CC BY
118
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
А. Е. Гуляев, С. В. Лохвицкий, Б. А.Тусупханов
РАНОЗАЖИВЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТЫ РЕКОМБИНАНТНОГО АНГИОГЕНИНА ЧЕЛОВЕКА
Национальный центр биотехнологий (Астана), Карагандинский государственный медицинский университет, Медицинский центр ТОО «Корпорация Казахмыс» (Жезказган)
Местное лечение ожогов и ран - перманентная проблема хирургии и клинической фармакологии. Возможность ускорения течения репарационных процессов в ране под влиянием фармакотерапии объективно доказана лишь для очень немногих лекарственных препаратов [36, 39]. Периодически ставится под сомнение сама необходимость местной фармакотерапии ран, пересматриваются столетние принципы (например, нет доказательств необходимости использования антисептиков), но, тем не менее, предпринимаются все новые и новые попытки получить эффективное ранозаживляющее средство.
Заживление ран является сложным процессом, связанным с взаимодействием различных типов клеток, матричных компонентов и биологических факторов, в том числе протеиназ и цито-кинов. Вероятно, именно соотношение металло-протеиназ и ингибиторов металлопротеиназ, ан-гиогенных факторов, ростовых факторов, про- и противовоспалительных цитокинов в тканях и жидкостях раны определяет течение и интенсивность репаративных процессов, а также скорость ремоделирования тканей [9].
Это положение имеет своим прикладным результатом новейшие разработки в области местного лечения ран и ожогов.
Так, ведутся работы по модификации с помощью цитокинов и рекомбинантных пептидов раневых покрытий типа Xenaderm [6] и уже получены обнадеживающие результаты.
Обращают на себя внимание результаты поиска ингибиторов металлопротеаз в ране, уже первые опыты местного использования доксицик-лина в этом качестве дают основание для оптимизма в отношении ранозаживляющего эффекта при хронических ранах [30].
Понимание молекулярных механизмов регуляции ангиогенеза в ране также лежит в основе новых подходов в лечении ран [35].
Ангиогенез является критическим процессом для хода процесса заживления ран [12]. Вновь образующиеся кровеносные сосуды участвуют в инициации формирования грануляционной ткани и далее обеспечивают питанием и кислородом вновь образованные растущие ткани. Ангиогенез при репарации тканей - это динамичный процесс, который строго регулируется сигналами со стороны сыворотки крови и со стороны внеклеточного матрикса в раневой среде. Ангио-
поэтин или ангиогенин, а также сосудистый эндо-телиальный фактор роста, кислотные и основные факторы роста фибробластов, р-трансфор-мирующий фактор роста, фактор некроза опухолей а, тромбоцитарный фактор роста и интерлей-кин-8 относятся к числу наиболее мощных ангио-генных цитокинов в ране. Их кооперация при регуляции имеет важнейшее значение для заживления раны [13, 19]. Факторы внеклеточного матрикса (такие как tenascin-C, 1атоп, ^едпп) и факторы роста находятся в динамическом двустороннем взаимодействии. Если нарушается кооперация этих компонентов, то практически неминуемо это приводит к нарушению заживления и появлению хронической раны [25].
Ангиогенин - полипептид с молекулярной массой 14 000, обладающий уникальной рибону-клеазной (рибонуклеазолитической) активностью и являющийся мощным стимулятором образования кровеносных сосудов.
В отличие от других факторов ангиогене-за, ангиогенин обладает ферментативной активностью и его аминокислотная последовательность на 33% гомологична последовательности бычьей панкреатической рибонуклеазы (РНК А) [15]. Ангиогенин разделяет общие каталитические свойства с рибонуклеазой (разрушает 3'-связь пиримидинов по механизму трансфосфори-лирование/гидролиз), но его активность существенно отличается и по величине, и по специфичности [7]. Хотя ангиогенин содержит те же ключевые остатки аминокислот в активном центре, что и РНК А, он расщеплет стандартные субстраты для РНК в 105 - 106 медленнее, чем панкреатическая рибонуклеаза. Несмотря на эту очевидную слабость, каталитическая активность ангиогенина важна для его биологической роли: замена аминокислот в активном центре параллельно снижает и нуклеазную активность, и стимулирующее влияние на ангиогенез, а замена, усиливающая ферментативную активность, стимулирует способность индуцировать пролиферацию сосудов. Ангиогенин также может функционировать в качестве тРНК-специфической нукле-азы, связывающейся с актином на поверхности эндотелиальных клеток. Связавшись, ангиогенин подвергается эндоцитозу, затем транслоцируется в ядро, обеспечивая эндотелиальную инвазив-ность, необходимую для формирования кровеносных сосудов. Ангиогенин индуцирует ангиоге-нез как в нормальных, так и в опухолевых тканях. Помимо этого он снижает уровень синтеза белка путем гидролиза клеточной тРНК [18].
Впервые ангиогенин был получен из опухолевых клеток. Модуляция активности может включать взаимодействие ангиогенина с поверхностными клеточными рецепторами и внеклеточным матриксом эндотелиальных клеток [8, 34]. Ангиогенин, впервые выделенный из клеток карциномы человека, впоследствии был изолирован и из нетрансформированных клеток человека, крупного рогатого скота, кроликов, свиней и мы-
шей и даже из молока (ангиогенин-подобные белки из козьего молока) [20].
Ангиогенин, являющийся белком плазмы с ангиогенезной и рибонуклеолитической активностью, причастен к процессам заживления ран [22, 23, 24] и роста опухолевой ткани, к развитию сердечной недостаточности и астмы, наконец, к поддержанию биоценоза микрофлоры толстой кишки [4, 11]. Поскольку именно тучные клетки также связаны с модуляцией проницаемости сосудов, процессами ангиогенеза, заживлением ран и развитием астмы, то предполагают, что именно тучные клетки секретируют ангиоге-нин в ответ на различные раздражители [17]. Структура ангиогенина и структура рибонуклеазы представлены на рис. 1.
Наибольшие различия между двумя структурами отмечаются в сегментах 1-4, 17-23 (петля 1), 36-38 (петля 2), 58-75 (петли 4 и 5, ленты В2 и ВЗ), 85-93 (петля 7), 109-111 (петля 9) и 117123 [10].
Естественно, что основная масса попыток применения ангиогенина в терапевтических целях сводится к лечению ишемии. Появилась концепция «терапевтического ангиогенеза», опубликован ряд сообщений об использовании в эксперименте и клинике ангиогенина при инфаркте миокарда, инсульте, эндартериите и других сосудистых заболеваниях, а также при боковой амио-трофическом склерозе [1, 21, 33].
Использование же ангиогенина для местного терапевтического воздействия пока находится на втором плане. Только в последнее время предпринимаются попытки использования различных препаратов, содержащих ангиогенин для стимуляции репарационных процессов.
В научно-производственной фирме ЗАО «Саяны» (Российская Федерация) создан, произведен и сертифицирован гель на основе реком-
бинантного ангиогенина человека (коммерческое название «^то^епшт», «Ангиосиб») [5]. Данное средство рекомендуется использовать в комплексной терапии больных с повреждениями мягких тканей и собственно кожи различного генеза (трофического, термического, хирургического) [26, 27, 28, 29].
В условиях эксперимента определено, что применение геля рекомбинантного ангиогенина человека оказывает не только стимулирующее действие на процессы регенерации ткани печени, активизируя ангиогенез, но и, улучшая микроциркуляцию, снижает развитие воспалительных процессов после нанесения хирургической травмы [2]. Эти авторы установили, что препарат при экспериментальной хирургической ране печени у крыс вызывает значительное увеличение синусной системы регионарных лимфатических узлов, что является признаком усиления дренажно-детоксикационной функции. Подтверждение этого факта можно найти в работе [3], где применение геля рекомбинантного ангиогенина приводит к формированию рубца раны печени, представленного незрелой соединительной тканью на 7 сут эксперимента, а этот же процесс в контроле происходит на 21 сут.
По данным авторов [37], в 2002 г. было проведено пилотное, проспективное исследование, направленное на выявление клинических эффектов при использовании геля рекомбинант-ного ангиогенина человека. Цель исследования: выявить возможные клинические эффекты при использовании гелевой формы рекомбинантного ангиогенина человека в лечении трофических язв стопы у больных с сахарным диабетом. Группу наблюдения составили 6 больных мужского и 3 женского пола, в возрасте от 55 до 70 лет включительно, страдающих сахарным диабетом II типа, осложненным развитием диабетической
А
Рис. 1. Трехмерная структура ангиогенина (А) и РНК (Б)
Б
стопы нейропатической инфицированной формы. Результаты: отмечалось появление грануляций и (или) краевой эпителизации через 48 ч, что на 810-12 ч раньше, чем в группе контроля. Полная эпителизация поверхности трофических язв у больных группы исследования достигнута к 10-11 сут, в группе контроля - на 14-15 сут. Можно считать, что первые клинические данные подтверждают положительные экспериментальные эффекты применения ангиогенина и требуют дальнейшего клинического изучения по GCP протоколу.
Ускорение образования костной мозоли и репарации костной ткани после травматологических вмешательств также может быть достигнуто при парентеральном введении рекомбинантного ангиогенина, поскольку найдено, что уровень концентрации ангиогенных субстратов в крови и скорость заживления прямо пропорциональны [16]. Удачное восстановление поврежденного мениска при использовании ангиогенина, введенного в сустав в эксперименте с кроликами показали T. V. King и B. L. Vallee [16].
Кроме изучения геля рекомбинантного ангиогенина, идут исследования ангиогенинсо-держащих субстратов. Так, амниотическую мембрану (внутренний слой плаценты), содержащую ангиогенные факторы, среди которых основным был ангиогенин, но присутствовали также интер-ферон-g и интерлейкин-6, использовали с успехом в офтальмологии для получения бактерио-статического, противовоспалительного эффектов, ингибирования протеаз и предотвращения формирования рубцов на роговице [31, 32]. Высказывается предположение, что именно амнион, как источник сбалансированных ангиогенных и ростовых факторов, может быть полезным при лечении острых и хронических ран [14].
Таким образом, ангиогенин может считаться перспективной субстанцией для создания новых ранозаживляющих препаратов. Исследования в этом направлении могут иметь своим следствием новое поколение препаратов с ангиоген-ной активностью, способных решить проблему заживления хронических ран и язв.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурлева Е. П. Морфологическая оценка эффективности лечения экспериментальной ишемии конечности рек-ангиогенином /Е. П. Бурлева, Н. Б. Крохина, Н. П. Мертвецов //Патология кровообращения и кардиохирургия. - 2002. - №2. -С. 27 - 33.
2. Ибраимов А. С. Влияние ангиогенина на репа-ративные процессы при экспериментальной асептической ране печени /А. С. Ибраимов, А. А. Бей-сембаев, В. Т. Давыдов //Морфология и хирургия. - Новосибирск, 2002. - Вып. 3. - С. 61 - 62.
3. Кулбачаев Б. К. Регенераторные процессы в экспериментальной ране печени при интраопера-ционном применении геля рекомбинантного ан-гиогенина человека /Б. К. Кулбачаев, А. С. Ибра-имов //Хирургия, морфология, лимфология: Сб.
тр. НЦРВХ. - Бишкек, 2003. - Вып. 1. - С. 37 - 41.
4. Мертвецов Н. П. Ангиогенин и механизм ан-гиогенеза /Н. П. Мертвецов, Л. Е. Стефанович. -Новосибирск: Наука, 1997. - 78 с.
5. Патент РФ № 2002102856/13. Химирная плазмида pZZSA для экспрессии химерного белка ангиогенина и штамм Escherichia coli BL 21(DE3) pZZSA - продуцент рекомбинантного химерного белка ангиогенина человека /Н. П. Мертвецов, Ю. А. Рамазанов, В. Ф. Майстренко //Номер публикации патента: 2221043.
6. Abraham L. M. Xenaderm: an essential wound care therapy //Adv. Skin. Wound. Care. - 2010. - V. 23. - Р. 73 - 76.
7. Angiogenin is a cytotoxic, tRNA-specific ribonu-clease in the Rnase A superfamily /S. K. Saxena, S. M. Rybak, R. T. Davey et al. //J. Biol. Chem. - 1992.
- №267. - Р. 982 - 986.
8. Badet J. In vivo and in vitro studies of angiogenin - a potent angiogenic factor /J. Badet, F. Soncin, T. N'Guyen //Blood Coagul Fibrinolysis. -1990. - V. 1. - Р. 721 - 724.
9. Baker E. A. Proteinases, their inhibitors, and cytokine profiles in acute wound fluid /E. A. Baker, D. J. Leaper //Wound Repair Regen. - 2000. - V. 8.
- Р. 392 - 398.
10. Crystal structure of human angiogenin reveals the structural basis for its functional divergence from ribonuclease /K. R. Acharya, R. Shapiro, S. C. Allen et al. //Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 1994. -V. 91. - P. 2915 - 2919.
11. Curran T. P. Alteration of the enzymatic specificity of human angiogenin by site-directed mutage-nesis. /T. P. Curran, R. Shapiro, J. F. Riordan //Bio-chemistry. - 1993. - V. 9, №32. - Р. 2307 - 2313.
12. Dнaz-Flores L. Angiogenesis: an update /L. Dнaz-Flores, R. Guto^, H. Varela //Histol Histo-pathol. - 1994. - V. 9. - Р. 807 - 843.
13. Distler J. H. Angiogenic and angiostatic factors in the molecular control of angiogenesis /J. H. Dis-tler, A. Hirth, M. Kurowska-Stolarska //Q. J. Nucl. Med. - 2003. - V.47. - Р. 149 - 161.
14. Fett J. W. Isolation and characterization of an-giogenin, an angiogenic protein from human carcinoma cells /J. W. Fett, D. J. Strydom, R. R. Lobb // Biochemistry. - 1985. - V. 24, №24. - Р. 5480 -5486.
15. Harper J. W. A covalent angiogenin/ribonuc-lease hybrid with a fourth disulfide bond generated by regional mutagenesis /J. W. Harper, B. L. Vallee //Biochemistry. - 1989. - V. 21, №28. - Р. 1875 - 1884.
16. King T. V. Neovascularisation of the meniscus with angiogenin. An experimental study in rabbits / T. V. King, B. L. Vallee //J. Bone. Joint. Surg. Br. -2003. - V. 73. - Р. 587 - 590.
17. Kulka M. Human mast cells synthesize and release angiogenin, a member of the ribonuclease A (Rnase A) superfamily /M. Kulka, N. Fukuishi, D. D. Metcalfe //J. Leukoc. Biol. - 2009. - V. 86. - Р. 1217 - 1226.
18. Lee F. S. Characterization of ribonucleolytic
activity of angiogenin towards tRNA /F. S. Lee, B. L. Vallee //Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1989. -V. 161. - P. 121 - 126.
19. Li J. Angiogenesis in wound repair: angiogenic growth factors and the extracellular matrix /J. Li, Y. P. Zhang, R. S. Kirsner //Microsc. Res. Tech. - 2003. - V. 60, №1. - P. 107 - 114.
20. Maiti T. K. Isolation and characterization of an angiogenin-like protein from goat plasma /T. K. Maiti, S. Dasgupta //Protein. Pept. Lett. - 2002. -№9. - P. 283 - 288.
21. Mechanisms of deregulated response to hypoxia in sporadic amyotrophic lateral sclerosis: A clinical study /C. Moreau, D. Devos, P. Gosset et al. // Rev. Neurol. - 2009. - V. 4. - P. 636 - 637.
22. Role of glutamine-117 in the ribonucleolytic activity of human angiogenin /N. Russo, R. Shapiro, K. R. Acharya et al. //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. -1994. - V. 12, №91. - P. 2920.
23. Role of glutamine-117 in the ribonucleolytic activity of human angiogenin /N. Russo, R. Shapiro, K. R. Acharya et al. //Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. -1994. - V. 12. - №92. - P. 2928.
24. Rybak S. M. Base cleavage specificity of angiogenin with Saccharomyces cerevisiae and Escherichia coli 5S RNAs /S. M. Rybak, B. L. Vallee //Biochemistry. - 1988. - V. 5, №27. - P. 2288 - 2294.
25. Schultz G. S. Interactions between extracellular matrix and growth factors in wound healing /G. S. Schultz, A. Wysocki //Wound. Repair. Regen. -2009. - №17. - P. 153 - 162.
26. Shapiro R. Characteristic ribonucleolytic activity of human angiogenin. /R. Shapiro, J. F. Riordan, B. L. Vallee //Biochemistry. - 1986. - V. 17, №25. - P. 3527 - 3532.
27. Shapiro R. Isolation of angiogenin from normal human plasma /R. Shapiro, D. J. Strydom, K. A. Olson //Biochemistry. - 1987. - V. 11, №26. - P. 5141 - 5146.
28. Shapiro R. Role of lysines in human angiogen-in: chemical modification and site-directed mutagen-esis /R. Shapiro, E. A. Fox, J. F. Riordan // Biochemistry. - 1989. - V. 21. - P. 1726 - 1732.
29. Shapiro R. Site-directed mutagenesis of histi-dine - 13 and histidine - 114 of human angiogenin. Alanine derivatives inhibit angiogenin-induced angio-
genesis /R. Shapiro, B. L. Vallee //Bioche-mistry. -1989. - V. 5, №28. - Р. 7401 - 7408.
30. Stechmiller J. The Role of Doxycycline as a Matrix Metalloproteinase Inhibitor for the Treatment of Chronic Wounds /J. Stechmiller, L. Cowan, G. Schultz //Biol. Res. Nurs. - 2009. - V. 22. - P. 4293 - 4295.
31. Steed D. L. Amnion-derived Cellular Cytokine Solution: A Physiological Combination of Cytokines for Wound Healing /D. L. Steed, C. Trumpower, D. Duffy //Eplasty. - 2008. - V. 7. - №8. - Р. 18.
32. Strydom D. J. Amino acid sequence of human tumor derived angiogenin /D. J. Strydom, J. W. Fett, R. R. Lobb //Biochemistry. - 1985. - V. 24, №24. -Р. 5486 - 5494.
33. Therapeutic potential of angiogenin modified mesenchymal stem cells: angiogenin improves mes-enchymal stem cells survival under hypoxia and enhances vasculogenesis in myocardial infarction /X.
H. Liu, C. G. Bai, Z. Y. Xu et al. //Microvasc. Res. -2008. - №76. - Р. 23 - 30.
34. The widespread expression of angiogenin in different human cells suggests a biological function not only related to angiogenesis /M. Moenner, M. Gusse, E. Hatzi et al. //Eur. J. Biochem. - 1994. - V.
I, №226. - Р. 483 - 490.
35. Tonnesen M. G. Angiogenesis in wound healing /M. G. Tonnesen, X. Feng, R. A. Clark //J. Inves-tig. Dermatol. Symp. Proc. - 2000. - №5. - Р. 40 -46.
36. Ward R. S. Topical agents in burn and wound care /R. S. Ward, J. R. Saffle //Phys. Ther. - 1995. -№75. - Р. 526 - 538.
37. Weiss S. The systemic angiogenic response during bone healing /S. Weiss, G. Zimmermann, T. Pufe //Arch. Orthop. Trauma. Surg. - 2009. -№129. - Р. 989 - 997.
38. Wolbank S. Impact of human amniotic membrane preparation on release of angiogenic factors / S. Wolbank, F. Hildner, H. Redl //J. Tissue. Eng. Regen. Med. - 2009. - №3. - Р. 651 - 654.
39. Zhang G. A. Application of topical drugs in burn wound //Zhonghua Shao Shang Za Zhi. -2008. - №24. - Р. 346 - 348.
Поступила 19.05.10
A. Y. Gulyayev, S. V. Lokhvitski, B. A. Tusupkhanov
WOUND HEALING EFFECTS OF MAN'S RECOMBINED ANGIOGENIN
In the results of use of natural angiogenins complex in treatment of wounds the quickest decontamination of wound from mictoflora, earliest clearance of wound surface from necrotic tissues, activation of reparative processes, early epithelization can be achieved.
А. Е. Гуляев, С. В. Лохвицкий, Б. А. Туапханов
АДАМНЬЩ РЕКОМБИНАНТТЫ АНГИОГЕНИН1НЩ ЖАРАЦАТТЫ ЖАЗУДАРЫ ЭСЕР1
Жаракаттарды жазуда табири ангиогениндер кешенш колдану аркылы микрофлорадан болран жараны жылдамырак емдеуге, жараныч орнын шiрiген тшдерден тезiрек тазартура, сол сиякты репративт Yдерiсгердiч белсендтИне, ерте эпителизацияра кол жетшуге болатыны аныкталран.
