Главная/Медиацентр/Материалы и Исследования/Клиническая фармакология Тимогена®. Глава 1


МАТЕРИАЛЫ&ИССЛЕДОВАНИЯ

Клиническая фармакология Тимогена®. Глава 1

Долгов Г.В., Куликов С.В., Легеза В.И., Малинин В.В., Морозов В.Г., Смирнов В.С., Сосюкин А.Е.

УДК 61.438.1:577.115.05

Под редакцией проф. В.С. Смирнова

Авторский коллектив:

  1. Долгов Г.В. — д.м.н., профессор кафедры акушерства и гинекологии Военно-медицинской академии
  2. Куликов С.В. — к.м.н., старший научный сотрудник отдела нейрофармакологии Института экспериментальной медицины РАМН
  3. Легеза В.И.— д.м.н., профессор ведущий научный сотрудник кафедры Военно-полевой терапии Военно-медицинской академии
  4. Малинин В.В.  — д.м.н., начальник отдела Института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН
  5. Морозов В.Г. — д.м.н., профессор заместитель директора Института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН
  6. Смирнов В.С. — д.м.н., профессор ведущий научный сотрудник кафедры военно-полевой терапии Военно-медицинской академии
  7. Сосюкин А.Е. — д.м.н., профессор начальник кафедры военно- полевой терапии Военно-медицинской академии

Опубликовано в СПб, 2003. — 103 с.

2016 Тимоген

Скачать PDF

Введение

Глава 1. Механизмы пептидной регуляции гомеостаза (В.В. Малинин, В.Г. Морозов)

Глава 2. Регуляторные пептиды тимуса (В.С. Смирнов)

Глава 3. Тимоген®: структура, химический синтез, свойства (С.В. Куликов, В.С. Смирнов)

Глава 4. Тимоген® в профилактике и комплексной терапии инфекционных заболеваний (В.С. Смирнов)

Глава 5. Тимоген® в терапии бронхолегочных заболеваний (В.С. Смирнов)

Глава 6. Применение тимогена в комплексной терапии внутренних болезней (В.С. Смирнов, А.Е. Сосюкин)

Глава 7. Тимоген® в дерматологии (В.С. Смирнов)

Глава 8. Применение Тимогена® для профилактики и лечения радиационных поражений (В.И.Легеза, В.С. Смирнов)

Глава 9. Применение Тимоген® в комплексном лечении механических и термических травм (В.С. Смирнов)

Глава 10. Тимоген® в акушерско-гинекологической практике (Г.В. Долгов, В.С. Смирнов)

Глава 11. Особенности применения Тимогена® в педиатрии (В.С. Смирнов)

Заключение

Глава 1. МЕХАНИЗМЫ ПЕПТИДНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ГОМЕОСТАЗА

В.В. Малинин, В.Г. Морозов

Механизмы, регулирующие постоянство внутренней среды (гомеостаз), представляют собой сложный комплекс нейрогуморальных процессов, позволяющих организму сохранять жизнеспособность и устойчивость в окружающей среде. При этом стабильность внутренней среды тесно связана с уровнем биологической защиты организма.

По современным представлениям регуляция гомеостаза многоклеточных систем осуществляется с помощью нейроэндокринных, иммунологических, клеточных и молекулярных механизмов. Наиболее изучена роль нервных и гормональных воздействий на процессы, позволяющие организму контролировать постоянство внутренней среды (Горизонтов, 1981). Функция иммунной системы рассматривается как висцеральная, обеспечивающая сохранение генетического постоянства клеточного состава, т.е. она является одним из гомеостатических механизмов целостного организма (Корнева, 1993).

Известно, что нервная и эндокринная системы модулируют функции иммунной системы с помощью нейротрансмиттеров, нейропептидов и гормонов, а иммунная система взаимодействует с нейроэндокринной системой с помощью цитокинов, иммунопептидов и других иммунотрансмиттеров. В настоящее время установлена роль эндогенных пептидов в формировании компенсаторно-приспособительных реакций организма в ответ на стресс и нарушения гомеостаза. Система пептидов рассматривается в качестве универсальной при нейроиммуноэндокринных взаимодействиях (Коpнева, Шхинек, 1988; Fabry et al., 1994).

Несмотря на многоуровневую иерархию, все механизмы регуляции гомеостаза выполняют единую задачу, а именно — координируют процессы биосинтеза в клетках путем воздействия на экспрессию генов. Ранее была разработана концепция пептидной регуляции гомеостаза, которая позволяет объяснить некоторые механизмы биологической регуляции (биорегуляции) на молекулярном и клеточном уровне, а также открывает путь для разработки новых средств лечения заболеваний (Морозов, Хавинсон, 1981а, 1981б, 1983, 1996; Кузник и др., 1998). Согласно этой концепции, любая информация, поступающая в организм, контролируется системой пептидных биорегуляторов, получивших название цитомедины. Этим термином принято обозначать низкомолекулярные пептиды пара- и аутокринной природы, выполняющие функции внутри- и межклеточных мессенджеров. Действие этой системы направлено на сохранение высокой степени стабильности функционирования генома, управление гомеостазом и защитными функциями организма. При этом информация о состоянии окружающей среды может индуцировать определенные изменения в системе пептидной регуляции гомеостаза, которые необходимы для регуляции процессов, поддерживающих оптимальное функционирование клеток.

Установлено, что цитомедины представляют собой комплексы пептидов неопределенного состава с молекулярной массой 1000-10000 Да. Они, как и регуляторные пептиды, участвуют в переносе информации между группами клеток, регулируют их активность и обладают полифункциональным действием в организме. В отличие от регуляторных пептидов, цитомедины обладают тканеспецифическим действием. Органотропность цитомединов можно объяснить определенным набором коротких пептидов, точкой приложения которых являются клетки, продуцирующие данный вид цитомединов.

При изучении механизма действия цитомединов было установлено, что эти факторы принимают непосредственное участие в процессах тканеспецифической регуляции экспрессии генов и биосинтеза. В результате этого в клетках понижается скорость накопления патологических изменений (повреждения ДНК, мутации, злокачественная трансформация и т.п.) и повышается активность репаративных процессов, направленных на восстановление клеточного гомеостаза.

Нарушение цитомединовой регуляции снижает резистентность клеток и тканей организма к дестабилизирующим факторам как внешней, так и внутренней среды. Это может служить одной из причин развития заболеваний, инволюции органов и тканей, а также ускоренного старения. Последующие работы подтвердили, что система пептидергической регуляции включает широкий спектр тканеспецифических пептидов, поддерживающих гомеостаз (Ivanov et al., 1997; Karelin et al., 1998).

В настоящее время цитомедины выделены практически из всех клеток, тканей и биологических жидкостей организма. По данным физико-химических исследований эти комплексы пептидов различаются между собой по составу, молекулярной массе и электрохимическим свойствам компонентов. На основе цитомединов разработан целый ряд новых лекарственных препаратов. Применение этих препаратов в условиях нарушенного клеточного гомеостаза позволяет восстанавливать функциональную активность различных физиологических систем организма (Морозов, Хавинсон, 1996).

Оценивая роль пептидов в механизмах регуляции гомеостаза, следует подчеркнуть важное значение концепции регуляторного пептидного каскада (Ашмарин, Обухова,  1986). Согласно этой концепции, после экзогенного введения какого-либо пептида или его эндогенного выброса происходит освобождение других пептидов, для которых исходный пептид служит индуктором. Следующей уникальной особенностью пептидной регуляции гомеостаза является процессинг полипептидов, который позволяет путем активизации пептидаз образовывать в нужном месте и в нужное время необходимое количество коротких пептидных фрагментов, обладающих более высокой биологической активностью, чем исходные соединения.

Интенсивное исследование регуляторных пептидов за последние 2-3 десятилетия привело к кардинальному пересмотру представлений о механизмах регуляции физиологических функций, принципов координации процессов гомеостаза и адаптации функциональных систем организма к окружающей среде.

Оказалось, что для воздействия на физиологические процессы необязательно наличие целой молекулы. Более того, в некоторых случаях фрагменты, состоящие всего из 3-4 аминокислотных остатков, были эффективнее, чем нативные соединения. Эти данные послужили предпосылкой к формированию представлений о том, что регуляция и координирование функций организма могут осуществляться за счет процессинга полипептидов, когда в зависимости от потребностей организма от достаточно длинных полипептидных цепей отщепляются фрагменты, обладающие той или иной степенью активности, специфичности и направленности действия на определенные физиологические системы. Процессинговая регуляция обладает значительно большей степенью гибкости, позволяя в короткие сроки путем активации соответствующих пептидаз образовывать в нужном месте требуемые регуляторы из уже готового предшественника. Кроме того, в механизм процессинга заложена определенная программа последовательности включения регуляторов. Процессинговый тип регуляции в наибольшей степени присущ именно пептидным соединениям с линейной структурой, открывающей широкие возможности для изменения конформации молекулы при отщеплении хотя бы одного аминокислотного остатка с любого конца. Кроме того, при таком отщеплении могут значительно меняться другие свойства молекулы, например, степень ее гидрофобности, определяющая способность прохождения через клеточные мембраны и гистогематические барьеры и т.д. (Ерошенко и др., 1991).

Как известно, подавляющее большинство регуляторных пептидов обладает поли- функциональностью. Другими словами, одно соединение обеспечивает регуляцию различных, часто физиологически несхожих функций. В связи с этим, многие физиологические функции оказываются под контролем целого ряда регуляторных пептидов.

Все больше и больше данных свидетельствует о том, что регуляторные олигопептиды являются участниками процессов роста, развития и регенерации. Многие из них представляют собой хорошо изученные структуры, регулирующие различные физиологические функции организма (Замятнин, 1988). Предполагают, что на уровне олигопептидов существует единая система регуляции как эмбрионального развития, роста и регенерации, так и функционирования сформированного организма. По-видимому, в процессе морфогенеза большинство (если не все) функционально активные олигопептиды принимают участие в появлении новых форм и структур в ходе индивидуального развития. При этом становится очевидной условность подразделения олигопептидов на нейро-, эндокрино- или иммуноактивные и одновременно на морфогенетически активные факторы (Замятнин, 1992).

Известно, что взаимодействие лиганда с рецептором реализуется на основе их структурного соответствия (Говырин, Жоров, 1994). Для олигопептида это означает наличие определенной совокупности свойств молекулы, которую на основе применения принципов системного анализа и элементов теории информации было предложено называть сигнатурой (Чипенс, 1980). Очевидно, что это понятие включает сведения и об аминокислотной последовательности. Как отмечает Г.И. Чипенс, каждая пептидная молекула имеет бесконечное число свойств, которые проявляются и определяются только в процессе взаимодействия с другими молекулами как результат внутри- и межмолекулярных взаимодействий в условиях данной среды.

В основу анализа первичных структур белков и пептидов были положены три принципа теории информации — сигнатур, двузначности и эквивокации (Чипенс, 1980; Quastler, 1965). Согласно принципу сигнатур, взаимодействие и комплексообразование молекул определяется наборами свойств (сигнатурами) активных участков их электронных структур (носителей сигнатур). Поскольку молекула может иметь множество сигнатур, то это приводит к неопределенности биологических эффектов, которые она может индуцировать (принцип двузначности теории информации). В определенных ситуациях различные по своей химической структуре молекулы могут иметь одинаковые сигнатуры и выполнять одинаковые функции (принцип эквивокации, или неопределенности причины эффекта). На основе принципов сигнатур и эквивокации развиты представления об эквифункциональных, т.е. однонаправленно действующих, аминокислотных остатках. В зависимости от сигнатуры однонаправленно действующими могут быть самые разные по химической структуре аминокислотные остатки (Чипенс и др., 1990).

Таким образом, основываясь на представлениях о сигнатурах, а также принципах эквивокации (несколько структур ® одна сигнатура ® одна функция) и двузначности (одна структура ® несколько сигнатур ® несколько функций), можно попытаться дать общую характеристику функциональных особенностей эндогенных регуляторных олиго- пептидов, помогающую уяснить, почему структурно разные молекулы способны вызвать близкие, практически одинаковые реакции или почему одна молекулярная структура участвует в различных физиологических процессах? Очевидно, что на основании принципа двузначности несостоятельность существующих понятий и терминов может быть объяснена наличием нескольких сигнатур у одной молекулы олигопептида, что позволяет ей взаимодействовать с рецепторами нескольких типов.

Выявление двух типов функционально значимых групп — положительно заряженных и циклических (R+ и cyc), позволяет рассматривать одно из свойств сигнатуры как взаимное расположение этих групп в первичной структуре олигопептида. Исходя из этого, можно представить значительное число структур, содержащих одинаковое расположение радикалов R+ и сyc, в то время как сами эти радикалы в разных молекулах будут   принадлежать аминокислотным остаткам разного типа. Хорошо известными примерами такого рода среди радикалов R+ являются взаимные замены остатков Arg и Lys у членов одного олигопептидного семейства. Более того, многочисленные возможные замены других аминокислотных остатков при сохранении расположения R+ и cyc также могут приводить к одинаковой сигнатуре при разной первичной структуре. Примерами могут служить данные по сравнению первичных структур разных олигопептидов или по семействам, полученные в результате классификации, в том числе замены близких по радикалам аминокислотных остатков в квазиконсервативной области. По-видимому, в этом и проявляется принцип эквивокации (Zamyatnin, 1991).

Основу принципа двузначности составляет высокая конформационная подвижность олигопептидов, в результате которой одна молекула принимает различные конформации (имеет несколько сигнатур), и этим обеспечивается пространственное соответствие с рецепторами различного типа.

На основании исследований физико-химических особенностей эндогенных олигопептидов сделано предположение о том, что спектр функциональной активности этих веществ в основном определяется двумя типами радикалов, формирующих сигнатуру, а состав радикалов определяет полифункциональность олигопептидов. В то же время их уникальное распределение вдоль цепи молекулы (последовательность) определяет специфичность действия. Эти два типа радикалов в принципе могут составлять основу молекулярного физиологического кода. Данные выводы могут быть использованы при прогнозировании функциональных свойств олигопептидов, основанном на рассмотрении структуры. Кроме того, обнаружение ограниченного числа функционально значимых групп, по-видимому, позволит сузить поиск новых высокоактивных соединений пептидной природы (Замятнин, 1990).

Характерным признаком регуляторных олигопептидов оказалось небольшое содержание в них аминокислотных остатков с отрицательно заряженными боковыми радикалами (Аsp и Glu). В то же время содержание остатков с положительным зарядом достоверно больше только для Arg. Достаточно часто встречаются аминокислотные остатки Pro, Phe, Tyr, Trp и Cys. Большинство этих молекул содержат циклическую химическую группу (а Cys, как правило, участвует в образовании молекулярных макроциклов). Из сказанного следует, что регуляторные олигопептиды с заданным спектром функциональной активности содержат преимущественно положительно заряженные и циклические радикалы.

Сравнение аминокислотных последовательностей пептидных препаратов, выделенных из различных органов и тканей млекопитающих, не позволяет выявить в них гомологические участки. Если же сравнивать суммарный аминокислотный состав, то можно отметить высокое содержание аминокислот с боковыми амино- и карбоксильными группами, т. е. высокую диполярность этих макромолекул. Можно предположить, что именно высокоосновные боковые группы, как, например, у тафцина, обеспечивают селективное взаимодействие этих пептидов с поверхностными рецепторами клеток, которые содержат, как правило, карбоксильные группы глутаминовой, аспарагиновой и сиаловой кислот. Иначе говоря, в основе селективного аффинного взаимодействия пептидов-регуляторов с клеточной мембраной лежат ион-ионные и ион-дипольные взаимодействия пептида с карбоксильными группами мембраны (Демин и др., 1994).

Внутриклеточной мишенью для эндогенных биологически активных пептидов, вероятно, является биохимический комплекс, осуществляющий в клетке синтез белка. Получены первые экспериментальные данные, доказывающие целесообразность введения понятия об эссенциальных аминокислотах в качестве метаболической особенности каждого органа (ткани). Это дает основание предполагать, что изменение внутриклеточной концентрации данных аминокислот (их особого сочетания в виде ди- и трипептидов) играет важную роль в регуляции рибосомального синтеза белка. Говоря об уникальных особенностях метаболизма некоторых органов, имеется в виду тот факт, что некоторые клетки, например, кардиомиоциты, синтезируют новые белковые соединения в основном из аминокислот, высвобождающихся только при катаболизме собственных белков. Из притекающей крови кардиомиоциты утилизируют лишь две аминокислоты — Asp и Glu. Данное положение подсказывает решение вопроса об эссенциальных аминокислотах в составе пептидов, высокотропных для миокарда (Кожемяки, 1992).

Проблема биогенеза регуляторных олигопептидов из белковых предшественников вблизи клеточных рецепторов является кардинальной для изучения механизма действия ростовых трансформирующих факторов, нейроактивных пептидов и белков, белковых гормонов и др.

Как и для большинства физиологически активных веществ, эффект регуляторных пептидов определяется взаимодействием со специфическими рецепторами. Расчеты показывают, что в ряде случаев эффекты, связанные с пептидами, не удается объяснить с позиций лиганд-рецепторных взаимодействий. Отсюда возникло предположение об их модулирующем влиянии, которое сводится к изменению характеристик возбудимых мембран клетки (рецептора), облегчающих реализацию эффекта основного медиатора (Гомазков, 1992).

Регуляторные пептиды и сопряженные с их функцией ферменты следует рассматривать как сложную адаптивную систему организма, организующую реализацию приспособительных реакций на всех уровнях его интеграции. Возможно, разнообразные эффекты одного пептида объясняются не его непосредственным действием, а модуляцией эффектов нервной и гуморальной регуляции.

Особый интерес вызывает исследование процессов эндоцитоза (и не только лиганд- рецепторных комплексов). Отдельные участки поверхностных мембран клеток непрерывно втягиваются внутрь и отрываются, образуя внутриклеточные пузырьки, содержащие вещества, которые находились во внешней среде или были адсорбированы на поверхности клетки. Поэтому можно допустить возможность попадания пептидов и белков внутрь клеток и без наличия специфических для них рецепторов на клеточной поверхности.

Исходя из биохимической универсальности всех клеток, можно полагать, что механизмы активации и торможения их деятельности одинаковы, несмотря на различия в структуре и происхождении биорегуляторов.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что короткие пептиды, в том числе содержащие только полярные аминокислоты, могут проявлять выраженную специфическую, зависящую от химической структуры соединения, биологическую активность. Причем эта активность проявляется в низких концентрациях, характерных для природных регуляторных пептидов.

Данные, свидетельствующие о высокой биологической активности олигопептидов, хорошо согласуются с чрезвычайно малым их природным содержанием, т. е. концентрациями меньше 10-5 М (Ашмарин, Обухова, 1985). Исходя из концепции о существовании пептидного континуума – функциональной непрерывности регуляторных пептидов, — изменение концентрации какого-либо пептидного соединения в организме может стимулировать или ингибировать образование других пептидов. В результате этого первичные эффекты могут развиваться во времени в виде цепных или каскадных. По-видимому, начальные этапы каскадной регуляции начинаются с единичных молекул при концентрациях меньше 10-20 М (в соответствии с числом Авогадро), которые пока не доступны для определения.

В последнее время наблюдается возрастающий интерес исследователей к парадоксальным эффектам действия сверхмалых доз (10-18-10-14 М) биологически активных веществ. Данные эффекты наблюдаются для самых разных групп веществ — гормонов и регуляторных пептидов, а также некоторых веществ непептидной природы.

Результаты экспериментов с концентрациями веществ 10-19 М и ниже довольно противоречивы, а объяснение эффектов при концентрациях ниже 10-19 М требует привлечения таких понятий, как «активированная» вода, «память молекул» (Замятнин, 1992).

Одной из особенностей действия сверхмалых доз пептидов является наличие отчетливого эффекта, несмотря на то, что во многих случаях в объекте эксперимента присутствует значительно бóльшая эндогенная концентрация того же вещества. Предполагают, что эффекты сверхмалых доз связаны с адаптационными явлениями, поскольку клетка может реагировать не на величину действующей концентрации, а на изменения концентрации вещества в малых и сверхмалых дозах (Сазанов, Зайцев, 1992). Усиление сигнала возможно не только путем изменения концентраций вторичных мессенджеров, но также и за счет активации синтеза белков, участвующих в передаче сигнала (Reibman et al., 1991). Предполагают, что для достижения эффекта достаточно того, чтобы до клеток достигли самые «быстрые» молекулы действующего вещества из общего распределения, а не все молекулы (Бурлакова и др., 1990).

Выделяют несколько основных систем, необходимых для реализации эффектов сверхмалых концентраций (доз) эндогенных и экзогенных веществ: а) системы каскадные, амплифицирующие сигнал; б) собирательные, «отлавливающие» системы; в) накопители и транспортеры сигнальных молекул; г) супераффинные рецепторы (Ашмарин и др., 1996).

Физико-химическую основу феномена высокой чувствительности организма к так называемым факторам малой интенсивности, в том числе, и сверхмалым дозам биологически активных веществ, составляют процессы колебания биомолекул, перехода одного типа энергии в другой, резонансные эффекты взаимодействия и некоторые иные механизмы. При этом с кибернетических позиций возможен перевод сложной системы на иной уровень реагирования (например, выход из патологического состояния) путем информационных воздействий на нее, которые в своей основе имеют характер слабых по силе сигналов (Подколзин и др., 1994).

Как было отмечено, пептидная регуляция осуществляет связь между нервной, эндокринной, иммунной и, по-видимому, другими системами, участвующими в поддержании гомеостаза. Полифункциональность пептидов и каскадный механизм реализации биологических эффектов определяют те процессы, которые происходят в организме как после экзогенного введения пептида, так и после его эндогенного образования.

Одним из примеров пептидной регуляции функций клеток является тимомиметическая регуляция (Морозов и др., 2000). В основе предложенной концепции лежат представления о роли пептидов, обладающих свойствами тимомиметиков, в регуляции процессов пролиферации и дифференцировки Т-лимфоцитов. Тимус является центральным органом, в клетках которого образуются пептидные тимомиметики. Однако в определенных условиях такие пептиды могут продуцировать в ходе процессинга и другие клетки, что позволяет организму осуществлять тимомиметическую регуляцию в различных тканях вне зависимости от тимуса. Тимус, возможно, с помощью продуцируемых его клетками пептидов, оказывает регулирующее действие на протеолитические процессы, происходящие в клетках организма. При этом в различных тканях в зависимости от условий может изменяться скорость образования пептидов с иммуномодулирующими и, в частности, с тимомиметическими свойствами. Вероятно, что при стрессе (повреждении) перераспределение Т-лимфоцитов в тканях, а также скорость последующего восстановления структуры и функции поврежденных тканей связаны с интенсивностью образования пептидных тимомиметиков.

Таким образом, пептидная биорегуляцияновое научное направление, связанное с изучением молекулярных и клеточных механизмов, управляющих гомеостазом, разработкой способов и средств восстановления физиологических функций организма с целью предупреждения и лечения заболеваний. Дальнейшее развитие этого направления позволит по-новому подойти к изучению функций организма в норме и патологии, а также объяснить механизмы регуляции гомеостаза на уровне клеток и макромолекул.

Введение

Глава 1. Механизмы пептидной регуляции гомеостаза (В.В. Малинин, В.Г. Морозов)

Глава 2. Регуляторные пептиды тимуса (В.С. Смирнов)

Глава 3. Тимоген®: структура, химический синтез, свойства (С.В. Куликов, В.С. Смирнов)

Глава 4. Тимоген® в профилактике и комплексной терапии инфекционных заболеваний (В.С. Смирнов)

Глава 5. Тимоген® в терапии бронхолегочных заболеваний (В.С. Смирнов)

Глава 6. Применение тимогена в комплексной терапии внутренних болезней (В.С. Смирнов, А.Е. Сосюкин)

Глава 7. Тимоген® в дерматологии (В.С. Смирнов)

Глава 8. Применение Тимогена® для профилактики и лечения радиационных поражений (В.И.Легеза, В.С. Смирнов)

Глава 9. Применение Тимоген® в комплексном лечении механических и термических травм (В.С. Смирнов)

Глава 10. Тимоген® в акушерско-гинекологической практике (Г.В. Долгов, В.С. Смирнов)

Глава 11. Особенности применения Тимогена® в педиатрии (В.С. Смирнов)

Заключение

Скачать PDF

Назад к списку