Лечащий Врач #5, 2009
Перспективы совершенствования противоаллергического действия Н1 - антигистаминных препаратов
В ранее опубликованных работах [1, 2] мы неоднократно приводили обоснование уникальности Н1-антигистаминных препаратов, связанной, по крайней мере, со следующими двумя обстоятельствами: во-первых, с тем, что гистамин является обязательным участником практически всех клинических проявлений аллергии, именно поэтому антагонисты этого медиатора аллергии были, есть и останутся важнейшими и наиболее широко используемыми противоаллергическими фармакологическими средствами; во-вторых, фармакологическое действие этих препаратов выходит за привычные рамки известных антигистаминных свойств и представлено более широким спектром противоаллергической активности. На последнее в сравнительно давних исследованиях нами специально обращено внимание и проведен анализ дополнительных противоаллергических свойств антигистаминных препаратов [3, 4], в результате чего было обосновано создание новых классов противоаллергических средств полифункционального действия, объединяющего в себе Н1-антигистаминную активность и способность тормозить активацию клеток-мишеней аллергии и, соответственно, образование и секрецию проаллергических молекулярных посредников.
Позже, с появлением на фармацевтическом рынке антигистаминных препаратов нового (2-го) поколения, оказалось, что такие дополнительные противоаллергические свойства могут быть обнаружены у большинства этих новых соединений. Характер же самой дополнительной противоаллергической активности у разных антигистаминных средств нового поколения существенным образом может различаться и проявляется преимущественным действием на разные типы клеток-мишеней аллергии.
Вместе с тем новые сведения о типах гистаминовых рецепторов и новые теоретические толкования способа функционирования Н1-рецепторов позволяют по-новому взглянуть на механизм участия гистамина и его рецепторов в аллергическом ответе и сделать предположение для некоторого набора разных проаллергических функций о возможности существования одного общего пути, опосредуемого Н1-рецепторами.
В связи со сказанным рассмотрение этих новых данных и гипотез представляет очевидный интерес.
Н-рецепторы — члены суперсемейства рецепторов, сопряженных с G-белками
Гистамин является важнейшим медиатором аллергических реакций немедленного типа и первым был обнаружен среди других молекулярных посредников аллергии. Как медиатор гистамин обладает широким спектром биологической активности, осуществляемой посредством активации клеточных поверхностных специфических рецепторов. Последние принадлежат к большой группе так называемых рецепторов, сопряженных с G-белками (G protein-coupled receptors — GPCRs). В 90-е годы минувшего столетия, благодаря возникновению новых клеточных и молекулярных технологий, получены принципиально новые сведения о строении и функции GPCRs, которые стали общепризнанными [5]. GPCRs играют важную роль в передаче внеклеточных сигналов через клеточную мембрану механизмом специфического распознавания и связывания разнообразных по химической структуре лигандов, включая фотоны (световые стимулы), ионы, нейропередатчики, пептиды. Таким образом, эти рецепторы вовлекаются в регуляцию и выполнение важных физиологических и патофизиологических процессов, включая зрение, вкус, обоняние, эмоциональные и познавательные функции, реакции иммунитета и аллергии, нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и других систем организма.
Все 4 известные типа рецепторов гистамина (Н1-, Н2-, Н3- и Н4-рецепторы) принадлежат к описанной группе GPCRs [6]. Разные типы рецепторов гистамина сопряжены с разными типами G-белков: Gq, Gs и Gi|0, что позволяет опосредовать разные типы внутриклеточных сигналов.
Н1-рецептор кодируется на хромосоме 3р [7] и является GPCR, сопряженным с G11-белком семейства Gq-белков (Gq/11-белком). Стимуляция Н1-рецептора и соответствующая активация субъединицы Gα Gq/11-белка (Gαq/11-белка) сопровождаются активацией фосфолипазы С и соответственно гидролизом мембранных инозитидфосфолипидов, что приводит к накоплению инозитолтрифосфата (IP3) и высвобождению диацилглицерола, активации протеинкиназы С, высвобождению ионов Са2+ и активации функции клетки [8]. Кроме того, Н1-рецепторы участвуют в активации и других сигнальных путей, включая активацию фосфолипазы D и фосфолипазы А2. Особый интерес представляют относительно недавно полученные сведения о том, что активация Н1-рецептора сопровождается активацией ядерного фактора kВ (NF-kB) [9], ответственного за транскрипцию молекул межклеточной адгезии и цитокинов.
Н1-рецепторы и активация NF-kВ
Как уже отмечено выше, стимуляция Н1-рецепторов сопровождается повышением активности NF-kВ. NF-kВ представляет собой универсальный, присутствующий повсеместно транскрипционный фактор (семейство факторов), который, проникая в ядро клетки, связывается с промоторными и усиливающими участками многих генов, регулируя образование разнообразных белковых молекул адгезии и провоспалительных цитокинов. В цитоплазме NF-kВ присутствует в неактивной форме в виде комплекса с ингибирующим его белком (I-kВ). Активация NF-kВ наступает, когда он освобождается от связывающего его I-kВ. Тогда становится возможным перемещение NF-kВ в ядро и связывание его с соответствующим участком гена-мишени [10].
Высвобождение активного NF-kВ из связанного состояния является процессом, зависимым от ионов Са2+. Действительно, повышение внутриклеточной концентрации ионов Са2+ активирует NF-kВ, в то время как связывание внутриклеточного Са2+ или торможение его поступления в клетку приводит к падению активности NF-kВ [11]. Причем зависимость активации NF-kВ от ионов Са2+, равно как и других внутриклеточных мишеней ионов Са2+, оказывается очень интересной. Дело в том, что до последнего времени оставалось неясным, почему при повышении пороговой концентрации внутриклеточного Са2+, достаточной для активации многих внутриклеточных сигналов, могут быть непостоянно активированы то одни из них, то другие. Следует напомнить, что повышение внутриклеточной концентрации ионов Са2+ за счет высвобождения из эндоплазматического ретикулума или поступления из внеклеточного пространства через мембрану осуществляется дискретно порциями разной частоты и амплитуды. Оказалось, что сигнальная специфичность зависимых от ионов Са2+ процессов определяется не столько амплитудой повторных спайков внутриклеточного Са2+, сколько их частотой. Частотная модуляция может усиливать эффективность передачи сигнала даже в том случае, если амплитуда пика внутриклеточной концентрации Са2+ лишь периодически превышает пороговый уровень. Такая закономерность показана для Н1-рецепторов [11], стимуляция которых гистамином приводила к 14-кратному усилению активности NF-kВ (оцененной по активности NF-kВ-хлорамфеникол-ацетилтрансферазного репортерного гена, трансфецированного в культуру эндотелиальных клеток аорты человека), а избирательный блокатор рецептора инозитола Р3 — ксестоспонгин С — вызывал зависимое от дозы уменьшение частоты осцилляций внутриклеточного Са2+ во время стимуляции гистамином, не влияя на амплитуду осцилляций, и тормозил в зависимости от дозы вызванный гистамином прирост активности NF-kВ.
Многие агенты, которые активируют NF-kВ, действуют универсальным способом, состоящим в деградации ингибиторов NF-kВ (I-kВ) за счет их фосфорилирования. Этот ключевой регуляторный этап заключается в активации высокомолекулярного комплекса киназ I-kВ (IКК); катализ обычно выполняется гетеродимерной киназой, состоящей из субъединиц IКК-альфа и IКК-бета. Отсюда понятно, что торможение IКК будет сопровождаться угнетением деградации I-kВ и, соответственно, угнетением активации NF-kВ.
Физиологическая роль гетерогенного семейства NF-kВ привлекает в последнее время большое внимание исследователей, в частности в связи с ролью этих белков в активации лимфоцитов, ограждении клеток от апоптоза и пр. Повышение уровня активированного NF-kВ обнаруживается у больных аллергическими заболеваниями, например, бронхиальной астмой [12]. При экспериментальной астме у мышей показано, что NF-kВ играет важную роль не только в дифференцировке Тh2-клеток (и, следовательно, в индукции аллергического воспаления воздухоносных путей), но и в эффекторной фазе аллергической реакции [13]. Торможение NF-kВ (достигаемое интратрахеальным введением сенсибилизированным мышам олигодезоксинуклеотидной ловушки этого фактора) сопровождалось угнетением аллергического воспаления в легких, гиперреактивности дыхательных путей, местного образования слизи, ИЛ-5, ИЛ-13 и эотаксина. Правда, в другой работе [14], выполненной на трансгенных мышах, у которых была специфически подавлена активация NF-kВ в воздухоносных путях, показано угнетение вызванного ингаляцией антигена аллергического воспаления, снижение уровня хемокинов, Т-клеточных цитокинов, метаплазии клеток слизистой оболочки, циркулирующего IgE, в то время как гиперреактивность воздухоносных путей не угнеталась.
Использование других ингибиторов NF-kВ, полученных из разных источников, оказалось эффективным способом торможения аллергического воспаления [15–18], и это направление подвергается в последнее время активной исследовательской разработке. Так, показано [18], что вызванное аллергеном перекрестное связывание IgE и его высокоаффинного рецептора (FcεRI) запускает каскад событий, ведущих к активации NF-kВ и образованию тучными клетками фактора некроза опухоли (ФНО). Торможение IKK пептидным ингибитором угнетало IgE-зависимую активацию мышиных тучных клеток, оцениваемую по продукции ФНО. Кроме того, IgE-зависимая активация IKK-альфа и фосфорилирование I-kВ тормозились ингибитором протеинкиназы С (ПКС). Все это свидетельствует о том, что общий путь IKK — I-kВ — NF-kВ, возможно, с вовлечением ПКС, играет важную роль в IgE-зависимой продукции цитокинов тучными клетками, а IKK может стать новой мишенью противоаллергического действия фармакологических средств.
Можно думать, что стимуляция Н1-рецепторов секретируемым во время аллергической реакции гистамином, помимо индукции общеизвестных симптомов немедленной аллергии, вносит серьезный вклад и в развитие аллергического воспаления за счет активации NF-kВ. При этом, правда, нельзя забывать, что в действительности существует множество других сигналов и стимулов, действие которых сходится в конечном счете на одной и той же мишени — на комплексе NF-kВ — I-kВ и IKK [19]. Из ставших известными на сегодня такими стимулами можно упомянуть, например, активируемый протеиназой рецептор-2 (PAR-2), также принадлежащий к GPCRs [20], ФНО [21], ИЛ-1-бета [22] и многие другие стимулы, активирующие NF-kВ.
Сказанное позволяет надеяться на то, что система NF-kВ может быть одной из эффективных точек приложения действия противоаллергических препаратов. Н1-антигистаминные препараты, вмешивающиеся в эту систему, являются наиболее реальными кандидатами таких противоаллергических средств.
Взаимодействие агониста с рецептором
Значительные успехи в выяснении природы взаимодействия Н1-рецепторов со своими агонистами достигнуты в начале 90-х годов прошедшего столетия. Важными аминокислотными остатками для связывания Н1-рецептора с гистамином считали аспарагиновую кислоту в 3-м трансмембранном домене (Asp 107) и треонин (Thr 194) и аспарагин (Asn 198) в 5-м трансмембранном домене [23]. При этом принималось во внимание, что существуют другие дополнительные и необходимые точки взаимодействия. Допускалось, что участки связывания Н1-рецептора с антигистаминными препаратами те же самые или расположенные по соседству с точками связывания гистамина. В последующем основные из этих данных были подтверждены и существенно дополнены, но действительная картина взаимодействия гистамина и других лигандов с Н1-рецептором далека от окончательного выяснения.
Традиционные представления о взаимодействии агониста с соответствующим ему рецептором строились на признании того, что в отсутствие агониста рецептор находится в неактивном («молчащем») состоянии. При присоединении агониста к специфичным для него точкам связывания на рецепторе последний активируется и тем самым осуществляет передачу сигнала внутрь клетки и запуск ее функции. Соответственно допускалось, что избирательные антагонисты данного агониста обладают сродством к тем же точкам связывания на рецепторе, что и агонист, но не активируют его, однако, блокируя рецептор, конкурентно предупреждают связывание с ним агониста. Такие представления долгое время удовлетворительно объясняли существующие факты. В последнее время, когда стали использоваться новые клеточные и молекулярные технологии, появились данные, заставившие дать иное толкование возможного механизма взаимодействий агонистов и антагонистов с рецепторами. Это относится и к Н1-рецепторам, типичным представителям GPCRs.
Решающее влияние на представления о взаимодействии агониста с рецептором (и гистамина с Н1-рецептором, в частности) оказали результаты работ, методически основанные на экспрессии GPCRs в рекомбинантных клеточных системах. Сравнительно недавно было показано, что GPCRs обладают спонтанной активностью, т. е. активностью, проявляющейся в отсутствие агониста и занятия им рецептора. Такая спонтанная активность получила название, по аналогии с названиями других видов исходной спонтанной активности, «конститутивной рецепторной активности» [24].
Объяснение этим фактам дает модель существования рецептора в равновесном состоянии: в равновесии между активной и неактивной конформационными формами GPCRs. Наличие спонтанно активных и неактивных форм рецептора вполне допустимо, если учесть, что белковая молекула не является застывшей геометрической формой, а спонтанно периодически изменяет конформацию.
Равновесие между активным и неактивным состоянием рецептора может смещаться в ту или другую сторону в зависимости от вида лиганда, воздействующего на рецептор. В случае действия агониста (в частности, гистамина) допускается, что он связывается с активной конформацией рецептора и стабилизирует ее в активном состоянии, вызывая смещение в сторону активации рецептора. Н1-антигистаминные соединения связываются с неактивной конформацией, стабилизируя эту форму и вызывая смещение в сторону неактивного состояния рецептора. Таким образом, то, что прежде понимали под названием «антагонист», представляет собою в соответствии с новым толкованием агонист, но обратного действия. Поэтому вместо термина «антагонист» в таком случае принято использовать термин «обратный агонист» [25–27]. Обратный агонизм показан для разных типов GPCRs, а у всех Н1-противогистаминных препаратов обнаружены свойства обратных агонистов.
С одной стороны, степень смещения равновесия в сторону активации рецептора будет зависеть от того, принадлежит ли агонист к полному или частичному агонисту. С другой стороны, степень смещения равновесия в сторону неактивной конформации будет зависеть от природы обратного агониста. Наконец, нейтральный агонист, как предполагается, не различает активное и неактивное состояние рецептора и, соответственно, связывается с обеими формами, сохраняя равновесие между активной и неактивной конформациями [9, 25, 26].
Итак, конститутивная активность и обратный агонизм описаны в настоящее время у разных типов GPCRs и подтипов Н-рецепторов в частности. Для Н1-рецептора мепирамин представляет собою полный обратный агонист, в то время как другие Н1-антигистаминные препараты проявляют свойства частичных обратных агонистов, по данным оценки репортерного гена (по активации NF-kB) [9, 27]. Теоретически представляют интерес данные о получении нейтральных агонистов Н1-рецепторов [28], что подтверждает справедливость приведенной выше классификации.
Следует также обратить внимание на то, что конститутивная активация Н1-рецептора (и соответственно активация NF-kB) отличается от активации, вызванной агонистом. Дело в том, что вызванная агонистом активация Н1-рецептора вовлекает как Gαq/11-, так и Gβγ-субъединицы в активацию NF-kB, в то время как конститутивная активация приводит к активации NF-kB только через путь, опосредуемый Gβγ-субъединицами [9]. Подробнее о конститутивной активности и обратном агонизме на Н1-рецепторах [29].
Сродство к рецептору и занятость Н1-рецепторов обратными агонистами
Сопряженность активации Н1-рецепторов с активацией NF-kB и, соответственно, с продукцией провоспалительных посредников и молекул межклеточной адгезии (Р-селектина, ICAM-1, VCAM-1, iNOS, TNF-альфа, GM-CSF, ИЛ-1-бета, ИЛ-6) указывает на более широкий диапазон участия гистамина и его Н1-рецепторов в механизме аллергической реакции, в частности, в развитии поздней (отсроченной) фазы аллергического ответа [1]. Отсюда следует предположение, что чем выше сродство Н1-антигистаминных препаратов к Н1-рецептору, тем сильнее должно быть их противогистаминное действие и, соответственно, действие на зависимое от активации NF-kB образование провоспалительных посредников и на клинические проявления, связанные с их эффектами.
Однако результаты, полученные на целом организме (in vivo), а не в условиях in vitro, не укладываются в простую схему: чем выше сродство к рецептору, тем сильнее клинические проявления противогистаминного действия. Кажущаяся парадоксальность имеющихся данных состоит в том, что антигистаминный препарат (дезлоратадин) с наивысшей, установленной in vitro, аффинностью к Н1-рецепторам и очень продолжительным полупериодом жизни в плазме крови (27 ч) слабее тормозит кожную реакцию, вызванную гистамином, чем антигистаминный препарат с менее показательными в этом отношении фармакокинетическими характеристиками. Эта парадоксальность устраняется тем, что сила противогистаминного (противоаллергического) действия в конечном счете будет зависеть от степени занятости Н1-рецепторов противогистаминным препаратом. Такая занятость, помимо сродства к рецепторам, определяется концентрацией свободного вещества вблизи активных точек, т. е. вблизи Н1-рецепторов: чем выше свободная концентрация вещества, тем выше становится занятость рецепторов этим веществом. Принимая во внимание то обстоятельство, что Н1-рецепторы легко доступны для вступающего с ним во взаимодействие вещества, находящегося в плазме (в кровотоке), можно полагать, что Н1-антигистаминные препараты не должны обладать выраженным тканевым распределением для достижения своего основного фармакологического действия. Иными словами, Н1-антигистаминное лекарственное средство должно иметь низкую величину объема распределения. Преимущества такого свойства очевидны и состоят в том, что препарат с низким объемом распределения имеет минимальную, зависимую от дозы клеточную и органную токсичность, минимальную индивидуальную вариабельность терапевтического эффекта, низкую вероятность нежелательных взаимодействий с другими лекарственными средствами, распределяемыми в разных тканевых, органных, клеточных отсеках, и не аккумулируется в жизненно важных органах, в частности в сердце и печени, а потому потенциально обладает хорошей переносимостью и высокой безопасностью.
Уникальным примером в этом отношении является Н1-антигистаминный препарат левоцетиризин (зарегистрирован в России под торговым названием «Ксизал»), представляющий собою фармакологически активный энантиомер цетиризина. Среди всех известных антигистаминных препаратов левоцетиризин, как и его предшественник цетиризин, имеет наименьший объем распределения (0,4–0,5 л/кг), в то время как, например, мизоластин — 1–1,2 л/кг, фексофенадин — 5,4–5,8 л/кг, а дезлоратадин — наивысшую величину этого показателя — 49 л/кг [30].
Зная концентрацию в плазме и процент связанного препарата с белками плазмы, можно рассчитать его свободную концентрацию, а затем с учетом аффинности и степень занятости рецепторов в условиях in vivo.
Оказалось, что занятость Н1-рецепторов через 4 и 24 ч после приема терапевтических доз составила для левоцетиризина 90% и 57%, для фексофенадина 95% и 24%, а для дезлоратадина только 71% и 43%. Этим данным соответствовали и результаты определения торможения указанными препаратами волдырной и гиперемической реакций, оцениваемые через 4 и 24 ч после внутрикожного введения гистамина. Наибольшее тормозящее действие обнаруживалось у левоцетиризина [30, 31]. Таким образом, как и следовало ожидать, наивысшее противогистаминное (и соответствующее ему противоаллергическое) действие проявляется у препарата (левоцетиризина), обеспечивающего наивысшую занятость Н1-рецепторов.
Последние данные об обратном агонизме на Н1-рецепторах, с одной стороны, и о степени занятости рецептора обратным агонистом как определяющем условии выраженности терапевтического действия, с другой, имеют важные последствия для обоснования новых перспектив клинического использования препаратов этого класса.
Дело в том, что перевод обратным агонистом рецептора в неактивное состояние должен погасить не только клинически выраженную симптоматику, но и субклинические процессы, поддерживающие так называемое аллергическое воспаление и обусловливающие тем самым его хронизацию. Понятно, что достигнуть угнетения этих процессов легче, если использовать обратные агонисты, обеспечивающие высокий уровень занятости соответствующих рецепторов. Из сказанного следует, что длительное применение обратного агониста может оказать предупредительное действие на хронизацию аллергического процесса и на переход одной клинической формы аллергии в другую, более тяжелую, требующую более интенсивного лечения. К сказанному следует добавить, что к таким перспективным средствам должны предъявляться особые требования: они должны обладать высокой избирательностью действия, хорошим профилем безопасности, высокой воспроизводимостью антигистаминного эффекта. Всем этим требованиям (см. выше) отвечают цетиризин и его фармакологически активный энантиомер — левоцетиризин.
В хорошо известном исследовании [32] показано, что профилактическое длительное (в течение 18 мес) применение цетиризина может предупредить формирование бронхиальной астмы у детей с атопическим дерматитом, который, как известно, является этапом так называемого «аллергического марша». Можно допустить, что подобным, а вероятно, и более выраженным профилактическим действием должен обладать левоцетиризин. Такие результаты, видимо, скоро появятся, так как недавно проведены испытания безопасности длительного применения левоцетиризина у детей с атопическим статусом (наличие атопического дерматита, повышенного уровня аллерген-специфического IgE к пыльце трав или клещам домашней пыли, положительного семейного анамнеза по атопии) [33]. В этой работе выполнено рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое исследование длительного применения левоцетиризина (в течение 18 мес) в дозе 0,125 мг/кг массы тела в режиме двукратного приема в сутки на 510 детях в возрасте от 12 до 24 месяцев и показан высокий уровень безопасности препарата при таких условиях его использования. Понятно, что приведенные сведения являются необходимой предпосылкой для определения выраженности профилактического действия нового перспективного обратного агониста Н1-рецепторов на естественный ход трансформации начальных атопических проявлений в последующие, более тяжелые и требующие серьезных лечебных вмешательств.
По вопросам литературы обращайтесь в редакцию.
И. С. Гущин, член-корреспондент РАМН, профессор
ГНЦ «Институт иммунологии ФМБА России», Москва