Цитокины

Новый класс открытых лекарственных препаратов с иммуно- и гемопоэтической направленностью действия получил название цитокинов, или эндогенных иммуномодуляторов. Оказалось, что они производятся в организме клетками соединительнотканной стромы, эндотелием сосудов, макрофагами и активно регулируют процессы размножения, созревания и функционирования клеток иммунной и кроветворной систем.

На первое место очень скоро вышли так называемые колоние-сти- мулируюшие факторы (КСФ) — граиулоцитарный и гранулоцитарпо- макрофагальный (Г-КСФ и ГМ-КСФ). Они очень эффективно стимулировали выработку нейтрофилов, и поэтому быстро нашли применение в клинике в качестве гемостимуляторов при химиотерапии опухолей. Стало ясно, что и при лечении радиационных поражений кроветворения они окажутся востребованными, что и было подтверждено в эксперименте. Эти препараты появились вначале на Западе, но сейчас уже есть и отечественные препараты Г-КСФ — лейкостим и нейпомакс. Вот как, например, выглядит сравнение гемостимулирующей активности отечественного лейкостима и западного пейпо- гена в опытах на облученных собаках (рис. 5).

В это же время появился отечественный генноинженерный цитокин, интерлейкин-1 р, названный беталейкином. Началась совместная разработка этого препарата его производителем — Институтом особо чистых биопрепаратов (С.-Петербург) — и Институтом биофизики

Динамика нейтрофилов у облученных собак, леченных препаратами Г-КСФ

Рис. 5. Динамика нейтрофилов у облученных собак, леченных препаратами Г-КСФ:

а — зарубежным [5]; 6 — отечественным (данные автора; доверительный интервал ±0,67)

(Москва), имевшим наибольший опыт работы с противолучевыми средствами. Сближению способствовало следующее обстоятельство. В Институте биофизики был разработан необычный подход к лечению облученных животных, получивший название процедуры ЭИР [экстракция + инкубация + реимплантация костного мозга — ЕЖ (анг.)].

Идея этого подхода возникла после того, как в опыте на морских свинках было обнаружено стимулирующее влияние экстракции части костного мозга вскоре после облучения организма на последующее восстановление кроветворения. Затем было решено дополнить процедуру экстракции костного мозга инкубацией извлеченного экстракта с добавлением веществ, способствующих восстановлению облученных клеток, и последующей реимплантацией проинкубированного материала (рис. 6).

Так сформировалась процедура ЭИР, осуществленная в разных модификациях на трех видах лабораторных животных: мышах, морских свинках и собаках.

Проверка противолучевой лечебной эффективности процедуры ЭИР дала заслуживающие внимания результаты, но главное, она сыграла важную роль в дальнейшем развитии исследований по поиску эффективного противолучевого препарата. На рис. 7 приведены дан-

Рне. 6. Схема процедуры экстракции, инкубации и реимплантации костного мозга как способа лечения тотально облученного в смертельной дозе организма

ные о влиянии процедуры ЭИР на выживаемость собак, облученных в смертельных дозах.

Эффективность процедур была оценена по критерию ФИД (отношению ЛД50 в опыте и контроле, как показано на рис. 7). Конечно, оценка ФИД для процедуры ЭИР была весьма приблизительной, тем не менее, сам факт достаточно выраженного позитивного эффекта не вызывал сомнений. Если учесть, что основной вклад в лечебный эффект давала как раз начальная часть процедуры — экстракция костного мозга, сопряженная несомненно с нанесением травмы и кровопусканием, то становится ясным, что данный феномен связан с активацией эндогенных процессов. Какие же эндогенные факторы приводила в действие процедура ЭИР?

Возникла мысль, что такими факторами могли бы быть цитокины, в частности интерлейкин-1. Изучение беталейкина позволило получить основные характеристики его противолучевого действия и сопоставить их с аналогичными характеристиками уже упомянутых выше препарата РС-10 и процедуры ЭИР (табл. 3).

Данные табл. 3 несомненно свидетельствуют о том, что характеристики противолучевого действия ИЛ-1 совпадают с таковыми для препарата РС-10 и процедуры ЭИР, чего нельзя сказать о колониести-

Рнс. 7. Сравнительные данные опытов на облученных собаках противолучевой лечебной эффективности процедуры ЭИР (/ — ЭИР; 2 — контроль) с эффективностью поддерживающей (3) и цитокиновой (Г-КСФ и ГМ-КСФ (4) 5 — контроль) терапии по данным зарубежных авторов |6, 7|

Та б л и ца 3. Сопоставление характеристик противолучевого действия разных средств

Средство

Время введения средств

За 24 ч до облучения

В пределах 2 ч после облучения

Через 6 ч после облучения

Многократно

после

облучения

Полисахариды (препараты РС-10, РС-11)

+

+

+

Не изучали

Процедура ЭИР

+

+

+

То же

Цитокины:

КСФ

-

-

-

+

ИЛ-1

+

+

+

-

Примечание. РС-10, РС-11 — противолучевые средства на базе хитозана, выделенного из хитина раков; КСФ — колониестимулирующие факторы (гранулоцитарный, грану- лоцитарно-макрофагальный); ИЛ-1 — интерлейкин-1. Знак «плюс»— положительный эффект; знак «минус» — отрицательный эффект.

мулирующих факторах. Это дало основание рассматривать не только РС-10, но и прочие высокомолекулярные соединения как индукторы ИЛ-1.

В дальнейшем выяснилось, что есть и другие цитокины, составляющие вместе с ИЛ-1 группу так называемых провоспалительных цитокинов: фактор стволовой клетки (SCF); ИЛ-6, тумор некротический фактор (TNF) и ряд других. Именно им оказалось присуще противолучевое действие. С чем же это связано, какое конкретно действие провоспалительных цитокинов лежит в основе их противолучевого действия? Чтобы ответить на этот вопрос, нам придется познакомиться с современными представлениями о реакциях клетки на самые разнообразные воздействия, в том числе и радиационное. На рис. 8 в схематическом виде представлены результаты оценки влияния ряда провоспалительных цитокинов на кроветворные клетки стволового пула.

На рис. 8 видно, что цитокины ИЛ-1 (их а- и (З-разновидности), ИЛ-6 и фактор стволовой клетки [ФСК — англ.: (SCF)], называемый также кит-лигандом, оказывают стимулирующее действие па покоящиеся кроветворные стволовые клетки (HSC), т.е. побуждают их к делению, в то время как колониестимулирующий фактор (G-SCF) стимулирует деление только более зрелых клеток, не могущих обеспечивать процесс кроветворения длительное время. Другими словами, именно ИЛ-1 начинает процесс пострадиационного восстанов-

Кроветворные клетки-мишени действия ратных цитокинов и пути передачи сигнала ИЛ-1 в клетке

Рис. 8. Кроветворные клетки-мишени действия ратных цитокинов и пути передачи сигнала ИЛ-1 в клетке (ИЛ-1 — интерлейкин-1) (ФСК — фактор стволовой кроветворной клетки; ИЛ-6 — интерлейкнп-6; К — контрольная группа)

ления, а КСФ подключается к этому процессу позже. На диаграмме вверху показано, что ИЛ-1, кроме того, стимулирует увеличение рецепторов ФСК, продукцию ФСК, КСФ и ИЛ-6, т.е. активизирует цитокиновую сеть, стимулирующую пострадиационное восстановление. Наконец, в овале на рис. 8 показано, что ИЛ-1 через свой рецептор (RI) и три сигнальные пути вызывает увеличение факторов транскрипции (Nuclear factors), которые в свою очередь включают в работу соответствующие гены. Последние уже через кодируемые ими белки дают сигнал па активное деление клеток.

Вот такая основательная теоретическая база была заложена под разработку беталейкина (напомним, что это созданный генноинженерной технологией для массового производства интерлейкин-1Р) в качестве многопрофильного иммуногемостимулирующего и противолучевого средства. Как же реализовались эти планы на практике? Обратимся к рис. 9.

На рис. 9 показано лечебное действие разных средств, используемых, как правило, однократно сразу после облучения и на фоне поддерживающей терапии антибиотиками в период разгара ОЛБ (8— 24 сут). В состав этих средств входят разные индукторы цитокинов —

Дозовые зависимости выживаемости собак при использовании после облучении разных противолучевых средств; чем правее расположена линия, тем эффективнее препарат (данные [8, 9| и автора)

Рис. 9. Дозовые зависимости выживаемости собак при использовании после облучении разных противолучевых средств; чем правее расположена линия, тем эффективнее препарат (данные [8, 9| и автора)

дезоксинат (деградированная ДНК), транслам (глюкан), совидон (синтетический полимер), а также такие цитокины, как тромбопоэ- тии и Г-КСФ (последний, правда, вводится многократно в течение 21 сут). Беталейкин как минимум не уступает всем им в эффективности, а может быть, даже несколько превосходит. У беталейкина есть еще то преимущество, что в отличие от приведенных индукторов цитокинов он нашел применение в качестве иммуно- и гемостимулятора в нерадиационной медицине, т.е. стал препаратом двойного назначения, а это обеспечивает ему перспективы устойчивого производства.

У беталейкина, однако, появился сильный конкурент — разраба- таниый в США препарат флагеллин (точнее, его усовершенствованный дериват CBLB502, он же энтолимод), представляющий собой полипептид, выделенный из разновидности жгутикового микроба. Перспективность препарата, по мнению авторов, связана с механизмом его действия, CBLB502 действует на клетку через toll-like рецептор 5 (TLR-5, ТЛР-5). Поясним, что это означает.

Выяснилось, что высокомолекулярные соединения, попадая в организм, вызывают ответную реакцию через взаимодействие не только с антителами, но и с группой относительно специфичных рецепторов, которые получили название толл-подобных. На рис. 10 приведен ряд этих рецепторов с указанием некоторых веществ, специфически реагирующих с соответствующим рецептором.

На рис. 10 видно, что флагеллин CBLB502 в отличие от ИЛ-1 активизирует только один сигнальный путь, ведущий к появлению транскрипционного ядерного фактора (NFkB), усилению деления клеток и подавлению апоптотической клеточной гибели, которая как раз сильно выражена при действии на клетку ИИ. Цитокин ИЛ-1 дополнительно к ядерному фактору NFkB может активизировать транскрипционный фактор cJun, усиливающий апоптоз. По схеме получается, что энтолимод не должен вызывать побочных эффектов, свойственных провоспалительным цитокинам.

Насколько приведенная схема реализуется в конкретных условиях применения препарата покажут его экспериментальная и особенно клиническая проверки. Опубликованные результаты противолучевой эффективности флагеллииа CBLB502 демонстрируют ожидаемый для индукторов цитокинов эффект: увеличение выживаемости по сравнению с контрольной группой примерно на 40 % (рис. 11).

Пока цитокины остаются наиболее перспективными препаратами противолучевой терапии, а беталейкин официально утвержден как

Индукторы цитокинов и toll-like рецепторы (TLR) (ЛПС — лнпополнсаха- риды — компонент клеточной оболочки микробов)

Рис. 10. Индукторы цитокинов и toll-like рецепторы (TLR) (ЛПС — лнпополнсаха- риды — компонент клеточной оболочки микробов)

Зависимость выживаемости летально облученных (6,5 Гр) макак резус от введения СВ1.В502 в дозе 40 мкг/кг за 45 мин до облучения [10]

Рис. 11. Зависимость выживаемости летально облученных (6,5 Гр) макак резус от введения СВ1.В502 в дозе 40 мкг/кг за 45 мин до облучения [10]

средство экстренной терапии при аварийных лучевых поражениях человека.

Тем не менее разработка цитокиповой терапии острых аварийных облучений продолжается. Кроме беталейкина появился еще один перспективный цитокин на роль экстренного терапевтического средства — тромбопоэтин (ТПО), также изготовленный по генноин- женерной технологии (рис. 12).

Динамика гибели облученных (3,5 Гр) собак, леченных цитокинами и антибиотиками

Рис. 12. Динамика гибели облученных (3,5 Гр) собак, леченных цитокинами и антибиотиками:

1 — беталейкин ИЛ-1(5, х1 (т.е. однократно); 2 — Г-КСФ — нейпомакс, х21; 5 — ТПО — тромбопоэтин, х!; 4 — антибиотики, 7—24 сут (все группы)

На рис. 12 видно, что ТПО, как и беталейкин, при однократном введении смертельно облученным собакам не уступает в эффективности многократным введениям (21 раз) Г-КСФ. Это подчеркивает принципиальное различие в характере действия беталейкина и ТПО, с одной стороны, и Г-КСФ, с другой стороны. Первые как бы включают долговременную противолучевую реакцию клеток (возможно, через активизацию всей цитокиновой сети), Г-КСФ работает как ростовой фактор с необходимостью длительного поддержания его повышенной концентрации.

Беталейкин был апробирован в эксперименте и как средство защиты от пролонгированного облучения с низкой мощностью дозы.

На рис. 13 видно, что из всех использованных препаратов только беталейкин в различных вариантах его применения оказывал защитное действие по показателям защиты клеток костного мозга и стволовых клеток селезенки от гибели при облучении мышей в течение примерно суток с мощностью дозы 1 сГр/мии и в дозе 12,6 Гр. За счет какого механизма беталейкин реализует свое противолучевое действие? Есть основание думать, что решающее значение, как и при его лечебном действии при облучении с высокой мощностью дозы, имеет активизация транскрипционного ядерного фактора «кВ», стимулирующего деление клеток и тормозящего апоптоз.

Подведем теперь некоторый итог всему вышесказанному и попробуем дать обобщенную характеристику наиболее эффективным противолучевым средствам, представленным в табл. 4.

К оценке противолучевого действия ротных препаратов по показателям кле- точпости костного мозга

Рис. 13. К оценке противолучевого действия ротных препаратов по показателям кле- точпости костного мозга (ККМ), % (первый ряд диаграммы) п эндогенных колоний в селезенке (К'ОЕс), % (второй ряд диаграммы) при пролонгированном облучении мышей в дозе 12,6 Гр с низкой мощностью (1 сГр/мин). Введенные препараты:

1 — беталсйкин — 50 мкг/кг за 2 ч до облучения, (погрешность Р <5 %); 2 — беталейкин — 3 мкг/кг за 22 ч < 5 %); 3 — феноксан за 24 ч и 2 ч; 4 — рибоксин за 30 мин; 5 — лимон- тар за 2 ч (контроль — 100 %)

Табл и ца 4. Обобщенная характеристика наиболее эффективных противолучевых средств

Радиомодификатор

Радиопротектор

Радиолечебные средства

Параметр

Беталсйкин

СВЬВ502

(энто-

лимод)

Индралин

Амифос-

тин

Беталейкин,

тромбопоэ-

тин

Г-КСФ

Срок введения:

до облучения

За 2—24 ч

За 1 ч

За 10 мин

За 0,5 ч

после

облучения

Не позже чем

через 2 ч

В течение 2—3 нед.

Сигнальный

путь

Через

рецептор

ИЛ-1

Через

рецептор

Толл-5

а-адрено-

рецептор

Инактивация

радикалов

Через

рецепторы

ил-птпо

Г-КСФ

рецептор

Механизм

действия

Подавление

аноптоза.

Усиление репарации. Интенсификация деления клеток

Гипоксия

Повышение

концентрации

гиолов

Интенсификация деления клеток

Ослабление поражения ДНК

Итак, в табл. 4 все противолучевые средства разделены на три основные группы: радиопротекторы, введение которых максимально приближено к моменту начала облучения, радиомодификаторы с более удаленным от начала облучения введением, радиоле- чебиые средства, подразделяемые на средства экстренной (ранней) терапии с однократным введением и средства длительного курсового применения.

При обсуждении реального практического использования противолучевых средств речь, естественно, пойдет о лучевой и химиотерапии онкологических заболеваний.

Наиболее эффективны в борьбе с лучевыми поражениями, конечно, радиопротекторы, непосредственно ослабляющие поражение ДНК, но это в эксперименте, позволяющем создать особенно жесткие антиоксидантные условия в организме (гипоксия, высокая концентрация тиолов), что оказывается слишком дискомфортным для человека, а потому неприемлемым в клинике. Именно этим объясняется слабая востребованность радиопротекторов при лучевой терапии опухолей. Это касается даже такого детально изученного и «раскрученного» препарата, как амифостин.

Радиомодификаторы действуют менее эффективно, но более мягко. Их перспективы применения в повседневной медицинской практике выше. Однако реальных достижений пока что немного. Известно, что беталейкип был применен в процессе химиотерапии рака, т.е. в известном смысле профилактически, и смог ослабить степень развивающейся лейкопении. Определенные надежды теперь связывают с флагеллипом (энтолимодом).

В плане востребованности в повседневной медицинской практике наиболее благоприятно обстоят дела с радиолечебными средствами, но в основном курсового применения. Колониестимулирующие факторы (Г-КС'Ф, ГМ-КСФ) широко используются для скорейшего выведения пациентов из состояния резко сниженного количества лейкоцитов в крови после особенно интенсивных курсов лучевой и химиотерапии опухолей. При этом нашел применение, но более скромное, и беталейкип. Определенные перспективы связаны с предложением использовать беталейкип в комбинации с Г-КСФ, что может не только повысить эффективность лечения, но и удешевить его. Кроме того, беталейкип используется уже в качестве иммуномодулятора при тяжелых хирургических операциях.

Возвращаясь к табл. 4, обратим внимание на то, как изменились представления о механизмах противолучевого действия. Прежние гипотезы о перехвате водных радикалов уступили место гипотезам, связанным с механизмом действия через разнообразные рецепторы па клеточных мембранах: адрено-, холипо-, гистамино-, серотонино- рецепторы и ряд других (при использовании радиопротекторов), а также через толл-подобные рецепторы для индукторов цитокинов и селективные рецепторы для конкретных цитокинов (1Ь-1 рецептор, ТГЮ-рецептор и др.).

Рецепторы классических низкомолекулярных радиопротекторов связаны с сигнализацией об опасности внешних воздействий — холода, перегревания, физической нагрузки, травмы, гипоксии или обобщенно — дистресса. Класс толл-подобных и цитокиновых рецепторов, используемых радиомодификаторами, сигнализирует о более серьезной, биологической угрозе для организма и запускает более сложную, длительную и физиологичную реакцию, ассоциирующуюся с понятиями воспаления, цитокиновой сети, мобилизации клеток из стволового пула, антиоксидантной защиты.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >