ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ФИНГОЛИМОДА (FTY720) - МОДУЛЯТОРА СФИНГОЗИН-1-ФОСФАТНЫХ РЕЦЕПТОРОВ

Полный текст

Введение В настоящее время изучение сфинголипидных механизмов регуляции клеточных функций является одним из актуальнейших направлений научных исследований. Несмотря на то, что с 1884 года, когда J.L.W. Thdichum назвал класс недавно открытых соединений сфинголипидами, прошло достаточное количество времени, вопрос о выполняемых этими веществами функциях остаётся до конца не выясненным [33]. Если для J.L.W. Thdichum отсутствие информации о механизмах действия группы липидов было подобно загадке cфинкса и послужило основной причиной для их названия, то современные исследования направлены на поиск потенциальных терапевтических возможностей сфинголипидов. Сфинголипиды являются важными компонентами внешней оболочки мембран эукариотических клеток и одними из наиболее разнообразных по биологической активности липидных молекул [22]. В то время как большинство сфинголипидов функционируют как структурные компоненты, образуя микродомены в плазматической мембране, некоторые метаболиты сфингомиелинового цикла, такие как сфингозин-1-фосфат (S1P) действуют как сигнальная молекула, присутствующая в клетке в чрезвычайно низких концентрациях [22]. Сфингомиелин в составе клеточной мембраны расщепляется сфингомиелиназой до церамида, а затем гидролизуется церамидазой до сфингозина [22]. Сфингозин может обратимо фосфорилироваться сфингозинкиназой до S1P [22]. Помимо этого, S1P может быть получен в результате биосинтеза de novo, который начинается с реакции конденсации серина и пальмитоил-коэнзима А, катализируемой серин-пальмитоилтрансферазой, и завершается образованием церамида. В дальнейшем путём обратимого фосфорилирования сфингозинкиназами 1 и 2 типов из сфингозина синтезируется S1P [14]. Находясь в клетке, S1P может дефосфорилироваться обратно до сфингозина под действием фосфатаз или катаболизироваться до фосфоэтаноламина и гексадеканаля под действием S1P-лиазы [9, 14]. Известно, что в отличие от других регуляторов - факторов роста и цитокинов, липидные медиаторы не кодируются геномом, а физиологическая активность S1P определяется пространственно-временным контролем ферментов, рецепторов и внутриклеточных мишеней [14, 18]. Таким образом, при взаимодействии ферментов синтеза и распада S1P создаётся его концентрация в органах и тканях - фундаментальная основа физиологических и патологических механизмов действия S1P. Синтезируемый в клетке S1P транспортируется во внеклеточный компартмент целым рядом транспортёров, включая ABC-транспортёры A1 и C1, транспортёр MFSD2B и транспортёр сфинголипидов SPNS2 [14, 18]. Взаимодействие S1P с S1P-рецептором на поверхности клеточной мембраны может приводить как к аутокринной, так и паракринной передаче сигнала для реализации многочисленных функций [14, 18]. В научных исследованиях была доказана важная роль S1P в механизмах нейропротекции, проницаемости эндотелия, регуляции сосудистого тонуса и частоты сердечных сокращений и, что принципиально важно, в циркуляции периферических лимфоцитов [34]. Этот широкий спектр биологических функций S1P вовлекает сфингозин-фосфатные механизмы в патогенез иммунных и неиммунных состояний и способствует разработке новых терапевтических мишеней для профилактики и лечения заболеваний через S1P-рецепторные влияния. На сегодняшний день, на поверхности клетки идентифицировано пять подтипов S1P-рецепторов (S1P1-5), которые принадлежат к суперсемейству родопсиновых рецепторов, связанных с G-белком [25, 33]. Каждый подтип данных рецепторов обладает уникальными механизмами активации и биологического действия [33]. Изоформа 1 S1P-рецептора (S1P1) распространена повсеместно и экспрессируется практически в каждой клеточной линии, однако наибольший интерес исследователей вызывает рецептор S1P1, локализующийся на лимфоцитах [25]. Взаимосвязь этого рецептора с лигандом создает условия, необходимые для движения лимфоцитов по градиенту концентрации [25]. Примечательно, что концентрация S1P1 в плазме крови и лимфе выше, чем в тканях. Так, в плазме крови его концентрация составляет примерно 1 мкмоль, в лимфе примерно 0,1 мкмоль, тогда как в периферических тканях концентрация S1P1 колеблется от нескольких до десятков наномолей [25]. Такой феномен создаётся за счёт разницы активности ферментов сфингомиелинового цикла, описанного нами выше. В тканях, с высокой активностью ферментов катаболизма S1P1, в том числе лимфатических органах, его концентрация наиболее низкая. Понимание биологического смысла наличия такого градиента концентрации S1P между периферическими органами иммунной системы и кровью, позволило S.R. Schwab et al. (2005) открыть S1P-механизм выхода лимфоцитов из лимфатических узлов [17]. Авторами было продемонстрировано, что высокий уровень S1P в лимфе способствует хемотаксису из лимфатических узлов клеток, экспрессирующих S1P1-рецепторы. Наряду с участием S1P1 в механизмах иммунной толерантности и аутоиммунитета, нельзя не упомянуть высокую экспрессию S1P-рецепторов 1 типа клетками ЦНС: астроцитами, олигодендроцитами, микроглией [10, 14]. Его эффекты варьируются от вида клеток и пока недостаточно изучены, но считается, что S1P1-рецептор индуцирует высокую экспрессию глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) и, следовательно, непосредственно участвует в активации и пролиферации астроцитов [25]. В периферических органах и тканях S1P1 участвует в ангиогенезе, регуляции целостности эндотелиального и эпителиального барьера [9]. Изоформа 2 S1P-рецептора (S1P2) также широко экспрессируется во многих органах и клетках [9]. Предполагается, что данная изоформа играет важную роль в ингибировании апоптоза, ремоделировании актина, проницаемости сосудов, а также развитии сердца, слуховой и вестибулярной систем [9]. Тем не менее, эти биологические эффекты остаются недостаточно изученными [9]. S1P3-рецептор экспрессируется в сердечно-сосудистой системе, лёгких, почках, селезёнке, кишечнике и хрящевой ткани [29]. Он также выполняет важную роль в регуляции сосудистого тонуса, артериального давления и сохранении целостности эндотелия. Этой изоформе отводится значимая роль в развитии таких осложнений как брадикардия и блокада сердца при приёме модуляторов S1P-рецептора [29]. S1P4-рецептор специфически экспрессируется в периферических лимфоидных органах, а также в органах кроветворения, где он играет важную роль в активации лимфоцитов, дифференцировке мегакариоцитов и образовании тромбоцитов [19]. В ЦНС S1P4 опосредует активацию и созревание дендритных клеток. Показано, что S1P4 также является отрицательным регулятором пролиферации клеток и участвует в снижении выработки провоспалительных цитокинов [19]. Изоформа 5 S1P-рецептора (S1P5) наиболее широко представлена в олигодендроцитах и миелинизирующих клетках головного мозга [39]. Активация S1P5 на олигодендроцитах может защищать от демиелинизации и гибели клеток при рассеянном склерозе. S1P5-рецепторы, локализующиеся на эндотелиальных клетках головного мозга, могут быть вовлечены в формирование целостности гемато-энцефалического барьера (ГЭБ) [39]. История открытия препаратов, влияющих на сфингозинфосфатные механизмы, необычна. Первые фундаментальные научные исследования роли S1P-рецепторов совпали во временном интервале с другим научным направлением: модификацией грибковых метаболитов для синтеза препаратов, обладающих иммуносупрессивной активностью. В 1995 г. исследовательская группа под руководством T. Fujita синтезировала метаболит энтомопатогенного гриба Ascomycota Isarii sinclarii - мириоцин, а последующие химические модификации мириоцина для снижения его токсичности способствовали получению нового препарата - финголимода (FTY720, Gilenya) [из обзора 25]. Было выявлено, что мириоцин ингибирует серин-пальмитоилтрансферазу - первый фермент в биосинтезе сфинголипидов, в то время как механизмы действия финголимода предположительно были связаны со S1P-рецепторами и не затрагивали этот фермент [25]. Ранние доклинические исследования показали, что финголимод является цитотоксическим иммуносупрессивным средством, который снижает количество CD4+ лимфоцитов в крови по неизвестному молекулярному механизму, что могло быть перспективным при трансплантации органов и лечении аутоиммунных заболеваний [12]. Несмотря на то, что в экспериментах на животных при аллотрансплантации кожи финголимод по эффективности более чем в 30 раз превосходил аналогичные иммуносупрессивные средства, клиническое исследование этого препарата у пациентов с трансплантацией почки не показало его преимуществ по сравнению со стандартной терапией [12]. Только в 2002 г. в исследованиях S. Mandala et al. было высказано предположение о молекулярной основе функционирования финголимода: его взаимодействие со S1P1-рецепторами способствовало секвестрации Т лимфоцитов в лимфатических узлах и сопровождалось лимфопенией [из обзора 25]. Финголимод был предложен для новой иммуносупрессивной терапии при аутоиммунной патологии ЦНС - рассеянного склероза [25]. Дальнейшие клинические исследования FTY720 у пациентов с рецидивирующими формами рассеянного склероза выявило значительное снижение очагов демилинизации в головном мозге по результатам МРТ [24]. В 2010 г финголимод (Gilenya, Novartis) получил одобрение FDA и вошёл в перечень препаратов первой линии, используемых для лечения отдельных форм рассеянного склероза [24, 25]. Финголимод считается структурным аналогом сфингозин-фосфата и, поступая в организм в виде пролекарства, служит субстратом для сфингозинкиназы 2, образуя активный метаболит - финголимод-фосфат [25]. Финголимод-фосфат высвобождается во внеклеточный компартмент через транспортёр сфинголипидов SPNS2 и с высокой аффинностью связывается с четырьмя из пяти подтипов S1P-рецепторов (S1P1-S1P5, кроме S1P2) [25]. Парадоксально, но несмотря на первоначально выявленный агонизм финголимод-фосфата с S1P1-рецепторами, окончательный эффект лекарства проявляется в виде функционального антагонизма [12, 25]. Так, сначала финголимод, активирует S1P1-рецептор, индуцирует внутриклеточную мобилизацию кальция, ингибирование аденилатциклазы и активацию митоген-активируемой протеинкиназы (MAP-киназы). Впоследствии индуцируется опосредованная β-аррестином интернализация и деградация S1P1-рецепторов, и развивается функциональный антагонизм [25, 34]. Интернализация S1P1-рецепторов, экспрессированных на лимфоцитах, лежит в основе главного молекулярного эффекта финголимода при рассеянном склерозе [15, 39]. Введение препарата блокирует миграцию CCR7-положительных наивных лимфоцитов и центральных Т-лимфоцитов памяти по градиенту концентрации S1P1 из лимфатических узлов [15, 39]. Снижается количество циркулирующих в крови лимфоцитов, их миграция в головной мозг, следовательно, уменьшается и инфильтрация ЦНС аутореактивными лимфоцитами [15]. Следует отметить, что S1P-рецепторы широко экспрессируются на всех клетках ЦНС [17]. Учитывая липофильность финголимода, его возможность легко проходить через ГЭБ [10], можно предположить и локальные эффекты препарата в головном мозге помимо его системного иммуномодулирующего действия. В экспериментальных исследованиях при введении финголимода животным с ЭАЭ механизмы влияния препарата на клетки ЦНС изучены довольно детально. Например, взаимодействие финголимода со S1P1-рецепторами астроцитов приводит к повышенной продукции этими клетками нейротрофических факторов и снижению их проапоптотической и провоспалительной активности [32]. Помимо этого, снижая способность астроцитов секретировать IL-6, TNF-α, NO, препарат повышает стабильность ГЭБ [32]. Известно, что в механизмы развития и прогрессирования рассеянного склероза может быть вовлечена провоспалительная активность микроглии [32]. Выявлено, что введение препарата животным уменьшает продукцию провоспалительных цитокинов (TNF-α, IL-1β, IL-6) клетками микроглии и регулирует выделение ими нейротрофических факторов [32]. Продемонстрировано усиление нейрогенеза, а также возрастание количества нейронов в гиппокампе при введении финголимода экспериментальным животным [14, 17]. Наряду с развитием периферической лимфопении финголимод может играть значимую роль в подавлении аутоиммунных реакций организма посредством других механизмов. Так, продемонстрировано перераспределение фракций Т-лимфоцитов в сторону увеличения регуляторных Т-лимфоцитов (Т reg) при введении финголимода [28]. Помимо этого, препарат может снижать провоспалительный компонент аутоиммунного процесса за счёт усиления продукции IL-10 В-лимфоцитами [20]. На сегодняшний день продемонстрировано положительное влияние препарата на клинические проявления других аутоиммунных патологий: системной красной волчанки, болезни Крона [8]. В ранее опубликованных нами работах было изучено влияние финголимода на нереспираторные функции лёгких в условиях органной (экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит - ЭАЭ) и системной (антифосфолипидный синдром - АФС) аутоиммунной патологии. Выявлено, что ЭАЭ и АФС сопровождались снижением поверхностной активности лёгочного сурфактанта; уменьшением коагуляционной и нитроксидергической активности эндотелия малого круга кровообращения и увеличением экстраваскулярной жидкости и кровенаполнения лёгких [1, 3]. Введение финголимода нивелировало изменения большинства показателей сурфактанта, водного обмена, наблюдавшиеся при обоих видах аутоиммунной патологии. Отмечалось восстановление фосфолипидного состава и функциональной активности лёгочного сурфактанта, количества экстра- и интраваскулярной жидкости лёгких, лёгочного кровенаполнения. Восстанавливался метаболический потенциал эндотелия малого круга кровообращения по отношению к факторам гемостаза и NO-зависимым процессам [5, 7]. Можно предположить, что влияние финголимода на восстановление нереспираторных функций лёгких в условиях моделирования нами аутоиммунной патологии было обусловлено его системным иммуносупрессивным эффектом, а также путём прямого влияния на клетки ЦНС. Все изоформы S1P-рецепторов, кроме S1P-4, широко представлены в головном мозге (табл.), что способствует более пристальному вниманию исследователей к изучению возможных ролей S1P-механизмов в развитии патологических процессов в ЦНС [27]. Так, в работе S.F. Hunter (2016) показано уменьшение неврологического дефицита у крыс с экспериментальной моделью рассеянного склероза даже при отсутствии периферической лимфопении [23]. В последнее десятилетие появились данные об ограничительном влиянии финголимода на очаг повреждения головного мозга при нарушении мозгового кровотока [16, 30, 31]. Известно, что в механизмах прогрессирования инсульта и развития постинсультных осложнений значимый вклад вносит нейровоспаление, сопровождающееся инфильтрацией ткани мозга Т-лимфоцитами. Активированные Т-лимфоциты появляются в ишемизированном участке ЦНС через 24 часа после реперфузии и продуцируют провоспалительные цитокины (IL-17, INF-γ) [26]. Лимфопения, индуцированная финголимодом, снижает прямое нейротоксическое действие адаптивного иммунного ответа на ЦНС, а низкий уровень провоспалительных цитокинов снижает прогрессирование ишемического повреждения [27]. Так, при введении финголимода показано уменьшение размеров очага некроза и улучшение когнитивных функций у экспериментальных животных с окклюзией средней мозговой артерии [31]. Помимо этого, финголимод может снизить активность нейровоспаления за счёт снижения экспрессии молекул межклеточной адгезии (ICAM-1) глиальными клетками, резко усиленной при цереброваскулярной патологии [27, 30]. Таблица. Распределение и функция S1P-рецепторов в ЦНС (из обзора Li W. et al., 2016) Клетки ЦНС Изоформа S1P-рецептора Функция Нейроны S1P1 = S1P3 > S1P2 = S1P5 Нейрогенез и нейротрансмиссия, защита от эксайтотоксической гибели клеток Олигодендро-циты S1P5 > S1P1 = S1P2 >> S1P3 Выживание, миграция, дифференцировка предшественников олигодендроцитов, ремиелинизация Астроциты S1P3 > S1P1 >> S1P2 > > > S1P5 Пролиферация, миграция клеток, продукция ими факторов роста Микроглия S1P1 > S1P2 >> S1P3 = S1P5 Продукция провоспалительных цитокинов В клиническом исследовании продемонстрировано, что финголимод способствует более быстрому восстановлению неврологических функций у пациентов с ишемией мозга [16]. Выявлено прямое нейропротекторное действие финголимода на нейрональные клетки путём активации антиапоптотических факторов, в том числе антиапоптотического белка Bcl-2 [27]. Известно, что нарушение мозгового кровотока увеличивает проницаемость ГЭБ [27]. Рядом авторов показано, что финголимод способен поддерживать структуру ГЭБ посредством ингибирования перераспределения в цитоплазму адгезивных соединений ZO-1 и VE-кадгерина [35, 36, 37]. К настоящему времени выявлено, что финголимод может оказывать внутриклеточные эффекты, которые не опосредуются рецепторами на поверхности клеточной мембраны. Он активирует внутриклеточные пути посредством эпигенетических механизмов: усиливает программы ацетилирования гистонов и экспрессии генов, связанных с памятью и обучением [21]. Следует отметить наличие работы, в которой не было выявлено уменьшение проницаемости ГЭБ и нейропротективного действия при модуляции S1P1-рецепторов в экспериментальных исследованиях при нарушении мозгового кровотока [26]. В наших экспериментах было впервые изучено влияние финголимода на нереспираторные функции лёгких при цереброваскулярной патологии: ишемии головного мозга (необратимая билатеральная окклюзия общих сонных артерий) и внутримозговом кровоизлиянии (введение аутологичной крови в латеральный желудочек мозга). Нарушение мозгового кровотока сопровождалось уменьшением количества фосфолипидов и ухудшением поверхностной активности сурфактанта, снижением коагуляционной и нитроксидергической активности лёгочного эндотелия и гипергидратацией лёгких [2]. Финголимод не повлиял на ухудшение поверхностноактивных свойств лёгких и низкий уровень альвеолярных фосфолипидов, снижение коагуляционной активности лёгких, выявленные при ишемии и кровоизлиянии в наших экспериментах, но восстанавливал нитроксидергическую активность и водный баланс лёгких. В условиях применения препарата уменьшалось количество экстраваскулярной жидкости и кровенаполнение лёгких [4, 6]. Результаты наших исследований показывают дифференцированное влияние финголимода на нереспираторные функции лёгких в зависимости от вида экспериментальной патологии: аутоиммунной или сосудистой. Наиболее значительное восстановление изучаемых показателей финголимод вызывает в сериях с ЭАЭ и АФС. Как при аутоиммунной, так и при сосудистой патологии головного мозга модуляция S1P-рецепторов восстанавливает показатели водного баланса лёгких [4, 5, 6, 7]. Учитывая плейотропность действия финголимода и широкое распространение S1P1-рецепторов в организме млекопитающих, нельзя исключить и локального действия препарата на лёгочный эндотелий. Так, продемонстрированы снижение проницаемости эндотелия лёгких при действии финголимода или его аналогов у животных с острым респираторным дистресс-синдромом [11, 38]. Финголимод относят к неселективным модуляторам S1P-рецепторов. По-видимому, более точные молекулярные механизмы S1P-влияний на дыхательную систему можно выявить при блокаде отдельных изоформ данного рецептора. К настоящему времени разрабатываются селективные модуляторы S1P-рецепторов: сипонимод, озанимод, понесимод [13]. Заключение Таким образом, финголимод как модулятор S1P-рецепторов обладает широким спектром действия при различных, в том числе аутоиммунных, патологиях: иммуносупрессивным, противовоспалительным и нейропротекторным. Широкое распространение S1P-рецепторов в организме млекопитающих и их вовлеченность в реализацию многих биологических процессов открывают большие перспективы для изучения потенциальных терапевтических возможностей финголимода и других модуляторов S1P-рецепторов.

Об авторах

Мария Анатольевна Уракова

Ижевская государственная медицинская академия

Email: email@example.com
доктор медицинских наук, доцент кафедры патологической физиологии и иммунологии ФГБОУ ВО «Ижевская государственная медицинская академия» Минздрава России Россия, 426034, Ижевск, ул. Коммунаров, 287

Ирина Георгиевна Брындина

Ижевская государственная медицинская академия

Email: email@example.com
доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой патологической физиологии и иммунологии ФГБОУ ВО «Ижевская государственная медицинская академия» Минздрава России Россия, 426034, Ижевск, ул. Коммунаров, 287

Список литературы

Дополнительные файлы