Pharmacological potential of ligands to receptors of RF-amide neuropeptide system

Full Text

СОКРАЩЕНИЯ:

ГГН – гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая;

ГЭБ – гематоэнцефалический барьер;

КРГ – кортикотропин-рилизинг-гормон;

ЦНС – центральная нервная система;

ADME – абсорбция, распределение, метаболизм и выведение;

GnIG – гонадотропин-ингибирующий гормон;

KISS1 – ген кисспептина;

KND – кисспептин, нейрокинин B и динорфин;

NPFF – нейропептид FF;

NPY – нейропептид тирозин;

VIP – вазоактивный интестинальный пептид.

ВВЕДЕНИЕ

Нейропептиды – это соединения белковой природы, вырабатываемые нейронами и оказывающие широкий спектр психотропных, эндокринных и сенсотропных эффектов. В нейропсихофармакологии нейропептиды рассматриваются как альтернатива лекарственным средствам с моноаминергическим действием. Пептидный континуум, предложенный И. П. Ашмарином, указывает на комплексность, эволюционную логичность и сбалансированность эффектов нейропептидов, что опосредовано их местом в системе межмедиаторных взаимодействий [1].

Среди нейропептидов выделяют различные семейства, такие как гипоталамические гормоны, рилизинг гормоны гипоталамуса, тахикинины, опиоидные пептиды, нейропептид тирозин (NPY) и связанные с NPY пептиды, вазоактивный интестинальный пептид-глюкагон (VIP) и другие. В последнее время отдельно стали выделять семейство нейропептидов RF-амидной природы, объединенных по особенностям строения, – оканчивающихся карбокситерминальным мотивом аргинина (R) и амидированным фенилаланином (F), которые более полно исследованы на беспозвоночных в сравнении с млекопитающими [2]. Однако сведения о биологической активности пептидов данной группы неоднородны и противоречивы, что затрудняет не только их внедрение в качестве лекарственных средств, но и доклинические исследования эффективности в качестве физиологически активных субстанций.

Цель исследования – обобщить информацию об известных биологических эффектах различных нейропептидов семейства RFамидов и других лигандов непептидной природы, полученных в ходе исследований с использованием фармакологических зондов, и определить их место и перспективность синтеза оптимальных молекул-кандидатов для разработки нейротропных лекарственных средств.

СЕМЕЙСТВО RF-АМИДОВ

Эволюция, нейроанатомия и генетика пептидов семейства RF-амидов на сегодняшний день достаточно подробно обобщена и разработаны структурные формулы непептидных лигандов (рис. 1) [2, 3].

 

Рис. 1. Структурные формулы лигандов нейропептидной системы семейства RF-амидов

 

Нейропептидная система семейства RF-амидов у позвоночных представлена различными пептидами и их рецепторами и по данным литературы характеризуется различными биологическими эффектами в зависимости от группы.

Группа нейропептида FF

Нейропептид FF (NPFF) вместе с холицистокинином, Tyr-MIF₁-связанными пептидами и ноцицептином/орфанином FQ объединяют в категорию антиопиоидных пептидов по их способности противостоять интенсивной активации опиоидной системы с помощью отрицательной обратной связи, что с практической точки зрения может быть использовано при терапии труднокупируемой боли [4]. Такое свойство нейропептида FF обусловлено повышенной экспрессией в участках центральной нервной системы (ЦНС), регулирующих опиоид-зависимую анальгезию (задние корешки спинного мозга и околоводопроводное серое вещество). В экспериментах показано, что антиопиоидное действие NPFF реализуется преимущественно на супраспинальном уровне через оба типа рецепторов NPFF₁ и NPFF₂, в свою очередь, интратекальное введение приводит к развитию анальгезии и потенциации морфиновой анальгезии [4, 5].

Описывая значение нейропептидной системы для дальнейшего дизайна лекарственных средств привычно акцентироваться на рецепторе, однако в случае семейства RF-амидных пептидов это осложняется сложной перекрывающейся сетью взаимодействия между группами пептидов и их мишенями, что по-видимому, является эволюционным механизмом увеличения надежности (табл. 1) [4].

 

Табл. 1. Варианты кросс-взаимодействия пептидов семейства RF-амидов млекопитающих с различными рецепторами Table 1. Variants of cross-interaction of peptides of RF-amide family in mammals with various receptors
Группы пептидов семейства RF-амидов	Рецепторы и их подтипы
NPFF, NPAF	NPFF1/OT7T022, NPFF2/HLWAR77
PrRp	HGR3/GPR10, NPFF2
RFRP1, RFRP-3	NPFF1, NPFF2
Кисспептин	GPR54, NPFF2
QRFP/26RF-амиды	AQ27/GPR103, NPFF2

 

Как видно, NPFF₂ выступает рецептором ко всем нейропептидам семейства, что делает его плейотропной мишенью с потенциально широким спектром целевых и побочных эффектов.

Достаточно обособленным эффектом активации NPFF₂-рецептора, в сравнении с другими рецепторам пептидов семейства RF-амидов, следует считать анксиогенный эффект с активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (ГГН) оси. При интраперитонеальном введении агонист NPFF₂ рецептора AC-263093 в дозе 10 мг/кг, эффективно проникающий через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), активировал ГГН ось, что проявлялось в повышение секреции кортикостерона до 300 и более процентов спустя 50 минут после введения, а также в активации паравентрикулярных нейронов гипоталамуса. При увеличении дозы до 30 мг/кг индуцировались тревожно-подобные состояния без проявлений локомоторной расторможенности, что позволяет рассматривать агонисты NPFF₂-рецептора как новые соединения для моделирования расстройств тревожно-депрессивного спектра, сопровождающихся дизрегуляцией ГГН оси [6], таких как депрессия при нейродегенеративных заболеваниях [7] (рис. 2).

 

Рис. 2. Место NPFF-рецептора 2 подтипа в патогенезе тревожно-депрессивных расстройств, связанных с дизрегуляцией ГГН оси

 

Антагонисты NPFF₂ рассматриваются как мишени для разработки анксиолитиков, что было экспериментально апробировано с использованием высокоселективного NPFF₁/NPFF₂ антагониста GJ14 на модели RFRP-3 индуцированого анксиогенеза [8].

Тесное взаимопереплетение эффектов нейропептидов семейства RF-амидов на репродуктивную функцию, регуляцию стресса и тревоги создает патогенетическую основу для более пристального рассмотрения этих систем в контексте патогенеза стресс-индуцированного бесплодия [9].

Группа 26 RF-амидов

Один из наиболее изученных нейропептидов данной группы – QRFP26 – упоминается в контексте модуляции ноцицептивной системы. При его интратекальном введении развивается антиаллодинический эффект на модели нейропатической боли, а в модели воспалительной боли снижается механическая аллодиния. При интрацеребровентрикулярном введении QRFP26 снижается температурный ноцицептивный порог, а также угнетает поведенческие проявления болевой ажитации в формалиновом тесте. Накопленные экспериментальные данные позволяют заключить, что данный пептид вовлечен в спинальную сенсетизацию [10].

Интрацеребровентрикулярное введение пептидов из группы 26RF-амидов мышам снижает тревожно-подобное поведение в тесте приподнятого крестообразного лабиринта, однако некоторые представители группы (QRFP26) не оказывают такого эффекта. Данное несоответствие может быть обусловлено разностью в аффинности к NPFF₂ [11].

Поскольку рецепторы к 26 RF-амидам экспрессируются в гипоталамических ядрах, вовлеченных в контроль над пищевым поведением, становится возможным объяснить мощные анорексигенные эффекты у грызунов и птиц. На периферии QRFP26 оказывает инсулин-миметическое действие, что объясняется антагонизмом к соответствующим рецепторам. У ряда селективных периферических агонистов также проявляется остеотропное действие, что позволяет рассматривать их как перспективные средства для лечения остеопороза [11].

Группа кисспептина

Кисспептин играет важную роль в стимуляции секреции и продукции в клетках паравентрикулярного ядра гипоталамуса гонадолиберина (гонадотропин-релизинг гормон), регулирующего половое созревание и поведение. При введении кисспептина мышам они начинают активнее взаимодействовать с противоположным полом. Также было выяснено, что введение кисспептина молодым мужчинам повышает активность лимбических структур, ответственных за обработку и реагирование на сексуальные стимулы, что коррелирует с психометрическими измерениями подкрепления, настроения и сексуального отвращения [12, 13].

Следует упомянуть взаимосвязь кисспептина с лептином в контексте патологического функционирования репродуктивной системы. Показано, что при недостаточности жировой ткани (являющейся основным продуцентом гормона лептина), выражающейся в снижении массы тела в период полового созревания на 10%, регистрируется развитие гипогонадотропного гипогонадизма и задержке запуска пубертата. Как оказалось, лептин выступает в качестве положительного модулятора кисспептиновой системы и его дисбаланс изменяет экспрессию гена KISS₁ [14]. Следует упомянуть, что тесная функциональная взаимосвязь между нейрохимическими системами нейрокинина B, динорфина и кисспептина привела к появлению термина KNDy-содержищие нейроны, что диктует необходимость в изучении влияния модуляторов кисспептиновой системы на динорфин и нейрокинин В.

Пациенты с гомозиготными или гетерозиготными мутациями в генах кисспептиновой системы характеризуются тяжелыми формами гипогонадотропного гипогонадизма [14], в свою очередь, активирующие мутации являются причиной преждевременного полового созревания [15].

Существенная роль кисспептина в положительной и отрицательной регуляции гонадолиберин-секретирующих нейронов позволяет рассматривать кисспептиновую систему для разработки терапевтических инструментов для помощи пациентам с центральными вариантами гипогонадизма/гипергонадизма. Антагонисты кисспептиновых рецепторов рассматриваются как средства для предотвращения преждевременной лютеинизации с сохранением базального уровня лютеинезирующего гормона, что может иметь значение для коррекции суперовуляции у женщин. Подавление стимуляции секреции половых гормонов потенциально может быть эффективно при лечении таких заболеваний как эндометриоз, доброкачественная гиперплазия предстательной железы, миома матки, синдром поликистозных яичников и бесплодие вследствие овариальной дисфункции на фоне гиперпролактинемии [16].

Пролактин-релизинг пептиды

Пролактин-релизинг пептиды (PrRPR) названы так в связи с их способностью регулировать секрецию пролактина, однако экспрессия гена происходит не только в области пролактин-продуцирующих клеток, но и в областях контролирующих ноцицепцию: продолговатый мозг, ядро одиночного пути, дорсомедиальное гипоталамическое ядро, базолатеральное миндалевидное ядро, ядро ложа конечной полоски, а также парабрахиальное ядро (Кёлликера-Фюзе). Поскольку пролактин-релизинг пептиды PrRPR действуют через рецепторы NPFF₁/NPFF₂, их профиль эффектов схож с системой нейропептида FF и определяется как антиопиоидный [10].

Регуляция потребления пищи и энергорасхода осуществляется при участии огромного числа нейротрансмиттеров и нейрогормонов. Пролактин-релизинг пептиды оказывают сильный анорексигенный эффект, улучшают толерантность к глюкозе, снижают потребление пищи и усиливают энергетический метаболизм, что рассматривается как новый инструмент для лечения ожирения и сахарного диабета 2 типа [17]. Учитывая, что нейроны ассоциированные с пролактин-релизинг пептидами колокализуются с норадренергическими, можно предположить, что данные нейропептиды выступают в качестве ко-трансмиттера норадреналина [18].

Гонадотропин-ингибирующие пептиды

Гонадотропин-ингибирующий гормон (GnIH) – гипоталамический нейропептид, ингибирующий секрецию гонадотропина через GnIH-рецепторы, действуя на гонадотропы и гонадотропин-релизинг содержащие нейроны. GnIH может быть использован для лечения репродуктивной дисфункции. Важным аспектом работы данной группы семейства RF-амидов считается не только контроль над репродуктивными функциями, но и репродуктивным поведением путем воздействия на синтез нейроэстрогена E2 в преоптической области.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные данные позволили обобщить основные группы семейства RF-амидов и сформулировать их биологические эффекты (табл. 2).

 

Табл. 2. Основные группы семейства нейропептидов RF-амидов и их эффекты Table 2. The main groups of RF-amide neuropeptide family and their effects
Группа	Представители	Биологический эффект
Нейропептид FF	Нейропептид FF Нейропептид AF	Ослабляют морфин индуцированную антиноцицепцию; анорексическое, локомоция и подкрепление, адипогенез
26RF-амиды	43Rfa (QRFP26) 26RF	Регуляция энергетического гомеостаза (аппетит и энергетические расходы), активация гонадотропной оси, локомоторная активация, анальгетический (анти-аллодинический) эффект
Пролактин-релизинг пептиды	PrRP31 PrRP20	Анорексический эффект без воздействия на локомоцию, исследовательское поведение, груминг, регуляция стресс ответа и ноцицепции
Кисспептины	Кисспептин-54 Кисспептин-14 Кисспептин-13 Кисспептин-10	Регуляция репродукции, стимуляция высвобождения гонадолиберина, лютеинизирующего гормона, фолликулостимулирующего гормона, тестостерона. Гипогонадотропный гипогонадизм, сексуальное созревание
Ингибиторы гонадотропина	GnIH RFRP-1 RFRP-3	Регуляция работы нейронов гонадолиберина, питание и сексуальное поведение, энергетический баланс, ослабление морфин-индуцированной антиноцицепции

 

Наиболее убедительные эффекты по влиянию на гипофизарные функции получены для NPFF и пролактин-релизинг гормонов. NPFF продуцируются гигантоклеточными нейронами в супраоптическом и паравентрикулярных ядрах и секретируются нейронами в нейрогипофиз вместе с вазопрессином, в свою очередь пролактин-релизинг гормоны действуют на аденогипофиз и работают по принципу аутокринного/паракринного регулятора.

Семейство пептидов RF-амидной природы открывает широкий потенциал для создания новых лекарственных средств для терапии метаболических (сахарный диабет 2 типа, метаболический синдром), репродуктивных (эндометриоз, метастатический рак простаты), ноцицептивных и аффективных расстройств. Локализация подобных систем преимущественно в гипоталамусе может объяснить природу влияния на ГГН ось и перекрываемость спектров эффектов. Вероятно, для разработки препаратов следует отталкиваться от лигандов к рецепторам, а не от самих нейропептидов.

На нейропептиды возлагали большие надежды в плане лечения нейропсихиатрических расстройств, однако большинство из них не показали убедительных результатов в клинической практике и в настоящее время их рассматривают лишь с позиции аугментации лекарственных средств, не воздействующих на системы нейропептидов. К причинам неудачи внедрения нейропептидов в клиническую практику можно отнести неразработанность оптимальных фармакофоров, способных эффективно воздействовать на рецепторы нейропептидов.

На сегодняшний день несколькими фармкомпаниями предложены лиганды к рецепторам RF-амидов непептидной природы с различными фармакофорами. Компанией Actelion Pharmaceuticals предложен тетрагидробензотиазоловый фармакофор, где некоторые представители демонстрируют наномолярный аффинитет по отношению к NPFF₁ рецептору, достигающий у лучших образцов 0,2 нМ, но с неизвестной степенью селективности NPFF₁/NPFF₂. Данной компанией также был предложен гидразин-гуанидиновый фармакофор с хорошей связываемостью с NPFF₁ рецептором. В свою очередь Acadia Pharmaceuticals и Synaptic Pharmaceuticals использовали подобный фармакофор с небольшими модификациями и разработали селективные парциальные агонисты для NPFF₂ и NPFF₁ рецептора, однако из всех представителей только два образца продемонстрировали дозозависимое снижение гипералгезии в различных in vivo тестах на грызунах и представляют интерес для дальнейшего изучения в доклинике. Компания Kyowa Hakko Kogyo разработала фармакофор на основе индола, соединенного через углеводородный линкер с пирролидином. Один из опытных образцов был настолько эффективен в плане характеристик связывания с рецептором, что в нем определили молекулу-кандидата для клинических исследований, но из-за высокой липофильности его фармакокинетический профиль оказался неудовлетворительным. В патенте компания Taisho Pharmaceutical был представлен фармакофор из срощенного имидазол-пиразинового и пиперидинового кольца с широкой вариацией аффинитета к рецептору NPFF (подтип не указан). При этом отсутствие убедительных данных, хотя бы in vitro, доказывающих значимое сродство к рецептору, его селективность и ADME-свойства, не позволяют рекомендовать данную группу для дальнейшего изучения в доклинике [19].

Структурные формулы наиболее перспективных молекул-кандидатов для разработки лекарственных средств тропных к рецепторам RF-амидов представлены в табл. 3.

 

Табл. 3. Структурные формулы лигандов рецепторов RF-амидов, предложенные различными фармацевтическими компаниями Table 3. Structural formulae of ligands of RF-amides recommended by different pharmaceutical companies
Фармакофоры лигандов рецепторов RF-амидов	Структурная формула образца
Тетрагидробензотиазоловый фармакофор
Гидразин-гуанидиновый фармакофор
Гидразин-гуанидиновый фармакофор
Гидразин-гуанидиновый фармакофор
Фармакофор на основе индола, соединенного через углеводородный линкер с пирролидином
Фармакофор из срощенного имидазол-пиразинового и пиперидинового кольца

 

Таким образом, определяя место RF-амидов в разработке будущих лекарственных средств, следует сделать акцент на комплексности их действия, проявляющегося антиопиоидным потенциалом, тропностью к ГГН-оси, сцепленному эффекту на репродуктивные функции и метаболический гомеостаз, а также влиянию на аффективный фон. Одним из наиболее перспективных направлений следует считать разработку непептидных лигнадов к рецепторам семейства RF-амидов, целесообразность которого обусловлена контекстом лечения генетически детерминированных дефектов данной системы, либо сложными расстройствами, включающими метаболические, репродуктивные и аффективные нарушения и характеризующиеся определенной патофизиологической связью на уровне гипоталамической регуляции.

About the authors

Oleg A. Yakovlev

State Scientific Research and Test Institute of Military Medicine, Ministry for Defense of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: gniiivm_15@mil.ru

Researcher at the Research Department

Russian Federation, Санкт-Петербург

Nikolai G. Vengerovich

State Scientific Research and Test Institute of Military Medicine, Ministry for Defense of the Russian Federation;Saint Petersburg State Chemical Pharmaceutical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: nikolai.vengerovich@pharminnotech.com
ORCID iD: 0000-0003-3219-341X
SPIN-code: 6690-9649
Scopus Author ID: 55639823300
ResearcherId: U-3467-2019
http://eco.pharminnotech.com/sotrudniki-kafedry/vengerovic-nikolaj-georgievic

Doctor of Medical Science, Deputy Head of Department, Professor at the Industrial Ecology Department

Russian Federation, Санкт-Петербург

Aleksandr S. Nikiforov

State Scientific Research and Test Institute of Military Medicine, Ministry for Defense of the Russian Federation

Email: gniiivm_15@mil.ru
SPIN-code: 3169-7701

Doctor of Biol. Sciences, Associate Professor, Leading Researcher

Russian Federation, Санкт-Петербург

Maria S. Vakhviyaynen

State Scientific Research and Test Institute of Military Medicine, Ministry for Defense of the Russian Federation

Email: gniiivm_15@mil.ru

junior researcher at the Research Department

Russian Federation, Санкт-Петербург

References

Supplementary files