ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РАЗРЫВАТЕЛЕЙ ПОПЕРЕЧНЫХ СШИВОК ГЛИКИРОВАННЫХ БЕЛКОВ

Аннотация

Неферментативное гликирование белков принимает участие в процессах развития осложнений сахарного диабета (ангиопатии, катаракты, ретинопатии, нефропатии и т. д.), болезни Альцгеймера (образование нейротоксичного гликированного р-амилоида) и онкологических заболеваний. Данный процесс задействован и при физиологическом старении организма. В настоящее время актуальным остается вопрос создания лекарственных средств, способствующих восстановлению функции структурных белков.

Полный текст

Долгоживущие структурные белки подвергаются постоянному неферментативному сшиванию с глюкозой в процессе старения у больных сахарным диабетом [1]. Неферментативное гликирование усиливается при диабете благодаря гипергликемии и приводит к различным осложнениям данной болезни [1, 14]. Неферментативное гликирование является классической ковалентной реакцией, в которой посредством N-гликозидного связывания образуется сахар-протеи-новый комплекс через серию химических реакций, описанных химиком Майяром [1]. Эти реакции протекают в течение нескольких часов, когда ранее образованное лабильное основание Шиффа перегруппировывается в более стабильный продукт Амадори [10]. Продукты ранней стадии гликирования Амадори-модифицированные белки могут подвергаться дальнейшим реакциям, включающим образование дикарбонильных интермедиатов, таких как 3-дезоксиглюкозоны (3-ДГ), глиоксаль, метил-глиоксаль, приводящих к увеличению необратимых продуктов, названных продуктами завершенного гликирования ПЗГ [1, 14]. Эти реактивные промежуточные продукты вызывают сшивку гликированного белка через -SH и -NH2 группы с соседними белками или в доменах того же самого белка и образуют необратимые конечные продукты гликирования (КПГ) [14]. Исследования in vitro показали, что гликированные белки, прошедшие реакцию Майяра, становятся поперечно-сшитыми, при этом белок полимеризуется и образуются до сих пор плохо охарактеризованные бурые и флуоресцирующие соединения [7]. Формирование конечных продуктов гликирования из продукта Амадори происходит медленно - в течение месяцев и лет [14]. Таким образом, только белки с длительным периодом полураспада, такие как коллаген, будут накапливать значительное количество ПЗГ в естественных условиях. КПГ остаются тесно связаны с белками и образуют внутри- и межмолекулярные перекрестные сшивки с соседними белками. Имеются доказательства существования таких реакций в организме [1, 14]. В последние годы были проведены интенсивные исследования по гликированию in vitro белков, инкубированных с высокими концентрациями глюкозы, таких как белок хрусталика глаза крис-таллин, инсулин, белки мембран эритроцитов, бычий сывороточный альбумин, человечий сывороточный альбумин, ферменты, липопротеины высокой и низкой плотности, миелин периферических нервов, эластин, коллаген, IgM и IgG. Неферментативному гликированию in vitro подвергались также некоторые другие белки [1, 3]. Неферментативное гликирование белков, пептидов и других макромолекул связывают с рядом патологий, 12 Выпуск 1 (57). 2016 наиболее часто с диабетом, нормальным старением и нейродегенеративной амилоидной болезнью, такой как болезнь Альцгеймера. Многочисленные исследования доказывают определенную связь между гипергликемией и патогенезом диабетических осложнений, таких как ретинопатия, нефропатия, нейропатия и васкулопатия (рис. 1) [1, 5, 4]. Поперечное сшивание белков, как правило, приводит к тому, что они становятся менее эластичными. Клетки крови, сосуды, кожа становятся жесткими и теряют свою функциональность. У здоровых людей, по мере старения, этот процесс происходит медленно. Однако у больных сахарным диабетом скорость накопления КПГ и степень перекрестного связывания белка ускоряются из-за воздействия повышенной концентрации глюкозы. Многочисленные исследования установили роль ПЗГ в развитии офтальмологических, неврологических и сердечнососудистых осложнений при диабете и старении [14]. Нефропатия Атеросклероз Ретинопатия Рис. 1. Продукты глубокого гликирования белков Главными биологическими эффектами интенсивного гликирования являются: ингибирование связывания регуляторных молекул, поперечная сшивка глики-рованных белков, ловля растворимых белков гликиро-ванным внеклеточным матриксом, снижение восприимчивости к протеолизу, инактивация ферментов, аномалии функции нуклеиновых кислот и усиленная иммуногенность в отношении образования иммунных комплексов. В организме нет ферментов, способных гидролизовать ПЗГ соединения, в результате чего ПЗГ-модифицированные белки являются необратимыми продуктами [1, 12]. Потенциальные стратегии лечения осложнений, приобретенных в результате гликирования белков, включают профилактику образования конечных продуктов гликирования и разрушение существующих сшивок. Терапевтический потенциал антигликирующих препаратов, таких как аминогуанидин, широко исследовали в эксперименте, и в настоящее время данный препарат находится на 3-й фазе клинических испытаний [14]. В данном обзоре представлены доклинические и клинические исследования разрывателей поперечных сшивок. Одним из последствий старения и диабета является увеличение жесткости коллагеновой основы сердечно-сосудистой системы [14]. Крупные артерии теряют свою эластичность и становятся жесткими, что приводит к систолической гипертонии и, в конечном итоге, сердечной недостаточности. Эти изменения связаны с количественными и структурными изменениями в миокардиальных матричных белках, которые состоят, главным образом, из коллагена типа I и III, в малом количестве IV, V и VI типа, а также эластина. Почти 80 % сердечного коллагена составляет I тип, который существует в виде толстых волокон. Волокна коллагена типа III составляют 10 %, а все остальные типы - 10 % [14]. Неферментативное гликозилирование коллагеновой матрицы происходит постепенно, как в процессе старения, так и при диабете. Одним из последствий перекрестного связывания коллагена является сниженная восприимчивость к протеолитическому и химическому разложению. Это приводит к повышенному накоплению поперечно сшитого коллагена, потере его эластичности и, как результат, к ИБС [14]. Результаты многочисленных исследований подтверждают мнение, что инфаркт является итогом гликирования коллагеновой матрицы [7, 14]. Диабетическая ретинопатия является одним из основных осложнений диабета с весьма сложной этиологией. Установлено, что хроническое УФ-облучение сетчатки и гипергликемия приводят к накоплению конечных продуктов гликирования, которые играют важную роль в развитии ретинопатии. Среди взрослого населения США страдающих диабетом распространенность ретинопатии составляет 28,5 %. По данным Всемирной организация здравоохранения, среди более 220 млн людей с диабетом во всем мире, после 15 лет наличия данной патологии, примерно 2 % людей становятся слепыми и у около 10 % развиваются тяжелые нарушения зрения [15]. Также известно, что нейротоксичный р-амилоид принимает непосредственное участие в развитии болезни Альцгеймера. Однако гликирование данного белка приводит к повышению его токсичности и, как следствие, к повышению риска развития деменции у лиц, страдающих диабетом. Так, при инкубировании р-ами-лоида с метилглиоксалем и последующем культивировании комплекса белок-углевод к основным нейронам гиппокалмпа наблюдалось увеличение нейротоксичности гликированного протеина [8]. Влияние неферментативного гликирования белков и накопление в сыворотке и тканях ПЗГ распространилось и на онкологические заболевания. Присутствие аутоантител, специфичных к продуктам Амадори, при онкологии может быть шагом в раннем определении болезни и может рассматривать гликированные продукты как общие биомаркеры онкологических болезней. Ингибирование образования продуктов Амадори может быть новым и эффективным терапевтическим средством при данной широкой группе патологий [1]. Способность разрывателей поперечных сшивок разрушать КПГ является возможным терапевтическим Выпуск 1 (57). 2016 13 ЩЩпрй [ЩшкПГМЩ подходом к восстановлению эластичности коллагеново-го каркаса сердечно-сосудистой системы, а также к лечению других осложнений сахарного диабета. В 1996 г. впервые были опубликованы данные о N-фенацилтиазол бромиде (ФТБ) [7, 13]. Купер и др. [11] исследовали влияние ФТБ на сосудистую гипертрофию у крыс со стрептозото-цин-индуцированным диабетом. Внутрибрюшинное введение ФТБ привело к снижению КПГ, накопленных в кровеносных сосудах. Ввиду нестабильности фенилтиазол-бромида в физиологических буферах был протестирован его аналог-ALT-711 (алаге-бриум) (рис. 2) [14]. Рис. 2. Струтктура разрывателя поперечных сшивок - алагебриума Алагебриум является более стабильным, чем его предшественник ФТБ. Кроме того, в исследованиях было показано, что ALT-711 активнее фенилтиазолбро-мида. Так, при ежедневном пероральном введении стрептозотоцининдуцированным диабетическим крысам алагебриум снижал количество гликированного IgG на 95 % процентов [14]. Исследования, проведенные на лабораторных животных, указывают на то, что ALT-711 приводит к нормализации сердечно-сосудистой системы после осложнений, вызванных старением и диабетом. Изучение проводилось с использованием недиабетических крыс со спонтанной гипертензией. Было показано, что произошло восстановление эластичности левого желудочка и аорты после пе-рорального введения алагебриума. Кроме того, при исследовании алагебриума на старых собаках была установлена нормализация диастолического давления [14]. Фаза 2 клинических испытаний ALT-711 была начата в 1998 г. с участием добровольцев обоих полов и разных возрастных групп. Было показано, что алагебриум хорошо переносится участниками исследования. Кроме того, наблюдалось увеличение эластичности сосудов у 93 % пациентов старше 50 лет, а также отмечалось статистически значимое снижение пульса по сравнению с пациентами, принимающими плацебо [14]. При местном использовании ALT-711 оказывает влияние на эластичность кожи. Так, увлажняющий лосьон, содержащий алагебриум в концентрации 5 %, наносили на кожу 24-месячным крысам в течение 3 дней. В результате полученных данных было видно, что в составе кожи увеличилось содержание воды, а также повысилась эластичность кожных покровов по сравнению с контрольной группой крыс [14]. Некоторые исследователи считают, что фармакологическая активность ALT-711 связана с ингибированием формирования поперечных сшивок, нежели их разрыв. Обоснованием этой теории служит исследование Прайса [9], в котором было установлено, что алагебриум может обладать хелатирующими свойствами (образование хелатов с медью и железом). Однако другие клинические исследования алагеб-риума с участием пациентов с сердечной недостаточностью показали отрицательные результаты. Впоследствии несколько клинических испытаний ALT-711 были остановлены из-за финансовых проблем [7]. Соединение 3-бензилоксикарбонил-метил-4-метил-тиазол-3-иум бромид (соединение С36) также является разрывателем поперечных сшивок, и в ряде исследований было показано, что данное вещество оказывает положительное влияние на сердечно-сосудистую систему диабетических крыс [6]. Было обнаружено, что для мономерного флаво-ноида - соединения эпикатехин - характерны свойства разрывателей поперечных сшивок. Эпикатехин содержится в высокой концентрации во многих фруктах и овощах, особенно в какао и зеленом чае. Так, например, данное вещество снижает уровень гликози-лированного гемоглобина в крови диабетических мышей, не страдающих сахарным диабетом [7]. На доклиническом этапе исследования находится ряд соединений, разрушающих поперечные сшивки и, предположительно, проявляющих большую активность, чем алагебриум. К таким веществам относятся - 3-бен-зилоксикарбонилметил-4,5-диметил-тиазол-3-бромид, 3-бензилоксикарбонилметил-5-(2-гидроксиэтил)-4-метил-тиазол-3-бромид, 3-бензилоксикарбонилметил-4-метил-тиазол-3-бромид, 3-бензилоксикарбонилметил-4,5,6,7-тетрагидро-бензотиазол-3-бромид, 3-карбоксиметил-4-метил-тиазол-3-бромид. Стоит отметить, что все вышеперечисленные соединения относятся к веществам замещенного 5-членного азацикла [2], как и эталонный препарат ALT-711. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, неферментативное гликирование белков принимает участие во многих процессах осложнения сахарного диабета, таких как ангипатия, ретинопатия, нефропатия. Кроме того, накопление КПГ может привести к повышению риска развития таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, катаракта, ретинопатия и онкологических заболеваний. Данный процесс задействован и при нормальном физиологическом старении организма, однако с меньшей скоростью. Учитывая важные аспекты генеза развития гликированных поперечных сшивок, разработка лекарственных препаратов, разрывающих данные связи, является актуальной.