Биологические эффекты глипролинов меланокортинового ряда

DOI: https://dx.doi.org/10.18565/pharmateca.2018.5.26-30

20.05.2018
Просмотров: 286

1) Кафедра неврологии, нейрохирургии и медицинской генетики, Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия; 2) Институт молекулярной генетики РАН, Москва, Россия; 3) НИИ цереброваскулярной патологии и инсульта, Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия

Одной из главных задач в области биологии и медицины является создание новых фармакологически мощных лекарственных средств, обладающих широким спектром действия и минимальными побочными эффектами на организм. В настоящее время активно исследуется класс регуляторных пептидов – глипролинов меланокортинового ряда, главной особенностью которых является разнонаправленность действий, отсутствие побочных эффектов, а также способность их метаболитов оказывать самостоятельные биологические эффекты. В данной статье собраны наиболее актуальные литературные данные о свойствах следующих пептидов – MGHPhPGP (Me-Glu-His-Phe-Pro-Gly-Pro), PGP (Pro-Gly-Pro), PGPL (Pro-Gly-Pro-Leu).

Введение

Меланокортины играют значительную роль в физиологии организма и оказывают выраженные биологические действия при различных патологических состояниях. Меланокортины включают α-, β-, γ-меланоцитстимулирующие гормоны, адренокортикотропный гормон (АКТГ) и некоторые фрагменты, содержащие по крайней мере аминокислотную последовательность His-Phe-Arg-Trp. Они влияют на репродуктивную функцию, на эмбриональное развитие мозга, гомеостаз, воспалительную и иммунную реакции, обучение, память и на многие другие функции [1].

В ряде исследований было доказано, что меланокортины, в основном АКТГ, вызывающие активацию рецепторов в центральной нервной системе (ЦНС), имеют существенные нейропротективное и восстановительное свойства. Эта концепция подкрепляется опубликованными результатами исследования Lisak и Benjamins, которые продемонстрировали, что агонист рецепторов меланокортинов АКТГ оказывает протективное действие на олигодендроглию, олигодендроглиальные клетки-предшественники и нейроны, защищая их от эксайтотоксических, апоптотических, окислительных повреждений, которые встречаются в ЦНС при ряде заболеваний [2]. Исследования in vivo на моделях животных подтвердили нейропротективные свойства при моделировании эксайтотоксического повреждения [3], субарахноидального кровоизлияния [4], травматического поражения ЦНС [5], на моделях болезни Альцгеймера [6] и повреждения периферических нервов и восстановления [7–9]. Доказанность широкого спектра физиологической активности меланокортинов, открытие их негормональных функций и открытие рецепторов меланокортинов предоставили новые возможности для создания и исследования веществ, потенциально применимых в клинике при различных патологиях. Препятствием для использования природных меланокортинов в клинической практике является низкая биодоступность этих пептидов при системном введении.

В Институте молекулярной генетики РАН был разработан аналог АКТГ, не обладающий гормональной активностью, – гептапептид MGHPhPGP (Met-Glu-His-Phe-Pro-Gly-Pro), включающий фрагмент АКТГ4–7 и трипептид PGP (Pro-Gly-Pro), отвечающий за его метаболическую стабильность и обеспечивающий его более высокую ферментативную устойчивость, а также обладающий собственной регуляторной активностью. Также активно изучается спектр биологической активности еще одного пептида из семейства глипролинов – PGPL (Pro-Gly-Pro-Leu), который также демонстрирует ряд важных физиологических свойств. В настоящее время MGHPhPGP является единственным регуляторным пептидом данной группы, который зарегистрирован в качестве лекарственного препарата на территории Российской Федерации и используется в клинической практике, однако другие пептиды также имеют перспективы к практическому использованию.

Биологические эффекты MGHPhPGP

Для изучения механизмов действия лекарственных средств и их эффективности используются различные модельные системы in vivo и in vitro. Исследование степени воздействия препаратов, которые планируются к использованию в клинической практике, обязательное в доклинических исследованиях. Так, в многочисленных экспериментах in vitro и in vivo наблюдались ноотропные, нейропротекторные и противовоспалительные свойства MGHPhPGP [10–12]. Он положительно влияет на процессы обучения животных, улучшая выработку рефлексов активного и пассивного избегания болевого раздражителя. При длительном воздействии пептида снижается тревожность и депрессивность. Также гептапептид ускоряет функциональное восстановление животных с повреждениями дофаминергической системы, вызванной нейротоксином 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин (МФТП), который разрушает дофаминергические нейроны в черной субстанции головного мозга и используется для моделирования симптомов болезни Паркинсона у животных. Также введение MGHPhPGP повышает болевой порог животных в различных экспериментальных моделях, а в реализацию анальгетического эффекта пептида вовлечены серотонинергическая и опиоидная системы [13].

Несмотря на внушительное число исследований MGHPhPGP, полученное многообразие биологических эффектов, молекулярные механизмы действия данного пептида остаются неизвестными. В основе проявлений действий гептапептида может лежать инициация транскриптомного ответа клетки, индуцированная им в тех или иных физиологических условиях. Анализ транскриптома является одним из наиболее эффективных подходов к изучению механизмов, определяющих развитие различных физиологических, патологических и стрессовых состояний, и применяется в исследовании механизмов действия пептидных препаратов. В качестве одного из механизмов нейропротективного действия пептида MGHPhPGP рассматривалось его воздействие на экспрессию генов системы факторов роста и их рецепторов. В эксперименте с использованием MGHPhPGP на модели фокальной ишемии у крыс, вызванной электрокоагуляционной окклюзией дистального участка средней мозговой артерии, через 3 часа после окклюзии было выявлено значимое повышение экспрессии мРНК генов, кодирующих факторы роста и их рецепторы Lif, Bdnf, Vgf, Gfra1, TrkA [14]. В одном из исследований последних лет на вышеуказанной модели ишемии проведено полногеномное изучение экспрессии генов через 3 и 24 часа после окклюзии под действием гептапептида. Была показана его способность в условиях фокальной церебральной ишемии воздействовать на процессы пролиферации, дифференцировки и миграции клеток, на формирование и функционирование сосудистой системы, в частности на процессы васкулогенеза, а также способность влиять на экспрессию генов рибосомных белков и транскрипционных факторов, регулировать процессы поступления кальция внутрь клетки. Также в работе был представлен интересный факт об иммуномодулирующей способности гептапептида и о связи нейропротективного действия гептапептида с его влиянием на иммунную систему. Почти 50% всех генов, изменивших экспрессию под действием препарата, были связаны с функционированием иммунной системы. В частности, была существенно усилена экспрессия генов иммуноглобулинов и хемокинов [15, 16]. Результат хорошо согласуется с данными, показывающими, что иммуноглобулины, введенные внутривенно, обладают выраженным нейропротективным действием против ишемического повреждения мозга [17]. Также известно, что некоторые хемокины и их рецепторы вовлечены в разнообразные неврологические заболевания, включая ишемическое повреждение мозга.

Нейропротекторное действие MGHPhPGP может быть также обусловлено его влиянием на АМРА-рецепторы, селективно связывающие α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовую кислоту. Когнитивно-стимулирующие свойства и нейропротективная способность MGHPhPGP напрямую связаны со способностью модулировать токи АМРА-рецепторов. По сравнению с одним из первых позитивных модуляторов АМРА-рецепторов (ампакинов), ВDP, гептапептид вызвал более выраженную потенциацию токов АМРА-рецепторов [18]. Воздействие на АМРА-рецепторы улучшает память животных [19]. Кроме этого известно, что стимуляция АМРА-рецепторов вызывает усиленный синтез нейротрофического фактора Bdnf, с которым ассоциированы нейропротекторный, ноотропный, антидепрессивный, анксиолитический эффекты [20].

Также остается недостаточно изученной роль влияния ионов металлов, играющих важные функции в патогенезе многих заболеваний, на биологическую активность гептапептида. Известна роль ионов различных металлов в патогенезе нейродегенеративных заболеваний, ухудшении когнитивных процессов, в частности показана взаимосвязь ионов меди (II) c нейротоксичностью [21–25]. Было обнаружено, что изменения количества меди и цинка диcрегулируют уровни экспрессии факторов роста нервов (Ngf) и Bdnf, ответственных за процессы обучения и формирования памяти.

В недавнем исследовании на клеточных линиях изучалось влияние MGHPhPGP на гомеостаз меди. Гептапептид проявил значительный и дозозависимый защитный эффект при интоксикации медью, образуя комплексы с ионами меди (II) Значительное снижение жизнеспособности клеток, наблюдаемое после обработки клеточной культуры в течение 48 часов CuSO4, было нивелировано присутствием пептида в той же концентрации. Таким образом, была показана потенциальная роль MGHPhPGP в регуляции или минимизации металл-индуцированного окислительного стресса, играющего значительную роль в патогенезе различных заболеваний [26].

Биологические эффекты глипролинов PGP и PGPL

В последние годы активно исследуется класс регуляторных пептидов – глипролинов, некоторые из которых перспективны для медицинского применения. Глипролины как класс самостоятельных биологически активных пептидов был представлен И.П. Ашмариным [27]. Глипролины образуются в организме в результате внутри- и экстраклеточного катаболизма коллагена, эластина и родственных белков, а также в результате протеолитического расщепления белков, поступающих с пищей. Один из таких пептидов представляет собой PGP (Pro-Gly-Pro), ранее использованный в качестве стабилизатора для АКТГ4–7 и тафцина. Более 20 лет назад началось исследование фрагмента PGP на гомеостаз слизистой оболочки желудка. Из всех представителей глипролинов PGP проявляет наиболее выраженные протекторные противоязвенные свойства, показанные на различных моделях язвообразования у животных (этаноловая, стрессогенная, ацетатная модели язвообразования). Было предположено, что поддержание гомеостаза слизистой оболочки желудка невозможно без нормализации механизмов нервной регуляции. Так, пептид воздействует на структуры ЦНС, а также уменьшает постстрессорные нарушения. Постстрессорные нарушения системы микроциркуляции заключаются в активации после стресса тучных клеток, в дальнейшем приводящей к выделению из них ряда вазоактивных соединений, в т.ч. гистамина. В ряде работ было выявлено стабилизирующее влияние PGP на тучные клетки. На фоне введения глипролинов уменьшалась постстрессорная активация тучных клеток и как следствие – уменьшались выбросы вазоактивных соединений [28]. Было показано, что PGP проявляет выраженное противовоспалительное действие. На модели животных было показано, что применение пептида PGP уменьшает появление отека, вызванного применением гистамина [29].

Учитывая обширный спектр биологической активности при различных патологических состояниях, была также изучена экспрессия генов на модели электрокоагуляционной окклюзии средней мозговой артерии. Анализ спектра функциональных категорий генов, показавших изменение под действием PGP, указывает на заметное воздействие данного пептида на разнообразные биологические процессы, протекающие в мозге крыс при ишемии. При этом сравнительный анализ действия PGP и MGHPhPGP свидетельствует о своеобразии эффектов этих пептидов на транскриптом. Так же как и для MGHPhPGP, для PGP было показано изменение экспрессии генов, кодирующих факторы роста; генов, ответственных за процессы пролиферации, дифференцировки, миграции, выживаемости и гибели клеток; генов, участвующих в нейротрансмиссии. При этом через 24 часа после окклюзии наблюдалось значительное снижение экспрессии генов, ассоциированных с функцией иммунного ответа, противоположное действию MGHPhPGP. Роль данного феномена в интерпретации спектра активности пептида PGP при ишемическом повреждении требует дальнейшего исследования [30].

В работах предыдущих лет для пептидов, которые имеют в своей структуре остатки глицина и пролина, была показана способность усиливать антикоагулянтные, фибринолитические, антифибринстабилизирующие, антитромбоцитарные свойства. В одном из исследований с целью увеличения способности ингибировать агрегацию тромбоцитов было предложено изменить модификацию пептидов MGHPhPGP и PGP. Изменение модификации и как следствие – изменение фармакологических и фармакокинетических свойств данных пептидов достигнуты путем ацилирования свободной аминогруппы. MGHPhPGPи PGP, ацилированные арахидоновой кислотой (АА), показали антиагрегационную активность в условиях in vitro в присутствии таких проагрегантов, как аденозиндифосфат, адреналин, арахидоновая кислота. АА-MGHPhPGP показал более сильный антиагрегационный эффект, чем AA-PGP. Также различался диапазон активных концентраций [31].

Еще одним пептидом из семейства глипролинов, спектр биологической активности которого активно изучается в настоящее время, является PGPL (Pro-Gly-Pro-Leu). PGPL в исследованиях in vitro показал умеренную антикоагулянтную активность, удлиняя активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ), тромбиновое время, суммарную фибринолитическую и фибриндеполимеризационную активность. In vivo на модели тромбообразования у крыс пептид PGPL также показывал антикоагулянтные свойства (увеличение АЧТВ), активность фибринолитической системы плазмы (увеличение суммарной фибринолитической активности, неферментативной фибринолитической активности, увеличение активности тканевого активатора плазминогена). Также в данной работе на модели тромбообразования у крыс были продемонстрированы антитромботические свойства данного пептида: уменьшение веса свежих фибриновых сгустков в сосуде. Лейцин в данных условиях не вызывал существенного влияния на систему гемостаза, в связи с чем было предположено, что антикоагулянтно-фибринолитические свойства связаны с наличием PGP в структуре данного пептида. Принимая во внимание тот факт, что в лечении инфарктов головного мозга и сердца в настоящий момент активно применяются антикоагулянтные и антиагрегантные средства, пептиды PGP и PGPL с их вышеописанными свойствами можно рассматривать в качестве потенциальных средств для использования в клинической практике. Также на модели гиперхолестеринемии у крыс на фоне применения пептида PGPL установлено достоверное снижение уровня триглицеридов, возрастание уровня липопротеидов высокой плотности [32]. Известен также антидиабетогенный эффект пептида PGPL. На модели диабета у животных (на фоне диабетогенного метаболита аллоксана) введение PGPL в течение 7 дней достоверно снижало уровень глюкозы крови. Также был продемонстрирован профилактический эффект данного пептида: многократное введение PGPL перед введением диабетогенного метаболита предупреждало развитие аллоксанового диабета [33]. Мы надеемся, что дальнейшие исследования транскриптома поврежденных клеток при патологии и при воздействии PGPL могут приблизить к пониманию механизмов функционирования данного пептида.

Заключение

Результаты исследований биологических эффектов пептидов указывают на широкий спектр их регуляторных протекторных свойств при различных патологиях. На сегодняшний день большое значение имеет детальное исследование молекулярных механизмов действия глипролиновых пептидов и их метаболитов для более активного использования препаратов на их основе в качестве терапевтических средств и для дальнейшего внедрения их в клиническую практику.

Список литературы

1. Leone S., Noera G., Bertolini A. Developments and new vistas in the field of melanocortins. BioMol. Concepts. 2015;6(5–6):361–82. Doi: 10.1515/bmc-2015-0023.

2. Lisak R.P., Benjamins J.A. Melanocortins, melanocortin receptors and multiple sclerosis. Brain Sci. 2017;7(8):104. Doi: 10.3390/brainsci7080104.

3. Forslin Aronsson A., Spulber S., Oprica M., et al. Alpha-MSH rescues neurons from excitotoxic cell death. J. Mol. Neurosci. 2007;33:239–51.

4. Gatti S., Lonati C., Acerbi F., et al. Protective action of NDP-MSH in experimental subarachnoid hemorrhage. Exp. Neurol. 2012;234:230–38.

5. Schaible E.V., Steinstrasser A., Jahn-Eimermacher A., et al. Single administration of tripeptide alpha-MSH(11–13) attenuates brain damage by reduced inflammation and apoptosis after experimental traumatic brain injury in mice. PLoS ONE. 2013;5(8):e71056. Doi: 10.1371/journal.pone.0071056.

6. Giuliani D., Neri L., Canalini F., et al. NDP-alpha-MSH induces intense neurogenesis and cognitive recovery in Alzheimer transgenic mice through activation of melanocortin MC4 receptors. Mol. Cell. Neurosci. 2015;67:13–21.

7. Van der Zee C.E., Brakkee J.H., Gispen W.H. Alpha-MSH and Org.2766 in peripheral nerve regeneration: Different routes of delivery. Eur. J. Pharmacol. 1988;147:351–57.

8. Bijlsma W.A., Schotman P., Jennekens F.G., et al. The enhanced recovery of sensorimotor function in rats is related to the melanotropic moiety of ACTH/MSH neuropeptides. Eur. J. Pharmacol. 1983;92:231–36.

9. Gispen W.H., Verhaagen J., Bar D. ACTH/MSH-derived peptides and peripheral nerve plasticity: Neuropathies, neuroprotection and repair. Prog. Brain Res. 1994;100:223–29.

10. Storozhevykh T.P., Tukhbatova G.R., Senilova Y.E., et al. Effects of semax and its Pro-Gly-Pro fragment on calcium homeostasis of neurons and their survival under conditions of glutamate toxicity. Bull. Exp. Biol. Med. 2007;143(5):601–4.

11. Bashkatova V.G., Koshelev V.B., Fadyukova O.E., et al. Novel synthetic analogue of ACTH 4-10 (Semax) but not glycine prevents the enhanced nitric oxide generation in cerebral cortex of rats with incomplete global ischemia. Brain. Res. 2001; 894: 145–49.

12. Potaman V.N., Antonova L.V., Dubynin V.A., et al. Entry of the synthetic ACTH(4-10) analogue into the rat brain following intravenous injection. Neuroscience Letters, издательство Elsevier BV (Netherlands). 1991;127(1):133–36.

13. Левицкая Н.Г., Глазова Н.Ю., Себенцова Е.А., и др. Исследование спектра физиологической активности аналога АКТГ4-10 гептапептида Семакс. Нейрохимия. Экспериментальные работы. 2008;25(1–2):111–18.

14. Дмитриева В.Г., Дергунова Л.В., Поварова О.В., и др. Действие Семакса и его С-концевого трипептида PGP на экпрессию генов факторов роста и их рецепторов в условиях экспериментальной ишемии мозга крыс. Доклады академии наук. Биохимия, Биофизика, Молекулярная биология. 2008;422(2):258–61.

15. Medvedeva E.V., Dmitrieva V.G., Povarova O.V., et al. The peptide semax affects the expression of genes related to the immune and vascular systems in rat brain focal ischemia: genome-wide transcriptional analysis. BMC. Genomics. 2014;15:228.

16. Medvedeva E.V., Dmitrieva V.G., Limborska S.A., et al. Semax, an analog of ACTH(4-7), regulates expression of immune response genes during ischemic brain injury in rats. Mol. Genet. Genomics. 2017;292(3):635–53.

17. Arumugam T.V., Selvaraj P.K., Woodruff T.M., Mattson M.P. Targeting ischemic brain injury with intravenous immunoglobulin. Expert. Opin. Ther. Targets. 2008;12(1):19–29.

18. Григорьев В.В., Андреева Л.А., Замойский В.Л., и др. Действие пептидного лекарственного препарата Семакс на токи АМРА-рецепторов клеток Пуркинье мозжечка крыс. Доклады академии наук. Биохимия, биофизика, молекулярная биология. 2015;460(5):601–2.

19. Lynch G. AMPA receptor modulators as cognitive enhancers. Curr. Opin. Pharmacol. 2004;4(1):4–11.

20. Lauterborn J., Lynch G., Vanderklish P., et al. Positive modulation of AMPA receptors increases neurotrophin expression by hippocampal and cortical neurons. Journal of Neuroscience. 2000;20(1):8–21. Doi: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.20-01-00008.2000.

21. Marx G. The molecular basis of memory. ACS. Chemical. Neuroscience. 2012;3(8):633–42.

22. Ceccom J., Cosledan F. Cooper chelator induced efficient episodic memory recovery in a non-transgenic Alzheimer's mouse model. Plos. ONE. 2012. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0043105.

23. Adlard P.A., Bush A.L. Metals and Alzheimer's disease. J. Alzheimers Dis. 2006;10(2–3):145–63.

24. Meloni G., Sonois V., Delaine T., et al. Metal swap between Zn7-metallothionein-3 and amyloid – beta – Cu protects against amyloid-beta-toxicity. Nat. Chem. Biol. 2008;4(6):366–72.

25. Opazo C., Huang X., Cherny R.A., et al. Metalloenzyme-like activity of Alzheimer’s disease beta-amyloid. Cu-dependent catalytic conversion of dopamine, cholesterol, and biological reducing agents to neurotoxic H(2)O(2). J. Biol. Chem. 2002;25,277(43):40302–308.

26. Tabbi G., Magri A., Giuffrida A., et al. Semax, an ACTH4-10 peptide analog with high affinity for copper (II) ion and protective ability against metal induced cell toxicity. J. Inorganic Biochem. 2015;142:39–46.

27. Ашмарин И.П. Глипролины как самостоятельные регуляторы и стабилизаторы других пептидов. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2002;1:24.

28. Самонина Г.Е., Копылова Г.Н., Умарова Б.А. Трипептид Pro-Gly-Pro и гомеостаз слизистой оболочки желудка. Нейрохимия. 2008;25(1–2):128–31.

29. Бондаренко Н.С., Шнейдерман А.Н., Гусева А.А., Умарова Б.А. Пептид пролил – глицин-пролин (PGP) препятствует повышению проницаемости кровеносных сосудов при воспалении. Acta Naturae. 2017;9,1(32):55–8.

30. Медведева Е.В., Дмитриева В.Г., Поварова О.В., и др. Трипептид Pro-Gly-Pro влияет на транскриптом коры головного мозга крыс в условиях фокальной ишемии. Молекулярная биология. Геномика, транскриптомика. 2014;48(2):277–87.

31. Безуглов В.В., Грецкая Н.М., Ваильева Т.М., и др. Антиагрегационная активность конъюгатов арахидоновой кислоты и нейротропных пептидов проглипрола и Семакса. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2014;77(6):30–2.

32. Мясоедов Н.Ф., Рочев Д.Л., Ляпина Л.А., и др. Лейцинсодержащие глипролины (PRO- GLY –PRO – LEU и LEU – PRO – GLY – PRO): участие в реакциях гемостаза in vitro и in vivo в условиях нарушений процессов свертывания крови и жирового обмена у крыс. Доклады академии наук. 2013;453(4):457–60.

33. Ляпина Л.А., Мясоедов Н.Ф., Андреева Л.А., и др. Фибринолитический и гипогликемический эффекты пептида Pro-Gly-Pro-Leu при развитии инсулинзависимого диабета у крыс. Известия РАН, серия биологическая. 2010;3:375–79.

Об авторах / Для корреспонденции

Автор для связи: А.Е. Денисова – кафедра неврологии, нейрохирургии и медицинской генетики РНИМУ им. Н.И. Пирогова, Москва, Россия; e-mail: dalina543@gmail.com

Нет комментариев

Вы не можете оставлять комментарии
Пожалуйста, авторизуйтесь