Антиметаболиты в чем заключается механизм их действия
Антиметаболиты в чем заключается механизм их действия
Аметоптерин, аналог фолиевой кислоты, применяют с 1948 г., когда было впервые показано, что антагонисты фолатов могут индуцировать полную (хотя и преходящую) ремиссию острого лейкоза у детей. Сидни Фарбер из детской клиники Бостона обнаружил мегалобластные изменения в костном мозге детей с лейкозом и предположил, что усиленное истощение запасов фолатов способно остановить пролиферацию лейкозных клеток. Это пример рационального выбора мишени при противоопухолевой терапии в отличие от эмпирического (однако неоценимого) подхода, свойственного применению алкилирующих препаратов.
Метотрексат
Молекулярный механизм действия метотрексата состоит в ингибиции фермента дигидрофолатредуктазы.
Фолаты представляют собой одноуглеродные кофакторы в биосинтезе пуринов и пиримидинов и включают:
• птеридин;
• парааминобензойную кислоту;
• глутаматные комплексы.
Полиглутаматы — более эффективные кофакторы, поскольку они дольше сохраняются в клетках. Восстановленные тетрагидрофолаты являются активными формами. Существенная роль дигидрофолатредуктазы состоит в том, чтобы поддерживать доставку восстановленных фолатных кофакторов. Дигидрофолат и формилдигидрофолат, которые накапливаются в результате ингибиции дигидрофолатредуктазы, непосредственно ингибируют фолатзависимые ферменты.
Метотрексат активно транспортируется посредством системы 51М-метилтетрагидрофолиевой кислоты (восстановленные фолаты) через клеточные мембраны в цитоплазму, где он связывается с дигидрофолатами и инактивирует их. Свободны метотрексат конкурирует с повышенной концентрацией дигидрофолатов (вследствие снижения тимидилатсинтазной активности), ингибируя дигидрофолатредуктазу, что приводит к снижению доступности тимидилатсинтазы.
Метотрексат действует также на синтез пуринов, где 10-формилдигидрофолат служит необходимым кофактором на двух этапах синтеза пуринов de novo. Необходимая для подавления синтеза пиримидинов внутриклеточная концентрация метотрексата составляет 1 х 10-8 М, тогда как для ингибиции синтеза пуринов — 1 X 10-7 М. В целом цитотоксичность метотрексата прямо пропорциональна длительности экспозиции, хотя повышение концентрации может преодолеть резистентность и повысить цитотоксичность.
Существуют множественные механизмы резистентности к метотрексату:
• снижение поступления в клетку;
• уменьшение аффинности дигидрофолатредуктазы к метотрексату;
• повышение концентрации дигидрофолатредуктазы;
• снижение полиглутаминирования вследствие уменьшения уровня фолатполиглутамилсинтазы;
• падение синтеза тимидилата. Метотрексат хорошо абсорбируется при пероральном приеме, однако степень абсорбции варьирует. Недостаточная абсорбция объясняет повышение частоты рецидивов при остром лимфолейкозе у детей. Метотрексат имеет три периода полувыведения в плазме: 5 мин, 2-3 час, 8-10 час. Последние два периода могут быть продолжительнее при нарушении функции почек или накоплении жидкости. Обратное поступление метотрексата в кровь из плеврального выпота или асцита удлиняет срок действия лекарства, что усиливает побочные эффекты. Метотрексат плохо проникает в ЦНС.
Соотношение концентраций в плазме и СМЖ равно 31 : 1. Основной механизм метаболизма метотрексата — внутриклеточное превращение в полиглутаматы и 7-гидроксилирование в печени. Неизмененное лекарство элиминируется с мочой. У пациентов с нарушением функции печени дозы метотрексата должны быть снижены пропорционально снижению клиренса креатинина. Специальное внимание необходимо уделить использованию метотрексата у пациентов с выпотом любого типа; у пожилых людей клиренс креатинина при его нормальном уровне в сыворотке может быть сниженным вследствие уменьшения мышечной массы (а не как результат нарушения функции печени).
Высокие дозы метотрексата были использованы для компенсации ограниченного транспорта лекарства в злокачественные клетки. Повышенная внутриклеточная концентрация метотрексата частично преодолевает резистентность, обусловленную повышенной активностью дигидрофолатредуктазы или измененной аффинностью этого фермента к метотрексату. Это повышает внутриклеточное образование полиглутамата, тем самым увеличивая продолжительность действия метотрексата.
Однако эффективность высоких доз метотрексата по сравнению с обычными дозами точно не установлена, в результате происходит «спасение» фолатов с применением менее богатого источника фолатов — 5-формилтетрагидрофолиевой кислоты (лейковорин). Чтобы получить возможность применения высоких доз метотрексата также были использованы тимидин и блокада клеточного цикла 1-аспарагиназа.
Антиметаболиты в чем заключается механизм их действия
Антиметаболиты – вещества, близкие по химической структуре к эндогенным продуктам метаболизма и ингибирующие, в результате конкурентных отношений, определенные биохимические процессы, что сопровождается нарушением функции клеток и торможением клеточного роста. Этот класс препаратов включает антиметаболиты фолиевой кислоты, пиримидинов и пуринов.
Механизм действия
Механизм действия большинства противоопухолевых антиметаболитов связан с ингибированием активности или инактивированием нескольких ключевых ферментов, участвующих в процессах синтеза ДНК, что ведет к нарушению репликации и репарации и, как следствие, к подавлению клеточной пролиферации и гибели клеток. Мишенью для действия антиметаболитов является не сама ДНК, а ферменты, участвующие в ее биосинтезе. Препараты разных групп различаются по механизмам воздействия на эти ферменты, обладают S-фазовой специфичностью, активны в отношении тканей с высокой пролиферативной активностью клеток.
Антиметаболиты фолиевой кислоты (метотрексат, пеметрексед) ингибируют активность фермента дигидрофолатредуктазы, препятствуя образованию тетрагидрофолиевой кислоты, участвующей в биосинтезе пуриновых и пиримидиновых оснований. В результате чего происходит нарушение синтеза и репарации ДНК, подавление пролиферативных процессов в клетке. Пеметрексед обладает способностью ингибировать активность также еще двух жизненно важных для клетки ферментов – тимидилатсинтазы (ТС) и глицинамидрибонуклеотидформилтрансферазы.
Фторурацил – фторированный пиримидин – антиметаболит физиологического урацила, действующий на ТС – ключевой фермент процесс синтеза ДНК, катализирующий образование de novo тимидилата, предшественника тимидина трифосфатануклеотида, необходимого для синтеза ДНК. Введенный в организм фторурацил метаболизируется с образованием 5-фтор-2′-дезоксиуридин монофосфата (ФДУМФ), который при участии фолатного кофактора N5-10-метилентетрагидрофолата соединяется с ТС и образует ковалентный связанный тройной комплекс, ингибирующий ТС, синтез, репликацию и репарацию ДНК с активацией апоптоза. ФДУМФ встраивается в иРНК в процессе ее синтеза вместо уридинмонофосфата, что приводит к нарушению стабильности молекулы иРНК, ошибкам при трансляции и синтеза белков, необходимых для жизнедеятельности клетки. Эффективность фторурацила зависит от возможности создания длительной терапевтической концентрации лекарственного средства в ткани-мишени. Длительные внутривенные инфузии препарата по эффективности превосходят болюсное введение. Фторурацил плохо и очень вариабельно всасывается из желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), в связи с чем не используется для приема внутрь. Лекарственные средства тегафур и капецитабин, созданные на основе фторурацила, напротив, быстро и полно всасываются из желудочно-кишечного тракта с образованием тимидинфосфорилазы, в значительной части непосредственно в опухоли (селективная активация, туморактивируемое лекарственное средство). Такой метаболизм приводит к высоким внутриопухолевым концентрациям фторурацила, а возможность приема внутрь позволяет длительно поддерживать ее внутри. После приема капецитабина концентрация фторурацила в опухоли в 20-30 раз превышает концентрацию, достигаемую внутривенным введением препарата. Активность фторурацила в тканях-мишенях может существенно снижаться вследствие разложения ферментом дигидропиримидиндегидрогеназой (ДПД) с образованием неактивных продуктов. Для преодоления эффекта ДПД и усиления противоопухолевого эффекта тегафур принимают одновременно с урацилом (тегафур + урацил). Механизм потенцирования урацилом действия фторурацила обусловлен тем, что урацил также метаболизируется ДПД и при одновременном приеме с тегафуром начинает конкурировать с фторурацилом за ДПД. При определенных дозовых соотношениях ураци-ла и тегафура происходит практически полное связывание ДПД с урацилом и тем самым уменьшается дезактивация фторурацила.
По механизму действия к фторированным пиримидинам близок ралтитрексид, который является антиметаболитом фолатного кофактора. Основная мишень для ралтитрексида ТС. Он прямо и специфично инактивативирует фермент. Введенный в организм ралтитрексид транспортируется в клетку с помощью переносчика восстановленных фолатов, в клетке подвергается полиглютамированию с помощью фолилполиглютаматсинтазы с образованием полиглютамата, который прочно связывается с ТС вместо физиологического фолатного кофактора и тем самым блокирует ее активность. В следствие этого происходит подавление образования тимидин трифосфата и синтеза ДНК. Таким образом, ралтитрексид, как и фторурацил, нарушают синтез пиримидинового основания, необходимого для синтеза ДНК, путем воздействия на ТС.
К фторированным пиримидинам относится гемцитабин. Гемцитабин является нуклеозидным (дезоксицитидин) аналогом. Имеет фазовую специфичность действия: останавливает жизнедеятельность клеток в S-фазе и блокирует опухолевую прогрессию клеток в G1/S-фазе. Гемцитабин подвергается внутриклеточному метаболизму под действием нуклеозидкиназ с образованием активных ди- и трифосфатного нуклеозидов. Цитотоксический эффект обусловлен комбинированным влиянием этих активных метаболитов. Дифосфатные нуклеозиды ингибируют рибонуклеотидредуктазу, катализирующую реакции образования дезоксинуклеозидтрифосфатов, необходимых для синтеза ДНК. Трифосфатные нуклеозиды активно конкурируют с дезоксицитидинтрифосфатом за встраивание в молекулы нуклеиновых кислот. После встраивания внутриклеточных метаболитов гемцитабина в цепь ДНК, к ее растущим нитям добавляется еще один дополнительный нуклеотид, что приводит к полному ингибированию дальнейшего синтеза ДНК и обусловливает невозможность репарации ДНК. Гемцитабин эффективен при раке поджелудочной железы, немелкоклеточном раке легких, раке мочевого пузыря и др.
Антиметаболит цитозина цитарабин структурно отличается от цитозина наличием гидроксильной группы в положении 2 молекулы цитозина. Механизм действия цитарабина связан со встраиванием его активного метаболита арабинозидцитозин трифосфата в концевое звено молекулы ДНК во время ее синтеза в процессе репликации, что ведет к нарушению репликации ДНК и гибели клетки. Кроме того, цитарабин ингибирует активность фермента ДНК-полимеразы, что также нарушает репликацию ДНК. В соответствии с таким механизмом действия цитарабин активен только по отношению к клеткам, находящимся в фазе S и фазе перехода G1→S жизненного цикла клеток.
Цитарабин быстро метаболизируется в организме под действием фермента дезоксицитидиндезаминазы, превращаясь в неактивный урациларабинозид, что приводит к уменьшению времени полувыведения препарата и его концентрации в плазме при болюсном введении.
Аналоги пуринов (меркаптопурин, тиогуанин и др.) нарушают биосинтез пуриновых нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот — аденозин−5′-монофосфата (АМФ) и гуанозин−5′-монофосфата (ГМФ). Антиметаболит гуанина меркаптопурин отличается от молекулы природного пурина гипоксантина наличием атома серы вместо атома кислорода в положении 6 молекулы гипоксантина, в результате чего меркаптопурин становится конкурентом природных гипоксантина и гуанина. Цитотоксическое действие меркаптопурина обусловлено ингибированием первого этапа биосинтеза пуринов после превращения меркаптопурина с помощью фермента фосфорилазы в рибонуклеотид (меркаптопуринфосфорибозил), который, в свою очередь, под влиянием тиопуринметилтрансферазы превращается в метилмеркаптопурин. Оба эти метаболита угнетают глутамин-5-фосфорибозилпирофосфат аминотрансферазу – первый фермент в синтезе пуриновых рибонуклеотидов. Подавление синтеза пурина приводит к нарушению синтеза нуклеиновых кислот, в результате нарушается митотический цикл в S-фазе и наступает гибель клеток.
Быстрая дезактивация в организме цитарабина ферментом аденозиндезаминазой стала основанием для синтеза антиметаболита аденина флударабина, фторированного и фосфатированного производного аденина. Наличие атома фтора в молекуле флударабина обеспечивает устойчивость препарата к действию аденозиндезаминазы при проникновении в клетку, где он фосфорилируется под действием дезоксицитидинкиназы. Образующийся в результате этого трифосфатный метаболит 2-фторара-АТФ ингибирует активность ряда ферментов, участвующих в синтезе ДНК, а также РНК-полимеразу II. Флударабин способен инкорпорироваться в ДНК и РНК, приводя к нарушению процесса их элонгации. Результатом этих эффектов становятся прекращение синтеза ДНК и апоптоз клеток. Наиболее чувствительны к действию флударабина клетки, находящиеся в G1/S- и S-фазе клеточного цикла.
Гидроксикарбамид также оказывает влияние на активность полимераз, нарушая процесс восстановления ДНК после потенциально летальных мутаций, что позволяет использовать его в качестве радиосенсибилизатора. Повышенной радиочувствительности клеток способствует также их задержка на фазе G1, чрезвычайно уязвимой к облучению.
Гидроксикарбамид повышает эффективность ряда цитостатиков. Подавляя активность рибонуклеотидредуктазы, он потенцирует активность пиримидиновых (фторурацила, цитарабина) антиметаболитов. Нарушение нормального процесса восстановления ДНК вследствие подавления активности полимераз позволяет усиливать активность цитостатиков, в основе механизма действия которых лежит повреждение ДНК (АА).
Место в терапии
Фторпиримидины. Фторурацил применяют при опухолях желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), раке молочной железы (РМЖ), головы и шеи и ряде других солидных опухолей. Биохимическая модуляция фторурацила с помощью кальция фолината повышает противоопухолевую активность фторурацила в лечении опухолей ЖКТ. Капецитабин эффективен при РМЖ и раке ЖКТ.
Аналоги пуринов используют при лечении лейкозов и неходжкинских лимфом. Пентостатин применяют при волосатоклеточном лейкозе. Кладрибин и флударабин активны при гемобластозах.
Ингибиторы рибонуклеотидредуктазы. Гидроксикарбамид применяют при хроническом миелобластном лейкозе и истинной полицитемии.
Антифолаты. Метотрексат активен при опухолях головы и шеи, остеогенных саркомах. Использование сверхвысоких доз метотрексата возможно под защитой кальция фолината. Пеметрексед активен при мезотелиоме, раке головы и шеи и немелкоклеточном раке легких.
Ингибиторы тимидилатсинтетазы. Ралтитрексид активен при колоректальном раке и РМЖ.
Переносимость и побочные эффекты
Противопоказания и предостережения
Общие для назначения цитостатиков — угнетение кроветворения, беременность, лактация, непереносимость компонентов препаратов, выраженное нарушение функций печени и почек, активные инфекции.
Механизм действия
Механизм действия большинства противоопухолевых антиметаболитов связан с ингибированием активности или инактивированием нескольких ключевых ферментов, участвующих в процессах синтеза ДНК, что ведет к нарушению репликации и репарации и, как следствие, к подавлению клеточной пролиферации и гибели клеток. Мишенью для действия антиметаболитов является не сама ДНК, а ферменты, участвующие в ее биосинтезе. Препараты разных групп различаются по механизмам воздействия на эти ферменты, обладают S-фазовой специфичностью, активны в отношении тканей с высокой пролиферативной активностью клеток.
Антиметаболиты фолиевой кислоты (метотрексат, пеметрексед) ингибируют активность фермента дигидрофолатредуктазы, препятствуя образованию тетрагидрофолиевой кислоты, участвующей в биосинтезе пуриновых и пиримидиновых оснований. В результате чего происходит нарушение синтеза и репарации ДНК, подавление пролиферативных процессов в клетке. Пеметрексед обладает способностью ингибировать активность также еще двух жизненно важных для клетки ферментов – тимидилатсинтазы (ТС) и глицинамидрибонуклеотидформилтрансферазы.
Фторурацил – фторированный пиримидин – антиметаболит физиологического урацила, действующий на ТС – ключевой фермент процесс синтеза ДНК, катализирующий образование de novo тимидилата, предшественника тимидина трифосфатануклеотида, необходимого для синтеза ДНК. Введенный в организм фторурацил метаболизируется с образованием 5-фтор-2′-дезоксиуридин монофосфата (ФДУМФ), который при участии фолатного кофактора N5-10-метилентетрагидрофолата соединяется с ТС и образует ковалентный связанный тройной комплекс, ингибирующий ТС, синтез, репликацию и репарацию ДНК с активацией апоптоза. ФДУМФ встраивается в иРНК в процессе ее синтеза вместо уридинмонофосфата, что приводит к нарушению стабильности молекулы иРНК, ошибкам при трансляции и синтеза белков, необходимых для жизнедеятельности клетки. Эффективность фторурацила зависит от возможности создания длительной терапевтической концентрации лекарственного средства в ткани-мишени. Длительные внутривенные инфузии препарата по эффективности превосходят болюсное введение. Фторурацил плохо и очень вариабельно всасывается из желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), в связи с чем не используется для приема внутрь. Лекарственные средства тегафур и капецитабин, созданные на основе фторурацила, напротив, быстро и полно всасываются из желудочно-кишечного тракта с образованием тимидинфосфорилазы, в значительной части непосредственно в опухоли (селективная активация, туморактивируемое лекарственное средство). Такой метаболизм приводит к высоким внутриопухолевым концентрациям фторурацила, а возможность приема внутрь позволяет длительно поддерживать ее внутри. После приема капецитабина концентрация фторурацила в опухоли в 20-30 раз превышает концентрацию, достигаемую внутривенным введением препарата. Активность фторурацила в тканях-мишенях может существенно снижаться вследствие разложения ферментом дигидропиримидиндегидрогеназой (ДПД) с образованием неактивных продуктов. Для преодоления эффекта ДПД и усиления противоопухолевого эффекта тегафур принимают одновременно с урацилом (тегафур + урацил). Механизм потенцирования урацилом действия фторурацила обусловлен тем, что урацил также метаболизируется ДПД и при одновременном приеме с тегафуром начинает конкурировать с фторурацилом за ДПД. При определенных дозовых соотношениях ураци-ла и тегафура происходит практически полное связывание ДПД с урацилом и тем самым уменьшается дезактивация фторурацила.
По механизму действия к фторированным пиримидинам близок ралтитрексид, который является антиметаболитом фолатного кофактора. Основная мишень для ралтитрексида ТС. Он прямо и специфично инактивативирует фермент. Введенный в организм ралтитрексид транспортируется в клетку с помощью переносчика восстановленных фолатов, в клетке подвергается полиглютамированию с помощью фолилполиглютаматсинтазы с образованием полиглютамата, который прочно связывается с ТС вместо физиологического фолатного кофактора и тем самым блокирует ее активность. В следствие этого происходит подавление образования тимидин трифосфата и синтеза ДНК. Таким образом, ралтитрексид, как и фторурацил, нарушают синтез пиримидинового основания, необходимого для синтеза ДНК, путем воздействия на ТС.
К фторированным пиримидинам относится гемцитабин. Гемцитабин является нуклеозидным (дезоксицитидин) аналогом. Имеет фазовую специфичность действия: останавливает жизнедеятельность клеток в S-фазе и блокирует опухолевую прогрессию клеток в G1/S-фазе. Гемцитабин подвергается внутриклеточному метаболизму под действием нуклеозидкиназ с образованием активных ди- и трифосфатного нуклеозидов. Цитотоксический эффект обусловлен комбинированным влиянием этих активных метаболитов. Дифосфатные нуклеозиды ингибируют рибонуклеотидредуктазу, катализирующую реакции образования дезоксинуклеозидтрифосфатов, необходимых для синтеза ДНК. Трифосфатные нуклеозиды активно конкурируют с дезоксицитидинтрифосфатом за встраивание в молекулы нуклеиновых кислот. После встраивания внутриклеточных метаболитов гемцитабина в цепь ДНК, к ее растущим нитям добавляется еще один дополнительный нуклеотид, что приводит к полному ингибированию дальнейшего синтеза ДНК и обусловливает невозможность репарации ДНК. Гемцитабин эффективен при раке поджелудочной железы, немелкоклеточном раке легких, раке мочевого пузыря и др.
Антиметаболит цитозина цитарабин структурно отличается от цитозина наличием гидроксильной группы в положении 2 молекулы цитозина. Механизм действия цитарабина связан со встраиванием его активного метаболита арабинозидцитозин трифосфата в концевое звено молекулы ДНК во время ее синтеза в процессе репликации, что ведет к нарушению репликации ДНК и гибели клетки. Кроме того, цитарабин ингибирует активность фермента ДНК-полимеразы, что также нарушает репликацию ДНК. В соответствии с таким механизмом действия цитарабин активен только по отношению к клеткам, находящимся в фазе S и фазе перехода G1→S жизненного цикла клеток.
Цитарабин быстро метаболизируется в организме под действием фермента дезоксицитидиндезаминазы, превращаясь в неактивный урациларабинозид, что приводит к уменьшению времени полувыведения препарата и его концентрации в плазме при болюсном введении.
Аналоги пуринов (меркаптопурин, тиогуанин и др.) нарушают биосинтез пуриновых нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот — аденозин−5′-монофосфата (АМФ) и гуанозин−5′-монофосфата (ГМФ). Антиметаболит гуанина меркаптопурин отличается от молекулы природного пурина гипоксантина наличием атома серы вместо атома кислорода в положении 6 молекулы гипоксантина, в результате чего меркаптопурин становится конкурентом природных гипоксантина и гуанина. Цитотоксическое действие меркаптопурина обусловлено ингибированием первого этапа биосинтеза пуринов после превращения меркаптопурина с помощью фермента фосфорилазы в рибонуклеотид (меркаптопуринфосфорибозил), который, в свою очередь, под влиянием тиопуринметилтрансферазы превращается в метилмеркаптопурин. Оба эти метаболита угнетают глутамин-5-фосфорибозилпирофосфат аминотрансферазу – первый фермент в синтезе пуриновых рибонуклеотидов. Подавление синтеза пурина приводит к нарушению синтеза нуклеиновых кислот, в результате нарушается митотический цикл в S-фазе и наступает гибель клеток.
Быстрая дезактивация в организме цитарабина ферментом аденозиндезаминазой стала основанием для синтеза антиметаболита аденина флударабина, фторированного и фосфатированного производного аденина. Наличие атома фтора в молекуле флударабина обеспечивает устойчивость препарата к действию аденозиндезаминазы при проникновении в клетку, где он фосфорилируется под действием дезоксицитидинкиназы. Образующийся в результате этого трифосфатный метаболит 2-фторара-АТФ ингибирует активность ряда ферментов, участвующих в синтезе ДНК, а также РНК-полимеразу II. Флударабин способен инкорпорироваться в ДНК и РНК, приводя к нарушению процесса их элонгации. Результатом этих эффектов становятся прекращение синтеза ДНК и апоптоз клеток. Наиболее чувствительны к действию флударабина клетки, находящиеся в G1/S- и S-фазе клеточного цикла.
Гидроксикарбамид также оказывает влияние на активность полимераз, нарушая процесс восстановления ДНК после потенциально летальных мутаций, что позволяет использовать его в качестве радиосенсибилизатора. Повышенной радиочувствительности клеток способствует также их задержка на фазе G1, чрезвычайно уязвимой к облучению.
Гидроксикарбамид повышает эффективность ряда цитостатиков. Подавляя активность рибонуклеотидредуктазы, он потенцирует активность пиримидиновых (фторурацила, цитарабина) антиметаболитов. Нарушение нормального процесса восстановления ДНК вследствие подавления активности полимераз позволяет усиливать активность цитостатиков, в основе механизма действия которых лежит повреждение ДНК (АА).
Антиметаболиты
Для лекарственных препаратов, влияющих на иммунную систему, терминология зарубежных и отечественных источников разительно отличается. В данном посте мы рассмотрим иммуномодуляторные и иммуносупрессивные средства, которые способны подавлять реакции иммунного ответа. Очень часто этой темой пренебрегают в курсе фармакологии и затрагивают ее только лишь на старших курсах.
Чаще всего препараты этих групп применяют в лечении аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит, псориаз, рассеянный склероз, и при хронических воспалительных заболеваниях кишечника. Эти лекарственные средства непосредственно воздействуют на иммунную систему, и, таким образом, опосредованно оказывают антифлогистическое и анальгетическое действие.
Иммуносупрессивные препараты полностью подавляют деятельность иммунной системы. Поэтому важно помнить о риске развития оппортунистических инфекций во время и после терапии. Классическим примером применения данной группы препаратов являются реакции отторжения трансплантированных органов.
Иммуномодуляторы же способны влиять на иммунную систему, не вызывая подобных рисков. Иммуносупрессивные препараты в небольших концентрациях часто применяют в качестве иммуномодуляторов (например, метотрексат при ревматоидном артрите). Антиревматические препараты (disease-modifying anti-rheumatic drugs, DMARD) также относят к препаратам данной группы. Однажды мы уже рассказали вам о биофармацевтических препаратах, так называемых Biologicals. Часть этих препаратов, в свою очередь, обладает иммуномодуляторными свойствами. Дозировка и степень подавления иммунных реакций определяет, к какому классу препаратов относится то или иное лекарственное вещество — к иммуномодуляторам или иммуносупрессорам.
В данной серии постов мы разберем механизмы действия некоторых фармацевтических препаратов данной группы.
Также не рекомендуется назначать ингибиторы синтеза нуклеотидов при анемиях и острых инфекциях.
Антиметаболиты можно условно разделить на 3 группы:
Принадлежность к группе антиметаболитов подразумевает не только ошибочное встраивание молекул вместо самих нуклеотидов, но и нарушение их синтеза (рис. 1, 2).
Аналоги фолатов
Метотрексат является антагонистом фолиевой кислоты. Этот препарат может действовать в зависимости от дозировки как иммуномодулятор (терапия ревматоидного артрита и псориаза), или как цитостатик (лечение острой лимфатической лейкемии и неходжкинских лимфом). При дозировке 7,5–25 мг/нед. метотрексат способен ингибировать фермент с ужасающим названием — аминоимидазол карбоксамид рибонуклеотид трансформилазу (AICAR), тем самым подавляя синтез пуриновых нуклеотидов и метилирование ДНК, а также энергетический обмен, ингибируя аденозин-дезаминазу (рис. 3).
При высоких дозировках метотрексат блокирует дигидрофолатредуктазу и тимидилатсинтазу, что обуславливает его цитостатические свойства. Превышение допустимых дозировок может привести к повреждениям ДНК и апоптозу клеток.
В целях достижения иммуномодуляторного действия (например, в рамках терапии ревматоидного артрита) метотрексат вводят в низкой дозировке один раз в неделю подкожно, внутримышечно или принимают в виде таблеток. Если же принимать препарат ежедневно по 1–3,5 мг, происходит разрушение костного мозга, что можно предотвратить, вводя препарат с недельными промежутками. После введения препарата через 1–2 дня рекомендуют принимать фолиевую кислоту. Если сделать это раньше, чем через день, эффективность действия метотрексата существенно снижается. При интоксикации метотрексатом вводят синтетический аналог тетрагидрофолиевой кислоты — фолиновую кислоту, являющуюся конечным продуктом обмена фолиевой кислоты. Метотрексат связывается с белками плазмы крови только лишь наполовину. Период его полувыведения составляет семь часов. Больше всего опасений вызывает его передозировка: он выводится из организма в неизмененном виде, что при почечной недостаточности у пожилых людей и гипогидратации может привести к его кумуляции. Поэтому ингибиторы циклооксигеназы (НПВС) рекомендуется принимать спустя сутки после введения метотрексата или за 12–36 часов до него. Логично предположить, что следует избегать одновременного приема метотрексата и другого ингибитора синтеза фолиевой кислоты — ко-тримоксазола (сульфаметоксазол + триметоприм). Салицилаты способны занимать место метотрексата на переносчике обоих групп лекарственных средств — альбумине, что является причиной возникновения серьезных побочных эффектов. Салицилаты также способны конкурировать с метотрексатом за анионный органический транспортный белок в почках, играющий роль в выведении лекарственных веществ из организма, что повышает риск его кумуляции.
При кумуляции метотрексат нарушает работу почек, печени и костного мозга. У 5 из 1000 больных он способен стимулировать развитие агранулоцитоза. У 2 пациентов из 1000 развивается фиброз легких. В низких дозировках метотрексат хорошо усваивается больными, и только лишь 15 % отказываются от его приема в течение первых пяти лет. В таких низких дозировках не происходит супрессии иммунной системы, что не влияет на повышенную заболеваемость инфекционными болезнями.
Метотрексат в низких дозировках можно использовать при аутоиммунных заболеваниях, в высоких — при опухолевых. Если рассматривать метотрексат как цитостатический препарат, то его относят к группе антиметаболитов. По своей структуре он очень напоминает фолиевую кислоту, поэтому, как было описано ранее, в высоких дозировках он почти необратимо связывается с дигидрофолатредуктазой, препятствуя передвижению фермента в клетке (рис. 4).
Метотрексат также связывает в клетке молекулы глутамата, образуя метотрексатполиглутамат, который из-за своей структуры не способен покинуть клетку, накапливается и, таким образом, оказывает цитотоксический эффект. Следует отметить, что все эти процессы происходят в S-фазу клеточного цикла, из-за чего антиметаболиты относятся к фазоспецифическим препаратам (в отличие от других групп цитотоксических препаратов).
Метотрексат используется также в рамках так называемой «терапии спасения» (rescue therapy) злокачественных опухолей в комбинации с антидотом — фолинатом кальция (N(5)-формил-тетрагидрофолиевая кислота, лейковорин), что снижает его токсичность по отношению к здоровым клеткам. Цитостатическое действие метотрексата находит применение в терапии остеосарком, острой лимфобластической лейкемии у детей (в данном случае при наличии осложнений со стороны ЦНС препарат вводят с помощью иглы в субарахноидальное пространство), при карциноме хориона или молочной железы, неходжкинских лимфом. В качестве иммуносупрессивного средства метотрексат используется в терапии не только ревматоидного артрита, но и болезни Крона, при псориазе, дерматомиозите и при ювенильном идиопатическом артрите.
Пеметрексед и ралтитрексид являются новыми аналогами метотрексата, ингибирующими тимидилат-синтазу, дегидрофолатрезуртазу и глицин-рибонуклеотид-формилтрансферазу, что дает возможность применять эти препараты в терапии карцином мезотелия, наследственного неполипозного рака толстой кишки, на поздних стадиях мелкоклеточного рака легких.
Аналоги пиримидинов
Лефлуномид (Arava) воздействует на активированные Т-клетки, ингибируя дигидрооротат-дегидрогеназу митохондрий. Как следствие, нарушается синтез уридинмонофосфата, предшественника пиримидиновых оснований. Лефлуномид, так же, как сульфасалазин и метотрексат, применяется в лечении ревматоидного артрита. Его побочные эффекты схожи: он может вызывать аллергические реакции на коже, провоцировать диарею и алопецию. Метаболизм этого лекарственного вещества в кишечнике связан с энтерогепатической системой, в русле которой лефлуномид может циркулировать более 10–15 дней, что может быть сопряжено с его аккумуляцией в печени и токсическим влиянием на нее. Метаболиты лефлуномида (главный — М1 и второстепенные, из которых в крови можно количественно определить только 4-трифторметилаланин, ТФМА) задерживаются в организме до 2 лет, поэтому для контроля выведения препарата существует следующая схема: прием холестирамина по 8 г 3 раза в день в течение 11 дней (необязательно принимать холестирамин строго 11 дней подряд, если нет необходимости быстрого снижения уровня М1 в плазме).
К пиримидиновым антиметаболитам также относят модифицированные нуклеозиды, которые сперва фосфорилируются в клетке до соответствующих нуклеотидов.
Цитарабин и гемцитабин встраиваются непосредственно в структуру ДНК в процессе ее синтеза, что приводит к обрыву цепи. Фторуридин-монофосфат является ингибитором тимидилат-синтазы и, таким образом, синтеза пиримидиновых нуклеотидов. Трифосфат фторуридина также способен встраиваться непосредственно в саму ДНК. Тегафур и капецитабин являются предшественниками 5-фторурацила, тоже пиримидинового антиметаболита. Терапия фторурацилом в комбинации с фолиевой кислотой позволяет усилить его эффект путем ингибирования синтазы тимидилата. 5-фторурацил можно вводить только парентерально, в то время как тегафур и капецитабин доступны и в таблетированной форме. Превращение в 5-фторурацил происходит под действием тимидинфосфорилазы (глиостатин, тромбоцитарный фактор роста эндотелия) клеток опухоли. Данные лекарственные вещества в настоящее время больше всего применяются в терапии колоректальных карцином, и, кроме того, при раке желудка и молочной железы. Часто используются комбинации 5-фторурацила с фолиевой кислотой и иринотеканом (режим FOLFIRI) или оксалиплатином (режим FOLFOX). Последнее сочетание отличается особо сильными побочными эффектами.
Антиметаболиты пиримидиновых оснований вызывают депрессию костного мозга, нарушение структур слизистой (стоматит, мукозит, диарея), холинергический синдром (диарея). В комбинации FOLFIRI c применением 5-фторурацила в форме капецитабина самым частым побочным эффектом является развитие ладонно-подошвенной эритродизестезии (hand-foot-syndrome, HFS). Как уже было отмечено ранее, гемцитабин способен встраиваться непосредственно в структуру ДНК, что позволяет его структура — дифтордезоксицитидин. Этот лекарственный препарат в настоящее время используется при онкологических заболеваниях поджелудочной железы и мочевого пузыря. Цитарабин же является цитозин-арабинозидом по своей структуре, что находит применение в терапии острой и хронических миеломных лимфом и при неходжкинских лимфомах (рис. 5).
Аналоги пуринов
Азатиоприн (Imurek) в печени метаболизируется до 6-меркаптопурина, который, в свою очередь, модифицируется до 6-тиогуанин-нуклеотида и 6-тиоинозин-монофосфата. Как ясно из названия, эти нуклеотиды способны подавлять деятельность многих ферментов, участвующих в синтезе пуринов (ИМФ-дегидрогеназа, аденилосукцинат-синтетаза). Подавляя синтез пуринов в Т- и В-лимфоцитах, препараты данной группы ингибируют сам иммунный ответ. Помимо лечения ревматоидного артрита и болезни Крона, азатиоприн применяют при отторжении трансплантированных органов. Однако стоит учитывать, что до наступления действия препарата могут пройти месяцы. Все побочные эффекты азатиоприна связаны с ингибированием пролиферации других клеток, вследствие чего развиваются аллергические реакции кожи, панкреатит, язвы и нарушается работа костного мозга. При одновременном приеме аллопуринола следует снизить дозировку азатиоприна на 75 %, так как аллопуринол является ингибитором ксантиноксидазы, участвующей в расщеплении 6-меркаптопурина. Генетический полиморфизм также обуславливает абсорбцию, распределение, биотрансформацию и выведение этого препарата. Вам уже, наверное, известно из курса общей фармакологии, что люди делятся на типы с низкой («slow metabolizers») и высокой скоростью метаболизма («normal metabolizers»). При медленной работе биотрансформирующих ферментов концентрация препарата в неизмененном виде в плазме крови увеличивается, что можно наблюдать на примере азатиоприна и меркаптопурина. Оба эти вещества метаболизируются в организме до метилтиопуринов с помощью фермента тиопуринметилтрансферазы (TMPT, thiopurine methyltransferas). 10 % пациентов являются носителем гена ТМРТ со сниженной активностью, а в 1 % случаев этот фермент вовсе находится в неактивном состоянии. У таких пациентов пурины не метилируются, что увеличивает концентрацию лекарственного вещества в плазме крови и усложняет его выведение. В данном случае риск токсического повреждения костного мозга особенно велик. Во избежание таких эффектов, активность ТМРТ сперва определяется в лаборатории и в случае наличия у пациента дефектного гена концентрация азатиоприна снижается на 90 % процентов. Интересный факт: данный пример генетического полиморфизма был описан именно на примере меркаптопурина и азатиоприна (рис. 6).
Микофенолат способен ингибировать инозинмонофосфат-дегидрогеназу — ключевой фермент синтеза пуриновых нуклеотидов. Т- и В-лимфоциты особенно сильно зависят от деятельности этого фермента, поскольку, в отличие от других клеток, они лишены запасных путей для синтеза пуриновых азотистых оснований. Применяют данный препарат в основном в трансплантологии. Антациды, содержащие соединения магния и алюминия, которые иногда применяют в лечении изжоги и при болях в желудке, препятствуют всасыванию микофенолата в кишечнике. Микофеноловая кислота образуется из предшественника микофенолат мофетила (торговое название пролекарства — CellCept).
Меркаптопурин и тиогуанин также являются пуриновыми антиметаболитами. Эти вещества способны ингибировать образование АМФ и ГМФ из инозинмонофосфата.
Пентостатин ингибирует аденозин-дезаминазу, рибонуклеотид-редуктазу и, тем самым, сам синтез ДНК.
Кладрибин является ингибитором рибонуклеотид-редуктазы, а флударабин — ДНК-полимеразы. Все препараты данной группы нашли свое применение при различных заболеваниях крови и кроветворных органов.