ГЛАВА 1. КАППА-ОПИОИДНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ КАК МИШЕНЬ ДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

ГЛАВА 1. КАППА-ОПИОИДНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ КАК МИШЕНЬ ДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Таблица 1

По мнению ряда авторов [Carlezon W.J., 2009; Vanderah T.W. 2010; Lemos J.C., 2011; Nagase H., 2011] из всех подтипов опиоидных рецепторов именно субпопуляция каппа-рецепторов представляет собой одну из наиболее привлекательных мишеней для создания принципиально новых оригинальных препаратов без серьезных побочных эффектов, характерных для опиоидных анальгетиков.

1. 
   Молекулярная структура каппа-рецептора.
   

Рис 1. Спиралевидная модель опиоидного рецептора [Vukojević V., 2012].

II и III внеклеточные петли, а также верхушка ТМ-4, как полагают, являются ключевыми фрагментами для высокоселективного связывания рецептора с лигандами [Marinissen M., 2001]. Изучение химерных структур показало, что EL-2 необходима для проявления активности динорфина [Kane B., 2006]. Каппа-белок содержит остаток Glu²⁹⁷ на третьей внеклеточной петле для высокоаффинного связывания с norBNI. Внутриклеточная часть рецептора содержит два остатка тирозина Tyr⁸⁷ и Tyr¹⁵⁷, являющихся мишенями для фосфорилирования тирозин-киназой. Фосфорилирование этих остатков может оказывать различные эффекты на ГТФ-зависимое связывание G-протеинов и модулировать сигнальную эффективность κаппа-рецепторов [Liu-Chen L.Y., 2004; Bruijnzeel A.W., 2009]. Другим важным участком фосфорилирования является остаток серина Ser³⁶⁹ на C-терминали [McLaughlin J.P., 2003].

2. 
   Локализация и функции каппа-опиоидных рецепторов.
   

Каппа-рецепторы локализованы в аксонах медиальной префронтальной коры [Svingos A.L., 2002], в прилежащем ядре, гипоталамических ядрах, околопроводном сером веществе, ядре одиночного пути, неокортексе [Tempel A., 1987; George S.R., 1994; Mansour A., 1994] и в задних рогах спинного мозга [Mansour A., 1988]. Интересным является тот факт, что в задних рогах спинного мозга, каппа-опиоидные рецепторы могут быть связаны с каннабиноидной системой. Применение агониста каннабиноидных рецепторов дельта-9-тетрагидроканнабинола приводило к угнетению ноцицептивных рефлексов, возможно, в результате ингибирования нейронов задних рогов через каппа-опиоидный механизм [Okada-Ogawa A, 2010]. На периферии, каппа-рецепторы были обнаружены в нервных окончаниях мышц, суставов и внутренних органов [Rau K.K., 2005], в ганглиях тройничного нерва, задних корешков спинного мозга, клеточных телах тонких миелинизированных и немиелинизированных ноцицептивных афферентов [Rivière P., 2004; Stein C., 2009, Phan N.Q, 2012], лимфоцитах, лейкоцитах, кардиомиоцитах [Pol O., 2003; Ohsawa M., 2005; Rau K.K., 2005; Kivell B., 2010; Schwarzer C., 2011] (табл.2).

Также было установлено, что для супраспинального уровня характерна высокая плотность всех каппа-рецепторных подтипов, включая κ₁, κ₂ и κ₃, тогда как в спинном мозге было выявлено только максимальное скопление κ₂- и умеренный уровень κ₃-рецепторов [Pasternak G.W., 2011].

Таблица 2

Каппа-опиоидная система вовлекается в многочисленные физиологические процессы, включая анальгезию, регуляцию нейроэндокринной секреции, водного баланса, питьевого и пищевого поведения, вегетативных функций, механизмов обучения, памяти [Carlezon J.W.A., 2009].

3. 
   Гетерогенность каппа-рецептора.
   

Гетеромеры представляют собой функциональные единицы с новыми физиологическими и фармакологическими свойствами и выступают в качестве уникальной мишени для создания новых лекарственных средств [Pasternak G.W., 2013]. Исследования, направленные на поиск молекул, обладающих способностью активировать/инактивировать специфические гетеромеры, приобретают все больший интерес [Wang D., 2005]. Это связано, прежде всего, с тем, что только ткани, экспрессирующие оба (κ2-) или все четыре (κ3-) промотера, будут мишенями для таких молекул [Rosenfeld R.; 2011]. Данные факты являются достаточно серьезной предпосылкой для разработки препаратов нового поколения с высокой селективностью и минимальными побочными эффектами, типичными как для мю-опиоидов, так и известных каппа-агонистов. Ключевым моментом κ-олигомеризации in vivo является взаимодействие двух и более промотеров с последующей аллостерической модуляцией кармана связывания [Conigrave A.D., 2003]. Взаимоотношения между промотерными партнерами возможны в результате обмена доменами и зависят от локализации и/или специфичности димерного/тетрамерного интерфейса [Waldhoer M., 2005].

Рис. 2. Схема модуляции рецепторной функции при гетеродимеризации [Pasternak, 2011].

Гетеродимеризация приводит к:

1. 
   формированию измененных лиганд-рецепторных участков связывания;
   
2. 
   усилению или ослаблению сопряжения с G-белком;
   
3. 
   сопряжению с новым G-белком (GZ);
   
4. 
   (рецепторы, сопряженные с разными G-белками) функциональной ингибиции вследствие коактивации промоторов гетеродимера по конкурентному типу с предпочтительным сопряжением с одним из G-белков;
   
5. 
   перекрестному фосфорилированию/десенситизации;
   
6. 
   нарушению сопряжения с G-белком, взаимодействию с β-аррестином, последующим дифференциальным сигналлингом и активацией фактора транскрипции.
   

Установлено, что каппа-рецепторы негативно сопряжены с аденилатциклазой посредством G_i/o-белка, модулируют калиевую, кальциевую проводимость, влияют на фосфолипазы С и D, запускают систему киназных каскадов, включая G-белок-сопряженные рецепторные киназы (GR), а также семейство митоген-активированных протеин киназ (MAPK): экстрацеллюлярную сигнал-регулируемую киназу (ERK1/2), p38 MAPK (p38), c-Jun N-терминальную киназу (JNK), изменяют экспрессию генов, опосредованно активируют фосфолипазу А2, гуанилатциклазу, NO-синтазу [Pasternak G.W., 2011].

• 
  активация К⁺-каналов внутреннего выпрямления
  
• 
  угнетение потенциалзависимых Са²⁺-каналов (N-, L-, P-, Q- и R-типа)
  
• 
  угнетение аденилатциклазы
  

• 
  активация фосфолипазы А
  
• 
  активация фосфолипазы С (возможно, прямая G-βγ-активация)
  
• 
  активация МАРК
  
• 
  активация Са²⁺-чувствительных К⁺-каналов
  
• 
  угнетение Т-типа потенциалзависимых Са²⁺-каналов
  
• 
  прямая ингибиция экзоцитоза трансмиттеров
  

• 
  активация потенциалзависимых К⁺-каналов (активация фосфолипазы А₂)
  
• 
  угнетение М-каналов (активация фосфолипазы А₂)
  
• 
  угнетение активированных гиперполяризацией катионных каналов (снижение уровня цАМФ в результате ингибиции аденилатциклазы)
  
• 
  увеличение уровня свободного внутриклеточного Са²⁺ (активация фосфолипазы С, активация L-типа потенциалзависимых Са²⁺-каналов)
  
• 
  угнетение высвобождения нейротрансмиттеров (глутамата, дофамина за счет угнетения аденилатциклазной активности, активации К⁺-каналов, угнетения потенциалзависимых Са²⁺-каналов
  
• 
  снижение нейрональной возбудимости (активация К⁺-каналов)
  
• 
  увеличение частоты нейрональной импульсации (угнетение высвобождения ингибиторных нейротрансмиттеров – растормаживание в результате угнетения спонтанного высвобождения ГАМК из ГАМК-ергических интернейронов в результате активации дендротоксин-чувствительных потенциалзависимых К⁺-каналов. Механизм активации К⁺-каналов запускается фосфолипазой А₂ с последующим метаболизмом арахидоновой кислоты по 12-липоксигеназному пути)
  
• 
  изменения экспрессии генов.
  

4. 
   Лиганды каппа-опиоидных рецепторов.
   

Рис. 3. Структурные формулы производных бензоморфана [Yekkirala A.S., 2013].

Одним из основных прорывов в развитии каппа-агонистов было описание структуры производных арилацетамидов [Aldrich, J.V., 1993]. В 1982 году компания Upjon (в настоящее время объединилась с Pfizer) обнаружила весьма селективный агонист каппа-опиоидных рецепторов - U- 50,488H [Piercey M.F., 1989]. Впоследствии, были проведены несколько исследований, направленных на некоторые изменения структуры, что привело к созданию более избирательных и мощных каппа-агонистов (рис.4). В исследованиях по радиолигандному связыванию U-50,488 проявлял более высокое сродство к каппа-опиоидным рецепторам (Ki=114 nM), чем к мю-рецепторам (Ki=6100 nM). При этом коэффициент мю/каппа для U50,488 и морфина составили 53,0 и 0,08 соответственно [VonVoightlander P.F., 1983]. U-50,488 оказывал дозозависимое налоксонообратимое анальгетическое действие в тестах in vivo без мю-опосредованных поведенческих эффектов [Rusovici D.E. et al., 2004].

Рис. 4. Структурные формулы каппа-агониста U-50,488 и его производных [Kawai K., 2008].

Структурно новый каппа-агонист проявлял диуретическую и противокашлевую активность [Kamei J. et al., 1996], реверсировал нарушения мнестических функций, ассоциированных с введением антихолинергических средств [Hiramatsu M., 1998]. U-50,488 явился родоначальником огромного семейства структурно новых веществ с каппа-рецепторной селективностью [Szmuszkovicz J., 1999; Rusovici D., 2004; Yamaotsu N., 2011; Nagase H., 2010] и до сих пор широко используется в качестве инструмента для поиска новых молекул со свойствами каппа-агонистов in vitro и in vivo [Lemos J.C., 2011; Zhou L., 2013]. Его производное – U-69593, как было показано, имеет сродство к каппа-опиоидным рецепторам в 484-раза больше, чем к мю- и дельта [Kumar V., 2000; Yekkirala A.S., 2013]. В экспериментах на животных U-69593 оказывал антиноцицептивную активность [Millan M.J., 1989; Gear R. W., 2014], противовоспалительное действие [Binder W., 2001], анксиолитическую активность [Privette T.H., 1995; Wall P.M., 2000] и диуретическое действие [Soulard C.D., 1996]. Соединение под шифром U-62066 (спирадолин) проявил себя как высокоселективный каппа-агонист (Ki 8,4 nM) [Wadenberg M.L., 2003]. В девяти антиноцицептивных тестах in vivo с использованием тепловых, химических, механических раздражителей спирадолин превышал по анальгетической активности U-50,488 от 4,7 до 23 (в среднем = 13) раз [Stachura Z., 1994; Von Voigtlander P., 1998; Pugsley M.K., 2000]. Спирадолин дошел до этапа клинических испытаний, которые вскоре были приостановлены из-за выраженной седации и дисфории [Wadenberg L., 2003; McDonald J., 2013].

Еще одно производное арилацетамида - энадолин (CI-977) является мощным анальгетиком, который имеет высокое сродство к каппа-рецепторам (Ki = 0,11 нМ ) и более селективен в сравнении с мю и дельта-рецепторами в 900 - и 9000 –раз соответственно [Clark C.R., 1988; Boyle S.J. 1990; Corbett A.D., 1993]. Энадолин проявлял обезболивающую эффективность в экспериментальных исследованиях на животных в тестах теплового, механического и химического раздражения [Hunter J.C., 1990; Davis R.E., 1992; McLaughlin C.R.,1995; Friese N., 1997]. Результаты данных исследований положили начало клинических испытаний энадолина в качестве мощного анальгетика. Однако вскоре выяснилось, что изучаемое вещество вызывает у здоровых добровольцев такие эффекты как головокружение, эйфорию/дисфорию, седацию, сенсорное искажение, что явилось причиной для прекращения исследований [Reece P.A., 1994; Pande A.C., 1996].

В 1998 году был синтезирован аналог эпоксиморфинана – налфурафина гидрохлорид (TRK-820) (рис. 5), который был охарактеризован как полный агонист каппа-опиоидных рецепторов, частичный агонист мю-рецепторов, а также проявлял низкую антагонистическую активность к ноцицептину [Seki T., 1991]. По сравнению с другими синтетическими каппа-агонистами налфурафин демонстрировал более высокую селективность к каппа-опиоидным рецепторам [Wang Y., 2005]. Налфурафин оказывал антиноцицептивное действие в тестах «горячей пластины», «отдергивания хвоста» и «механической гипералгезии» [Endoh T., 1999; 2001] и обладал выраженной противозудной активностью [Togashi Y., 2002]. Кроме того, налфурафин не вызывал психомиметических эффектов в клинических исследованиях у здоровых добровольцев [Endoh T., 2000; Kumagai H., 2012], а также эффектов подкрепления или аверсивных расстройств в дозах до 80 мкг/кг [Prisinzano T.E., 2005]. С 2009 года налфурафин разрешен к применению только в Японии в качестве лекарственного препарата для лечения уремического зуда у больных, подверженных гемодиализу, резистентных к стандартной терапии [Nakao K., 2010; Kumagai H., 2010; 2011; 2012].

Рис. 5. Структурная формула налфурафина (TRK-820) [Kawai K., 2008].

Сальвинорин А – соединение, полученное из растения Salvia divinorum (рис.6), представляет собой новый структурный класс каппа-агонистов и демонстрирует высокую селективность в исследованиях in vitro по отношению к каппа-опиоидным рецепторам [Roth B.L., 2002; Chavkin C., 2004]. Сальвинорин проявлял выраженное антиноцицептивное норбиналторфиминобратимое действие в экспериментах in vivo на моделях термического и химического воздействия [Wang Y., 2005; McCurdy С.R., 2006]. Также были выявлены противовоспалительная, антиаддиктивная, анксиолитическая и антидепресантная активность сальвинорина [Braida D., 2009; Aviello G., 2011; Kivell B.M., 2014]. Однако в клинических испытаниях у данного соединения была выявлена выраженная галлюциногенная активность [MacLean K.A., 2013].

Рис.6. Структурная формула Сальвинорина А [McCurdy С.R., 2006].

Для уменьшения побочных эффектов, связанных с прохождением соединений через гематоэнцефалический барьер, в настоящее время широкое распространение получило направление по созданию периферически-селективных каппа-лигандов [Aldrich J.V., 2009; Kivell B., 2010; Pasternak G.W., 2011; Butelman E.R., 2013]. Первым таким периферически-селективным каппа-агонистом явился федотоцин (рис.7), который проявлял эффективность при гастропарезе, синдроме раздраженного кишечника, а также диспепсии [Delvaux M., 2001; De Ponti F., 2013]. Однако в последующих исследованиях обезболивающая активность федотоцина не подтвердилась [Callahan MJ., 2002; Aldrich J.V., 2009; De Ponti F., 2013] и дальнейшие клинические испытания были прекращены.

Еще одним примером периферически-селективных каппа-агонистов является производное арилацетамида – азимадолин (рис.7). Азимадолин имеет низкую проницаемость через гематоэнцефалический барьер и относительно низкое распределение в ЦНС [Barber A., 1994; Camilleri M., 2008]. Клинические испытания показали высокую эффективность азимадолина у пациентов с диспепсией и синдромом раздраженного кишечника [Camilleri M., 2008].

Другой представитель класса арилацетамидов - ADL 10-0101 (рис.7), действующий на периферии, был разработан компанией Adolor Corporation и уменьшал болевой синдром у пациентов с хроническим панкреатитом [Eisenach J.C., 2003]. Тем не менее, во II фазе клинических испытаний было выявлено, что пациенты не отмечают статистически значимого снижения боли при лечении ADL 10-0101 [Aldrich J.V., 2009].

Таким образом, было синтезировано огромное количество каппа-опиоидных агонистов в попытке создания соединений без побочных эффектов, характерных для типичных опиоидных анальгетиков. Однако, клинические исследования ряда высокоселективных каппа-агонистов были прекращены из-за седации и дисфории [Lemos J.C., 2011].

Рис. 7. Структурные формулы периферически-селективных агонистов каппа-опиоидных рецепторов: федотоцина, азимадолина и ADL 10-0101 [Aldrich J.V., 2009].

Разработка каппа-селективных антагонистов также была целью фармакологов еще со времен идентификации различных подтипов опиоидных рецепторов. Однако до недавнего времени, перспективы клинического применения антагонистов каппа-опиоидных рецепторов, казались ограниченными. В 1987 году Philip Portoghese описал новый подход к разработке лекарственных средств, который привел к созданию высокоселективных каппа-антагонистов биналторфимина (BNI) и норбиналторфимина (norBNI) (рис.8) [Portoghese P.S., 1987]. Вскоре было представлен новый каппа-антагонист – 5-гуанидиноналтриндол (GNTI) (рис.8), превосходящий norBNI по антагонистической активности в 5 раз (Ki=0.04 nM) и характеризующийся большей селективностью к каппа-рецепторам [Jones R.M., 2000]. Дальнейшие исследования привели к созданию соединения JDTic (рис. 8) с большим аффинитетом и антагонистической активностью к каппа-рецепторам по сравнению с norBNI и GNTI [Thomas J.B., 2001; 2003]. Важным представляется тот факт, что все 3 каппа-опиоидных антагониста (norBNI, GNTI, JDTic) оказывают обратимое каппа-антагонистическое действие [Metcalf M.D., 2005].

Селективные антагонисты каппа-опиоидных рецепторов такие как norBNI, GNTI и JDTic, в настоящее время изучаются в качестве потенциальных лекарственных средств для лечения широкого спектра различных состояний, включая кокаиновую зависимость [Kuzmin A.V., 1998], депрессию [Mague S.D., 2003], пищевое поведение [Jewett D.C., 2001], а также психоза и шизофрении [Roth B.L., 2002].

Рис.8. Структурные формулы селективных антагонистов каппа-опиоидных рецепторов: norBNI, GNTI и JDTic [Aldrich J.V., 2009].

5. 
   Производные бензимидазола как потенциальные агонисты каппа-опиоидных рецепторов.
   

Производные бензимидазола способны модулировать функции различных типов опиоидных рецепторов. Так, производное бензимидазола UFP-502 проявляет выраженную агонистическую активность к дельта-опиоидным рецепторам [Salvadori S., 2008], мощный наркотический анальгетик этонитазен - к мю-опиоидным рецепторам [Grecksch G., 2011], соединение PCPB является Nociceptin/Orphanin FQ-рецепторным агонистом [Hirao A., 2008].

Наряду с данными литературы, результаты предварительных исследований также свидетельствуют о том, что производные бензимидазола характеризуются широким спектром различных видов фармакологической активности. Экспериментальные исследования, проведённые на кафедре фармакологии ВолгГМУ, показали, что бензимидазолы могут взаимодействовать с различными видами рецепторов – гистаминовыми [Черников М.В., 2008], серотониновыми [Яковлев Д.С., 2007; Горягин И.И., 2008], пуриновыми [Стуковина А.Ю., 2006], опиоидными [Елисеева Н.В., 2010; Гречко О.Ю., 2012]. Результаты исследований по направленному поиску новых соединений с каппа-опиоидной агонистической активностью позволили выявить производное конденсированных бензимидазолов РУ-1203 и установить каппа-рецепторный профиль данного соединения. Было выявлено, что соединение РУ-1203 оказывает выраженное анальгетическое действие, не вызывает развитие респираторной депрессии, аддикции, аверсивных реакций, а также проявляет противосудорожные и анксиолитические свойства [Елисеева Н.В., 2011; Гречко О.Ю., 2011; Grechko O.Y., 2011].

Представленные данные послужили предпосылкой к поиску новых соединений с каппа-рецепторным профилем фармакологической активности среди данного класса химических веществ.