Ингибирование функции анафилатоксинов комплемента при патологии центральной нервной системы

Полный текст

Список сокращений

ГСМБ — гематоспинномозговой барьер; ГЭБ — гематоэнцефалический барьер; ОСМА — окклюзия средней мозговой артерии; ПНГ — пароксизмальная ночная гемоглобинурия; ЦНС — центральная нервная система; ЧМТ — черепно-мозговая травма; MBL — маннозосвязывающий лектин.

Обоснование

Цереброваскулярные заболевания остаются важнейшей медико-социальной проблемой, что обусловлено их высокой долей в структуре заболеваемости и смертности населения, значительными показателями временных трудовых потерь и первичной инвалидности. По данным Министерства здравоохранения Российской Федерации, в 2016 г. в России цереброваскулярные заболевания были диагностированы в 950,9 случая на 100 тыс. населения в возрасте 18 лет и старше, из них примерно у четверти выявлен ишемический инсульт. Смертность от цереброваскулярных заболеваний в 2016 г. составила 190,8 случая на 100 тыс. населения, смертность от инсульта — 123 случая на 100 тыс. населения [1]. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире регистрируют около 17 млн случаев инсульта, причем около 50 % больных умирают после него [2].

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) — одна из главных причин инвалидизации и смертности населения, особенно у лиц молодого возраста. Частота ЧМТ примерно одинакова в разных странах и составляет 300–400 случаев на 100 тыс. населения в год. В России ежегодно ЧМТ получают примерно 600 тыс. человек, из них около 50 тыс. погибают и столько же становятся инвалидами. Вторичные повреждения мозга развиваются у пострадавших с тяжелой ЧМТ, то есть примерно в 20 % случаев [3].

Общей чертой основных заболеваний, поражающих центральную нервную систему (ЦНС), является воспаление [4]. Острое воспаление начинается с экспрессии молекул адгезии эндотелием сосудов и миграции лейкоцитов из крови в паренхиму мозга. Активированные сигналами опасности клетки иммунной системы синтезируют и высвобождают в окружающую среду цитокины. В ЦНС провоспалительные цитокины стимулируют синтез и секрецию компонентов комплемента. Наибольший вклад в этиологию воспаления вносят продукты активации комплемента, особенно анафилатоксины С3а и С5а, которые поддерживают воспалительный ресурс за счет привлечения миграции лейкоцитов в мозг, активации клеток мозга, экспрессирующих на своих мембранах специфические С3а- и С5а-рецепторы (С3аR и С5аR), и дополнительного высвобождения воспалительных молекул [5, 6].

Система комплемента вместе с различными факторами врожденного и адаптивного иммунитета помогает поддерживать барьерные функции и защищать организм от вторжения микроорганизмов, паразитов и последствий травматических повреждений [7]. Однако считают, что та же самая система играет важную роль в развитии вторичной патологии нервной системы при опосредующем участии иммунной системы. Предшественники белков комплемента синтезируются преимущественно гепатоцитами, а затем высвобождаются в кровоток, готовые к активации различными путями [8, 9]. При нарушении гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) белки системы комплемента могут мигрировать в мозг и формировать потенциально действенный цитолитический комплекс на поверхности нейронов и глиальных клеток, который при недостатке регуляторных белков может вызывать их повреждение и влиять на этиологию нейродегенеративных, димиелинизирующих заболеваний и ишемического инсульта [10].

Таким образом, при заболеваниях ЦНС неконтролируемая патологическая активация комплемента играет важную негативную роль, опосредуя вымирание нейронов, повреждение аксонов, демиелинизацию и нарушение ГЭБ и гематоспинномозгового барьера (ГСМБ) [11].

Блокирование активации системы комплемента стало одним из стратегических подходов к лечению не только комплемент-зависимых заболеваний, таких как пароксизмальная ночная гемоглобинурия (ПНГ), атипичный гемолитико-уремический синдром, возрастная макулярная дегенерация, гломерулонефриты, но и ряда других патологических состояний [12].

В настоящем обзоре рассмотрены фармакологические подходы к лечению инсульта и повреждений головного мозга при ЧМТ путем ингибирования эффекторной функции системы комплемента, а именно анафилатоксинов C3a и C5a.

Механизмы активации комплемента и опосредованной комплементом патологии центральной нервной системы

Система комплемента, помимо особых случаев, может быть активирована тремя каноническими путями: классическим, лектиновым и альтернативным (рисунок), которые инициируются разными индукторами — факторами опасности, хотя в течение последних 10–15 лет обнаружено, что существуют неканонические пути активации комплемента [13, 14]. Это указывает на многогранность механизмов действия и функций одной из самых эволюционно древних систем врожденного (неадаптивного) иммунитета.

 

Рисунок. Механизмы активации системы комплемента. Непрерывные стрелки — пути активации комплемента, пунктирные стрелки — отрицательная регуляция конвертаз и сборки мембраноатакующего комплекса (МАК), овалы — регуляторные белки, ∫ — активирующая поверхность, FD* — предшественник фактора D, ж/фаз — жидкофазная, т/фаз — твердофазная

 

Пути активации системы комплемента отличаются тем, что в фазе инициации мишени-индукторы распознают разные молекулы. Для запуска классического пути сложный субъединичный белок C1q, циркулирующий в кальцийзависимом комплексе с проферментами С1r и C1s, связывается с Fc-фрагментами иммуноглобулинов G или М в составе иммунных комплексов, фиксированных на активирующей поверхности (∫). После этого инициируется превращение профермента С1s в активную протеазу, которая расщепляет находящиеся в микроокружении компоненты С4 и С2 [15].

Запуск лектинового пути происходит за счет взаимодействия структурных элементов бактериальных поверхностей с маннозосвязывающим лектином (MBL), или коллектинами (CL-K1 и CL-L1), или фиколинами, которые циркулируют в комплексе с сериновыми протеазами — зимогенами MASP-1, -2, -3. После взаимодействия с комплементарной поверхностью-мишенью связанные зимогены активируются и инициируют протеолитическую каскадную систему, в результате чего MASP-2, так же как С1s, расщепляет С4 и С2 на большие (С4b, С2а) и малые (С4а и С2b) фрагменты [16].

В результате цепочки последовательных взаимодействий образуется комплексный фермент С3-конвертаза классического пути (C4b2a), расщепляющая белок С3 также на большой (C3b) и малый (С3а) фрагменты. После присоединения к комплексу дополнительных молекул C3b образуется новый фермент С5-конвертаза классического пути (∫-C4b2aС3b_n), расщепляющая компонент С5 на С5b и С5а [17].

Вместе с тем в плазме при нормальных физиологических условиях доминирующим путем активации комплемента является альтернативный путь. Активация альтернативного пути осуществляется за счет медленного спонтанного гидролиза тиоэфирной связи постоянно циркулирующего в кровотоке С3. Как только происходит разрыв тиоэфирной связи, С3 принимает особую конформационную форму C3(H₂O), в результате взаимодействия которого с фактором В (FB) и фактором D (FD) образуется инициирующая С3-конвертаза C3(H₂O)Bb, способная расщеплять нативный С3 на фрагменты С3b и C3а. Образование этой нестабильной С3-конвертазы называется tick-over-процессом и представляет собой постоянно действующий в норме механизм запуска каскада активации альтернативного пути [18]. Фрагмент C3b под действием FB и FD превращается в жидкофазную С3-конвертазу (С3bBb). Затем этот фермент стабилизируется за счет ковалентного связывания с активирующей поверхностью с образованием твердофазной С3-конвертазы (∫-C3bBb) и/или за счет взаимодействия с белком пропердином (Р) [19].

Затем после присоединения к этому комплексу дополнительных молекул C3b изменяется специфичность образованного комплексного фермента. Фермент ∫-C3bBbС3bP является С5-конвертазой альтернативного пути, которая, действуя аналогично С5-конвертазе классического пути, вызывает конверсию С5 во фрагменты С5b и мощный биологически активный С5а. С5b взаимодействует с компонентом С6, с чего начинается заключительный каскад сборки мембраноатакующего комплекса. После взаимодействия с компонентом С7 образовавшийся комплекс С5b67 внедряется в поверхностную мембрану клетки-мишени, затем он дополняется компонентами С8, обеспечивая на поверхности клетки-мишени полимеризацию компонента С9, что приводит к образованию поры (С5b6789n) в мембране [20], нарушению целостности липидного бислоя и гибели клетки за счет осмотического лизиса [8].

Система комплемента строго сбалансирована. Процессы активации практически на каждом участке контролируют регуляторные растворимые и мембраносвязанные белки. В растворе на стадиях инициации классического пути активацию прерывает ингибитор комплекса C1 (C1-Inh). На этапе формирования С3-конвертаз классического и лектинового пути действует С4b-связывающий белок (С4bp), который иммобилизует С4b, а ход альтернативного пути контролирует фактор Н (FH). Оба белка С4bp и FН служат кофакторами для сериновой протеазы фактора I, которая вызывает превращение С3b и С4b в неактивные формы С3bi и С4bi. Помимо упомянутых циркулирующих С4bp и FН на мембранах многих клеток хозяина экспрессируются регуляторные белки CR1(CD35), MCP(CD46) и DAF(CD55), которые препятствуют сборке конвертаз или их быстрой диссоциации. Два белка — кластерин и мембраносвязанный гликопротеин CD59 — контролируют сборку мембраноатакующего комплекса на клетке хозяина, защищая ее от атаки собственным комплементом [21]. Благодаря регуляторным белкам развивается отрицательная регуляция конвертаз и сборки мембраноатакующего комплекса. Нарушение баланса системы комплемента вследствие генетического дефицита ряда регуляторных белков является главной причиной очень серьезных заболеваний, которые приводят к разрушению собственных клеток и в конечном счете к более раннему летальному исходу [22].

В норме ГЭБ/ГСМБ отделяют ЦНС от белков комплемента плазмы, но нарушения целостности астроцитов, перицитов или эндотелия, которые поддерживают этот барьер, позволяют попадать циркулирующим компонентам комплемента в ЦНС. Кроме того, в настоящее время признано, что резидентные клетки ЦНС могут синтезировать функциональный набор белков комплемента в условиях гомеостаза [23]. Помимо иммунного надзора, физиологические функции комплемента в ЦНС включают выведение избыточных нейротрансмиттеров, старых и гликированных белков, а также поддержание жизнеспособности нейронов, удаление лишних синапсов и нейрогенез у взрослых [24]. Однако при заболевании синтез и/или повышение экспрессии белков комплемента нейронами и глией вносит вклад в комплемент-ассоциированную нейропатологию, в том числе и на ранних стадиях нейродегенеративных заболеваний, когда ГЭБ/ГСМБ еще не нарушен.

В состоянии гомеостаза ЦНС баланс системы комплемента благодаря собственным регуляторным белкам сдвинут в сторону ингибирования активации и спонтанная активация комплемента обычно не происходит. В частности, микроглия и астроциты экспрессируют поверхностную форму C1-Inh [23]. Астроциты регулируют альтернативный путь, экспрессируя фактор H и CR1/CD35 [25]. Астроциты и микроглия продуцируют белок СD59 [26]. В отличие от астроцитов и микроглии, нейроны лишь слабо экспрессируют регуляторные белки CR1, C1-Inh, фактор H, MCP, CD59 и не экспрессируют DAF [23]. Олигодендроциты также продуцируют лишь в небольших количествах CD59, C4bp и CR1 [25]. Наконец, при апоптозе в нейронах снижается экспрессия поверхностных молекул, ингибирующих комплемент, что усиливает порочный цикл, запускаемый активацией комплемента при нейродегенеративных заболеваниях.

Продукты активации комплемента — анафилатоксины С3а и С5а, являясь хемоаттрактантами, приводят в действие мощные механизмы воспаления, нацеленные на широкий спектр иммунных и неиммунных клеток. C3a действует на рецептор C3aR, который находится в большинстве миелоидных клеток. В ЦНС С3аR экспрессирован на астроцитах и микроглии [27]. Иммуномодулирующие эффекты этой оси включают регуляцию окислительного взрыва у макрофагов [28], нейтрофилов [29], эозинофилов и продукцию провоспалительных цитокинов, хотя становится известно все больше других физиологических функций стимуляции С3aR [30]. Активность C5a реализуется через два типа специфических рецепторов — C5aR1 и C5aR2, которые часто экспрессируются совместно [31]. В ЦНС рецептор C5aR1 выявлен на большинстве клеток миелоидного ряда, а также микроглии, астроцитах и некоторых нейронах ЦНС. Сигналинг C5aR1 способствует воспалению, которое может приводить к разрушительным последствиям для ЦНС, поскольку включает активацию фагоцитоза, окислительный взрыв, продукцию провоспалительных цитокинов и увеличение содержания интегринов [32]. Известно также о нейропротективном физиологическом действии C5a [33], что может быть результатом взаимодействия с рецептором C5aR2, биологические эффекты которого включают как противо-, так и провоспалительное действие.

Таким образом, при повреждениях ЦНС за счет опсонизации некротизированных клеток, рекрутинга лейкоцитов, усиленной генерации С3а и С5а и более низкой экспрессии регуляторных белков сдвиг баланса в системе комплемента происходит в сторону неконтролируемой активации, что делает ЦНС более уязвимой к собственному локальному и пришедшему из плазмы комплементу по сравнению с другими органами. В связи с этим особенно актуальным становится поиск терапевтических агентов — ингибиторов системы комплемента — для лечения патологии ЦНС.

Как следует из механизмов активации системы комплемента, можно выбрать довольно много участков для потенциального ингибирования. Наиболее эффективное средство блокирования комплемента — нейтрализующие антитела против ключевых молекул каскада активации. Классический и лектиновый пути можно заблокировать с помощью антител к протеазам С1s и MASP-2 соответственно. Для блокирования альтернативного пути могут быть использованы антитела к факторам B и D, а также химерные рекомбинантные молекулы регуляторных белков, усиливающих их активность. Однако особенный интерес представляет поиск агентов, блокирующих функциональные домены сложной молекулы С3, которая является центральной при активации системы комплемента любым из трех путей.

Ингибирование анафилатоксинов комплемента при ишемическом инсульте

Более 70 % случаев инсульта возникает в результате ишемии/реперфузии вследствие тромботической или эмболической закупорки церебральных сосудов [34]. Реперфузия травмированного участка мозга вызывает его дальнейшее повреждение вследствие окислительного стресса, дисфункции ГЭБ, воспаления и апоптоза, что приводит к образованию ишемического ядра, окруженного слабо перфузируемой областью «полутени» (пенумбры) с последующей потерей функциональной способности всей этой зоны [35].

Развитие инсульта неизменно коррелирует с активацией комплемента [35]. В участках ишемического повреждения мозга всегда присутствуют компоненты системы комплемента и продукты ее активации C1q, MBL, C3, C3a, C3c, C4d, C5a и C9 [6, 36]. У пациентов, перенесших инсульт, также повышены уровни ряда белков комплемента C3, C3a, С4, C4d, С5, C5a, C5b-9, фактора B, MBL, MASP-1/2 и мембраноатакующего комплекса в плазме крови, а уровни фиколинов снижены [37, 38]. Степень повышения концентраций C3, C3c, C4 и MBL в сыворотке крови связана с тяжестью инсульта, причем повышение уровней MBL и С3 кореллирует между собой и ассоциировано с худшим исходом инсульта [39].

Анафилатоксины C3a, C5a, а также мембраноатакующий комплекс потенциально могут быть вовлечены в поражение тканей, обусловленное реперфузией при инсульте. Однако большинство исследователей предполагают, что сразу после реперфузии повреждение тканей опосредовано в основном C3a и в меньшей степени C5a, в то время как мембраноатакующий комплекс является просто маркером активации каскада комплемента [40, 41]. В связи с этим большой интерес вызывает возможность воздействия при инсульте на более поздние медиаторы активации системы комплемента, а именно на анафилатоксины.

Исследования показали, что антагонисты C3aR смягчают ишемическое повреждение головного мозга в основном за счет уменьшения инфильтрации нейтрофилов и воспалительного ответа на острой стадии ишемического инсульта [40, 41]. Воздействие на C3aR антагонистом (SB290157) приводит к уменьшению зоны инсульта, снижению экспрессии молекул клеточной адгезии ICAM-1 на эндотелиальных клетках и уменьшению числа гранулоцитов, позитивных по C3aR, у мышей с окклюзией средней мозговой артерии (ОСМА) в течение 30 мин, но не с постоянной ОСМА [41].

Однако до сих пор ведутся дискуссии о влиянии антагонистов C3aR на нейрогенез после ишемического инсульта. В исследовании транзиторного ишемического инсульта у взрослых самцов мышей C57BL/6 при использовании в течение 3 дней после ишемии низкой дозы антагониста C3aR (1 мг/кг) возрастала пролиферация нейробластов DCX⁺ в субвентрикулярной зоне через 7 дней после ишемии, тогда как в высокой дозе антагонист C3aR (40 мг/кг) подавлял пролиферацию нервных клеток-предшественников [42]. По данным A.F. Ducruet и соавт. (2012), при ишемии происходит замедленная инфильтрация мозга Т-лимфоцитами, экспрессирующими C3aR, и применение антагониста C3aR спустя 72 ч после поражения приводит к значительному снижению подкоркового повреждения. Это говорит о том, что активированные Т-клетки могут препятствовать эндогенному нейрогенезу, хотя механизм этого эффекта неизвестен.

На модели перманентной ишемии у мышей было показано, что инъекция антагониста C3aR два раза в день в течение 10 дней после операции подавляла пролиферацию нейробластов в субгранулярной зоне (SGZ) гиппокампа и в слое гранулярных клеток зубчатой извилины (GCL) с 7-го по 21-й день после ишемии [43].

Кроме того, на моделях тромбоэмболического инсульта, которые больше соответствуют инсульту у человека, было продемонстрировано, что через 6 ч после поражения в плазме повышается уровень C3a и увеличивается цереброваскулярная экспрессия C3aR, которая сохраняется до 4 нед. На модели фототромботического инсульта у мышей с быстрой спонтанной реперфузией при введении через 1 ч после поражения SB290157 наблюдали улучшение нейрофункции и уменьшение инфаркта через 48 ч. На модели эмболического инсульта при введении SB290157 через 2 ч после поражения отмечено улучшение гистологических и функциональных показателей, а при использовании SB290157 совместно с внутривенным тромболизисом — уменьшение кровотечения и отека и улучшение показателей в отличие от использования только тромболизиса через 4,5 ч после поражения [44].

Важно отметить, что SB290157 действует как антагонист в клеточных линиях, в которых плотность рецепторов низкая, и как частичный агонист в клеточных линиях, экспрессирующих более высокие уровни C3aR [45].

В противовес описанным выше исследованиям, подтверждающим позитивную роль ингибирования C3aR при инсульте, существуют данные, что C3a регулирует миграцию и дифференциацию клеток-предшественников нейронов и увеличивает выживаемость астроцитов [43, 46].

На модели неонатальной гипоксически-ишемической энцефалопатии наблюдали снижение нарушений памяти после поражения у трансгенных мышей, экспрессирующих C3a, и у мышей дикого типа, которым вводили экзогенный пептид C3a [47].

В другом исследовании при недостатке C3aR снижались прорастание и пластичность аксонов в периинфарктной зоне после инсульта, которые могут быть восстановлены путем интраназального введения C3a [46].

Из всего вышесказанного можно заключить, что для того, чтобы лучше охарактеризовать роль C3a и C3aR при инсульте и оптимизировать терапевтические стратегии, необходимы разработка более специфичных антагонистов C3aR и дальнейшие исследования агонистов C3aR.

По сравнению с С3a, анафилатоксин С5a при связывании с его каноническим рецептором C5aR1 является действующим началом при многих опосредованных комплементом воспалительных заболеваниях, включая артрит, ишемию миокарда и ишемический инсульт [48, 49]. Считают, что ингибирование С5a препятствует повреждению мозга при ишемии/реперфузии [50, 51].

Из всех фармакологических ингибиторов C5a в настоящий момент лучше всего изучен антагонист C5aR1 — вводимый перорально циклический пептид AcF-[OPdChaWR] (PMX53) [52, 53]. У мышей, которым препарат PMX53 вводили за 30 мин до ишемии, наблюдали умеренное улучшение исходов после 60-минутной ОСМА [54]. Введение PMX53 даже в более низкой дозе за 45 мин до ишемии также приводило к уменьшению объема инфаркта головного мозга у мышей через 24 ч после поражения [55].

На модели ишемического инсульта у крыс было изучено моноклональное антитело к C5, специфически блокирующее образование C5a и C5b-9 [50, 56]. Введение моноклональных антител к C5 (18А10.62) крысам вызывало снижение нарушений моторики и развития инсультной зоны (на 40 % при введении до и на 30 % — после ишемии), отека и инфильтрации мозга у крыс при 90-минутной ОСМА [50].

Кроме того, на модели ОСМА у мышей было показано, что C5a активируется через день после ишемического поражения и преимущественно вырабатывается нейронами головного мозга [40, 57]. Блокирование C5a-сигналинга посредством генетического нокаута C5aR1 у мышей улучшало неврологические показатели и уменьшало размер инфаркта через день после ишемического инсульта. На модели кислородно-глюкозной депривации при применении C5a наблюдали апоптоз нейронов, в то время как при дефиците C5aR1 нейроны были защищены от апоптоза, что указывает на нейропротекторный эффект при ингибировании взаимодействия между C5a и C5aR1 в острой фазе ишемического инсульта [57]. Несмотря на наличие ряда свидетельств, указывающих на то, что активация C5a оказывает вредное воздействие на ранней стадии ишемического инсульта, установлено, что C5a проявляет нейропротекторные свойства при нейротоксичности, вызванной глутаматом у мышей [58]. Именно поэтому, вероятно, C5a может действовать как защитный фактор, ингибируя повреждение тканей на поздней стадии ишемического инсульта.

Описанные выше исследования подтверждают, что модуляция C5a/C5aR-сигналинга обладает потенциалом на ранней стадии ишемического инсульта. Однако эффект моноклональных антител к C5 и антагонистов C5aR1 при ишемическом инсульте ограничен.

Ингибирование анафилатоксинов комплемента при черепно-мозговой травме

Вторичное повреждение головного мозга после ЧМТ тесно связано с активацией воспалительной реакции. Система комплемента является главным координатором посттравматического нейровоспаления и вторичной нейропатологии [59, 60]. После активации белки системы комплемента увеличивают проницаемость ГЭБ через C3a и C5a, способствуют инфильтрации лейкоцитов в поврежденный мозг и последующему образованию свободных радикалов, индуцируют апоптоз нейронов и глии посредством связывания C3a и C5a с их рецепторами и вызывают лизис нейронов через мембраноатакующий комплекс [11, 24]. Таким образом, терапевтические стратегии, направленные на блокирование активации комплемента, потенциально могут уменьшить нейровоспаление и нейродегенерацию у пациентов с ЧМТ [61–63].

При ЧМТ уровни C5b-9 в вентрикулярной жидкости в 1800 раз превышают контрольные и хорошо коррелируют со степенью нарушения ГЭБ [61]. При исследовании тканей лобной и височной долей мозга пациентов с ЧМТ, прооперированных в связи со стойким повышением внутричерепного давления, выявлены повышенные уровни C1q, C3, C3b, C3d и мембраноатакующего комплекса в области пенумбры [59]. Эти данные подтверждаются тем, что содержание ряда компонентов комплемента, например C3, C1q и FB, было увеличено в спинномозговой жидкости пациентов с ЧМТ по сравнению с контролем [64].

Точно так же уровни мембраноатакующего комплекса были значительно повышены в спинномозговой жидкости пациентов с ЧМТ по сравнению с контролем [61]. Роль мембраноатакующего комплекса в острой потере нейронов после ЧМТ была подтверждена на модели контролируемого коркового повреждения у взрослых самцов мышей, но одновременно было показано, что вышестоящие продукты активации комплемента, образующиеся преимущественно по альтернативному пути, усугубляют хроническое нейровоспаление [65].

Доказательства вовлечения системы комплемента в патогенез ЧМТ получены на различных моделях in vivo, в частности на модели внутримозгового кровоизлияния, имитирующей геморрагический инсульт, на модели холодовой травмы, модели падающего груза [66]. Все эти модели различаются по способности имитировать различные аспекты ЧМТ. Например, холодовая травма сопровождается отеком головного мозга и нарушением ГЭБ, что является особенностями ЧМТ [11], но эта травма не является механической. Напротив, стандартизованные модели падающего груза более точно имитируют механическую травму, но у них есть такой недостаток, как низкая воспроизводимость [67], поэтому результаты, полученные с использованием таких моделей, в контексте ЧМТ человека следует интерпретировать с большой осторожностью.

Перечисленные животные модели использовали для исследования роли анафилатоксинов C3a и C5a в ЧМТ. На модели внутримозгового кровоизлияния у мышей было показано, что при введении антагониста C3aR (SB290157) за 45 мин до внутримозгового кровоизлияния уменьшались неврологические нарушения, отек и инфильтрация гранулоцитами на сроке до 3 дней после повреждения, нарушения также ослаблялись при введении препарата через 6 ч после кровоизлияния [68]. Хотя это убедительно свидетельствует о негативной роли C3aR-сигналинга при ЧМТ, интерпретация результатов осложнена тем, что препарат SB290157 может действовать как агонист [45].

Кроме того, на модели свободно падающего груза на крысах было продемонстрировано, что введение экспериментальным животным с ЧМТ высокоаффинных моноклональных антител, блокирующих активацию комплемента крысы по альтернативному пути на стадиях формирования жидкофазной и твердофазной С3-конвертаз, предотвращающих образование С5-конвертазы и таким образом точечно ингибирующих функции системы комплемента, в частности образование анафилатоксинов C3a и C5a, приводило к выраженному положительному эффекту, проявлявшемуся в сохранении когнитивных функций животных, а также в улучшении гистологической картины мозговой ткани животных [69].

Нарушение функции C5a, например путем использования нокаутных мышей С5^–/– или введения антагониста C5aR, вызывало уменьшение вторичного повреждения на модели холодовой травмы [70]. Более убедительные свидетельства общей повреждающей роли анафилатоксинов комплемента были получены при введении специфического антагониста C5aR1 (PMX53) мышам с кровоизлиянием в мозг. PMX53 значительно улучшал неврологические функции, оцениваемые по сохранению пространственной памяти, и уменьшал отек и количество гранулоцитов [51]. При использовании антагониста C5aR в сочетании с антагонистом C3aR (SB290157) наблюдали синергический нейропротекторный эффект [51]. На модели внутримозгового кровоизлияния было также показано, что PMX53 в комбинации с антагонистом тромбина действовал лучше, чем каждый из препаратов в отдельности [71].

Эти исследования подтверждают, что терапевтическое ингибирование С3а и С5а и их взаимодействия с рецепторами можно рассматривать в качестве компонента комплексного лечения ЧМТ.

Разработка лекарственных препаратов, ингибирующих эффекторную функцию системы комплемента

На данный момент зарегистрировано несколько лекарственных препаратов, являющихся ингибиторами комплемента. Препарат экулизумаб на основе терапевтических антител к С5 под названием Soliris^® производит компания Alexion Pharmaceuticals, препарат одобрен для лечения ПНГ и атипичного гемолитико-уремический синдрома [72, 73]. Механизм действия препарата заключается в ингибировании расщепления компонента С5 и предотвращении сборки мембраноатакующего комплекса С5b-C8 на мембранах эритроцитов в случае ПНГ и разрушения тромбоцитов при атипичном гемолитико-уремическом синдроме.

В настоящее время проводятся клинические испытания III фазы биосимиляра экулизумаба — BCD-148, разработанного ЗАО «БИОКАД», у пациентов с ПНГ [74].

Одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration, FDA) для лечения взрослых с ПНГ препарат равулизумаб (Ultomiris^®, Alexion Pharmaceuticals) — ингибитор С5 2-го поколения, гуманизированное моноклональное антитело, специфически связывающееся с белком комплемента C5 [75].

По аналогии с препаратом Солирис, развивается стратегия прерывания каскада активации за счет блокирования расщепления компонента С5 под действием С5-конвертазы. Завершена II фаза клинических испытаний полностью человеческих антител LFG316 (Tesidolumab, Novartis Pharmaceuticals), полученных по комбинаторной технологии и предназначенных для лечения возрастной макулярной дегенерации [76].

Проводятся исследования нескольких молекул, блокирующих расщепление С5-конвертазой и предотвращающих образование воспалительных молекул С5а и С5b и комплекса литической атаки. Среди них небольшой белок OmCI из семейства липокалинов — Коверсин (Coversin, AKARI Therapeutics). Препарат Коверсин прошел клинические испытания II фазы для лечения ПНГ [77].

Ведутся клинические испытания нескольких препаратов, полученных по технологиям аптамеров, — больших нуклеотидов и пептидов, которые связываются с молекулой-мишенью С5 и нейтрализуют каскады активации комплемента [78].

Завершены клинические испытания I–II фаз безопасности, переносимости, фармакокинетики и фармакодинамики препарата Cemdisiran (Alnylam Pharmaceuticals), подавляющего продукцию C5 печенью, у здоровых добровольцев и пациентов с ПНГ [79].

Проводятся клинические испытания III фазы при васкулите, ассоциированном с антинейтрофильными цитоплазматическими антителами, препарата Авакопан (ChemoCentryx) — нового биодоступного при пероральном приеме высокоселективного антагониста C5aR1 человека [80]. Авакопан не препятствует образованию C5b или мембраноатакующего комплекса и не блокирует связывание C5a с рецептором C5L2 (C5aR2).

Следует отметить, что препараты, ингибирующие С5, блокируют каскады комплемента, следующие по любому из трех известных путей активации: классическому, лектиновому и альтернативному.

Помимо стратегии ингибирования С5 достаточно активно исследуется стратегия блокирования активации комплемента на более ранних стадиях. В этом случае наиболее очевидной мишенью для блокирования является С3.

Один из подходов к нейтрализации С3 связан с использованием препарата Компстатин (Compstаtin) и его производных, входящих в семейство компстатинов [81]. Компстатин представляет собой циклический пептид, который селективно связывается с нативным С3 компонентом и его фрагментом С3b. В настоящее время проходят клинические испытания различных производных Компстатина [82–86].

Проблема нейтрализации С3 с помощью терапевтических антител является наиболее трудной, поскольку С3 представляет собой большой мультидоменный белок, концентрация которого в плазме крови составляет около 1 мг/мл, что затрудняет поиск нейтрализующих антител и предусматривает высокие терапевтические дозы. Тем не менее разработка нейтрализующих антител к С3 интенсивно проводилась и проводится разными исследователями и компаниями, о чем свидетельствует значительное количество публикаций и патентов [87, 88].

Получены моноклональные антитела к С3 Н17, которые распознают фрагменты активированного С3 — С3b/iC3b и эффективно блокируют альтернативный путь активации, прерывая процесс формирования С3-конвертазы [89, 90]. На текущий момент американская компания Elusys Therapeutics проводит доклинические исследования антител Н17 для лечения заболеваний, связанных с почечной недостаточностью.

Эти антитела — наиболее близкий аналог антител hC34, разработанных в ФГУП «Государственный НИИ особо чистых биопрепаратов» ФМБА России, но значительно отличаются по специфичности, распознают другие домены С3 и уступают в эффективности антителам hC34. Гуманизированные антитела hC34 [91] являются оригинальными и в отличие от многих других ингибиторов комплемента избирательно блокируют активацию только альтернативного пути, не затрагивают каскады классического и лектинового путей, сохраняя противоинфекционную активность и другие полезные функции системы комплемента.

К настоящему моменту стратегии ингибирования комплемента не тестировали при инсульте у человека. С учетом данных, представленных выше, можно предположить, что при лечении инсульта может оказаться полезным ингибирование альтернативного пути, а также ингибирование C3-конвертазы или анафилатоксинов C3a и C5a. Например, экулизумаб хорошо изучен и доказал свою полезность при различных заболеваниях как ЦНС, так и за ее пределами, но его неспособность блокировать связывание C3a с C3aR и чрезвычайно длительный период полувыведения делает его использование при ишемическом инсульте менее привлекательным. Наиболее многообещающими из ингибиторов системы комплемента являются аналоги компстатина, механически блокирующие образование C3a и C5a. Они безопасны при различных заболеваниях человека и обладают коротким периодом полувыведения, что позволит обеспечить защиту от ишемии [92].

При вторичных повреждениях после ЧМТ у человека ингибиторы системы комплемента также не исследовали, но многие из них, в частности ингибиторы анафилатоксинов комплемента, описанные выше, были испытаны на животных моделях ЧМТ с многообещающими результатами. Таким образом, существуют предпосылки для использования этих препаратов в клинической практике.

Об авторах

Ксения Александровна Некрасова

Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов Федерального медико-биологического агентства

Email: k.a.nekrasova@hpb.spb.ru
ORCID iD: 0000-0002-0242-9615

начальник отдела организации научно-исследовательских работ

Россия, Санкт-Петербург

Александр Митрофанович Ищенко

Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов Федерального медико-биологического агентства

Email: a.m.ischenko@hpb.spb.ru

канд. биол. наук, начальник лаборатории биохимии белка

Россия, Санкт-Петербург

Александр Викторович Трофимов

Государственный научно-исследовательский институт особо чистых биопрепаратов Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.v.trofimov@hpb.spb.ru

руководитель группы лаборатории биохимии белка

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы