Реферат: Медико-химические подходы к направленному поиску препаратов для лечения и предупреждения болезни альцгеймера

©С.О. Бачурин
УДК: 615.21
МЕДИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К НАПРАВЛЕННОМУ ПОИСКУ ПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ БОЛЕЗНИ АЛЬЦГЕЙМЕРА
С.О. БАЧУРИН

Институт физиологически активных веществ РАН, 142432 Черноголовка, Московская область. Факс: 095-913-2113. Электронная почта: bachurin@ipac.ac.ru

В обзоре проведен анализ и обоснование с позиций медицинской химии принципов направленного поиска препаратов, разрабатываемых для лечения и предупреждения болезни Альцгеймера и родственных нейродегенеративных расстройств. Проведена систематизация имеющихся данных о биохимических и структурных закономерностях взаимодействия физиологически активных веществ с биологическим аппаратом нервной системы, участвующим в развитии болезни Альцгеймера и сходных патологий. Основное внимание при этом уделено холинмиметическому, антиамилоидному и антиметаболическим направлениям исследований на основании результатов, опубликованных в научной литературе за последние 3-4 года и данных по клиническим испытаниям препаратов, приведенным в интернете по состоянию на конец 2000 г.

^ Ключевые слова: амилоид, болезнь Альцгеймера, нейропротекторы, стимуляторы когнитивных функций.

ВВЕДЕНИЕ. Среди широкого спектра различных нейродегенеративных заболеваний (НЗ) особое место по своему негативному значению для общества играет болезнь Альцгеймера (БА). Характерной особенностью БА является постепенное неуклонное прогрессирование расстройств памяти и высших корковых функций вплоть до полного распада интеллекта и психической деятельности [1]. БА является наиболее распространенной формой деменций в пожилом возрасте и поражает от 3% лиц в возрасте 65 лет до 30-35% в возрасте старше 85 лет, что составляет в целом более 20 млн. человек во всем мире [2]. Имеющиеся статистические данные дают основание считать БА, наряду с сердечно-сосудистыми и онкологическими заболеваниями, одной из наиболее серьезных медицинских проблем в развитых странах. Проблема старческого слабоумия является крайне актуальной также и для нашей страны. Так, проведенные в НЦПЗ РАМН эпидемиологические исследования показали, что 4,5% (более 70 тыс. чел.) московского населения в возрасте 60 и старше лет страдают деменцией альцгеймеровского типа, причем у 1,8% обследованных (более 30 тыс. чел.) выявлены выраженные и тяжелые, т.е. требующие постороннего ухода и надзора, формы слабоумия. Экстраполяция полученных данных на население старших возрастов России в целом позволяет говорить о том, что уже в настоящее время общая численность больных, страдающих болезнью Альцгеймера, в России приближается к 1,4 млн. человек [3].

В настоящее время для лечения БА используется около десяти препаратов, большая часть которых имеет выраженное холиномиметическое действие. Основной фармакологический эффект этих соединений направлен на улучшение когнитивных способностей, сниженных при БА за счет гипофункции холинэргической нейромедиаторной системы, а их нейропротективные свойства выражены довольно слабо. Вместе с тем, особый интерес в настоящее время уделяется подходам, которые опираются на представления о молекулярных механизмах развития БА, и позволяют направленно создавать препараты, сочетающие в себе когнитивно-стимулирующие и нейропротекторные свойства [4].

Как известно, основными нейропатологическими характеристиками БА считается наличие характерных сенильных бляшек (СБ), связанных с бета-амилоидным пептидом, нейрофибриллярных филаментов (НФ), а также выраженная дегенерация нейронов преимущественно в области гиппокампа и базальных ядер Мейнарта. В плане нейромедиаторной специфичности БА характеризуется выраженной деградацией холинэргической системы и нарушением функций ряда других нейромедиаторных систем, в частности, глутаматэргической и серотонинэргической.

В соответствии с выявленными морфологическими и биохимическими характеристиками этой патологии стратегия поиска препаратов для лечения БА может быть представлена следующими основными направлениями:

холиномиметические средства, направленные на прямую компенсацию гипофункций холинэргической системы при БА;

препараты, действующие на процессы образования и свойства бета-амилоидного пептида;

препараты, защищающие нервные клетки от токсических метаболитов, образующихся в ходе нейродегенеративных процессов;

препараты, активирующие другие нейромедиаторные системы и опосредованно компенсирующие дефицит холинэргических функций;

препараты, действующие на процесс образования НФ;

противовоспалительные препараты, действие которых направлено на купирование негативного ответа нервных клеток на патологический процесс.

В рамках данной работы предпринята попытка анализа и медико-химического обоснования принципов направленного поиска препаратов, разрабатываемых для лечения и предупреждения БА и сходных нейродегенеративных расстройств на основе систематизации имеющихся данных о биохимических и структурных закономерностях взаимодействия физиологически активных веществ с биологическим аппаратом нервной системы, участвующим в развитии подобных патологий (в англо-язычной литературе по медицинской химии этот подход получил название "mechanism-based approach"). При этом главное внимание уделено холинмиметическому, антиамилоидному и антиметаболическим направлениям исследований на основании результатов, опубликованных в научной литературе за последние 3-4 года и данных по клиническим испытаниям препаратов, приведенным в Интернете по состоянию на 01.11.2000 на сайте http://www.alzforum.org/members/research/drugs/index.html

1. Холиномиметические средства для лечения БА

Холинэргическая гипотеза патогенеза БА, сформулированная около 20 лет назад [5], опирается в основном на следующие экспериментальные наблюдения: наличие существенного дефицита маркеров холинэргических нейронов в лимбической и височно-теменной областях коры большого мозга больных БА; значительный когнитивно-стимулирующий эффект у многих холиномиметических препаратов; частичная компенсация гипофункции холинэргической системы при интрацеребральной трансплантации фетальных холинэргических клеток. В соответствии с этой гипотезой для лечения БА, в первую очередь, для улучшения когнитивных функций у больных БА к настоящему времени предложен целый спектр подходов основной целью которых является компенсация, тем или иным путем, дефицита активности холинэргической нейромедиаторной системы в ЦНС (рис. 1).



Рисунок 1.
Основные мишени и агенты холиномиметической терапии БА.
Обозначения: АХ - ацетилхолин; АХЭ - ацетилхолинэстераза; ВАХЗ - система высокоаффинного захвата холина; Н3-ГР - подтип Н3 гистаминовых рецепторов; М1ХР - подтип М1-мускариновых холинорецепторов; М2ХР - подтип М2-мускариновых холинорецепторов; Н-ХР - никотиновые холинорецепторы (подтип 7a4b)

^ 1.1. Ингибиторы ацетилхолинэстеразы (АХЭ)

Ингибиторы холинэстераз (ИХЭ) являются исторически первой и наиболее развитой группой препаратов, предложенных для лечения БА. В рамках классических представлений о роли АХЭ в нейромедиаторной передаче считается, что основной эффект ИХЭ связан с увеличением времени действия и концентрации нейромедиатора ацетилхолина (АХ) в межсинаптическом пространстве, за счет чего потенциируется активация холинэргических рецепторов, сниженная при патологии типа БА.

Эффективность действия ИХЭ зависит, однако, от целостности пресинаптических нейронов и, очевидно, будет снижаться на более глубоких стадиях заболевания, когда общее количество терминалей холинэргических нейронов резко снижается.

Препараты первого поколения ИХЭ, такие как физостигмин (Physostigmine), такрин (Tacrine или Cognex) или амиридин, разработанный в России в ГИАП и ВНЦБАВ (в настоящее время производится в Японии фирмой Nikken под названием NIK-247) неселективно ингибировали АХЭ по отношению к другому ферменту этой группы - бутирилхолинэстеразе (БуХЭ) и проявляли низкую органоспецифичность. Помимо ингибирования холинэстераз (ХЭ) амиридин и такрин блокируют калиевую и в меньшей степени натриевую проницаемость мембран, обладают м-холиномиметическим и седативным эффектом. Клинический эффект этих препаратов является умеренным (такрин, к примеру, улучшал память и когнитивные функции только у 20-30% больных БА) и проявляется медленно. Побочные эффекты, в частности, гепатотоксичность у этих препаратов достаточно явно выражены и в значительной степени определяют ограничение их применения. Вместе с тем, гепатотоксичность и седативные свойства у амиридина выражены слабее, чем у такрина, что делает его более перспективным в плане хронического применения.

Один из применяемых подходов к улучшению переносимости препаратов класса ИХЭ предполагает увеличение селективности ингибирования АХЭ по отношению к БуХЭ, что должно понижать периферическую токсичность этих соединений. Эти принципы были реализованы при разработке препаратов ИХЭ второго поколения, таких как арисепт (Aricept, Memac или Donepezil), предложенный фирмами Pfizer и Eisai, препарат галантамин (Galanthamine), фирмы Jenssen, или эптастигмин (Epastigmine), фирмы Mediolanum, проявляющих выраженную селективность по отношению к АХЭ.

Другой подход, успешно воплощенный фирмой Novartis на препарате экселон (Exelon, Rivastigmine, ENA 713), заключается в создании веществ с выраженной региоселективностью, обеспечивающей селективное ингибирование АХЭ мозга по сравнению с переферическими формами холинэстераз. Все эти препараты переносятся существенно лучше чем такрин и проявляют наибольшую эффективность на ранних и умеренных стадиях БА. Альтернативой этой стратегии может считаться разработка ИХЭ с оптимальной фармакокинетикой. Практически это может быть реализовано путем создания "про-лекарств", медленно высвобождающих в кровь активный компонент за счет чего достигается "мягкое", но длительное ингибирование ХЭ. Примером такого лекарства может служить препарат метрифонат (Metrifonate), разработанный фирмой Байер, представляющий собой про-форму ингибитора АХЭ - диметил-2,2-дихлорвинилфосфата, а также новая форма препарата физостигмин, отличающаяся медленной фармакокинетикой высвобождения активного компонента ("sustained-release"), предложенная фирмой Synaton Forest Laboratories.

Наряду с синтетическими ИХЭ для лечения БА предложен препарат гуперзин А (Huperzine A), представляющий растительный алкалоид, применяемый в китайской медицине в качестве жаропонижающего средства.

Несмотря на то, что ИХЭ второго поколения имеют существенные различия в специфичности, они проявляют близкий спектр побочных эффектов. Это дает основание предположить, что селективность ингбирования ХЭ не является определяющим условием в переносимости препаратов ИХЭ. Очевидно, что принципиальным лимитирующим фактором на пути создания оптимальных лекарств этого класса служит сама мишень их действия – фермент АХЭ, ингибирование которого в значительной степени определяет нежелательные токсические и депрессивные эффекты подобных препаратов.

На рис. 2 приведены структурные формулы некоторых из перечисленных ИХЭ.





Рисунок 2.
Структуры некоторых ингибиторов АХЭ, предлагаемых для лечения БА.

Помимо "классического" холиномиметического действия ИХЭ, реализующегося в стимулировании когнитивных функций за счет компенсации холинодефицита в ЦНС, в последние годы получены результаты, позволяющие считать, что ИХЭ способны влиять на процессы амилоидоза при БА. Как правило, это связывают с тем, что ингибирование АХЭ приводит к дополнительной активации мускариновых холинорецепторов, участвующих в процессинге белка-предшественника амилоидного пептида, инициирующего каскад нейродегенеративных процессов в мозге (подробно об этом будет говориться далее). В ряде работ было также показано, что АХЭ может влиять на трансформацию бета-амилоидного пептида в токсическую - агрегированную форму [6]. Аналогичные соображения высказывались об участии БуХЭ в процессе образования компактных форм амилоидных бляшек в мозге больных БА [7]. Таким образом, помимо прямого холиномиметического действия, ингибирование ХЭ может нести нейропротекторный компонент, что представляет несомненный интерес с точки зрения разработки комплексных средств для лечения БА.

^ 1.2. Лиганды мускариновых холинорецепторов (мХР)

Изначально основным стимулом поиска средств для лечения БА в ряду лигандов мХР являлись те же посылки, что и в случае с ИХЭ - необходимость компенсировать дефицит холинэргической иннервации, характерный для данной патологии. Вместе с тем необходимо отметить, что данные о количестве и свойствах мХР при БА достаточно противоречивы и простое "возмещение" сниженной активности холинорецепторной системы не позволяет объяснить нейропротекторную активность лигандов мХР. К настоящему времени достоверно установлено, что мХР участвуют в процессах регуляции процессинга белка-предшественника бета-амилоида (АРР), в связи с чем возникает новый аспект положительного действия агонистов этих рецепторов на ранних стадиях БА [8]. Механизм подобного нейропротекторного действия агонистов мХР можно представить следующим образом. Известно, что все холинорецепторы осуществляют свои эффекты через G-белки, при этом М1, М3 и М5 подтипы мХР стимулируют гидролиз фосфоинозитида (ФИ) через активацию фосфолипазы С (ФЛС), тогда как М2 и М4 подтипы ХР участвуют в ингибировании аденилатциклазной активности. В то же время, G-белок-связанные рецепторы на мембране нейронов регулируют процесс расщепления белка-предшественника бета-амилоида (АРР). Можно считать, что активация М1 подтипа ХР приводит к ФЛС-катализируемому гидролизу фосфоинозитида с образованием диацилглицерола, который активирует протеинкиназу С (ПКС), обеспечивающую фосфорилирование АРР, что является триггером процессинга АРР с выделением секретируемой формы амилоидного пептида. Таким образом, опосредованная через мХР активация фосфорилирования АРР приводит к увеличению секретируемой (трофической) формы амилоида и, что особенно важно, к снижению образования бета-формы амилоида. Гипоактивность мХР, либо разобщение в функционировании комплекса мХР/G-белок ведет к дезактивации ФКС, нарушению фосфорилирования АРР и увеличению выхода патологической формы амилоидного белка.

В ранних работах по исследованию когнитивно-стимулирующих свойств полных агонистов мХР отмечалась их относительно слабая терапевтическая эффективность вследствии низкой биодоступности и наличие целого ряда побочных эффектов. В настоящее время принято считать, что нежелательное побочное действие полных агонистов мХР связано со стимуляцией периферических М2 и М3 подтипов мХР. В этой связи, и с учетом ранее сделанных замечаний о протекторном аспекте действия лигандов мХР, наиболее перспективными представляются специфические агонисты М1 подтипа мХР, который преобладает в ЦНС, а также вещества сочетающие свойства агонистов М1 и антагонистов М2 подтипа ХР [9].

Положительное отличие агонистов мХР от ИХЭ заключается в том, что эффективность их действия не зависит от степени деградации пресинаптических терминалей холинэргических нейронов. Необходимо отметить также, что агонисты мХР оказывают значительно большее влияние на некогнитивные симптомы БА, чем ИХЭ.

Принципиальное ограничение эффективности действия этого класса препаратов связано с участием мХР в активации экспрессии гена АХЭ, что приводит к формированию отрицательной обратной связи в холинэргической нейромедиаторной передаче [10].

К числу наиболее хорошо исследованных препаратов этого класса относятся следующие соединения:

ксаномелин (Xanomeline, Eli Lilly) - селективный агонист M1 и M4 подтипов мХР, который в форме препарата кожно-резорбтивного действия находится на 2-й фазе клинических испытаний.

производные хинуклидина: препарат AF102B и его аналоги, разработанные в группе A. Fisher, а также препарат SB 202026 (Sabcomeline или Memric), являющиеся частичными агонистами М1 подтипа ХР

Все эти соединения показали хорошие результаты на различных моделях БА и находились на 3-й фазе клинических испытаний на больных БА. Однако по данным приведенным в Интерненте на ноябрь 2000г. их дальнейшие исследования приостановлены.

Структуры перспективных лигандов мХР приведены на рис. 3.



Рисунок 3.
Структуры лигандов ХР, проходящие испытания в качестве средств для лечения БА.

^ 1.3. Лиганды никотиновых холинорецепторов (нХР)

Как известно, никотиновые холинорецептры (нХР) представляют собой подгруппу холинорецепторов, непосредствено связанную с хемоуправляемыми ионными каналами и играющую важную роль в обеспечении когнитивных процессов в мозге. нХР мозга подразделяются на два класса - альфа (по крайней мере 6 подтипов: a2-a7) и бета (b2-b4). Как правило, нейрональные нХР состоят из двух альфа-субъединиц и трех бета-субъединиц, формирующих канал-образующий пентамерный комплекс.

Исключение составляет лишь a7 подтип нХР, участвующий в регуляции кальциевого гомеостаза в нейронах и играющий значительную роль в процессах обучения и памяти. По данным авторадиографии и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) у больных БА отмечено существенное падение общего числа связывающих участков нХР, которое сильно варьирует по различным областям мозга и достигает 70% в области коры. Важно, что снижение содержания нХР отмечается уже на ранних стадиях БА, вероятно, еще до развития необратимых нейродегенеративных процессов в мозге [11]. Хотя взаимосвязь между состоянием нХР и развитием БА отмечалась уже давно, конкретные успехи в определении стратегии поиска средств для лечения БА в ряду лигандов нХР были достигнуты лишь в последние годы [12]. В частности, в опытах на культуре клеток было обнаружено, что хроническое воздействие агонистами нХР приводит к увеличению числа связывающих участков по типу "upregulation" и коррелирует с аффинностью агонистов. Особенно перспективными с точки зрения фармакологического воздействия являются, очевидно, специфические агонисты a7 и a4b2 подтипов нХР. Так, установлено, что ряд селективных агонистов a7-нХР проявляют выраженные когнитивно-стимулирующие свойства на моделях деменции типа БА в опытах на животных. В ряде работ было показано, что активация a7 и a4b2 подтипов АХР позволяет защитить нейроны от токсического действия бета-амилоида, а также иксайтотоксичности глутамата [13]. В то же время необходимо отметить, что конкретных примеров препаратов, предложенных для лечения БА на основе лигандов нХР, известно очень мало. В частности, можно привести вещество АВТ418, являющееся селективным агонистом a4b2 нХР (компания Abbott), проходившим клинические испытания 2-й фазы на больных БА, и ряд его аналогов (А-98284, А-85380, А-84543), находящихся на стадиях лабораторных испытаний.

Прошел предварительную регистрацию в качестве средства для лечения БА препарат нефирацетам (Nefiracetam, Translon), когнитивно-стимулирующий эффект которого связывают с активацией нХР, стимуляцией активности холин-ацетилтрансферазы, а также способностью к быстрому (при субмикромолярных) и долговременному (при микромолярных концентрациях) угнетению АХ-вызванных токов. В качестве потенциальных средств для лечения БА заявлен известный агонист нХР анабазин, а также алкалоид эпибатин, выделяемый из кожи ядовитой южноамериканской лягушки и ряд его производных. По данным экспериментов на культуре клеток препараты класса ИХЭ такрин и арисепт, а также некоторые эстрогены снижают токсичность бета-амилоида в опытах in vitro по механизму активации нАХР. Структуры некоторых отмеченных лигандов нХР приведены на рис. 3.

Принципиальным ограничением, которое может возникнуть при разработке терапевтических средств на основе лигандов нХР, является быстрая десенситизация рецепторов при действии агонистов нХР.

^ 1.4. Средства, влияющие на синтез и релиз ацетилхолина (АХ)

Важным направлением работ в области создания холиномиметических препаратов, компенсирующих дефицит холинэргической системы является поиск соединений, способных стимулировать синтез и релиз ацетилхолина. По механизму действия эти вещества можно условно разделить на две группы.

^ 1.4.1. Биохимические предшественники АХ

В основе холиномиметического действия подобных препаратов лежит увеличение пула предшественника АХ - холина. К числу веществ с таким механизмом когнитивно-стимулирующего действия можно отнести экзогенный холин, лецитин, фосфатидилхолин. Наиболее известным препаратом этой группы является глиатилин (Gliatilin, фирма Italfarmaco, или Brezal фирмы Sandoz), разрешенный к применению в России. Иногда к этой группе относят препарат ALCAR (ацетил-L-карнитин, фирмы Sigma-Tau), который в настоящее время находится на 3-ей фазе клинических испытаний на больных БА. Ацетил-L-карнитин однако не является истиным предшественником АХ, а действует скорее как слабый агонист ХР, но, самое главное, способствует нормализации метаболизма липидов, и стабилизирует работу митохондрий.

^ 1.4.2. Стимуляторы релиза ацетилхолина

Стимулирование релиза ацетилхолина может осуществляться по разным механизмам. В качестве примера можно отметить действие препарата линопидина (Linopirdine, DuP 996), который проходил 3-ю фазу клинических испытаний. Как было показано, механизм АХ-высвобождающего действия линопидина предусматривает селективное ингибирование М-типа калиевых каналов на пресинаптических окончаниях холинэргических нейронов при микромолярных концентрациях и неселективное ингибирование ряда других типов потенциал-управляемых кальций-зависимых каналов при высоких концентрациях [14]. Другой механизм стимуляции высвобождения АХ реализуют антагонисты Н3 гистаминовых рецепторов (Н3-ГР) – одного из подтипов ГР, локализованного на пресинаптических терминалях гистамин- и негистаминэргических нейронов в центральной и периферической нервной системе. Так, селективные антагонисты Н3-ГР ряда 4-замещенных производных имидазола: тиоперамин (Thioperamine) и клобенпропит (Clobenpropit), разработанные фирмой Glaxo Wellcome, а также препарат GT-2016 фирмы Gliatech, проявили высокие когнитивно-стимулирующие свойства в преклинических испытаниях на животных моделях деменции. Хорошие результаты в предварительных испытаниях проявили также ряд других производных имдазола, в частности вещества Iodoproxyfan и UCL-1390 фирмы INSERM а также препарат AQ-0145, синтезированный совместно фирмой Green Cross и Университетом Tohoku (Япония).

Альтернативой рецептор-управляемому релизу АХЭ является механизм стимуляции его выброса за счет усиления захвата пресинаптическими терминалями эндогенного холина, образующегося за счет ферментативного разложения АХ под действием АХЭ. Среди препаратов этого плана наибольшие успехи были получены при испытаниях вещества МКС-231 (фирма Mitsubishi Chemical), которое является активатором системы высокоаффинного захвата холина - ключевого звена в ресинтезе АХ.

На рис. 4 приведены структуры некоторых препаратов, отмеченных в этом разделе.



Рисунок 4.
Структуры соединений, влияющих на синтез и релиз АХ.

^ 2. Фармакологические подходы к терапии БА, основанные на представлениях о роли бета-амилоида в патогенезе БА

В ряду многочисленных предположений об этиопатогенезе БА особое место занимает гипотеза о ключевой роли бета-амилоидного пептида (бета-амилоида, АРb) в развитии нейродегенеративных процессов при БА [15]. За последние 10 лет в литературе накоплен огромный фактический материал по различным аспектам бета-амилоидного каскада. И хотя до настоящего времени многие вопросы в этой области остаются не решенными, в целом анти-амилоидная стратегия поиска новых препаратов и способов коррекции БА рассматривается как наиболее перспективная и обоснованная [16, 17].

В соответствии с современными представлениями о патогенезе БА ключевым звеном развития нейродегенеративных процессов в мозге представляется образование патологической формы амилоидного пептида (АР) из белка предшественника (АРР). В "нормальных условиях" АР секретируется преимущественно в растворимой форме (sAPPa) в результате действия a-протеаз и несет трофические функции. С возрастом, либо при наличии мутаций в гене АРР происходит изменение механизма расщепления этого белка, приводящее к снижению уровня sAPPa и образованию бета-формы пептида (APb) под действием b- и g-протеаз. Известно, что APb может образовываться в нескольких формах, отличающихся по числу аминокислотных остатков, а именно: APb40, APb42, APb43. Дальнейшая агрегация АРb приводит к образованию нерастворимых (компактных форм) фибрилл, участвующих в формировании сенильных бляшек. Считается, что пептиды APb42 и APb43 способны оказывать токсические эффекты на нейроны будучи как в растворимом, так и в агрегированном состоянии, в отличие от пептида APb40, который может проявлять нейротоксическое действие только в агрегированной форме [18].

Что касается конкретных механизмов нейродегенерации, вызванной бета-амилоидом, то обычно отмечают нарушение кальциевого гомеостаза, усиление окислительного стресса, потенциацию токсичности возбуждающих нейромедиаторных аминокислот (ВАК), а также инициирование процессов апоптоза.

В соответствии с предполагаемым механизмом образования и действия АРb в настоящее время активно рассматривается целый спектр подходов к предупреждению и коррекции развития АРb-вызванной нейродегенерации клеток. Ниже проводится краткая систематизация основных групп потенциальных и уже используемых препаратов для лечения деменции типа-БА, по их месту действия в амилоидном каскаде.

^ 2.1. Ингибирование образования АРb

Очевидно, что одними из наиболее привлекательных участков для действия препаратов, блокирующих развитие каскада нейродегенеративных процессов, является стадия образования АРb из белка предшественника АРР. Как уже отмечалось ранее, процессинг АРР регулируется активацией мХР, опосредуемой через протеинкиназы, а экспрессия АРР стимулируется рядом эндогенных факторов, в т.ч. цитокинами, некоторыми нейротрофическими факторами (BFGF, EGF), эстрогенами, стрессовыми условиями (травма, фокальная ишемия др.) [16]. Известно, что процесс формирования АРb включает две стадии: внутриклеточный протеолиз под действием b-секретаз, формирующий амино-терминальный остаток АРb, и экстраклеточное расщепление под действием g-секретаз по С-терминальному остатку АРb [19]. Еще до недавнего времени достоверных сведений о природе и свойствах истиных b- и g-протеаз, выщепляющих АРb из белка предшественника не имелось. В конце 1999 г. появилось первое сообщение об идентификации b-секретазы участвующей в процессинге АРb [20], что дает основание для направленного поиска специфических блокаторов этого процесса. В отношении гамма-секретазы такой ясности пока нет. В качестве вероятных кандидатов на эту роль рассматривались различные известные протеазы, в том числе кальпаин, катепсин D. Высказано предположение, что нейропротекторные свойства церебролизина (Cerebrolysin) в существенной мере определяются его свойствами ингибитора кальпаина II. Твердо установлено, однако, что определяющую роль в обеспечении активности этого фермента играет белок пресинилин I, что может быть использовано для поиска нейропротекторных препаратов направленных на блокаду патологического процессинга АРР [21].

В литературе имеется много данных, полученных, как правило, на культуре клеток, о возможности регуляции образования АРb химическими агентами (структурные формулы некоторых соединений подобного действия приведены на рис. 5). Механизм действия этих соединений, однако, существенно различается. Так, монензин (Monensin) и брефелдин А (Brefeldin A), по всей видимости, снижают образование АРb путем дестабилизации рН-градиента и/или везикулярного транспорта. Понятно, что подобная неселективность в механизме действия делает маловероятным создание на их основе реальных терапевтических средств. Значительно больший интерес привлекает бафиломицин (Bafilomycin A) и его аналоги, которые высокоэффективно (EC50=50нM) и селективно блокируют образование АРb по механизму опосредованного ингибирования b-секретазной активности, предотвращая лизосомальное подкисление путем ингибирования АТФ-азы V-типа. Другой механизм, приводящий к понижению образования АРb, реализуют соединения пептидной природы MDL-28170, леупептин (Leupeptine) и E-64, которые стабилизируют С-терминальный фрагмент АРb путем прямого или косвенного ингибирования g-секретазной активности. Недавно появилась первая публикация о возможности эффективного ингибирования функциональной активности g-секретазы и снижения уровня АРb в мозге в экспериментах in vivo на трансгенных мышах [22]. В качестве ингибиторов наиболее эффективными оказались эфиры N-арил-аланина.



Рисунок 5.
Структуры соединений, влияющих на образование АРb.

Интересной альтернативой указанным направлениям ингибирования патологического процессинга АРР является действие препаратов, стимулирующих нормальное расщепление АРР с образованием трофической формы sAPPa. Так, установлено, что стимуляция 1a подтипа метаботропных глутаматных рецепторов увеличивает образование sAPPa, что может быть использовано в качестве рациональной стратегии предотвращения развития АРb-индуцируемой патологии альцгеймеровского типа [23].

^ 2.2. Вещества, влияющие на процессы агрегации-дезагрегации АРb и связывающие АРb

Переход АРb из растворимой в агрегированную форму считается обязательным условием проявления им нейродегенеративных свойств. В этой связи, средства, замедляющие или обращающие этот процесс, могут рассматриваться в качестве потенциальных анти-альцгеймеровских препаратов с нейропротекторным типом действия. Предполагается, что в основе процесса фибрилизации АРb лежит способность этой формы амилоида образовывать b-складчатые олигомерные структуры [24]. Поэтому естественным представляется направленный поиск веществ, способных препятствовать формированию b-складчатых агрегатов (т.н. "b-sheet breaker"). Показано, что подобные свойства проявляют ряд синтетических пептидов, представляющих сокращенные или модифицированные варианты самого АРb. В частности, пентапептид KLVFF, являющийся фрагментом АРb с последовательностью аминокислот 16-20, а также ряд его модифицированных аналогов: LPFFD, LPYFD, RDLPFYPVPID [25]. Главным недостатком этих соединений в плане их практического использования является слабое проникновение в мозг через ГЭБ, что отмечают сами авторы, а также возможные побочные (в частности, аллергические) реакции.

Среди веществ не пептидной природы, способных уменьшать агрегацию и депонирование фибриллярных образований АРb в мозге, необходимо отметить ряд синтетических глюкозаминогликанов и эндогенных протеогликанов. В частности, установлено, что гликопротеин ламинин (Laminin), экспрессируемый в мозге после травм, а также некоторые его производные в опытах на культуре клеток ингибируют образование b-фибрилл и индуцируют их дезагрегацию. Аналогичные свойства проявляют ряд вновь синтезированных бензофуранов, антибиотик рифампицин (rifampicin), применяемый при лечении туберкулеза и проказы, некоторые производные тетрациклинового ряда, в частности, ролитетрациклин (rolitetracycline), дауномицин (daunomycin), которые связываются с АРb и таким образом блокируют процесс образования амилоидных фибрилл. С помощью докинг-моделирования установлено, что эти вещества способны формировать сходный трехмерный фармакофор, который, по всей видимости, участвует во взаимодействии с АРb [26].

В последние годы появились работы, указывающие на участие ферментов класса ХЭ в процессе агрегации. В частности, показано, что АХЭ ускоряет переход растворимого АРb в фибриллярные комплексы, при этом существенную роль играет взаимодействие АРb с перифирическим центром связывания АХЭ. Интересно, что образующийся при этом комплекс АХЭ-АРb сам обладает нейротоксическими свойствами, причем наиболее токсичен комплекс с формой АРb40 [6]. В этой связи возникает новый аспект терапевтического действия ингибиторов АХЭ, поскольку блокируя взаимодействие этого фермента с АРb они могут выступать в качестве нейропротекторов.

Значительной интерес привлекают исследования эндогенных механизмов регуляции процесса образования амилоидных фибрилл, в первую очередь, роли и функции аполипопротеина Е (apoЕ) в этом процессе. Известно, что белок apoЕ существует в нескольких изоформах (Е2, Е3, Е4) и играет ключевую роль в метаболизме липидов и липопротеинов. Установлено, что наличие аллели e4 АРОЕ гена является одним из важнейших генетических факторов риска БА. В качестве одного из возможных механизмов реализации нейродегенеративно-инициирующих свойств apoЕ4 рассматривается его способность усиливать фибрилогенез АРb и снижать его выведение из межклеточного пространства [27, 28]. С другой стороны, недавно получены веские основания предполагать наличие протекторных функций у белка apoJ, который стимулирует накопление в ЦНС трофической формы амилоида sAPPa [29]. Возможность воздействовать на apoЕ/apoJ-регулируемый процесс формирования и депонирования в мозге амилоидных фибрилл представляется в настоящее время заманчивой, но пока не реализованной на практике стратегией предотвращения развития БА.

Другим направлением поиска способов коррекции патологии типа БА является использование антител к АРb (АТАРb). Сами АТАРb уже давно рассматриваются в качестве вероятного маркера для диагностики БА, однако терапевтические возможности иммунных методов коррекции БА появились лишь в самое последнее время. Сначала в опытах на трансгенных мышах (линии PDAPP, имеющей повышенный уровень продуцирования АРb42 и повышенный уровень отложения амилоидных бляшек) было установлено, что иммунизация амилоидом АРb42 приводит к предотвращению отложения амилоидных бляшек у молодых животных и к существенному снижению уровня бляшек у старых животных [30]. Предполагается, что иммунизация АРb вызывает усиленное образование АТАРb, которые связывают и "выводят" из амилоидных отложений основной их компонент - эндогенный АРb, что инициирует общую дестабилизацию и разрушение сенильных бляшек. Далее, возможность успешного применения антител для предотвращения токсического действия АРb была продемонстрирована в экспериментах с искусственными антителами IgM508 к фрагментам белка АРР. При этом было показано, что подобные антитела способны блокировать образование нерастворимых агрегатов АРb и растворять уже образовавшиеся амилоидные фибрилы [31]. Наконец, в самом конце 2000г. в журнале "Nature" одновременно были опубликованы статьи канадских [32] и американских ученых [33], показавших на различных трансгенных линиях мышей, что иммунизация животных пептидом АРb препятствовала снижению памяти и отложению амилоидных бляшек у трансгенных (как по одному гену АРР так и по двум генам: АРР и пресенилина-1) животных. Вместе с тем отмечено, что общего снижения уровня АРb в мозге при иммунизации не происходило.

По данным имеющимся в интернете синтетическая форма АРb42 под названием препарат AN-1792 (Elan Corporation) проходит I фазу клинических испытаний.

Таким образом, пока на уровне лабораторных исследований на животных, показана возможность успешного предотвращения и даже обращения процесса формирования амилоидных образований - одной из наиболее характерных патологоморфологических характеристик БА.

^ 2.3. Ингибиторы нейротоксического действия АРb

Несмотря на то, что до настоящего времени нет полной ясности о молекулярных механизмах, определяющих нейродегенеративное действие АРb в условиях in vivo, имеются основания считать, что токсические эффекты АРb могут реализовываться по следующим основным направлениям:

усиление токсичности возбуждающих аминокислот (ВАК);

нарушение гомеостаза ионов кальция ([Са2+]i);

инициация перекисного окисления липидов мембран (ПОЛ) и генерация свободно-радикальных метаболитов (СРМ);

индукция апоптоза;

энергетическое истощение клеток.

Все эти процессы тесно взаимосвязаны, и поэтому большинство препаратов, которые будут обсуждаться в этом разделе оказывают влияние на весь спектр нейротоксических эффектов АРb.

^ 2.3.1. Подходы к созданию препаратов, связанных c ингибированием эксайтотоксического действия ВАК

В основе представлений о ро