конформационные изменения и функциональное состояние многих рецепторов, ферментов, ионных каналов, имеющих значение для патогенеза неврологических, психических, нейродегенеративных заболеваний [3]. Кроме того, диссоциированный BiP запускает ряд каскадов, направленных на устранение стресса эндоплазматического ретикулума и коррекции, либо элиминации неправильно свернутых белков [4].

Таким образом, можно предположить, что механизм нейротропного действия афобазола основан, прежде всего, на шаперонной активности Sigma1 рецептора, ведущей к нормализации конформации ГАМК_А-рецептора, увеличению поступления ионов хлора в клетку и устранению проявлений тревоги.

В прямом эксперименте в тестах, моделирующих эмоционально-стрессовое воздействие, доказано, что анксиолитические свойства афобазола зависят от шаперона Sigma1R, поскольку его селективные антагонисты устраняли данный эффект препарата (рис. 1 [5]).

Рис. 1. Анксиолитический эффект афобазола зависит от шаперона Sigma1R (по [5]).

Вновь раскрытый механизм действия афобазола, опосредованный внутриклеточным шапероном Sigma1R, определяет спектральные фармакотерапевтические характеристики препарата, в которых анксиолитический эффект соответствует бензодиазепинам, но не приводит к седации и миорелаксации [6, 7]. Эксперименты с участием здоровых добровольцев позволили сделать заключение о практической значимости афобазола для экстремальной медицины.

Дипептидное ноотропное средство

В качестве оригинального ноотропного средства Институтом разработан препарат дипептидной структуры – ноопепт. Идея поиска заключалась в дизайне дипептидного прообраза пирацетама, что оказалось удачной находкой, так как активность ноопепта по основному – ноотропному – эффекту оказалась в 1500 выше, чем у пирацетама (Seredenin S.B., Voronina T.A., Gudasheva T.A., Ostrovskaya R.U., Rozantsev G.G., Skoldinov A.P., Trofimov S.S., Halikas J., Garibova T.L. Biologically active N-acylprolyldipeptides having antiamnestic, antihypoxic effects. Patent 5.439.930 USA. 1995) [8]. Выявленные механизмы действия ноопепта включают повышение содержания NGF и BDNF, холино-позитивные свойства на поведенческом и нейрональном уровне, снижение оксидативного стресса и усиление активности антиоксидантных систем, угнетение стресс-индуцированных киназ pSAPK/JNK и pERK1 и ряд других эффектов [9, 10]. Установлена способность ноопепта увеличивать ДНК-связывающую активность HIF-1 – фактора, индуцированного гипоксией, что, с учетом функциональной значимости генов, регулируемых данным транскрипционным фактором, следует отнести к первичному механизму, обуславливающему выявленные ранее нейрохимические и фармакологические эффекты. Механизм HIF-1 позитивного действия связан со стабилизацией кислород-чувствительной субъединицы HIF-1a за счет ингибирования фермента пролилгидроксилазы и белка – FIH-1, обеспечивающего регуляцию транскрипционной активности данного фактора (рис. 2 [11]). В аспекте адаптации особенно важно позитивное влияние при гипоксии, являющейся этиологическим фактором деятельности в экстремальных условиях. В ряде исследований на здоровых добровольцах доказано, что ноопепт способствует оптимизации операторской деятельности.

Рис. 2. Механизмы HIF-1 позитивного действия Ноопепта (по [11]).

Средства повышения физической и умственной работоспособности

Антиастеническое средство, производное ами-ноадамантана, ладастен первично разрабатывался в качестве психостимулятора, однако по выраженности психостимулирующего действия значительно уступал сиднокарбу (Вальдман А.В., Зайцева Н.М., Климова Н.В. и др. Авторское свидетельство СССР № 860446 "Замещенные N-адамантаны, проявляющие психостимулирующую активность" // Бюллетень изобретений. 1993, № 43-44; Морозов И.С., Арцимович Н.Г., Фадеева Т.А. и др. Патент СССР 1826906 "Иммуностимулирующее средство бромантан" // Бюллетень изобретений. 1993, № 25).

Новый спектр фармакологических свойств ладастена был раскрыт в фармакогенетических исследованиях, показавших, что ладастен стимулировал спонтанную двигательную активность мышей С57Bl/6 с активным типом поведения, не вызывая подобного эффекта у пассивных мышей линии Balb/C. В тоже время, в эмоционально-негативных условиях в тесте "открытое поле", приподнятом крестообразном лабиринте, психостимулирующий эффект ладастена сохранялся в отношении мышей линии С57Bl/6, тогда как у мышей Balb/C совокупность поведенческих данных демонстрировала анксиолитический эффект [12, 13] (Середенин С.Б., Яркова М.А., Бадыштов Б.А., Пятин Б.М., Авдюнина Н.И., Морозов И.С., Воронина Т.А., Незнамов Г.Г. Патент Российской Федерации № 2175229. Анксиолитическое средство // Бюллетень изобретений № 30 - 27.10.2001).

Нейрохимическими исследованиями показано, что психостимулирующее действие ладастена обусловлено активацией дофаминергической нейропередачи, однако механизм дофаминпозитивного эффекта оставался неясным [14, 15]. Оказалось, что ладастен обладает способностью индуцировать de novo синтез тирозингидроксилазы и дофамина в области вентральной покрышки, что подтверждается динамикой уровня дофамина L-ДОФА в прилежащем ядре и совпадает с максимумом проявления поведенческих эффектов ладастена. Такая же динамика отмечена в гипоталамусе и стриатуме [16]. Таким образом, способность ладастена индуцировать de novo биосинтез катехоламинов, детектируемый по накоплению L-ДОФА, определяет, во-первых, длительность эффектов препарата, а, во-вторых, “неистощающий” тип действия ладастена, выгодно отличающий его от амфетамина.

Последующие фармакогеномные исследования выявили в качестве дополнительной мишени ладастена транспортер ГАМК (GAT3) [17], снижение экспрессии которого ведет к ингибированию обратного захвата нейромедиатора, увеличению ГАМК в синаптической щели, что согласуется с показанным ранее нормализующим эффектом ладастена на функциональную активность бензодиазепинового участка ГАМК_А-рецептора и объясняет механизмы анксиолитического действия ладастена [18].

Доказательство увеличения de novo синтеза катехоламинов ладастеном позволило обосновать создание комбинированного препарата для экстренного повышения умственной и физической работоспособности в осложненных и экстремальных условиях, сопровождающихся психоэмоциональной нагрузкой. Таким препаратом стал психостимулятор локсидан – комбинация ладастена и мезокарба в низких дозах (Середенин С.Б., Бадыштов Б.А., Воронина Т.А., Незнамов Г.Г., Козловская М.М., Левина М.Н., Рыбина И.В., Яркова М.А., Пятин Б.М. Психостимулирующее средство / Патент на изобретение RU 2261709 C2, 10.10.2005) [19].

Более выраженное влияние локсидана на физическую работоспособность по сравнению с входящими в его состав действующими веществами, а также длительность эффекта и неистощающий тип действия определяются влиянием на различные этапы дофаминергической нейропередачи. Так, мезокарб увеличивает содержание дофамина в мезолимбических областях мозга, формирующих систему награды, за счет угнетения обратного захвата дофамина, что приводит к истощению его везикулярных запасов в пресинаптических окончаниях (истощающий эффект, характерный для фенилалкиламиновых психостимуляторов, эффект сиднокарбра длится, в среднем, 3–4 ч и сопровождается при нагрузках истощением и снижением физической и умственной работоспособности). Ладастен за счет влияния на тирозингидроксилазу способствует de novo синтезу нейромедиатора и восполнению депо катехоламинов, опустошенных в результате действия мезокарба, что определяет пролонгацию психостимулирующего действия без выраженного эффекта истощения.

Таким образом, рассмотренная в настоящем обзоре группа препаратов продемонстрировала ряд преимуществ по сравнению c препаратами амфетаминового, бензодиазепинового ряда.

Низкомолекулярный лиганд TrkB рецепторов с нейропротективной и антидепрессивной активностью

Новый этап в решении задач Института по созданию оригинальных препаратов с анксиолитической, антидепрессивной, нейропротекторной активностью связан с разработкой низкомолекулярных пептидных миметиков нейротрофинов, в частности – мозгового нейротрофического фактора (BDNF). Дизайн этих молекул основан на аминокислотной последовательности наиболее экспонированных петель нейротрофинов, являющихся природными фармакофорами и опосредующими взаимодействие с соответствующими тирозинкиназными рецепторами [20].

В Отделе химии лекарственных средств Института фармакологии им. В.В. Закусова сконструированы и синтезированы соединения – низкомолекулярные лиганды TrkB, среди которых наиболее активным с точки зрения активации TrkB рецепторов и оптимальности фармакокинетических характеристик оказался миметик 4-й петли BDNF с лабораторным шифром ГСБ-106 (Середенин С.Б., Гудашева Т.А. Дипептидные миметики нейротрофинов NGF И BDNF / Патент на изобретение RU 2410392 C2, 27.01.2011), спектр фармакологических свойств которого подробно изучен сотрудниками Института [21].

Для малых миметиков эндогенных веществ, разрабатываемых в качестве лекарственных средств, необходимо доказать, что эти соединения способны имитировать клеточные эффекты полноразмерной молекулы и то, что эти эффекты реализуются посредством специфических для данных соединений путей передачи сигнала.

Показано, что в клеточных моделях с дефицитом экзогенной трофической поддержки ГСБ-106 поддерживает выживаемость клеток; активирует TrkB рецептор и ключевые протеинкиназы сигнальных путей, сопряженных с TrkB-рецептором [22].

Важным с точки зрения доказательства имитации клеточных эффектов BDNF ГСБ-106 является то, что соединение инактивирует проапоптотический белок BAD и каспазы 3/7, являющийся ключевым в опосредовании цитопротекторного действия природных нейротрофинов [23], причем данный эффект зависит от активации TrkB рецептора и киназы Akt, непосредственно регулирующей белок BAD [24].

Известно, что патогенез стресс-индуцированных тревожно-депрессивных, когнитивных расстройств, посттравматических стрессовых расстройств, некоторых нейродегенеративных заболеваний сопряжен с нарушением процессов нейропластичности, ключевым для реализации которых является дефицит нейротрофинов, в частности BDNF сопряженных с TrkB-рецептором путей передачи сигнала [25].

ГСБ-106 обладает выраженными антидепрессивными свойствами, установленными в батарее поведенческих стрессов и моделей [26–29]. В трансляционной модели непредвиденного хронического умеренного стресса установлено антидепрессивное действие ГСБ-106, сопоставимое с эффектом амитриптилина, но в дозах, в 10 раз меньших, чем препарат сравнения (рис. 3 [30]).

Рис. 3. ГСБ-106 ослабляет депрессивно-подобное поведение в тесте Порсолта на модели непредвиденного хронического умеренного стресса на мышах BALB/C (по [30]).

В условиях этой модели показано, что антидепрессивные свойства ГСБ-106 сопряжены с повышением уровня BDNF в префронтальной коре и гиппокампе, сниженного вследствие продолжительного стрессирования животных (рис. 4 [30]). В условиях этой модели ГСБ-106 вызывал активацию TrkB рецептора, усиливая фосфорилирование рецептора по остаткам тирозина, специфичным для эффектов известных антидепрессантов независимо от механизмов их действия, – фосфорилирование по тирозину в положении 706/707 – расположенного в каталитическом домене и отражающего лигандную активацию рецептора и по положению тирозина 816, сопряженного с фосфолипазой С и активацией соответствующего сигнального каскада [30]. Так же как и для большинства известных антидепрессантов не установлено изменений фосфорилирования тирозина по положению 515, связанного с белком Shc и активацией митоген-активируемого и IP3-регулируемого пути передачи сигнала [31, 32].

Рис. 4. Антидепрессивное действие ГСБ-106 опосредовано сайт-специфичным фосфорилированием и активацией TrkB рецептора (по [30]).

На данный момент сформированы представления о фармакодинамике как классических (преимущественно, моноаминергических), так и быстродействующих антидепрессантов (кетамин), которые независимо от первичной мишени их действия вызывают либо зависимое от активности высвобождение BDNF, либо рецепторно-регулируемый de novo синтез BDNF. Высбодившийся/вновь синтезированный BDNF активирует TrkB рецептор и сопряженные MAPK/ERK-, IP3/AKT, PLCγ-пути передачи сигнала. Регулируемая AKT- киназой активация mTOR пути вызывает de novo синтез BDNF, последующую активацию рецептора и способствует длительному поддержанию синтеза BDNF и запускаемых BDNF процессов нейропластичности. В частности, посредством TrkB/AKT/mTOR сигналинга запускается синтез белков, участвующих в формировании дендритных шипиков, синапсов, арборизации дендритного и аксонального дерева [33].

ГСБ-106, как было показано в клеточных моделях, в поведенческих моделях депрессивно-подобного состояния, непосредственно активирует TrkB рецептор и запускает синтез белков, необходимых для поддержания процессов нейропластичности, подтверждая гипотезу о возможности малых миметиков нейротрофинов имитировать эффекты нативного нейротрофина и являться основой для разработки лекарств для широкого круга заболеваний, патогенез которых связан с дефицитом нейротрофинов или нарушениями связанных сигнальных путей.

Следует отметить, что разработки Института по миметикам нейротрофинов запатентованы в РФ, США, КНР, Индии и Евросоюзе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, представленные в обзоре, разработанные в Институте лекарственные средства, вследствие воздействия на различные, патогенетически значимые для развития дистресса механизмы и мишени, могут быть использованы для поддержания адаптивных реакций организма, купирования и профилактики стресс-индуцированных состояний и заболеваний, в которых стрессовые реакции являются этиопатогенетическим фактором.

Финансирование работы. Данная работа выполнена в рамках темы государственного задания № FGFG-2022-0001 (ФГБНУ "ФИЦ оригинальных и перспективных биомедицинских и фармацевтических технологий", г. Москва).

Конфликт интересов. Автор данной работы заявляет, что у нее нет конфликта интересов.

Благодарности. Автор выражает благодарность к.б.н. Л.Ф. Зайнуллиной за помощь в подготовке иллюстративного материала.

Об авторах

Ю. В. Вахитова

Автор, ответственный за переписку.
Email: juvv73@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Анксиолитический эффект афобазола зависит от шаперона Sigma1R (по [5]).

Скачать (542KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Механизмы HIF-1 позитивного действия Ноопепта (по [11]).

Скачать (430KB)

Метаданные

4. Рис. 3. ГСБ-106 ослабляет депрессивно-подобное поведение в тесте Порсолта на модели непредвиденного хронического умеренного стресса на мышах BALB/C (по [30]).

Скачать (264KB)

Метаданные

5. Рис. 4. Антидепрессивное действие ГСБ-106 опосредовано сайт-специфичным фосфорилированием и активацией TrkB рецептора (по [30]).

Скачать (394KB)

Метаданные