Изыскание новых лекарственных средств в рядах фосфорорганических соединений Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

СЕНТЯБРЬ ОКТЯБРЬ 2008

5

ТОМ LXXXIX

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 616.15 (042.5)

ИЗЫСКАНИЕ НОВЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ В РЯДАХ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ *

Рамиль Суфиахметович Гараев

Кафедра фармакологии ( зав. — акад. АНРТ, проф. Р.С. Гараев) Казанского государственного медицинского университета

мин использовали только в глазных каплях для лечения глаукомы. В настоящее

Изысканием и внедрением лекарственных препаратов на основе фосфороргани-ческих соединений (ФОС) сотрудники кафедры занимаются с 50-х годов прошлого столетия. Истоки этих исследований связаны с деятельностью доцента М.А. Алуф и профессора И.В. Заиконниковой. Первым из препаратов, созданных на основе ФОС, был армин (I), предложенный для медицинского применения М.А. Алуф.

В связи с высокой токсичностью ар-

I. Армин

время его не применяют в клинической практике, но он остается эталонным представителем антихолинэстеразных ФОС, до сих пор сохраняет свое место в регистре лекарственных средств России (РЛС) и включен в типовую учебную программу по фармакологии медицинских и фармацевтических вузов страны.

Другой препарат нибуфин (II), разработанный ученицей М.А.Алуф И.В.Заиконниковой оказался менее

II. Нибуфин

токсичным, он был разрешен Фармко-митетом МЗ СССР не только в глазных каплях, но и в инъекционных растворах

* Актовая речь, прочитанная 14 мая 2008 г. на заседании ученого совета Казанского государственного медицинского университета.

© 37. «Казанский мед. ж.», № 5. 585

для лечения послеоперационном атонии кишечника. Однако недостаточная стойкость нибуфина при хранении в водных растворах стала причиной снятия его с производства и прекращения применения в медицинской практике.

Длительное время антихолинэстераз-ный механизм биологического действия ФОС считался единственным. Первые лекарственные препараты, созданные на нашей кафедре — армин и нибуфин, были типичными представителями антихолин-эстеразных средств.

В 60-е годы казанскими фармакологами проф. И.В. Заиконниковой, И.А. Студенцовой и химиками института им. А.Е. Арбузова академиком Б.А. Арбузовым, А.О. Визелем была высказана идея о целесообразности направленного синтеза ФОС с низкой антихолинэстеразной активностью и низкой токсичностью. Такие соединения, как предполагалось, должны обладать разнообразными биологическими свойствами. Мои исследования тех лет, проводимые в направлении поиска неантихолинэстеразных ФОС, были связаны с оценкой биологической активности производных оксафосфолена и продуктов их превращений (Ш) — производных 1,1-диметил-3-оксобутилфосфоновой кислоты, синтезированных ведущим научным сотрудником А.О. Визелем и К.М. Ивановской под руководством академика Б.А. Арбузова в Институте органической и физической химии (ИОФХ) им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН.

—эстеразный центр холинэстеразы

ч

Оксафосфолены

ои

ч

ы ц з а йр ые

Я у зэ ан

ери

С Н3

СНз- С - сн2- С - р ;;

II II *

о о

Производные 1,1-диметил-3-оксобутилфосфоновой кислоты

III. Продукты взаимодействия оксафосфоленов со спиртами

Оксафосфолены оказались антихолин-эстеразными средствами. На их примере нами предложен новый вариант взаимодействия ФОС с холинэстеразой, суть которого заключается в фосфорилировании фермента при раскрытии пятичленного оксафосфоленового цикла (IV). 586

Оксафосфолены

IV Механизм фосфорилирования активного центра холинэстеразы при раскрытии пятичленного окса-фосфоленового цикла

Производные 1,1-диметил-3-кетобутил-фосфоновой кислоты не влияли на активность холинэстеразы и оказались малотоксичными веществами. Так, у соединения, лабораторный шифр которого был № 94 (после внедрения в медицинскую практику оно получило название «Димефосфон»), ЛД50 для мышей была 2500 мг на кг массы тела, в то время как типичные антихолинэстеразные вещества, например армин и фосфакол, вызывают гибель животных в долях миллиграмма. Поэтому мы предложили пользоваться термином «малотоксичные ФОС», когда речь идет о ФОС, не проявляющих антихолинэстеразных свойств.

Производные 1,1-диметил-3-оксабутил-фосфоновой кислоты в высоких, но не смертельных дозах, вызывали у животных наркозоподобное состояние, т.е. состояние бокового положения, снижение температуры тела на 6 — 12оС. Препараты проявляли противосудорожную активность при отравлении мышей стимуляторами ЦНС. Наиболее интересным их свойством было то, что соединения не только не угнетали активность холинэстеразы мозга и других тканей, но проявляли антидотное действие при отравлении ингибиторами холинэстеразы, в том числе фосфорорга-ническими. Причем защитное действие исследуемых веществ при интоксикации антихолинэстеразными средствами сопровождалось повышением активности ингибированной холинэстеразы мозга. Достоинством их была способность потенцировать эффекты известных антидотов (холиноблокаторов, реактиваторов хо-линэстеразы) и проявлять одновременно противосудорожное действие. В те годы, годы «холодной войны», проблема поиска антидотов антихолинэстеразных средств, рассматриваемых как боевые отравляю-

щие вещества, была весьма актуальна. В этом направлении мы работали многие годы. Среди разных рядов было отобрано и изучено более 50 соединений и выявлены основные механизмы их антидотно-го действия. Результаты исследования взаимоотношения малотоксичных ФОС с антихолинэстеразными средствами легли в основу моей докторской диссертации, защищенной в 1990 г.

Дальнейшие доклинические исследования препарата № 94 проводились под руководством И.А. Студенцовой Р.С. Гараевым, И.С. Мокринской, Р.Х. Хафизьяновой и др. Это был коллективный труд, в котором принимали участие сотрудники как кафедры фармакологии, так и других подразделений института. Так, аспирантом кафедры педиатрии В.П. Булатовым было установлено, что препарат нормализует минерализацию костей, обмен пировиноградной кислоты, фосфатов и кальция у крысят при моделировании рахита. Малая токсичность и безопасность препарата при длительном применении были стимулом для предложения его в Фармакологический комитет МЗ СССР для клинических испытаний как средства профилактики и лечения рахита. Препарат был назван димефосфоном. Клинические испытания, проведенные в Москве и Казани, подтвердили эффективность димефосфо-на. Кроме того, в ходе этих испытаний профессором А. В. Мазуриным (зав. кафедрой пропедевтики детских болезней 2-го Московского государственного медицинского института) было подтверждено нормализующее действие димефосфона на кислотно-основное состояние крови. В 1983 г. приказом Минздрава СССР (№ 654) разрешено применение димефосфо-на и его лекарственной формы — 15% раствора димефосфона. В том же году утверждена инструкция по применению препарата в качестве антиацидотического лекарственного средства. В справочнике М. Д. Машковско-го димефосфон включен в раздел «Средства, регулирующие метаболические процессы».

Фармакологические эффекты диме-фосфона оказались разнообразными. Одним из важных свойств препарата можно назвать его способность регулировать органное кровообращение, что впервые было обнаружено В.П. Панковой на кафедре

детской хирургии. На кафедре неврологии и нейрохирургии В.И. Даниловым были проведены тщательные исследования влияния димефосфона на мозговое кровообращение в эксперименте и у больных с опухолями мозга. На нашей кафедре экспериментальными исследованиями Р.Х. Хафизьяновой показаны ноотроп-ные и церебропротекторные свойства ди-мефосфона. В клинике неврологии проф. М. Ф. Исмагиловым и сотр. была доказана эффективность препарата у детей при ве-гетососудистых нарушениях. Итоги этих исследований высоко оценены правительством Республики Татарстан: коллективу разработчиков димефосфона, нормализующего функции нервной системы, в 1994 г. была присуждена Государственная премия Республики Татарстан в области науки и техники. В этот коллектив вошли фармакологи (профессора И.А. Студенцо-ва, Р.С. Гараев и Р.Х. Хафизьянова), клиницисты (профессора М.Ф. Исмагилов и В.И. Данилов), химики (ведущие научные сотрудники ИОФХ им. А.Е.Арбузова А.О. Визель и А.А. Муслинкин) и инженер-технолог ПО «Татхимфармпрепара-ты» С.Ф. Фатыхова).

Сочетание противовоспалительной активности димефосфона с антисептическим действием, установленное И.А. Студенцовой и Л.Е. Зиганшиной, стало обоснованием для местного лечения ин-фекционно-воспалительно-аллергических заболеваний кожи и слизистых оболочек.

Таким образом, димефосфон как представитель малотоксичных ФОС достаточно широко изучен и имеет разнонаправленные показания к применению в медицине. Дать полные сведения о препарате и всех исследователях, участвовавших в его разработке, не представляется возможным в рамках этого сообщения — только диссертаций (докторских и кандидатских) о димефосфоне защищено более 150. Часто возникает вопрос, почему у одного препарата так много фармакологических эффектов? Ответом на этот вопрос является, по-видимому, то, что димефосфон как липофильное фосфорорганическое соединение способен взаимодействовать c клеточными мембранами, подавляя процессы свободнорадикального окисления и проявляя мембранопротекторные свойства. Эти универсальные механизмы могут

принимать участие в реализации разных фармакологических эффектов. Недавно аспирантом Е.Г. Пряжниковым установлено, что димефосфон обладает свойством блокировать ионные каналы. Это было продемонстрировано электрофизиологическими исследованиями на нервно-мышечном синапсе. Такое свойство диме-фосфона объясняет, почему он, подобно дифенину, проявляет противосудорож-ную и антиаритмическую активность. Каналблокирующее свойство димефосфо-на, возможно, имеет прямое отношение к кальцийзависимым эффектам препарата, которые были изучены в течение ряда лет проф. В.Н. Цибулькиной.

В последние годы нами совместно с доцентом А.Г. Овчинниковой и Л.Р. Ка-шаповым проводятся исследования биологических свойств новых аналогов ди-мефосфона, синтезируемых в ИОФХ им. А.Е. Арбузова А.О. Визелем, В.Ф. Мироновым и сотр.

Димефосфон-субстанция является жидким препаратом, а его лекарственные формы представляют собой водные растворы, что создает некоторые трудности как при транспортировке препарата, так и при его использовании, например в дорожных условиях. В этом отношении предпочтительны лекарственные формы в таблетках. Однако природа димефосфона не позволяет получить его в кристаллическом виде.

CHj

.OCH,

сн3 - с - СН2- С -

I II 4 оснз

NOH CHj О

V Метим

Молекула димефосфона содержит кетогруппу, что открывает возможность введения в препарат оксимного фрагмента и получения кристаллических продуктов. Такие аналоги димефосфона получены А.О. Визелем и Л.И. Щукиной. Так, один из представителей этого ряда метим — кристаллическое вещество, в эксперименте не уступал димефосфону по антидотному действию при отравлении антихолинэстеразными средствами. Однако токсичность метима оказалась выше, чем у прототипа.

Синтезированы менее токсичные аналоги димефосфона. Так, замена в его струк-588

туре Р-ОСН3 группы на Р-СН3 снижала токсичность нового продукта, названного нами метимефином, в 2 раза. При этом новый продукт не уступал по антидотной эффективности димефосфону.

с н.

С Н з - С -CHj- С - Р

сн3 о

ОСНз

СНз

VI. Метимефин

Эти результаты указывают на возможность получения и кристаллических, и более безопасных аналогов димефосфона. Результаты важны также для выяснения роли функциональных групп в молекуле димефосфона, ответственных за проявление тех или иных фармакологических эффектов. Так, диэтилфосфиновый аналог димефосфона, у которого 2 кислородных атома у фосфора заменены на метилено-вые группы, лишен действия на ЦНС.

Диэтилфосфиновый аналог димефосфона

Большинство ФОС, ранее исследованных нами, представляет ряды пяти-членных гетероциклов: это производные оксафосфолена, оксафосфоланола, алифатические, диалкиламиноэтиловые и холиновые эфиры фосфолена. Ниже представлена их общая структура.

VII. Производные оксафосфолена

VIII. Производные оксафосфоланола

р - OR

\

IX. Алифатические эфиры фосфолена

Т)

p-och2-ch2n

Л) Чн

X. Диалкиламиноэтиловые производные фосфолена

сн3

p-och2-ch2n^ сн3

СНз

X. Холиновый эфир фосфолена

Эфиры оксафосфоланола (VIII) синтезированы в ИОФХ им. А.Е.Арбузова ст. научным сотрудником Ф.С. Мухаме-

товым. Они представляют собой белые кристаллические, стойкие при хранении вещества, которые имеют сходство по химической структуре с оксафосфолена-ми (VII). Последние не угнетают активность холинэстеразы и малотоксичны для животных. Они вызывают угнетение ЦНС, проявляя противосудорожную и се-дативную активность. По антидотным свойствам при отравлении антихолинэс-теразными веществами некоторые представители их превосходят димефосфон. Эти вещества несомненно интересны как потенциальные лекарственные средства.

Алифатические эфиры фосфолена являются самыми первыми представителями малотоксичных ФОС. Способность их вызывать у животных наркозоподобное состояние, проявлять противосудорож-ную активность была изучена на нашей кафедре И.А. Студенцовой и В.Г. Дунаевым. Нами проводилась сравнительная оценка их антидотных свойств при отравлении животных антихолинэстеразными средствами. По эффективности отдельные представители ряда были сопоставимы с димефосфоном.

Особое внимание заслуживают холино-вые эфиры фосфолена, синтезированные А.О. Визелем и Р.С. Гиниятуллиным в ИОФХ им. А.Е. Арбузова. Эти соединения оказались слабыми ингибиторами холин-эстеразы. При введении их животным симптомы холинергического возбуждения были слабо выражены и исчезали на следующий день после отравления, т.е. эффект их был обратимым. Подобно обратимым ингибиторам ХЭ, эти соединения проявляли антидотные свойства при отравлении животных антихолинэстеразными ФОС (защитное действие обратимых ингибиторов холинэстеразы при отравлении антихо-линэстеразными ФОС — известный факт). Для отдельных представителей этот эффект был выражен достаточно отчетливо, например холиновый эфир фосфолена (XI) оказался эффективнее димефосфона почти в 100 раз. По-видимому, диалкиламинэтило-вые и холиновые эфиры фосфолена, подобно ацетилхолину, могут ориентироваться на активной поверхности холинэстеразы по двум участкам: на анионном — за счет притягивания катионной головки и на эс-теразном — за счет некоторой полярности фосфорильной группировки (XIV). Такое

предположение объясняет и механизм обратимого антихолинэстеразного действия исследуемых ФОС, и механизм их защитного влияния на холинэстеразу при отравлении антихолинэстеразными средствами.

С целью нарушения способности диал-киламиноэтиловых эфиров фосфолена взаимодействовать с обоими активными

о

XIV. Взаимодействие холиновых эфиров фосфолена с ак тивными центрами холинэстеразы: Эс. — эстераз-ный центр, Ан. — анионный центр.

центрами фермента проведено целенаправленное изменение структуры диал-киламиноалкил-производных фосфолена (А.О. Визель, Р.С. Гиниятуллин). При замене кислорода в фосфорильной группе на атом серы (по-видимому, при этом теряется полярность при атоме фосфора) антихолинэстеразная активность и анти-дотные свойства соединений исчезают.

Антихолинэстеразный эффект и анти-дотные свойства отсутствуют также при удлинении расстояния между атомами фосфора и азота в молекуле диалкиламин-алкилпроизводных фосфолена, что, по-видимому, нарушает соответствие структуры соединения активной поверхности фермента.

II V- осн2 - сн2рК СНз

б

XV Тионовый аналог диметиламинэтилового эфира фосфолена

р - осн2 - сн2 - СИЖ/ СНз

'^у \ 4 СНз

о

XVI. Диметиламинопропиловый эфир фосфолена хплннэстера]а

он

СН3

Р -ОСН2- СН2- СНг1Ч

II Хсн3

о

XVII. Нарушение взаимодействия диалкиламинопро-пилового эфира фосфолена с активными центрами холинэстеразы за счет изменения расстояния между атомами фосфора и азота в молекуле соединения: Эс. — эстеразный центр, Ан. — анионный центр.

Научно-практический интерес представляют также другие представители неантихолинэстеразных ФОС, которые изучались на нашей кафедре или являются объектом исследования и в настоящее время, например глицифон.

Н2С - сн - сн20

^ Р - СН3

Н2С - СН - сн2о/ II Ч0/ о

ХУШ. Глицифон

Глицифон относится к соединениям, оказывающим на опухоль антимитотичес-кое действие. Атом фосфора в нем играет роль носителя бифункциональных эпок-сигрупп, функционально активных групп (фармакофоров). Экспериментальные исследования и внедрение глицифона в медицинскую практику проведены на нашей кафедре И.А. Студенцовой, Р. С. Гараевым, И.С. Мокринской, Л.Н. Залялютдиновой и др.). В настоящее время 30% глицифоно-вая мазь применяется для лечения рака и предраковых заболеваний кожи. При множественной форме базалиомы кожи и рецидивах опухоли после лучевой терапии глицифоновая мазь является препаратом выбора. Для примера можно привести случай лечения первичного множественного рака кожи, проведенного аспирантом В.Р. Гильмутдиновой. У больной определено 83 очага опухолей. После проведения терапии глицифоновой мазью в два захода все очаги были излечены.

Следующий представитель неантихо-линэстеразных ФОС — фосфабензид, являющийся гидразидом фосфорилирован-ных карбоновых кислот.

р -СН2- С - ин- мн2

ОГ1 I

XIX. Фосфабензид

Он был предложен в клинику И.В. Заиконниковой и Г.Ф. Ржевской как транквилизатор. В процессе дальнейшего углубленного изучения были установлены его антидепрессивная активность, способность купировать синдром похмелья и подавлять мотивацию к алкоголю. Эти свойства было подтверждены клинически-

ми испытаниями препарата, проведенными в клиниках Москвы и Казани. Приказом МЗ РФ разрешены производство препарата и его клиническое применение в качестве противоалкогольного средства. К сожалению, в настоящее время в освоении промышленного получения субстанции препарата имеются сложности.

Психотропные свойства фосфабензида явились стимулом для дальнейших фар-мако-токсикологических исследований производных фосфорилированных карбо-новых кислот. На кафедре органической химии Казанского технологического университета Р.И. Тарасовой были созданы разные модификации, синтезированы разные ряды фосфорилированных карбоно-вых кислот. Результаты изучения их токсикологических и психотропных свойств легли в основу кандидатских диссертаций Н.А. Тихоновой, Е.В. Шиловской и докторской диссертации И.И. Семиной, выполненных под нашим руководством. Наиболее детально изучено соединение КАПАХ — гидразид диметиламинофенил, хлорэтоксифосфорилуксусной кислоты.

С1 .

С1С2Н40

■ сн

о о

XX. КАПАХ

Установлено, что КАПАХ проявляет антидепрессивное и ноотропное свойства. На использование его в качестве потенциального лекарственного препарата получен ряд патентов в зарубежных странах. Ноотропы повышают устойчивость мозга к гипоксии и могут оказывать благоприятное воздействие при нейродегенератив-ных процессах, в том числе при болезни Альцгеймера, поэтому в последние годы к ним проявляют повышенный интерес. Дальнейшее изучение КАПАХ и его аналогов несомненно перспективно.

Таким образом, неантихолинэстераз-ные ФОС являются ценным источником поиска потенциальных лекарственных препаратов. Анализ мировой статистики создания лекарственных препаратов с 1959 по 2001 г. (А.О. Визель) показывает, что рост числа лекарств, содержащих фосфор, почти в 1,5 раза опережает рост числа лекарств без фосфора — еще одно подтверждение перспективности изучения ФОС.