Дипептидный миметик мозгового нейротрофического фактора обладает свойствами антидепрессанта при пероральном введении

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Участие BDNF в регуляции нейропластичности и нейрогенеза в гиппокампе, нарушение которой лежит в основе патофизиологии депрессии, позволяет рассматривать этот эндогенный белок как перспективный объект для разработки нового поколения антидепрессантов с нейрофизиологически обоснованным механизмом действия. В НИИ фармакологии им. В.В. Закусова сконструирован и синтезирован низкомолекулярный миметик BDNF ГСБ-106, представляющий собой замещенный димерный дипептид, гексаметилендиамид бис(N-моносукцинил-L-серил-L-лизина). Установлено, что ГСБ-106 активирует специфические для BDNF рецепторы TrkB и их основные пострецепторные сигнальные пути MAPK/ERK и PI3K/AKT. ГСБ-106 проявил выраженную антидепрессивную активность в батарее тестов на грызунах при внутрибрюшинном введении в дозах 0.1-1.0 мг/кг. Поскольку при депрессии предпочтительной является пероральная лекарственная форма, что обусловлено длительностью курса фармакотерапии и проведением ее во внебольничных условиях, нами изучены антидепрессивные свойства ГСБ-106, перорально вводимого в виде фармацевтической субстанции и таблетированной лекарственной формы (ЛФ). В тесте вынужденного плавания по Порсолту проведено сравнительное исследование ГСБ-106 и классического антидепрессанта амитриптилина у крыс. Установлено, что антидепрессивная активность ГСБ-106 сохраняется при пероральном введении и проявляется в дозах 0.5-5.0 мг/кг для фармацевтической субстанции и 0.01-5.0 мг/кг для таблетированной формы. Таблетированная форма была активна в 50 раз более низких дозах, чем фармацевтическая субстанция, и по выраженности эффектов превосходила амитриптилин - «золотой стандарт» антидепрессантов. Таким образом, можно заключить, что как в виде субстанции, так и в виде таблетированной лекарственной формы ГСБ-106 обладает антидепрессивными свойствами, что позволяет рассматривать его в качестве перспективного антидепрессивного лекарственного средства, первого в классе - миметиков BDNF.

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ Экспериментальные и клинические данные свидетельствуют о центральной роли мозгового нейротрофического фактора (brain derived neurotrophic factor, BDNF) в патогенезе депрессии [1]. Проявление антидепрессивных свойств наблюдали в экспериментах при внутримозговом введении BDNF [2-4]. Содержание BDNF снижено в плазме крови больных депрессией, а после лечения антидепрессантами возвращается к нормальным значениям [5]. Кроме того, сниженный уровень BDNF зарегистрирован в гиппокампе людей, страдавших депрессией, а также у жертв суицида [6, 7]. Научно обосновано предположение, что патогенетическая роль BDNF в депрессии связана с регуляцией нейропластичности и нейрогенеза в гиппокампе [8], нарушение которых считается ведущим этиопатогенетическим фактором заболевания [9]. Очевидно, что BDNF является важным объектом для разработки антидепрессантов с патофизиологически обоснованным механизмом действия. Физиологические эффекты BDNF, включая регуляцию нейрогенеза и поддержание нейропластичности, опосредованы рецепторами TrkB и основными путями трансдукции их сигнала - MAPK/ERK и PI3K/AKT [10, 11]. Нами созданы низкомолекулярные соединения, имитирующие бета-изгибы отдельных петлеобразных структур BDNF, и экспериментально доказана селективность вызываемой ими активации пострецепторных каскадов [12, 13]. При этом установлено, что миметики BDNF, селективно активирующие либо PI3K/AKT, либо MAPK/ERK, не обладают антидепрессивной активностью, что доказывает необходимость обоих пострецепторных сигнальных путей для проявления такой активности. Рассматривая проблему с фармакологических позиций, следует отметить, что клиническое использование нативного BDNF ограничено его неудовлетворительными фармакокинетическими свойствами. В связи с этим в качестве перспективного антидепрессанта в НИИ фармакологии им. В.В. Закусова отобран дипептид ГСБ-106, миметик бета-изгиба четвертой петли BDNF, представляющий собой гексаметилендиамид бис(N-моносукцинил-L-серилL-лизина) [14, 15]. Методом Вестерн-блот-анализа установлено, что ГСБ-106 активирует специфические для BDNF рецепторы TrkB и их пострецепторные сигнальные пути MAPK/ERK и PI3K/AKT [12, 16]. ГСБ-106 проявлял выраженную антидепрессивную активность в батарее валидированных фармакологических тестов на грызунах при внутрибрюшинном (в/б) введении в дозах 0.1-1 мг/кг [15, 17]. Предположительно, механизмы антидепрессивного действия ГСБ-106, как и полноразмерного белка, связаны с нейрогенезом и синаптогенезом. Влияние ГСБ-106 на нейрогенез доказано ранее на модели стресса у мышей, вызванного контактом с хищником [18]. Очевидно, что при депрессии предпочтительной является лекарственная форма для приема внутрь, что обусловлено длительностью курса фармакотерапии и ее проведением во внебольничных условиях. Поэтому в настоящем исследовании изучены антидепрессивные свойства ГСБ-106, вводимого перорально в виде как фармацевтической субстанции (ФС), так и созданной в Институте таблетированной лекарственной формы (ЛФ). ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Лекарственные средства ФС ГСБ-106 синтезирована в отделе химии лек а р с т в е н н ы х с р е д с т в Н И И ф а р м а к о л о г и и им. В.В. Закусова как описано ранее [15]. ЛФ ГСБ-106 для перорального применения разработана и произведена в опытно-технологическом отделе НИИ фармакологии им. В.В. Закусова и содержала 1% ФС ГСБ-106 и 99% наполнителя, состоящего из лактозы, микрокристаллической целлюлозы, сополимера полиэтиленгликоля-поливинилового спирта и стеарата магния. Амитриптилин в инъекционной ЛФ произведен на Московском эндокринном заводе (Россия). Животные Эксперименты выполнены на 188 белых беспородных крысах-самцах массой 240-270 г, полученных в филиале «Столбовая» Научного центра биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства. Животных содержали в условиях вивария при естественной смене светового режима со свободным доступом к стандартному гранулированному корму и воде в соответствии с СП 2.2.1.3218-14 «Санитарно-эпидемиологические требования к устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев)» от 29 августа 2014 г. № 51. Организация и проведение работ осуществлялись в соответствии с приказом Минздрава России № 199 от 01 апреля 2016 г. «Об утверждении правил надлежащей лабораторной практики». Проведение экспериментов одобрено Комиссией по биомедицинской этике НИИ фармакологии им. В.В. Закусова (протокол № 2 от 20 февраля 2017 г.). Изучение антидепрессивной активности Антидепрессивную активность ГСБ-106 у крыс определяли в тесте вынужденного плавания по Порсолту [19, 20]. Установка для оценки антидепрессивной активности представляла собой шесть сосудов цилиндрической формы диаметром 20 см и высотой 60 см, разделенных непрозрачными перегородками. Сосуды наполняли водой температурой 22°С на 40 см. Предварительно каждое животное помещали в сосуд с водой на 15 мин, после чего давали обсохнуть и возвращали в домашнюю клетку. Через 24 ч животных помещали в сосуд с водой на 5 мин, в течение которых оценивали время сохранения характерной позы иммобильности (отказ от активно-оборонительного и исследовательского поведения). Поведение животных регистрировали с помощью видеокамеры. Видеозапись эксперимента обрабатывали в полуавтоматическом режиме с помощью программы RealTimer («НПК Открытая Наука»). Дизайн эксперимента ФС ГСБ-106 растворяли в дистиллированной воде и вводили крысам ежедневно в течение 14 сут в дозах 0.1; 0.5; 1; 5 и 10 мг/кг перорально в объеме 1 мл/кг. Контрольные животные получали в том же режиме дистиллированную воду. ЛФ ГСБ-106 суспендировали в 1% растворе крахмала и вводили крысам ежедневно в дозах 0.001; 0.01; 0.05 и 0.1 и 5.0 мг/кг перорально в объеме 1 мл/кг в течение 14 дней. Контрольные животные получали в том же режиме плацебо, представляющее собой суспензию наполнителя ЛФ в 1% растворе крахмала. В качестве препарата сравнения использовали классический трициклический антидепрессант амитриптилин, который разводили в дистиллированной воде и вводили крысам перорально в дозе 5.0 мг/кг [21] в объеме 1.0 мл/кг в течение 14 дней. Контрольным животным вводили дистиллированную воду в том же режиме. Через 24 ч после последнего введения препаратов проводили предварительную посадку крыс в цилиндры с водой для формирования депрессивноподобного состояния, еще через 24 ч осуществляли тестирование. Статистический анализ Межгрупповые различия оценивали с помощью t-критерия Стьюдента и U-теста Манна-Уитни (при сравнении более двух групп использовали поправку Бонферрони). Различия считали статистически значимыми при р ≤ 0.05. Данные представляли в форме средних и стандартных ошибок среднего. РЕЗУЛЬТАТЫ Антидепрессивная активность ФС ГСБ-106 при пероральном введении Установлено, что крысы контрольной группы, получавшие дистиллированную воду, при тестировании в условиях вынужденного плавания по Порсолту после периода активности принимали характерную позу иммобильности (отказ от активно-оборонительного поведения) и сохраняли ее, с небольшими перерывами, до конца опыта. Время иммобильности у животных контрольной группы составило в разных экспериментах в среднем от 178 до 216 с. ГСБ-106 в виде ФС в дозах 0.5, 1.0 и 5.0 мг/кг статистически значимо (p ≤ 0.05) снижал время иммобильности в 1.5, 1.2 и 1.6 раза соответственно по сравнению с контролем (таблица), что указывает на наличие антидепрессивной активности. В дозах 0.1 и 10 мг/кг ГСБ-106 не оказывал антидепрессивного действия, что свидетельствует о дозозависимости эффекта. При этом выраженность эффекта ФС ГСБ-106 в дозе 0.5 мг/кг была сравнима с выраженностью эффекта амитриптилина в дозе 5.0 мг/кг (перорально) (таблица). Таким образом, установлено, что ГСБ-106 в виде ФС обладает антидепрессивной активностью при пероральном введении в дозе 0.5-5 мг/кг. Антидепрессивная активность ЛФ ГСБ-106 при пероральном введении Время иммобильности у крыс контрольной группы, получавших плацебо, составило в двух экспериментах 245.7 и 201 с. ЛФ ГСБ-106 при пероральном введении в дозе 0.01, 0.05, 0.1 и 5.0 мг/кг статистически значимо (p < 0.01) снижала время иммобильности у крыс в тесте вынужденного плавания по Порсолту в 1.6, 1.8, 1.5 и 2.2 раза соответственно по сравнению с контролем (таблица). Эффект ЛФ ГСБ-106 был дозозависимым и не проявлялся в дозе 0.001 мг/кг. ОБСУЖДЕНИЕ В настоящем исследовании установлено, что антидепрессивная активность дипептидного миметика BDNF ГСБ-106, выявленная ранее при в/б введении в интервале доз 0.1-1.0 мг/кг, сохранялась при пероральном введении и проявлялась в дозах 0.5- 5.0 мг/кг для ФС и 0.01-5.0 мг/кг для ЛФ ГСБ-106. ЛФ ГСБ-106 была активна в 50 раз более низких дозах, чем ФС ГСБ-106, и по выраженности эффектов превосходила амитриптилин - «золотой стандарт» антидепрессантов. Важно, что активность ГСБ-106 при пероральном введении сравнима с таковой при внутрибрюшинном введении. Такая устойчивость ГСБ-106 в биологических средах обусловлена отсутствием связей-мишеней протеаз, аминопептидаз и карбоксипептидаз благодаря дипептидной природе, наличию защиты на N- и C-концах соответственно. Это подтверждает перспективность и преимущество использования замещенных дипептидов в качестве пероральных лекарственных средств в сравнении с олигопептидами, которые легко деградируют в желудочно-кишечном тракте и не проникают через гастроинтестинальный барьер. Терапевтические олигопептиды, влияющие на ЦНС, применяются преимущественно в интраназальной форме, а олигопептиды с периферическими эффектами - в инъекционной форме. Однако показано, что дипептидные препараты, например ноотроп Ноопепт (этиловый эфир N-фенилацетил-Lпролилглицина), антипсихотик Дилепт (метиловый эфир N-капроил-L-пролил-L-тирозина) и анксиолитик ГБ-115 (амид N-фенилгексаноил-L-пролил-Lтриптофана), сохраняют активность при пероральном введении [22, 23]. Как установлено ранее [24, 25], существуют специфические транспортные системы переноса дипептидов через энтеральную слизистую желудочно-кишечного тракта PEPT-1 и через гематоэнцефалический барьер РЕРТ-2. Таким образом, можно заключить, что дипептид ГСБ-106 и его таблетированная лекарственная форма обладают антидепрессивными свойствами, что позволяет рассматривать ГСБ-106 в качестве оригинального антидепрессивного лекарственного средства, первого в классе. ВЫВОДЫ Димерный дипептидный миметик BDNF, ГСБ-106, обладает антидепрессивной активностью при пероральном введении. Разработанная лекарственная форма ГСБ-106 превосходит субстанцию как по дозам, так и по выраженности антидепрессивного эффекта. Результаты настоящего исследования показывают целесообразность создания на основе дипептида ГСБ-106 лекарственного средства, которое по дипептидной структуре и BDNF-ергическому механизму действия может быть отнесено к первому в классе.

×

Об авторах

П. Ю. Поварнина

Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова

Автор, ответственный за переписку.
Email: povarnina@gmail.com
Россия

T. Л. Гарибова

Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова

Email: povarnina@gmail.com
Россия

T. A. Гудашева

Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова

Email: povarnina@gmail.com
Россия

С. Б. Середенин

Научно-исследовательский институт фармакологии им. В.В. Закусова

Email: povarnina@gmail.com
Россия

Список литературы

  1. Castrén E., Kojima M. // Neurobiol. Dis. 2017, V.97, PtB, P.119-126
  2. Shirayama Y., Chen A.C., Nakagawa S., Russell D.S., Duman R.S. // J. Neurosci. 2002, V.22, №8, P.3251-3261
  3. Hoshaw B.A., Malberg J.E., Lucki I. // Brain Res. 2005, V.1037, №1-2, P.204-208
  4. Hu Y., Russek S.J. // J. Neurochem. 2008, V.105, №1, P.1-17
  5. Polyakova M., Stuke K., Schuemberg K., Mueller K., Schoenknecht P., Schroeter M.L. // J. Affect. Disord. 2015, V.174, P.432-440
  6. Karege F., Vaudan G., Schwald M., Perroud N., La Harpe R. // Mol. Brain Res. 2005, V.136, №1-2, P.29-37
  7. Thompson R.M., Weickert C.S., Wyatt E., Webster M.J. // J. Psychiatry Neurosci. 2011, V.36, №3, P.195-203
  8. Autry A.E., Monteggia L.M. // Pharmacol. Rev. 2012, V.64, №2, P.238-258
  9. Wainwright S.R., Galea L.A. // Neural Plast. 2013, V.2013, P.805497
  10. Jiang C., Salton R. // Transl. Neurosci. 2013, V.4, №1, P.46-58
  11. Islam O., Loo T.X., Heese K. // Curr. Neurovasc. Res. 2009, V.6, №1, P.42-53
  12. Gudasheva T.A., Povarnina P., Logvinov I.O., Antipova T.A., Seredenin S.B. // Drug Des. Dev. Ther. 2016, V.10, P.3545-3553
  13. Gudasheva T.A., Tarasiuk A.V., Sazonova N.M., Povarnina P.Y., Antipova T.A., Seredenin S.B. // Dokl. Biochem. Biophys. 2017, V.476, №1, P.291-295
  14. Seredenin S.B., Gudasheva T.A. // Patent No. 2410392. RU. 2011 2011
  15. Gudasheva T.A., Tarasyuk A.V., Pomogaybo S.V., Logvinov I.O., Povarnina P., Antipova T.A., Seredenin S.B. // Bioorg Khim. 2012, V.38(3), P.280-290
  16. Gudasheva T.A., Logvinov I.O., Antipova T.A., Seredenin S.B. // Dokl Biochem Biophys. 2013, V.451(5), P.577-580
  17. Seredenin S.B., Voronina T.A., Gudasheva T.A., Garibova T.L., Molodavkin G.M., Litvinova S.A., Elizarova E.A., Poseva V.I. // Acta naturae. 2013, V.5, №4(19), P.105-109
  18. Gudasheva T.A., Povarnina P., Seredenin S.B. // Bull Exp Biol Med. 2016, V.162(10), P.448-451
  19. Porsolt R.D., Anton G., Blavet N., Jalfre M. // Eur. J. Pharmacol. 1978, V.47, №4, P.379-391
  20. Buccafusco J.J. // Methods of Behavior Analysis in Neuroscience, 2nd edition. Boca Raton (FL): CRC Press/Taylor & Francis, 2009. 360 p. 2009
  21. Takamori K., Yoshida S., Okuyama S. // Pharmacology. 2001, V.63, №3, P.147-53
  22. Gudasheva T.A. // Russ. Chem. Bull. Internat. Ed. 2015, V.64, №9, P.2012-2021
  23. Zherdev V.P., Boyko S.S., Shevchenko R.V., Gudasheva T.A. // J Pharmacokinet Pharmacodyn. 2017, №1, P.3-10
  24. Sala-Rabanal M., Loo D.D., Hirayama B.A., Turk E., Wright E.M. // J. Physiol. 2006, V.574, Pt1, P.149-166
  25. Ganapathy M.E., Prasad P.D., Mackenzie B., Ganapathy V., Leibach F.H. // Biochim. Biophys. Acta. 1997, V.1324, №2, P.296-308

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Поварнина П.Ю., Гарибова T.Л., Гудашева T.A., Середенин С.Б., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах