CC BY
56
Обзоры и оригинальные статьи
Reviews
ИНВЕРСИРОВАННЫЕ АГОНИСТЫ: БОЛЬШЕ, ЧЕМ АНТАГОНИСТЫ?
Аляутдин Р.Н., Романов Б.К.
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Москва
Резюме. В обзоре представлены сведения о лекарственных препаратах, обладающих свойствами инверсированных агонистов. Рассмотрены особенности взаимодействия лиганд - рецептор при конститутивной кон-формационной активности последнего. Многие лиганды, считающиеся нейтральными антагонистами, проявляют в экспериментальных системах отрицательную внутреннюю активность. Это позволяет предположить, что их терапевтическое действие обусловлено не только блокадой рецепторов, но также снижением их спонтанной активности. В статье приведены примеры инверсированных агонистов, влияющих на процессы возбуждения адренергических, гистаминовых,опиоидных, бензодиазепиновых и других рецепторов. Обсуждается взаимосвязь между конститутивной активностью и патофизиологией заболеваний.
Ключевые слова: инверсированные антагонисты,римонабант,внутрен-няя активность,конститутивная активность рецепторов.
INVERSE AGONISTS: MORE THAN JUST ANTAGONISTS?
Alyautdin R.N., Romanov B.K.
Federal State Budgetary Institution «Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products», Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow
Abstract. This review presents information on pharmaceuticals that have the properties of inverse agonists. The article describes the features of the interaction of the ligand - receptor with constitutive conformational changes. Many of ligands, assumed to be neutral antagonists, behave as inverse agonists displaying negative efficacy in experimental systems. This suggests that their therapeutic actions may involve not only receptor blockade, but also the decrease of spontaneous receptor activity. Examples of inverse agonists that influence the processes of excitation of adrenergic, histaminergic, opioid and benzodiazepine receptors are presented. The existence of constitutive activity in vivo and its pathophysiological relevance are also discussed.
Key words: inverse agonists, rimonabant, intrinsic activity, constitutive activity.
В ноябре 2009 г. европейский ре-гуляторный орган EMA (European Medicines Agency) отменил регистрацию лекарственного средства для лечения ожирения римонабант, применявшегося с 2006 г. в 56 странах (кроме США, так как FDA не санкционировало применение этого препарата) [1].
Римонабант является инверсированным агонистом каннабиноидных СВ1 рецепторов. Известно, что кан-набиноидная система имеет важное значение в развитии алиментарного ожирения и возбуждение СВ1 рецепторов не только стимулирует аппетит, но также приводит к метаболическим расстройствам [2, 3].
Римонабант относится к высокоэффективным средствам от ожирения, которое наряду со снижением веса обеспечивало нормализацию таких факторов кардиометаболиче-ского риска, как уровень триглице-ридов, С реактивного белка, уровня липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), чувствительности к инсулину [1].
Вместе с тем, непредвиденные нежелательные реакции — тошнота, рвота, расстройства психики, возникавшие у 26% пациентов привели к тому, что римонабант постигла участь его предшественников, фен-термина и сибутрамина — препарат был отозван с рынка. Одновременно были прекращены клинические исследования нескольких препаратов, по механизму действия аналогичных римонабанту.
Механизм действия препарата — инверсированный агонизм в отноше-
нии СВ1 рецепторов позволяет предположить, что кроме блокады этих рецепторов существуют дополнительные аспекты его действия. Подтверждением этого постулата служит исследование Canals M., Milligan G., в котором авторы указывают на влияние конститутивной активности СВ1 рецепторов на функции опиоид-ной системы [4].
Согласно бинарной модели рецептор может находиться в активном (Ra) или неактивном (Ri) состояниях. Без внешнего воздействия между этими состояниями устанавливается равновесие, которое может быть сдвинуто с помощью лигандов этих рецепторов.
Лиганды, связывающиеся с рецептором и вызывающие сдвиг равновесия в сторону активной формы рецепторов, являются агонистами, а лиганды, обладающие аффинитетом, но не имеющие внутренней активности, не влияют на равновесное состояние системы и относятся к антагонистам.
Таким образом, антагонисты «замораживают» соотношение Ra и Ri форм рецепторов, лишь препятствуя сдвигу этого соотношения за счет внешнего воздействия. Частичные агонисты обладают меньшим, чем полные агонисты, сродством и/или внутренней активностью [5]. Это означает, что при создании эквимолярных концентраций полного и частичного агонистов количество рецепторов, перешедших из состояния Ra в Ri для последнего будет меньшим (менее 100%) (рис. 1).
Рис. 1. Типы взаимодействия лигандов с рецепторами
Эта логичная и стройная модель была существенно дополнена в 80-е годы ХХ столетия. В работах E. Bur-gissert и соавт. и С. Braestrap и со-авт. было отмечено необычное поведение некоторых лигандов мускари-новых и ГАМК-рецепторов, не укладывавшееся в понятия агонист/анта-гонист [6, 7].
Практически одновременно было показано, что два антагониста бензо-диазепиновых рецепторов Ro 15-1788 (из группы имидазодиазепинов) и метил бета-карболин-3-карбоксилат (бета-ССМ) ожидаемо устраняли действие бензодиазепинов, но при этом бета-ССМ вызывал судороги у мышей, крыс, кошек и бабуинов [8].
Такие абберантные антагонисты получили название инверсированных агонистов. Исчерпывающее объяснение действию подобных лигандов сформулировали T. Costa и A. Herz (1989). В проведенных ими экспериментах были использованы опухолевые клетки NG108-15, с экспрессиро-ванными на поверхности опиоидными рецепторами. Соединение ICI 174864, позиционируемое как антагонист опиоидных рецепторов, как и следовало ожидать, угнетало стимулируемую агонистом опиоидных рецепторов DADLE активность ГТФазы. Од-
нако при этом авторы отметили де-примирующее влияние ICI 174864 на базальную (конститутивную) активность этого фермента. Другой антагонист опиоидных рецепторов, MR2266, отличался по профилю от ICI 174864. Он специфически блокировал как стимулирующее влияние агониста опиоидных рецепторов DADLE, так угнетающее воздействие ICI 174864 на базальную активность ГТФазы. При этом MR2266 сам по себе не влиял на уровень базальной активности ГТФазы [9].
Эти данные позволили сформулировать следующую гипотезу. Различные типы рецепторов, связанных с G-белком (бензодиазепиновые, опи-оидные, серотониновые, каннабино-идные, гистаминовые, адренергиче-ские), могут менять свое состояние Ri ^ Ra конститутивно, спонтанно, без участия агониста.
Это означает, что определенная часть рецепторов спонтанно претерпевает конформационные изменения, которые приводят к активации системы G-белка (или других систем передачи сигнала от рецептора к внутриклеточным структурам).
Этот факт обуславливает наличие базальной (конститутивной) активности клетки. Указанная активность за-
висит от типа рецептора; существуют мутации, увеличивающие частоту конститутивных конформаций рецепторов. Вместе с тем, частота спонтанных Ri ^ Ra переходов обычно невысока. В связи с этим в экспериментах используются клетки с дополнительно экспрессированными рецепторами.
Лиганды, которые связываясь с рецепторами, сдвигают равновесие в сторону Ri, относятся к инверсированным агонистам.
Таким образом, инверсированные агонисты угнетают спонтанную активность рецепторов, что позволяет квалифицировать это действие инверсированных агонистов как «негативную внутреннюю активность».
В рецепторной системе, не имеющей спонтанных переходов рецепторов из неактивного состояния в активное, инверсированные агонисты будут вести себя как конкурентные антагонисты [5].
В настоящее время для многих лекарственных веществ, формально классифицируемых как конкурент-
Бензодиазепиновые рецепторы. Инверсированные агонисты бензоди-азепиновых рецепторов не обладают анксиолитическим или седатив-
ные антагонисты, показано наличие свойств инверсированных агонистов.
Примером таких исследований может быть ставшая «классической» работа M. Smit и соавт. (1996), показавшим, что циметидин и ранитидин (но не буримамид) способны угнетать содержание спонтанно образующегося цАМФ в культуре клеток, что типично для инверсированных агони-стов [10].
При исследовании блокаторов Нх-гистаминовых рецепторов были выявлены свойства инверсированных агонистов у мепирамина и каребасти-на, чем объясняется их высокая эффективность при лечении аллергического ринита. Эти лекарственные вещества угнетали спонтанную активацию рецепторов и стимулируемую up-регуляцию ^-рецепторов.
Спонтанная (конститутивная) активность рецепторов характерна для многих медиаторных систем, что, как следствие, позволяет выявить эффект инверсивного действия лиган-дов (табл. 1).
ным действием, типичным для полных агонистов, а, напротив, вызывают потливость, тошноту, сердцебиение, чувство стеснения в груди, тре-
Таблица 1. Инверсированные агонисты, используемые в клинической практике
Рецептор-мишень Подтип рецептора Пример инверсированного агониста
Ангиотензиновый АТ, Кандесартан, ирбесартан, олмесартан
Адренергический альфа Празозин, теразозин
Адренергический бета Метопролол, карведилол, тимолол
Гистаминовый Н, Цетиризин, лоратадин
Каннабиноидный СВ, Римонабант
Лейкотриеновый Монтелукаст, зафирлукаст
Окситоциновый Атосибан
Опиоидный И Налоксон
Серотонинергический 5НТ2С Клозапин, оланзапин, рисперидон
Холинергический м, Пирензепин
Холинергический Мз Дарифенацин, толтеронид
мор и неосознанный страх, т.е. симптомы тревожного состояния. При комбинированном применении нейро-активных соединений инверсированный агонист этих рецепторов ИО 194603 был эффективным антагонистом этанола, устраняя характерные локомоторные нарушения и снижая потребление этанола у линии алкоголь-предпочитающих крыс [11].
Опиоидные рецепторы. Хроническое введение морфина увеличивает конститутивную активность мю-опиоидных рецепторов, что позволяет исследовать эффекты инверсированных агонистов. Налоксон, обладающий такими свойствами, снижает спонтанную активацию опиоидных рецепторов, что приводит к возникновению абстинентного синдрома [12].
Дофаминовые и серотониновые рецепторы. Галоперидол проявляет свойства полного инверсированного агониста дофаминовых рецепторов, в то время как клозапин — лишь частичного. Однако в отношении се-ротониновых 5НТ2С рецепторов атипичные антипсихотические средства (клозапин, оланзапин, рисперидон) являются инверсированными агони-стами, а типичные нейролептики — нейтральными антагонистами. Таким образом, различия между типичными и атипичными антипсихотическими средствами состоят не только в спектре, но и характере взаимодействия с рецепторами. Многообещающие данные получены в отношении других подтипов серотониновых рецепторов. Так, инверсированный аго-нист 5-НТ1В рецепторов SB-224289 облегчал обучение экспериментальных животных, при этом антагонисты 5-НТ1В рецепторов ослабляли его действие [13].
Ангиотензиновые рецепторы. Конститутивная активация характерна для АТ1 рецепторов. Механиче-
ские растяжения мышцы сердца приводят к спонтанной активации этих рецепторов без участия ангиотензи-на. Лазартан, кандесартан и олме-сартан проявляют свойства инверсированных агонистов и способны снизить экспрессию генов, а также реакцию протеинкиназы на внешние стимулы [14].
Адренорецепторы. В исследованиях на изолированных миоцитах, полученных у пациентов с сердечной недостаточностью, было показано, что карведилол и метопрополол обладают свойствами инверсированных агонистов в отношении бета1-рецепторов, в то время как буцин-долол проявляет свойства их антагониста. При клинических испытаниях карведилол и метопролол снижали смертность пациентов от сердечной недостаточности, а буциндо-лол нет. Одним из возможных объяснений может быть наличие мутации S49G бета1-рецепторов у пациентов с сердечной недостаточностью. При этой мутации частота спонтанной активации рецепторов возрастает. Способность угнетать спонтанную рецепторную активность инверсированными агонистами приводит к положительному клиническому эффекту [15].
Еще одним возможным клиническим применением инверсированных агонистов бета-адренорецепторов может стать лечение бронхиальной астмы. Современные бета-2 адреноми-метики, используемые как бронхо-литики, со временем вызывают эффект ^шп-регуляции рецепторов, что приводит к снижению эффективности лечения. Инверсированные агонисты (надолол) при хроническом применении увеличивают число постсинаптических рецепторов, что может быть использовано при лечении бронхиальной астмы [16].
Таким образом, спонтанная конститутивная активность характерна для рецепторов практически всех ме-диаторных систем. Это предполагает наличие соответствующих инвертированных агонистов, свойства которых отличаются от нейтральных антагонистов. Вместе с тем, в настоящее время отсутствует целенаправ-
Литература
ленный поиск новых инверсированных агонистов, данные об этих свойствах являются результатом экспериментальных исследований уже известных препаратов. Возможно, что новые знания о механизмах развития патологических состояний откроют мишени для новых инвертированных агонистов.
1. Kang JG, Park CY. Anti-Obesity Drugs: A Review about Their Effects and Safety//. Diabetes Metab. J. 2012.V.36. P.13-25.
2. Ravinet TC, Delgorge C, Menet C, Arnone M, Soubrin P. CB1 cannabinoid receptor knockout in mice leads to leanness, resistance to diet-induced obesity and enhanced leptin sensitivity//. J. Obes. Rela.t Metab. Disord. 2004. V.28. P.640-648.
3. Pang Z, Wu NN, Zhao W, Chain DC, Schaffer E, Zhang X. The central cannabinoid CB1 receptor is required for diet-induced obesity and rimonabant's antiobesity effects in mice.// Obesity (Silver Spring). 2011. V.19. P.1923-1934.
4. Canals M, Milligan G. Constitutive activity of the cannabinoid CB1 receptor regulates the function of co-expressed mu opioid receptors.// J. Biol.Chem. 2008.V. 283. P. 11424 -1134.
5. Khilinani G., Khilinani A.G. Inverse agonism and its therapeutic significance.// Indian J. Pharmacol. 2011.V. 43. P. 492-501.
6. Burgissert E, De Leans A, Lefkowitz RJ. Reciprocal modulation of agonist and antagonist binding to muscarinic cholinergic receptor by guanine nucleotide.// Proc. Natl Acad. Sci. USA. V. 79. P. 1732-1736.
7. Braestrup C, Schmiechen R, Neef G, Nielsen RA, and Petersen EN (1982) Interactionof convulsive ligands with benzodiazepine receptors.// Science. V. 216. P.1241-1243.
8. File SE, Lister RG, Nutt DJ. The anxiogenic action of benzodiazepine antagonists.// Neuropharmacology. 1982. V.21.P. 1033-1037.
9. Costa T, Herz A. Antagonists with negative intrinsic activity at 6 opioid receptors coupled to GTP-binding proteins.// Proc. Natl. Acad. Sci. USA.1986. V. 86. P. 7321-7325.
10. Leurs R, Church MK, Taglialatela M. H1-antihistamines: Inverse agonism, antiinflammatory actions and cardiac effects. Clin. Exp. Allergy. 2002. V.32. P.489-498.
11. Murphy JM, Jackie J, Mellor-Burke J, Lumeng L, Li T. BDZ inverse agonist RO15-4513 exerts prolonged and selective suppression of ethanol intake in alcohol preferring rats.// Psychopharmacology. 1994. V.115. P. 325-31.
12. Purohit A, Smith C, Herrick-Davis K, Teitler M. Stable expression of constitutively activated mutant h5HT6 and h5HT7 serotonin receptors: Inverse agonist activity of antipsychotic drugs.// Psychopharmacology (Berl). 2005. V.179. P. 461-469.
13. Maximino C, Puty B, Benzecry R, Ara^jo J, Lima MG, de Jesus Oliveira B. Role of serotonin in zebrafish (Danio rerio) anxiety: relationship with serotonin levels and effect of buspirone, WAY 100635, SB 224289, fluoxetine and para-chlorophenylalanine (pCPA) in two behavioral models.//Neuropharmacology. 2013. V.71.P. 83-97.
14. Yasuda N, Akazawa H, Qin Y, Zou Y, Komuro I. A novel mechanism of mechanical stress-induced angiotensin II type 1-receptor activation without the involvement of angio-tensin II.// Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 2008. V.377. P. 393-399.
15. Zhang F, Steinberg SF. S49G and R389G polymorphisms of the P-adrenergic receptor influence signaling via the cAMP-PKA and eRk pathways.\\ Physiol. Genomics. 2013. V.45. P. 1186-1192.
16. Nguyen LP, Omoluabi O, Parra S, Joanna M, Frieske JM, Clement C, et al. Chronic exposure to beta-blockers attenuates inflammation and mucin content in a murine asthma model.// Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2008. V.38. P.256-262.
