Обзор

Использование лекарства в дозах, более низких, чем существующие терапевтические,  привлекательно для фармакотерапии. На возможность перехода к низкодозовой, физиологически более адекватной терапии указывают количественные закономерности действия лекарств, выраженные графиками доза-эффект. Так, для биорегуляторов и иммуноактивных соединений выявлены три диапазона концентрации молекул биологически активного вещества в среде, при которых достигаются максимальные величины эффекта: первый ― до 10-9М, второй ― 10-9―10-17М, третий ― менее 10-17М. Для молекул лекарственных средств других фармакологических групп также выполняется подобная закономерность.

Различия в дозе действия одного и того же лекарства при одинаковой величине эффекта определяются, в числе прочего, базовыми свойствами их молекулярных мишеней, в частности,   конформацией и соответствующими ей кинетическими характеристиками. Биологические молекулы пептидной природы, выполняющие одну и ту же функцию, участвуют в ответной клеточной реакции не все сразу, а лишь те, чьи функциональные возможности достаточны для формирования физиологически адекватного ответа на воздействие. 

Переход структуры белков в функционально―активное состояние ― регулируемый процесс, его негативные трансформации вызывают развитие болезни (или не защищают от нее), а при фармакотерапии проявляются развитием лекарственной устойчивости (рис 1.)

Рис.1. Графическое отражение типовой закономерности   развития  устойчивости к действию лекарственного средства (ЕС50 – показывает концентрацию лекарственного средства, при которой эффект составляет половину от максимального).

График А - оптимальный вариант чувствительности к действию препарата, показана реакция на лекарственный препарат в минимальной, но достаточной для оказания терапевтического эффекта концентрации.

График Б - реальная реакция на препарат, взятый в средней терапевтической дозе. Кривая сдвигается вправо, однако максимальный ответ сохраняется, так как количество оставшихся доступными рецепторов еще превышает необходимое.

График В - отражает эффект после воздействия большей концентрации лекарственного препарата, доступные рецепторы не являются более "избыточными", но их достаточно для проявления максимально возможного эффекта.

Графики Г и Д - иллюстрируют развитие лекарственной устойчивости, снижение максимального эффекта, несмотря на увеличение концентрации лекарственного препарата.

   Наши фармакологические решения предусматривают  оптимизацию  конформации  фармакологической мишени

Принцип оптимизации мишени. Белки и пептиды ― молекулы пептидной природы ― в своей совокупности определяют физиологические возможности отдельного организма, представляют собой мишени для действия лекарств и используются в подавляющем большинстве фармакологических решений. У каждого человека молекулы пептидной природы, выполняющие одну и туже функцию, имеют определенные структурные различия, которые определяют индивидуальные количественные характеристики при выполнении функции. Несмотря на структурное разнообразие биологических молекул пептидной природы, механизмы, контролирующие функционально―активную конформацию их структуры, единичны и эволюционно консервативны, т.е. они однотипны не только у человека, но и аналогичны таковым во всей эволюционной цепочке с момента  возникновения в ходе эволюции. Важнейшими из них являются фосфатная и окислительная модификации, поли―АДФ―рибозилирование, метилирование, тиоляция и глутатионилирование. Первичная и последующая значимость эволюционно-консервативных механизмов контроля конформации молекул пептидной природы определяется теми физиологическими задачами, для решения которых они возникли в ходе эволюции. Первичную функцию выполняют те механизмы контроля структуры молекул пептидной природы, которые создают равнозначные условия для реализации последующего уровня задач широкому спектру других молекул пептидной природы.

Одним из таких первичных и фундаментальных регуляторных механизмов широкого спектра действия в клеточной биологии является редокс―регуляция функции белков и экспрессии генов. Остатки цистеина рецепторных, ферментативных, структурных, транспортных и других белков, обуславливающие их редокс―чувствительность ("горячие цистеины"), расположены в эволюционно―консервативных доменах молекул.

Обогащенные серосодержащей аминокислотой цистеином эволюционно―консервативные домены обнаружены в молекулах пептидной природы различного функционального назначения ― внеклеточных, поверхностно―клеточных и внутриклеточных рецепторах и ферменты, ионных каналах и белках―транспортерах цитоплазматической и внутриклеточных мембран, внеклеточных регуляторных и транспортных молекулах пептидной природы, белках внеклеточного матрикса, цитоскелета и другой физиологической специализации.

Одним из свойств остатка серы в составе цистеина эволюционно―консервативных доменов является способность к обратимой окислительно―восстановительной модификации (редокс―модификации). Остатки серы в составе цистеина эволюционно―консервативных доменов после редокс―модификации могут находится в двух состояниях, значимых для физиологической активности молекулы пептидной природы. Одно из состояний остатка серы в составе цистеина молекулы пептидной природы ― восстановленное, в котором она связана с протоном водорода и представляет собой тиольную (сульфгидрильную) группу  R-SH (R- любая структура пептидной природы). Другое из состояний остатка серы в составе цистеина ― окисленное. В зависимости от природы окислителя и глубины окисления остатка серы, она может подвергаться различным химическим окислительным модификациям. Однако, физиологическое значение имеет вариант окисления, при котором остаток серы в составе цистеина одной полипептидной последовательности ковалентно связывается с остатком серы в составе цистеина другой полипептидной последовательности, образуя дисульфидную связь R―S―S―R. Правильность образования дисульфидных связей между множественными остатками серы различных цистеинов в пределах одной молекулы полипептидной природы или остатками серы цистеинов, принадлежащих различным молекулам пептидной природы, определяется семейством ферментов дисульфид―изомераз. Таким образом, остатки серы в составе цистеинов эволюционно-консервативных доменов молекул пептидной природы участвуют в структурно-функциональной организации этих молекул, предопределяя возможность регуляторного воздействия на них по единым механизмам, едиными факторами.

На примере молекул поверхностно-клеточных рецепторов и биорегуляторов иллюстрируется принцип редокс―регуляции активности молекул пептидной природы (рис.2).

Рис.2. Редокс регуляция активности поверхностно-клеточных рецепторов и биорегуляторов пептидной природы (колониестимулирующих факторов, интерферонов, интерлейкинов, гормонов).

Окисление ― формирование биологически активной конформации поверхностно―клеточных рецепторов и биорегуляторов пептидной природы.

Восстановление ― биологически неактивные конформации поверхностно―клеточных рецепторов и гормонов пептидной природы.

Внеклеточные мишени имеющие сенсоры редокс―регуляции:

• Интегриновые, кадгериновые и иммуноглобулиновые рецепторы (физиологическая функция ― организация функционально дееспособной ткани посредством межклеточных, матрикс―клеточных контактов, негативная регуляция митотической активности);
• Инсулин, семейство инсулиноподобных и других факторов роста, рецепторы инсулина, инсулиноподобных и других факторов роста (физиологическая функция ― регуляция гомеостаза глюкозы, пролиферации, дифференцировки, апоптоза);
• Рецепторы семейства фактора некроза опухоли, интерлейкинов, интерферонов (физиологическая функция ― опосредуют регуляторное воздействие на пролиферацию, дифференцировку, апоптоз различных типов клеток);
  
• Нейротрофные факторы, ингибиторы тканевых протеаз, тропные к протеазам рецепторы (физиологическая функция ― цитопротекторы, регуляторы пролиферации, локомоторной активности, дифференцировки, апоптоза);
  
• Рецепторы небелковых биорегуляторов ― адрено―, холино―, пуриновые, дофаминовые и другие рецепторы  (физиологическая функция ― опосредуют регуляторное воздействие на клеточный метаболизм, функциональную активность клеток, кровоснабжение ткани);
  
• Транспортные белковые молекулы внеклеточного пространства, например трансферрин, a2-макроглобулин, церулоплазмин, определяющие защитные, компенсаторные и адаптивные возможности организма, органов, тканей и отдельных клеток. 
  

Многочисленные сенсоры редокс―регуляции имеют внутриклеточные структурные и функциональные молекулы. Дефекты редокс―регуляции, обусловленные окислительным или восстановительным стрессами, лежат в основе толерантности регуляторных, эффекторных, структурных и транспортных молекул пептидной природы к действию эндогенных и экзогенных лигандов, включая лекарственные препараты, что приводит к негативным изменениям клеточных процессов и низкой эффективности лекарств или полному отсутствию эффекта при применении последних. Иными словами, лекарственные препараты в подавляющем большинстве воздействуют только на те молекулы―мишени пептидной природы, конформация которых позволяет этим молекулам―мишеням выполнять их специфическую функцию. Фракция молекул со структурной неупорядоченностью интактна действию лекарства.

Нами разработаны фармакологические решения на основе химических соединений, определеных как низкомолекулярные модуляторы фармакологической активности (MPA). Низкомолекулярные модуляторы фармакологической активности, позволяют через составляющие системы редокс―контроля увеличивать фракцию молекул в функционально―активной конформации, способной, в числе прочего, к взаимодействию с лекарством. МРА проявляют активность преимущественно в случае отклонений редокс―потенциала биологической среды от физиологически оптимальных значений (рис.3).

Рис.3. Низкомолекулярный модулятор фармакологической активности оказывает влияние на редокс потенциал при его отклонении от физиологически оптимальных значений.

   Биологическая активность MPA в фармакологических решениях позволяет повысить сродство мишени к лекарству и/или концентрацию лекарства в области фармакологической мишени. В последнем случаей модулирующий эффект МРА на концентрацию лекарства в микроокружении фармакологической мишени обсловлен негативной регуляцией посредством МРА активности системы белков множественной лекарственной устойчивости. Собственная фармакологическая активность МРА обусловлена их способностью преимущественно активировать экспрессию ферментов II фазы детоксикации ксенобиотиков, определяя их способность изменять профиль токсичности фармакологически активных химических молекул, в сочетании с которыми они воздействуют in vivo. Биологическое действие МРА, их фармакологическая активность проявляются в ультрамалых концентрациях ( 10-6 до 10-15 моль).

МРА, обладающие специфическим токсикомодифицирующим действием, повышают сродство мишени к лекарству и/или концентрацию лекарства в области фармакологической мишени, являются перспективными химическими молекулами для создания лекарственных препаратов наружного, ингаляционного, энтерального и парентерального применения ― как при совместном применении с химическими молекулами с известным биологическим действием и фармакологической активностью, используемыми в составе лекарственных средств этиотропной, патогенетической и симптоматической терапии, так и с вновь синтезированными химическими молекулами с биологической активностью, востребованной в фармакологических решениях. МРА способствуют проявлению фармакологической активности биологически активных химических молекул в физиологически оптимальных дозах.