Противомикробные пептиды иммунология реферат

Обновлено: 05.07.2024

Иммунотропные препараты — лекарственные средства, оказывающие влияние на основные звенья иммунной системы или выработку цитокинов. Их применение началось с 1960-х гг. Большой выбор иммунотропных препаратов требует определять показания к назначению на основании их механизма действия. Клинические эффекты иммунотропных препаратов в комплексном лечении связаны со снижением продолжительности и тяжести инфекций, уменьшением потребности в антибиотиках. Один из новых препаратов, Полимурамил (комбинация глюкозаминилмурамилтрипептида, глюкозаминилмурамилтетрапептида и димера глюкозаминилмурамилтетрапептида) — агонист паттернраспознающих рецепторов, активатор фагоцитов, естественных киллеров и естественных киллеров, имеющих признаки Т-лимфоцитов, TLR4-рецепторов, синтеза регуляторных цитокинов, специфический лиганд NOD1- и NOD2-рецепторов, — в комплексном лечении усиливает противоинфекционную защиту, воздействуя как на местный, так и на врожденный иммунитет при хронических инфекционно-воспалительных заболеваниях (абсцессы, флегмоны, фурункулы, парапроктит) у больных с вторичной иммунной недостаточностью и при генетически детерминированных иммунодефицитах (аиммуноглобулинемии и гипоиммуноглобулинемии). Полимурамил позволяет разработать новые терапевтические подходы к коррекции иммунодефицитных состояний.

Ключевые слова: мурамилпептиды, мукозальный иммунитет, врожденный иммунитет, иммуномодуляция, гнойные инфекции мягких тканей, перианальные свищи.

Для цитирования: Маркова Т.П., Чувиров Д.Г., Ярилина Л.Г., Кожинова Е.В. Мурамилпептиды: механизмы действия, клиническая эффективность и перспективы применения в медицине. РМЖ. Медицинское обозрение. 2020;4(1):31-37. DOI: 10.32364/2587-6821-2020-4-1-31-37.

T.P. Markova, D.G. Chuvirov, L.G. Yarilina, E.V. Kozhinova

Academy of Postgraduate Education of the Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical Biological Agency of Russian Federation, Moscow, Russian Federation

Immunotherapeutic agents are the type of drugs modifying main components of immune system or cytokine production. Their use began in 1960s. Considering wide range of immunotherapeutic agents, indications should be addressed based on the mechanisms of their action. Clinically, immunotherapeutic agents (as a part of complex treatment) reduce the duration and severity of infection diseases as well as the need for antibiotics. Among novel agents, polymuramyl (combination of glucosamine muramyl tripeptide, glucosamine muramyl tetrapeptide, and glucosamine muramyl tripeptide dimer) is of interest. This agent is a specific ligand of NOD1 and NOD2 receptors and an agonist of pattern-recognizing receptors — an activator of the production of regulatory cytokines, phagocytes, natural killer cells and natural killer T cells (a group of T cells sharing properties of both natural killer cells and T cells), TLR4-receptors. Polymuramyl as a part of complex treatment promotes anti-infectiou s protection affecting both local and innate immunity in chronic infectious inflammatory disorders (i.e., abscess, phlegmon, furuncle, paraproctitis etc.) in patients with secondary immunodeficiency and genetically determined immunodeficiency disorders (aglobulinemia, hypoglobulinemia). Polymuramyl is a novel therapeutic modality to correct immunodeficiency disorders.

Keywords: muramyl peptides, mucosal component, innate immunity, immunomodulation, purulent infections of soft tissues, perianal fistulas.

For citation: Markova T.P., Chuvirov D.G., Yarilina L.G., Kozhinova E.V. Muramyl peptides: mechanisms of action, clinical efficacy, and future applications in medicine. Russian Medical Review. 2020;4(1):31–37. DOI: 10.32364/2587-6821-2020-4-1-31–37.

Иммунотропные препараты. Классификации

Иммунотропные препараты относятся к лекарственным средствам, оказывающим влияние на различные звенья иммунной системы или выработку цитокинов. Классификации иммунотропных препаратов предлагали разные авторы: Р.М. Хаитов, Б.В. Пинегин (1996), Р.И. Сепиашвили (2000), И.В. Нестерова и соавт. (2002), Т.П. Маркова (2003, 2014) [1–4].

В таблице 1 приведена классификация Р.М. Хаитова иммунотропных препаратов с учетом их происхождения [5] и указаны наиболее известные из них.

Одним из первых официнальных иммунотропных препаратов можно считать левамизол. Механизм действия и возможности его применения в медицине интенсивно изучались в 1960–1970-х гг. Тимические пептиды и их аналоги были созданы и исследованы в 1970–1980-х гг. Ряд препаратов имеют историческое значение, например миелопид, нуклеинат натрия [1–4]. Современные исследования уделяют большое внимание врожденному и мукозальному иммунитету и разработке новых иммунотропных препаратов.

Местный иммунитет и патогены

Взаимодействие бактериальных антигенов с TLR-рецепторами на поверхности дендритных клеток приводит к созреванию, активации дендритных клеток и их миграции в лимфатические узлы. Презентация антигенов дендритными клетками Т- и В-клеткам сопровождается синтезом цитокинов, пролиферацией Т-хелперов и В-лимфоцитов, затем происходит синтез специфических иммуноглобулинов, особенно IgA и sIgA, защищающих слизистые. Уничтожение патогенов может осуществляться фагоцитами и клетками — естественными киллерами (ЕК-клетками) [8, 9].

Антитела обеспечивают процесс опсонизации поступающих в организм патогенных микроорганизмов, что облегчает поглощение и уничтожение патогенов фагоцитами, позволяет снизить частоту, продолжительность и тяжесть инфекционных заболеваний. Фагоциты имеют специфические рецепторы для IgG и IgA, что облегчает фагоцитоз патогенов, покрытых антителами, и уничтожение их с помощью ферментов фагосом. Патогены и специфические IgM, синтезируемые на раннем этапе иммунного ответа, активируют компоненты комплемента С3b и C4b, усиливающие опсонизацию. Фагоциты имеют рецепторы для этих компонентов комплемента, а также компонента С5, который способен активировать и усиливать фагоцитоз, приводящий к уничтожению патогена [8, 9].

Иммунотропные препараты. Влияние на врожденный иммунитет

Изучение механизмов развития врожденного иммунитета было ознаменовано присуждением Нобелевской премии в 2011 г. и привело к открытию сигнальных рецепторов sPRR (signal pattern recognizing receptors), взаимодействие которых с патогенами активирует сначала врожденный, а затем адаптивный иммунитет, обеспечивая полноценную противоинфекционную защиту. Среди sPRR-рецепторов в настоящее время различают TOLL-подобные (TLR, NLR, NOD1 и NOD2) и RIG-подобные (RLR, RIG-1 и MDA-5). NLR взаимодействуют с бактериальными, RLR — с вирусными возбудителями внутриклеточно [10, 11]. У млекопитающих описаны и изучены 15 TLR-рецепторов, расположенных на мембране, в цитоплазме, в эндосомах нейтрофильных лейкоцитов, макрофагов, дендритных, эпителиальных и эндотелиальных клеток [6, 12, 13]. У большинства микроорганизмов есть структуры, называемые патоген-ассоциированными молекулярными образами (pathogen-associated molecular pattern, PAMP), к ним можно отнести липополисахариды (ЛПС), липотейхоевые кислоты, маннаны, бактериальную ДНК, двухспиральную РНК вирусов, глюканы грибов. PAMP распознаются сигнальными рецепторами sPRR и индуцируют развитие Т-хелперов 1 или 2 типа (Th1 или Th2). Действие Th1 связано с клеточным ответом цитотоксических Т-клеток, макрофагов против внутриклеточных патогенов (вирусы, микоплазмы, хламидии), паразитов, клеток опухоли и сопровождается синтезом интерферона-γ (ИФНγ), интерлейкина ИЛ-12. При иммунном ответе с участием Th2 происходит преобразование В-лимфоцитов в плазматические клетки, синтез специфических иммуноглобулинов и цитокинов ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-13. У здоровых людей синтезируются IgM, IgG, IgA, а при аллергических заболеваниях — IgE [14].

Химические свойства Полимурамила связаны с наличием в его составе альдегидной, карбоксильной и аминовой групп, он устойчив при рН от 3 до 11 в течение длительного времени. Препарат выпускается в жидком виде, расфасован в ампулы по 0,5 мл (200 мкг активного вещества), представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Полимурамил не обладает митогенным эффектом, не влияет на пролиферативную активность мононуклеаров, стимулированных фитогемагглютинином. На функциональную активность ЕК-клеток препарат оказывает стимулирующий эффект в дозах 1 мкг/мл, 100 нг/мл и 10 нг/мл. При применении больших доз, 100 мкг/мл и 10 мкг/мл эффекта не наблюдалось. В концентрациях 1, 10 и 100 мкг/мл индуцировалась продукция цитокинов ИЛ-12p70 (активатор Т-клеток), фактора некроза опухоли α (ФНО-α) и ИЛ-6 in vitro макрофагами и дендритными клетками [19, 20].

Показано, что под влиянием Полимурамила (аналогично действию ЛПС) дендритные клетки синтезируют провоспалительные цитокины ФНО-α, ИЛ-6. Незрелые дендритные клетки вырабатывают небольшое количество ФНО-α, ИЛ-6, а Полимурамил способствует созреванию клеток и дополнительно стимулирует синтeз ИЛ-8, CCL5, MIP-1β (macrophage inflammatory protein 1β — макрофагальный белок воспаления 1β). Снижение у дендритных клеток способности синтезировать ИЛ-1β приводит к снижению синтеза ФНО-α, что возможно при различных заболеваниях [18, 19]. Показана неэффективная трансляция мРНК ФНО-α под действием мурамилдипептида (агонист рецептора NOD2) на моноцитарно-макрофагальную линию клеток MAC6. Экспрессия ФНО-α регулируется на стадии транскрипции фактором NF-κB и на стадии трансляции — серин-треониновой киназой МК-2, которая активируется киназой р38. TLR4 рецептор ЛПС может активировать оба пути активации ФНО-α. Мурамилдипептид может взаимодействовать с рецептором NLRP3, что приводит к сборке инфламмасомы и активации каспазы-1, фермент превращает про-ИЛ-1β в активный ИЛ-1β, который активирует киназу МК-2 и р38. Киназа МК-2 усиливает трансляцию цитокинов, включая ФНО-α, ИЛ-6, ИЛ-8. Блокада синтеза ИЛ-1β соответственно подавляет синтез других цитокинов, что важно для понимания патогенеза воспаления при заболеваниях. Рекомбинантный ИЛ-1β связывается с рецепторами с меньшей аффинностью, чем естественный цитокин [18, 19, 21].

Результаты клинического применения Полимурамила

По данным Н.П. Ермошиной, Е.Е. Жильцовой (2013), при добавлении Полимурамила к лечению джозамицином у 14 из 15 больных с хронической пиодермией отмечен полный регресс воспаления, а у 8 из них наблюдалась полная эпителизация. В группе сравнения, получавшей только джозамицин, состояние клинической ремиссии было достигнуто у 2 из 13 пациентов, тогда как полная эпителизация не была достигнута ни у одного из них. В общем анализе крови произошли следующие изменения: нормализация количества лейкоцитов — у 2 пациентов, значительная тенденция к их снижению — у 5, повышение по сравнению с исходными данными — у 2, нормализация количества эозинофилов — у 1, повышение с 5 до 7% эозинофилов — у 1, нормализация палочкоядерных лейкоцитов — у 2, нормализация сегментоядерных (с/я) лейкоцитов — у 1 (у остальных пациентов наблюдалась тенденция к снижению с/я лейкоцитов от 62 до 53%), нормализация количества лимфоцитов — у 3 пациентов с лимфопенией и тенденция к повышению — у 3 пациентов с лимфоцитозом, нормализация показателей — у 6 пациентов с моноцитозом в исходе, моноцитоз — у 4 пациентов с нормальными показателями до лечения, нормализация СОЭ — у 7. В группе сравнения, не получавшей Полимурамил, изменения были следующими: сохранявшийся лейкоцитоз — у 1 пациента, повышение с/я лейкоцитов — у 8, лимфоцитоз — у 5, моноцитоз — у 6. Динамика иммунологических показателей не была достоверной, в целом отмечалась нормализация или повышение количества CD3 + , CD4 + , CD8 + , HLA-DR + , ЕК-клеток, бактерицидности нейтрофильных лейкоцитов, уровня IgG, IgM, снижение индуцированной хемилюминесценции, фагоцитарного индекса по процентному содержанию нейтрофилов и моноцитов. В результате комплексного лечения с Полимурамилом клинический эффект отмечен у 86,7%, а в группе сравнения — у 60% пациентов. Переносимость Полимурамила была хорошей, лишь у 1 больного отмечена болезненность в месте инъекций [22].

М.В. Пащенков и соавт. провели открытое плацебо-контролируемое исследование на больных в возрасте 18–75 лет с гнойно-хирургическими инфекциями (абсцесс, карбункул, фурункул, флегмона). Группа из 30 больных получала Полимурамил по 200 мкг внутримышечно в течение 5 дней в комплексе со стандартной терапией (хирургическое лечение, антибиотики, перевязки с антисептическими растворами и мазью диоксометилтетрагидропиримидин + хлорамфеникол). Группа сравнения (30 больных) получала стандартную терапию. У всех до начала лечения была повышена функциональная активность фагоцитов, после лечения снижались показатели внутриклеточной бактерицидной активности, фагоцитарный индекс, зимозан-индуцированная хемилюминесценция, индекс стимуляции. Внутриклеточная бактерицидность, фагоцитарный индекс нейтрофилов, зимозан-индуцированная хемилюминесценция, уровень сывороточного IgM у больных, получавших Полимурамил, были достоверно выше, чем в группе сравнения. У получавших Полимурамил на 2 дня быстрее нормализовалась температура (p + CD19 - и CD3 + СD16 + СD56 + -клеток. Сохранялся дисбаланс ЕК и CD3 + HLA-DR + -клеток. Клинически у этих пациентов наблюдались ускоренные очищение раневой поверхности, формирование грануляций, эпителизация, уменьшалось воспаление, сокращались сроки госпитализации. На 10-е сут воспалительные изменения в ране (гиперемия, отек) в группе, получавшей препарат, наблюдались у 6,5%, а в группе сравнения — у 18,7% пациентов, формирование грануляций в ране наблюдалось у 92,3% и 77,8% больных соответственно [24].

В другом исследовании 30 больных 18–65 лет с гнойно-воспалительными заболеваниями мягких тканей (абсцессы, флегмоны кожи и подкожной клетчатки) без сопутствующей патологии были разделены на 2 группы, сопоставимые по полу, возрасту и клинико-лабораторным проявлениям патологии. Доминирующим инфекционным агентом, высеваемым из раневого экссудата, являлся Staphylococcus aureus. У всех больных были измерены линейные размеры раны (длина, ширина, глубина) и рассчитана площадь до и после лечения. Стандартное лечение включало хирургическое вмешательство, противовоспалительную и антибактериальную терапию, перевязки (группа сравнения). Основная группа дополнительно получала Полимурамил по 200 мкг внутримышечно в течение 5 дней. У этих больных отмечено более выраженное повышение числа моноцитов через 5 дней, чем в группе сравнения (p + СD16 + СD56 + ТЕК-клеток достоверно повышалось через 5 дней у пациентов, получавших Полимурамил. Количество CD3 - СD16 + СD56 + ЕК-клеток повышалось через 5 дней у пациентов, не получавших препарат (p - СD16 + СD56 + ЕК-клеток изначально было в пределах нормы и через 5 дней достоверно не менялось. Можно отметить повышение бактерицидной активности лейкоцитов в обеих группах после лечения (p>0,05). Повышение поглотительной активности нейтрофилов через 5 дней было достоверным у получавших Полимурамил. Повышение количества тромбоцитов расценивается положительно в связи с синтезом ранозаживляющего фактора роста. Площадь раны и ее глубина через 5 дней наблюдения были достоверно меньше у пациентов, получавших Полимурамил [25].

В исследовании О.И. Летяевой и соавт. (2018) изучена динамика уровня цитокинов у больных с хронической пиодермией, получавших Полимурамил. Группа из 35 мужчин в возрасте 23–55 лет с хронической пиодермией (остиофолликулит, фолликулит, сикоз, фурункулез) и 2–3 рецидивами в год были рандомизированно разделены на 2 группы: 1-я группа (17 человек) получала стандартное лечение, 2-я группа (18 человек) дополнительно к стандартному лечению получала Полимурамил по 200 мкг внутримышечно в течение 5 дней. Длительность наблюдения составила 6 мес. У пациентов, получавших Полимурамил, наблюдали ускорение регрессии клинических проявлений и индукцию стойкой ремиссии. Через 6 мес. не отмечалось пустул/фурункулов у 9 пациентов из получавших Полимурамил, и только
у 3 пациентов из группы сравнения (p + HLA-DR + -клеток с 7,01±1,07% до 19±4,06% и CD8 + HLA-DR + -клеток с 6,3±1,17% до 18,9±4,04%. Отмечено повышение экспрессии TLR-рецепторов на моноцитах и TLR4 + -клеток с 21,2±2,3% до 43,7±3,81%. Не отмечалось повышения показателя спонтанного теста восстановления нитросинего тетразолия [27, 28]. Применение заместительной терапии ВВИГ и Полимурамила курсами каждые 3 мес. в течение года обеспечило существенный клинический эффект в виде трехкратного снижения частоты обострений очагов хронических инфекций и сокращения потребности в применении антибиотиков на 70% [29].

Заключение

Развитие клинической иммунологии и новые технологии позволили создать инновационные иммунотропные препараты, оказывающие преимущественное воздействие на местный и врожденный иммунитет. Одним из таких препаратов является Полимурамил — агонист паттернраспознающих рецепторов, активатор фагоцитов, ЕК и ЕКТ-клеток, TLR4 + -клеток, синтеза регуляторных цитокинов, специфический лиганд NOD1- и NOD2-рецепторов. Полимурамил в комплексном лечении демонстрирует возможности усиления противоинфекционной защиты, включая как местный, так и врожденный иммунитет при хронических инфекционно-воспалительных заболеваниях (абсцессы, флегмоны, парапроктит) у больных с вторичной иммунной недостаточностью и при генетически детерминированных иммунодефицитах (аиммуноглобулинемия и гипоиммуноглобулинемия). Полимурамил является новым достижением в создании иммунотропных препаратов и понимании иммунопатогенеза противоинфекционной защиты.

Благодарность

Acknowledgement

Сведения об авторах:

Маркова Татьяна Петровна — д.м.н., профессор, заведующая кафедрой иммунопатологии и иммунодиагностики, ORCID iD 0000-0002-1330-1035;

Чувиров Денис Геннадьевич — к.м.н., доцент кафедры клинической иммунологии и аллергологии, ORCID iD 0000-0002-6109-1669;

Ярилина Лариса Геннадьевна — к.м.н., доцент кафедры иммунопатологии и иммунодиагностики, ORCID iD 0000-0002-0531-2682;

Кожинова Елена Вадимовна — старший преподаватель кафедры клинической иммунологии и аллергологии, ORCID iD 0000-0001-8106-5831.

Академия постдипломного образования ФГБУ ФНКЦ ФМБА России. 125371, Россия, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 91.

About the authors:

Tat’yna P. Markova — MD, PhD, Professor, Head of the Department of Immunopathology and Immunodiagnostics, ORCID iD 0000-0002-1330-1035;

Denis G. Chuvirov — MD, PhD, Associate Professor of the Department of Immunopathology and Immunodiagnostics, ORCID iD 0000-0002-6109-1669;

Larisa G. Yarilina — MD, PhD, Associate Professor of the Department of Immunopathology and Immunodiagnostics, ORCID iD 0000-0002-0531-2682;

Elena V. Kozhinova — MD, Senior Teacher of the Department of Clinical Immunology and Allergy, ORCID iD 0000-0001-8106-5831.

Academy of Postgraduate Education of the Federal Scientific and Clinical Center of the Federal Medical Biological Agency of Russian Federation. 91, Volokolamskoe road, Moscow, 125371, Russian Federation.

Обзор

Антимикробный пептид на поверхности модели бактериальной мембраны. Связывание пептида приводит к дестабилизации мембраны и проникновению воды внутрь бислоя.

Автор

Редакторы

После появления пенициллина более чем 80 лет человечество ведет ожесточенную борьбу с патогенными микроорганизмами. Широкое использование антибиотиков в терапии инфекционных заболеваний породило новые устойчивые к ним формы бактерий. На пороге XXI века медики и фармацевты столкнулись с проблемой поиска альтернативы традиционным антибиотикам. Для этой цели использование антимикробных пептидов может оказаться весьма эффективным.

Рисунок 1. Представители различных групп антимикробных пептидов.
1 — Линейные α-спиральные; 2 — не имеющие характерной структуры, напр. богатые определенной аминокислотой; 3 — дефензины; 4 — лантибиотики (низин).
Основная цепь пептидов изображена в виде ленты (1, 2). Фрагменты β-слоя представлены стрелками (3). Для низина (4) показаны также боковые цепи остатков.

Антимикробные пептиды

Несмотря на огромное разнообразие, на основании структурной организации антимикробные пептиды можно разделить на несколько групп:

линейные α-спиральные пептиды (напр., магаинин, меллитин, цекропин);
пептиды, богатые определенной аминокислотой, напр., гистидином или пролином;
пептиды, имеющие сложную пространственную организацию, содержащие дисульфидные мостики, тиоэфирные циклы и др. К ним относятся дефензины, протегрины и лантибиотики — высокоактивные бактериальные пептиды (напр., низин — см. выше).

Тем не менее, для большинства таких пептидов характерно несколько общих черт: высокий положительный заряд (+2 — +9), пространственное разделение гидрофобных и гидрофильных участков молекулы (амфифильность). Амфифильность является важной особенностью антимикробных пептидов, которая обеспечивает возможность одновременно выгодно взаимодействовать с гидрофобным ядром липидной мембраны и полярным окружением (например, с водой).

Механизмы действия

Выделяют два основных типа воздействия антимикробных пептидов на клетки: ингибирование метаболитических процессов или нарушение целостности клеточной мембраны [5]. Большинство антимикробных пептидов вызывают гибель клетки по второму механизму. Лишь для некоторых пептидов показано действие по первому типу, среди них лантибиотики, которые селективно связываются с предшественником бактериальной стенки [6]. Для того, чтобы достигнуть плазматической бактериальной мембраны, пептиды предварительно должны преодолеть несколько слоев клеточной стенки. В случае грам-отрицательных бактерии она состоит из внешней липополисахаридной мембраны и пептидогликанового слоя. У грам-положительных бактерий внешняя мембрана отсутствует, однако пептидогликановый слой развит гораздо сильнее. Пептиды обычно беспрепятственно достигают плазматической мембраны, и именно ее разрушение приводит гибели клетки.

Перспективы использования антимикробных пептидов в медицине

Рисунок 2. Антимикробный пептид рамопланин (Ramoplanin).
Продукт нерибосомального синтеза в микроорганизмах рода Actinomycetes spp. Механизм действия основан на связывании с предшественником бактериальной стенки липидом II. На данный момент находится на клинических испытаниях фазы III в качестве антибиотика против инфекций дыхательных путей (в первую очередь, стафилококков).

Несмотря на то, что для антимикробных пептидов характерно довольно высокие действующие концентрации (~10 −7 —10 −6 моль, 10 −9 моль у лантибиотиков) и низкая селективность, они обладают некоторыми преимуществами: способность быстро убивать клетки-мишени, широкий спектр действия, активность в отношении штаммов, резистентных к другим антибиотикам, а также относительная трудность в развитии устойчивости. Поскольку некоторые антимикробные пептиды обладают цитотоксическим эффектом (действуют на эукариотические клетки), наиболее эффективно они могут быть использованы при лечении заболеваний наружных покровов, слизистых — без введения в кровь пациента. На сегодняшний день такие пептиды активно используются для создания новых лекарственных препаратов. Наиболее успешным примером, является циклический пептидный антибиотик рамопланин, который уже находится на стадии клинических испытаний для лечения инфекционных заболеваний дыхательных путей. Также показано, что ингаляции смеси, содержащей антимикробные пептиды, являются эффективными в терапии туберкулеза.

Все это позволяет рассматривать описанные выше молекулы в качестве основы для создания эффективных лекарств, особенно на фоне снижения потенциала обычных антибиотиков.

В статье представлены статистические данные об основных семействах эндогенных антимикробных пептидов (АМП), синтезируемых организмом человека. Отмечено, что данные соединения являются важными неспецифическими факторами гуморального иммунитета, обладающими микробоцидной, хемотаксической, иммуномодулирующей и цитотоксической активностью, а также вносят вклад в общую защиту организма и развитие процессов воспаления. Описан механизм действия АМП, который является универсальным даже для выработавших в процессе эволюции резистентность к различным антибиотикам микроорганизмов. При этом отмечено, что многие натуральные пептиды помимо чужеродных микроорганизмов способны разрушать эритроциты крови человека. Несмотря на слабую изученность этих и других аспектов применения АМП, широта затрагиваемых проблем современной науки позволяет данной теме быть актуальной и заслуживающей дальнейшей разработки.

1. Абатуров А.Е. Катионные антимикробные пептиды системы неспецифической защиты респираторного тракта: дефензины и кателицидины. Дефензины — молекулы, переживающие ренессанс (часть 2) // Здоровье ребенка. – 2011. – Т. 7. – С. 34.

2. Алешина Г.М., Кокряков В.Н., Шамова О.В., Орлов Д.С. и др. Cовременная концепция об антимикробных пептидах как молекулярных факторах иммунитета // Медицинский академический журнал. – 2010. – № 4. – С. 149-160.

4. Березняков И.Г. Резистентность к антибиотикам: причины, механизмы, пути преодоления // Клин. антибиотикотерапия. – 2001. – №. 4. – С. 12.

5. Будихина А.С., Пинегин Б.В. Дефензины – мультифункциональные катионные пептиды человека // Иммунопатология, аллергология, инфектология. – 2008. – №. 2. – С. 31.

8. Ильяшенко М.Г. Клинико-диагностическое значение антимикробных пептидов у больных язвенным колитом (дис.). – Ростов н/Д, 2014.

9. Ильяшенко М.Г., Тарасова Г.Н., Гусева А.И. Эндогенные антимикробные пептиды и их клинико-патогенетическая значимость при воспалительных заболеваниях кишечника // Медицинские науки. – 2012. – №. 2.

10. Кулакова Е.В., Елизарова В.М., Пампура А.Н. Эндогенные антимикробные полипептиды - факторы неспецифической защиты организма // Российский стоматологический журнал [М. : Медицина]. – 2012. – С. 42-45.

11. Литвицкий П.Ф., Синельникова Т.Г. Врожденный иммунитет: механизмы реализации и патологические синдромы // Вопросы современной педиатрии. – 2009. – Т. 8. – №. 4. – С. 95-101.

12. Макаренко О.А., Левицкий А.П. Взаимодействие флавоноидов с протеинами // Досягнення біології та медицини, 2012.

13. Межевикина Г.С. и др. Современные аспекты этиологии и патогенеза кандидоза слизистой оболочки полости рта // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. - 2012. - № 3. – С. 152-157.

15. Мирошниченко Ю.А., Шестопалов А.В., Смольянинова Л.П. Роль факторов врожденного иммунитета слизистой оболочки репродуктивного тракта // Журнал фундаментальной медицины и биологии. - 2013. - №. 1. – С. 11.

17. Окороченков С.А., Желтухина Г.А., Небольсин В.Е. Антимикробные пептиды: механизмы действия и перспективы практического применения // Биомедицинская химия. – 2012. – Т. 58. – №. 2. – С. 131-143.

19. Сергеев А.Ю., Сергеев Ю.В. Факторы резистентности и иммунитет при грибковых инфекциях кожи и слизистых оболочек // Иммунопатология, аллергол., инфектол. – 2004. – Т. 1. – С. 6-14.

20. Сидоренко С.В., Тишков В.И. Молекулярные основы резистентности к антибиотикам // Успехи биологической химии. – 2004. – Т. 44. – №. 2. – С. 263-306.

21. Симбирцев А.С. Цитокины - новая система регуляции защитных реакций организма // Цитокины и воспаление. – 2014. – Т. 2002. – №. 1.

22. Степанов Ю.М. и др. Аргинин в медицинской практике (обзор литературы) // Журн. АМН України. – 2004. – Т. 10. – №. 2. – С. 339-351.

24. Alice L. Den Hertog, Jan Van Marle, Henk A. Van Veen, WimVant Hof, Jan G.M. Bolscher, Enno C.I. Veerman, Arie V. Candidacidal effects of two antimicrobial peptides: histatin 5 causes small membrane defects, but LL-37 causes massive disruption of the cell membrane // Biochem J. - 2005; 388: 689—695.

25. Bensch K. hBD-1: a novel β-defensin from human plasma / K. Bensch, M. Raida, H-J. Magert et al. // FEBS Lett. — 1995. – Vol. 368. – P. 331-335.

26. Innate immunity in the lower female mucosal tract / M.A. Farage, K.W. Miller, G.F. Gerberick et al. // Steroids and Hormonal science. – 2011. – Vol. 2. - issu 2. – P.

27. Kris De Smet, Roland Contreras. Human antimicrobial peptides: defensins, cathelicidins and histatins // Biotechnology Letters. - 2005; 27: 1337—1347.

28. Rabinovich O.F., Rabinovich I.M., Abramova E.S. Изменение микробной флоры при патологии слизистой оболочки рта // Stomatologia (Mosk). – 2011. – Т. 6. – С. 71.

29. Sumako Yoshioka, Hiroshi Mukae, Hiroshi Ishii Alpha-defensin enhances expression of HSP47 and collagen-1in human lung fibroblasts // Life Sci. – 2007. – Vol. 20. – P. 1736-7817.

В настоящее время в науке и медицине большое внимание уделяется веществам, имеющим антибиотические свойства [20]. Одной из групп таких веществ являются антимикробные пептиды (АМП) - низкомолекулярные соединения, построенные из аминокислот и имеющие катионную или амфипатическую природу [3], которые синтезируются в организме большинства эукариот в ответ на внедрение чужеродных микроорганизмов [21].

АМП являются неспецифическими факторами гуморального иммунитета, обладают эндотоксин-нейтрализующей и иммуномодулирующей активностью, а также обеспечивают защиту против широкого спектра микроорганизмов [16]: грамотрицательных и грамположительных бактерий, грибов, вирусов и простейших [2].

О существовании АМП известно уже несколько десятилетий, но только недавно интерес к этим молекулам перешел из плоскости фундаментальных исследований иммунной системы в клиническую область. На сегодняшний день у человека обнаружено три семейства таких пептидов [7; 16; 18]: дефензины, кателицидины и гистатины.

Впервые дефензины млекопитающих были описаны в 1956 году Robert C. Skarnes и Dennis W. Watson как фагоцитины полиморфноядерных лейкоцитов кролика. В серии работ H.I. Zeya и John K. Spitznagel показали, что данные протеины относятся к одному молекулярному семейству, которое они определили как семейство катионных антимикробных протеинов, и только в 1985 году Michael E. Selste дал им современное название - дефензины [1]. Дефензины - это катионные амфипатические пептиды длиной от 30 до 42 аминокислот с трехнитевой β-пластинчатой структурой, содержащей три дисульфидные связи [24; 29]. На основе способа дисульфидного связывания дефензины разделяют на три семейства - α-, β- и θ-дефензины. В организме человека присутствуют два вида: α- и β-дефензины [9]. Они синтезируются только нейтрофилами, что позволяет считать их специфическими клеточными маркерами этих клеток.

Первый β-дефензин был обнаружен при изучении почки человека из диализата гемофильтрата и описан в начале 1990-х годов. Это был пептид из 36 аминокислотных остатков (HBD1) [25]. Основными β-дефензинами человека являются HBD1-6. Сегодня известно, что молекулы β-дефензинов - более вариабельные пептиды, они менее консервативны в аминокислотной последовательности. Кроме того, HBD найдены в различных изоформах.

Основными продуцентами β-дефензинов являются кератиноциты, эпителиоциты слизистых оболочек, макрофаги, моноциты, дендритные клетки [5].

Активация нейтрофилов при инфекционных и воспалительных процессах приводит к быстрому высвобождению дефензинов, которые затем обнаруживаются в плазме и других жидкостях организма. В нормальной плазме обнаруживается очень низкий уровень дефензинов (от неопределяемых величин до 50-100 нг/мл), однако в условиях сепсиса содержание их может возрасти до 10 мг/мл и даже выше. К примеру, нарушение активации цитокинов и дефензинов на поверхностном эпителии репродуктивного тракта влечет за собой внедрение возбудителя даже при малом его количестве [15].

В дополнение к микробицидному действию α-дефензины проявляют также хемотаксическую, иммуномодулирующую и цитотоксическую активность, вносят вклад в общую защиту организма и развитие процессов воспаления. Совсем недавно была открыта антивирусная активность некоторых дефензинов. Считается, что α-дефензины вносят серьезный вклад в антиВИЧ-1 активность антивирусного фактора CD8. Это обстоятельство открывает новые возможности в исследовании ВИЧ. Показано, что пациенты, у которых отсутствуют α -дефензины, страдают частыми и тяжелыми бактериальными инфекциями [16].

Помимо всего вышеперечисленного, дефензины экспрессируются на всем протяжении репродуктивного тракта женщин, где выполняют ряд функций, которые играют ключевую роль в сохранении и защите плода во время беременности. Более глубокое понимание функций дефензинов и механизмов их действия позволит рассматривать их в качестве терапевтических средств контроля заболеваний женщин, включая осложнения беременности и послеродового периода [26].

Кателицидины - группа пептидов, выявленных в лимфоцитах и моноцитах, а также в эпителиальных клетках [11]. Человеческий катионный антимикробный белок (hCAP18) является к настоящему времени единственным идентифицированным человеческим кателицидином. Было показано, что антибактериальный С-концевой фрагмент hCAP18 - LL37, проявляет антимикробную активность как против грам(-), так и против грам(+) бактерий, грибов, вирусов и простейших. Этот пептид является важным фактором реэпителизации ран, также была показана его ангиогенная активность in vivo и in vitro. Более того, LL37 функционирует в качестве хемотаксического агента для нейтрофилов, моноцитов и Т-клеток.

Значительное повышение содержания LL37 отмечено в семенной плазме и на поверхности сперматозоидов у здоровых доноров. Считается, что LL37 предотвращает поражение сперматозоида микроорганизмами на пути к яйцеклетке и во время оплодотворения. Недостаточность LL37 в слюне согласуется с наличием заболевания периодонта у пациентов с болезнью Костманна. Известно, что больные атопическим дерматитом с дефицитом экспрессии LL37 чаще страдают вакцинальной экземой.

LL37 устойчив к протеолитическому разрушению и, в ограниченной степени, цитотоксичен по отношению к клеткам млекопитающих. Установлено, что нормальное содержание LL37 в плазме составляет 1,2-1,8 мкг/мл. Во время инфекционных заболеваний концентрация этого белка повышается [17].

Гистатины - это семейство богатых гистидином катионных белков слюны с массой 3-5 кДа, синтезируемых ацинарными клетками околоушной и поднижнечелюстной желез [28]. Гистатины оказывают прямое фунгицидное действие [19]. Обнаружены только в слюне человека и некоторых высших приматов. Концентрация гистатинов в слюне - примерно 45-75 мкг/мл. Гистатины способны также осаждать танины, причем более эффективно, чем пролин-богатые протеины, особенно при нейтральных значениях рН и высоких концентрациях танинов [12]. Гистатины являются слабо амфипатичными пептидами. На моделях липосом было показано, что они обладают слабой литической способностью [24; 26]. Интенсивность кандидной колонизации находится в зависимости от концентрации гистатинов, в свою очередь, их уровень повышается при кандидозе полости рта [10; 13].

Большой проблемой современности является развитие резистентности (способности микроорганизмов развиваться и размножаться при внедрении химического препарата, который обычно действует на уничтожение этих микробов или на прекращение их роста) микроорганизмов к антимикробным препаратам [4; 23].

Механизм действия антимикробных пептидов универсален, вследствие чего они губительны даже для тех микроорганизмов, которые выработали устойчивость к различным антибиотикам в процессе эволюции [22].

Существуют значительные различия структуры клеточной стенки и клеточной мембраны у грамположительных и грамотрицательных бактерий. Грамположительные бактерии содержат наружную клеточную стенку, состоящую из многих слоев пептидогликана, под которой находится клеточная мембрана [6]. Грамотрицательные бактерии обладают наружной клеточной мембраной, содержащей большое количество липополисахарида, а также истинной внутренней цитоплазматической мембраной [14]. Последняя покрыта меньшим, чем у грамположительных бактерий, числом полигликановых слоев и отделена от наружной мембраны периплазматическим пространством. Таким образом, грамотрицательные бактерии обладают серьезным барьером на пути проникновения лекарств. Липофильные препараты или водорастворимые вещества с низкой молекулярной массой могут проходить через пориновые каналы. Изменения содержания или состава пориновых белков или липополисахаридов наружной мембраны могут обусловить возникновение резистентности вследствие снижения проницаемости к антибиотикам.

Известно, что большая часть антибактериальных пептидов воздействует на мембрану бактерий, точнее, на её жировой слой. Кроме того, такие пептиды всегда обладают положительным зарядом, а жировой слой мембраны бактерии заряжен отрицательно. Поэтому ясно, что главный принцип антибактериального эффекта - это электростатический эффект. Однако иногда пептиды эффективны в отношении одного типа микроорганизмов, а других, с идентичным зарядом мембраны, нисколько не повреждают. Кроме того, нет объяснений, каким образом положительно заряженные пептиды воздействуют на электрически нейтральный липидный слой клеточной мембраны млекопитающих [2].

Универсальность действия на микроорганизмы, а также способность быстро поражать клетки-мишени и широкий спектр действия позволяют рассматривать антимикробные пептиды в качестве основы для создания новых лекарств, особенно на фоне глобальной проблемы снижения эффективности обычных антибиотиков. Однако стоит обратить внимание на то, что многие натуральные пептиды помимо чужеродных микроорганизмов способны разрушать эритроциты крови [17]. В этом и состоит сложность использования АМП в медицине. Механизм действия пептидов по сей день слабо изучен, поэтому направленный синтез молекул, при котором пептиды бы действовали исключительно на возбудителей, не причиняя вреда клеткам человека, пока невозможен.

Но, несмотря на недостаточную изученность, в последние годы обрисовались перспективы применения антимикробных пептидов в клинической практике. Так, в Европе уже проходят клинические исследования медикамента, основу которого составляет антимикробный пептид, полученный из секрета мушки дрозофила. Он показывает достаточный уровень эффективности в борьбе с тяжёлой грибковой инфекцией, которая часто прогрессирует после химиотерапии или трансплантации органов. Антимикробные пептиды начинают активно вырабатываться клетками человеческого организма при локальных повреждениях или наличии болезнетворных микроорганизмов. Поэтому они оптимальны в терапии местных воспалений.

Клиническое применение эндогенных антимикробных пептидов затрагивает широкий круг проблем современной теоретической и прикладной науки [17]. Многие аспекты применения АМП еще до конца не изучены. Тем не менее эта тема заслуживает пристального внимания и дальнейшей разработки.

Рецензенты:

Белый Л.Е., д.м.н., профессор кафедры госпитальной хирургии, анестезиологии, реаниматологии, урологии, травматологии и ортопедии МФ ИМЭиФК УлГУ, г. Ульяновск;

Кан Н.И., д.м.н., профессор, зав. кафедрой последипломного образования и семейной медицины ФПМиФО ИМЭиФК УлГУ, г. Ульяновск.

Катионные антимикробные пептиды (АМП) фагоцитов и клеток барьерных эпителиев являются одними из ключевых молекул врожденного иммунитета, обеспечивающих противоинфекционную защиту организма. Однако известно, что кроме антимикробного действия АМП проявляют и широкий спектр эффектов в отношении собственных клеток организма. Это дает основание рассматривать данные пептиды не только как антимикробные, но и как возможные биомодуляторные соединения. В обзоре рассматриваются различные виды биологической активности АМП, принадлежащих к разным структурным классам, в том числе пептидов, впервые выделенных авторами из лейкоцитов животных (протегринов, бактенецинов ChBac5, ChBac3.4). АМП обладают высокой антимикробной, липополисахарид-связывающей активностью, ряд пептидов проявляет цитотоксическую активность в отношении опухолевых и нормальных клеток человека in vitro, некоторые пептиды оказывают ранозаживляющее действие. АМП из семейства дефенсинов обладают кортикостатической активностью: ингибируют стимулированный адренокортикотропным гормоном стероидогенез в клетках коркового слоя надпочечников in vitro, а также, как показано авторами, дефенсины и протегрин 3 снижают индуцированное адренокортикотропным гормоном или стрессом повышение уровня кортикостерона в крови экспериментальных животных. Описанные в литературе и полученные авторами данные свидетельствуют в пользу концепции АМП как многофункциональных молекул, участвующих во взаимодействии систем врожденного и приобретенного иммунитета, а также иммунной и нейроэндокринной систем.

Ключевые слова

Полный текст

Об авторах

Ольга Валерьевна Шамова

Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины СЗО РАМН; Санкт-Петербургский государственный университет

Д С Орлов

В Н Кокряков

Е А Корнева

академик РАМН Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Пептиды являются универсальными биорегуляторами, контролирующими большинство биохимических процессов в любом живом организме. Получение лекарственных препаратов на основе пептидов открыло новую эру в фармакологии, и медицине, а именно эру возможностей регулирования любого биохимического процесса в организме человека, путем синтеза аналогов естественных биопептидов и их введения в организм с лечебной или профилактической целью. Лекарственные препараты на основе пептидов обладают высоко избирательным и эффективным действием, и в то же время они относительно безопасными и характеризуются хорошей переносимостью, что обуславливает повышенный интерес к их изучению и разработкам. Рынок пептидных препаратов сегодня переживает настоящий бум, связанный с появлением многочисленных пептидных лекарственных средств. В настоящее время приблизительно 140 пептидных терапевтических средств оцениваются в клинических испытаниях. Учитывая, что самые простые механизмы воздействия пептидов уже используются, необходимо исследовать новые пути воздействия пептидов и возможности их применения. Примерами таких подходов являются многофункциональные и проникающие в клетку пептиды, а также конъюгаты пептидных лекарственных средств. Индивидуализированный подход к лечению больных, который может быть обеспечен с помощью использования пептидных лекарственных средств в будущем может стать нормой для лечения каждого больного.

1. Padhi, A. et al. (2014) Antimicrobial peptides and proteins in mycobacterial therapy: Current status and future prospects. Tuberculosis 94, 363–73.

3. Дедов, И.И. Новые возможности терапии сахарного диабета 2 типа /И. И. Дедов//.- Сахарный диабет.- 2009, спецвы-пуск.П С.1-3.

4. Giordano, C. et al. (2014) Neuroactive peptides as putative mediators of antiepileptic ketogenic diets. Front. Neurol. 5, 63.

5. Анисимов В.Н., Хавинсон В.Х. Применение пептидных препаратов эпифиза (шишковидной железы) в онкологии: двадцатилетний опыт исследования эпиталамина // Вопр. онкол.—1993.—Т. 39.—С. 131– 142.

6. Kaspar, A.A. and Reichert, J.M. (2013) Future directions for peptide therapeutics development. Drug Discov. Today 18, 807–817.

7. Steidler, L. et al. (2009) Actobiotics as a novel method for cytokine delivery. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1182, 135–145.

8. Robinson, S.D. et al. (2014) Diversity of conotoxin gene superfamilies in the venomous snail, Conus victoriae. PLoS ONE 9, e87648.

9. Transparency Market Research (2012) Peptide Therapeutics Market: Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2012–2018, Transparency Market Research.

10. Schulte, I. et al. (2005) Peptides in body fluids and tissues as markers of disease. Expert Rev. Mol. Diagn. 5, 145–157.

11. Delgado, C. et al. (1992) The uses and properties of PEG-linked proteins. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 9, 249–304.

13. Riber, D. et al. (2013) A novel glucagon analogue, ZP-GA-1, displays increased chemical and physical stability in liquid formulation. Diabetes 62, A99–A172.

14. Timmerman, P. et al. (2009) Functional reconstruction of structurally complex epitopes using CLIPSTM technology. Open Vaccine J. 2, 56– 67.

15. Pocai, A. (2012) Unraveling oxyntomodulin, GLP1’s enigmatic brother. J. Endocrinol. 215, 335–346.

16. Larsen, B. et al. Zealand Pharma A/S. Pharmacologically active peptide conjugates having a reduced tendency towards enzymatic hydrolysis. US 6,528,486 B1, WO 99/46283.

17. Knudsen, L.B. (2010) Liraglutide: the therapeutic promise from animal models. Int. J. Clin. Pract. XX[LM2], (Suppl.) 4–11.

Цель исследования – изучение преимуществ и недостатков пептидных препаратов, их применения, путей введения, традиционных и новых возможностей в разработке пептидных препаратов.

Введение

На сегодняшний день известно более 7000 встречающихся в природе пептидов, многие из которых выполняют важные функции в организме, включая действия в качестве гормонов, нейротрансмиттеров, факторов роста, лигандов ионных каналов или противоинфекционных средств [1]. Пептиды являются селективными сигнальными молекулами, которые связываются со специфическими поверхностными рецепторами клеток, такими как G-белок-связанные рецепторы (GPCR) или ионными каналами, запуская тем самым внутриклеточные реакции. Учитывая их привлекательный фармакологический профиль и другие свойства, такие как безопасность, хорошая переносимость и эффективность, пептиды представляют собой оптимальную основу для разработки новых терапевтических средств. Кроме того, получение пептидов связано с более низкой сложностью производства по сравнению с биофармацевтическими препаратами на основе белков и, следовательно, связанно с более низкими расходами. Однако встречающиеся в природе пептиды часто не подходят для использования в качестве терапевтических средств, так как они имеют ряд недостатков, включая химическую и физическую нестабильность, а также короткий период полураспада в циркулирующей плазме крови. Некоторые из этих недостатков могут быть успешно устранены с помощью методов традиционной конструкции и ряда других разрабатываемых в настоящее время технологий. К таким технологиям относятся многофункциональные и проникающие в клетку пептиды, а также конъюгаты пептидных лекарственных [2,3].

Основная часть

Рынок пептидных препаратов

За последнее десятилетие пептиды нашли широкое применение в медицине и биотехнологии. В настоящее время существует более 60 утвержденных управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) пептидов на рынке, и эта цифра, как ожидается, значительно вырастет, так как приблизительно 140 пептидных препаратов в настоящее время уже проходят клинические испытания, а доклинические - более 500 [4].

Применение пептидов

Основными заболеваниями, при которых в настоящее время используются и активно изучаются пептидные препараты, являются метаболические и онкологические заболевания. Заболевания из первой группы включают в себя ожирение и сахарный диабет 2 типа, характеризующиеся в последнее время эпидемическим ростом, заболевания второй группы характеризуются ростом смертности и необходимости замены химиотерапии, а также поддерживающей терапии. Примером пептидных препаратов для лечения сахарного диабета 2 типа (СД2) является новый класс пептидов - агонистов глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1) [5].

Помимо перечисленных заболеваний в последнее время разрабатываются пептидные препараты для лечения редких заболеваний, например, тедуглутид - агонист рецептора GLP-2, используемый для лечения синдрома короткой кишки, а также пасиреотид - агонист соматостатиновых рецепторов, используемый для лечения синдрома Кушинга. Кроме того, рассматривается возможность применения пептидов при заболеваниях инфекционного и воспалительного характера, при этом несколько пептидов уже проходит клинические испытания [6].

Помимо применения пептидов в качестве лекарственных средств, возможно их использование в качестве биомаркеров с диагностической целью. Наконец, пептиды также нашли применение в качестве вакцин [7].

Пути введения пептидов в организм

В настоящее время большинство пептидных лекарств вводят парентеральным путем, тем не менее, разрабатываются альтернативные формы введения, включая пероральный, интраназальный, и трансдермальный пути, в соответствии с развитием технологий. Одним из примеров альтернативных путей введения пептидов является препарат мидазол, с трансбукальным способом введения. В настоящее время разрабатываются системы трансбуккальной доставки, в которых используются гликонаночастицы золота [8]. Другие разрабатываемые системы могут обеспечить пероральную доставку пептидов, непосредственно экспрессируемых в желудочно-кишечном тракте.

Использование альтернативных форм введения может также обеспечить более широкое использование пептидной терапии при других состояниях, таких как воспаление, где местное введение пептидов может стать эффективным методом лечения [9].

Традиционные технологии конструирования пептидов

С целью избавления от таких недостатков применения природных пептидов как короткий период полувыведения и плохие физико-химические свойства, с которыми связана агрегация и плоха растворимость пептидов, используют ряд технологий

Вначале проводится определение аминокислотной структуры пептида и выявление в ней константных участков и участков возможной замены без изменения свойств. Данный анализ возможно осуществить, например, с помощью аланиновых замен отдельных аминокислот с последующим изучением полученного пептида. Важным в этом процессе, особенно когда необходимо получение жидких лекарственных форм, является определения химически лабильных аминокислот, подверженных таким процессам как изомеризация, гликозилирование или окисление, что является нежелательным [10].

В дальнейшем возможно ограничение ферментативного расщепления пептида путем идентификации возможных сайтов молекулярного расщепления с последующей заменой соответствующих аминокислот. Защита от ферментативного расщепления также может быть достигнута путем усиления вторичной структуры пептидов. Этот подход включает в себя вставку зонда, определяющего новую структуру, вставку лактамных мостиков, сшивание или клипирование пептидных последовательностей, а также циклизацию пептидов. Полиэтиленгликольилирование было использовано для ограничения глобулярной фильтрации и тем самым увеличения периода полувыведения пептидов из плазмы крови. К другим способам стабилизации пептидов относится связывание их с циркулирующим белком альбумином, в качестве носителя, для продления периода полураспада, что приводит к появлению пептидных препаратов пролонгированного действия, которые можно вводить до одного раза в неделю [11].

С целью улучшения физико-химических свойств пептидов, в частности уменьшения агрегации, производят разрушение гидрофобных участков в структуре пептида, что может быть достигнуто с помощью замены или N-метилирования определенных аминокислот. Для улучшения растворимости определенного пептидного препарата, изменяется распределение его зарядов, с помощью вставок или замены аминокислот что приводит к изменению изоэлектрической точки пептида и его стабилизации при рН желаемой рецептуры конечного продукта. Физико-химические свойства пептидов также могут быть улучшены путем введения стабилизирующих структур, таких как α-спираль или лактамные мостики [12].

Считается что пептидные препараты второго поколения, оптимизированные для терапевтического использования с помощью перечисленных технологий, оказались более удобными для применения. Дальнейшее развитие пептидной терапии связывают с быстрым появлением и дальнейшей миниатюризацией специальных устройств, насосов и систем обратной связи с сенсорами, и автоматизированным управлением, что позволило бы осуществить умную доставку пептидов [13].

Новые пептидные технологии

Существует огромное количество природных пептидов, некоторые из которых могут являться хорошей основой для создания новых пептидных препаратов. Большой интерес на сегодняшний день представляют исследования обмена веществ в кишечнике, так как он богат разнообразными микроорганизмами, изучение которых может привести к идентификации новых пептидов из фрагментов микробных белков, продуктов распада или сигнальных молекул. Продолжающиеся исследования микроорганизмов помогут значительно обогатить спектр имеющихся пептидных препаратов и тем самым повысить возможности для пептидной терапии в будущем [14].

Многофункциональные пептиды

Среди новых технологий в этой области - многофункциональные пептиды, имеющие более одного фармакологического действия, например, двойной или даже тройной агонизм. Применение данных препаратов дает возможность осуществления более индивидуализированного подхода к лечению пациентов. Современные многофункциональные пептиды, находятся в стадии разработки, включая антимикробные пептидные препараты, которые имеют дополнительные биологические функции, такие как иммуностимуляция или заживление ран. Двойные агонисты GLP 1-GCG обеспечивают большую потерю веса при избыточной массе тела пациентов с сахарным диабетом 2 типа по сравнению с чистым агонистом GLP-1, благодаря увеличению энергозатрат на основе GCG. Эти примеры иллюстрируют, как добавление дополнительного действия к установленному, может обеспечить более индивидуализированный лечебным подходам с повышенной эффективностью.

Одной из проблем разработки многофункциональных пептидов является возможное несоответствие эффектов нового препарата, полученных in vitro и его воздействия in vivo, при этом в организме могут включится новые пути действия препарата, не связанные с запланированным эффектом. Кроме того, перевод результатов исследований препаратов, полученных от животных моделей на человека, также является проблемой. В целом сложность предсказывания эффектов многофункциональных пептидов в организме резко возрастает, что требует дальнейшего развития аналитического и экспериментального процесса в фармакологии.

Проникающие в клетку пептиды

Способы введения в организм лекарственных средств непрерывно совершенствуются. Возникают новые, более тонкие иглы и приборы, осуществляющие парентеральное введение лекарственных средств, разрабатываются пероральные системы со сложным механизмом высвобождения лекарственных средств, все это направленно на повышение эффективности терапии в результате повышения биодоступности лекарств в области нахождения их мишени.

Одной из важных проблем применения лекарственных средств на основе пептидов является плохая способность нативных пептидов переходить через клеточную мембрану, для воздействия на внутриклеточную мишень, что ранее ограничивало их терапевтическое применение.

Конъюгирование пептидов

К новым пептидным технологиям также можно отнести конъюгирование пептидов, например, с небольшими молекулами, олигорибонуклеотидами или антителами предоставляющее возможность для разработки новых пептидных терапевтических средств с улучшенной эффективностью и безопасностью. Например, в онкологии этот подход вызвал большой интерес, в результате чего более 20 пептидных конъюгатов проходят клинические испытания. Уже был продемонстрирован довольно удачный способ сопряжения пептидного агониста рецептора нейротензина 1 с радиоактивным лигандом для лечения рака поджелудочной железы, при этом первый компонент осуществляет прицельную доставку второго к органу мишени, создавая высокую местную концентрацию химиопрепарата в опухолевом очаге. Данный метод может помочь устранить главную проблему применения химиотерапии, уменьшая системные побочные эффекты и повышая эффективность применения препарата. В конъюгатах пептид-антитело часть антитела может играть роль целевого объекта, тогда как пептид является эффекторной частью [17].

Заключение

Дальнейшая разработка пептидных препаратов будет основываться на встречающихся в природе пептидах с применением традиционных пептидных технологий для улучшения их слабых мест, таких как как их химические и физические свойства, а также короткий период полураспада.

Также ожидается, что новые пептидные технологии, в том числе многофункциональные пептиды, пептиды, проникающие в клетки, и конъюгаты пептидных лекарственных средств, помогут расширить сферу применения пептидов в качестве терапевтических средств.

Пептиды обладают огромным потенциалом в качестве будущих препаратов для успешного решения многих медицинских проблем.

Читайте также: