Клиническая фармакология Тимогена®. Глава 2

Глава 2. Пептиды тимуса и пептидные тимомиметики

В.С. Смирнов

Среди различных регуляторных структур организма иммунная система по своей сложности и многофункциональности занимает особое место. Значительная дифференциация функций иммунокомпетентных клеток, большое число их субпопуляций, клонов и способов взаимодействия требуют высокоразвитых селективных и неселективных механизмов передачи информации, обеспечивающих скоординированную работу системы в целом. Большинство эффекторных и вспомогательных функций клеток иммунной системы осуществляются при участии особых эндогенных структур внутрисистемных гормонов и медиаторов. Именно эти молекулы обеспечивают созревание и дифференцировку разных типов клеток, служат передатчиками межклеточных регуляторных сигналов, образуя уже упоминавшуюся APUD-систему, осуществляют контроль над интенсивностью и длительностью иммунного ответа.

Экстракты ткани тимуса

Уникальные свойства эндогенных медиаторов давно уже привлекали к себе пристальное внимание в плане разработки средств коррекции тех или иных изменений в работе системы иммунитета. Наибольшие успехи в этом направлении стали возможны после открытия регуляторных пептидов центральных органов иммунитета: тимуса и костного мозга. В 60-70 гг. прошлого столетия в различных лабораториях мира из центральных органов иммунитета было получено около десятка различных пептидов. Использовались различные технологии выделения: экстрагирование изотоническим раствором хлорида натрия, автолиз и последующая экстракция, экструзионная деструкция, кислотный гидролиз, ультрафильтрация, препаративный электрофорез и др. (Никольский, Гриневич, 1989). Одним из самых первых был препарат гомеостатического тимусного гормона, выделенный еще в 1938 году (Coomsa, 1971). В 70-х годах прошлого столетия были получены тимозины, тимический гуморальный фактор, тимопоэтин, тимостерин, тимический полипептидный препарат, растворимый фактор тимуса, тимостимулин, вилозен, тактивин, тималин и др. Дальнейшая судьба этих соединений различна: одни экстракты так и остались объектом экспериментальных исследований, другие были внедрены в медицинскую практику. Некоторые экстракты подвергли аналитическому и препаративному фракционированию, в результате которого были выделены регуляторные пептиды различной длины. Часть этих пептидов обладала иммуномодулирующими и биорегулирующими активностями, присущими нативным экстрактам тимуса. Для российского читателя наибольший интерес представляют три из них: тимозин, тактивин, тималин; два их которых: тактивин и тималин являются официально зарегистрированными в Российской Федерации лекарственными средствами.

Одним из первых полипептидных экстрактов тимуса был тимозин, выделенный А. Гольдстайном и соавторами (Goldstein) в 1966 году. Гомогенная фракция 8 тимозина, представлявшая собой, агрегат полипептидных цепей, включавших 108 аминокислотных остатков, стимулировала образование антител и способствовала дифференцировке клеток костного мозга в антителообразующие клетки. Было высказано предположение о том, что тимозин активирует хелперную функцию Т-лимфоцитов в кооперативном иммунном    ответе на тимуснезависимые антигены. Наименее очищенная фракция 3 тимозина уменьшала проявления вастинг-синдрома, увеличивала выживаемость животных, частично восстанавливала структуру лимфоидных тканей и количество циркулирующих лимфоцитов, а также способность к отторжению кожных трансплантатов (Goldstein et al., 1966; Bach et al., 1971).

Фракция 5 тимозина (тимозин Ф5) – гликопептид, состоящий примерно из 30-ти полипептидов с молекулярной массой от 1 до 15 кД. Препарат усиливал реакцию тимоцитов в смешанной культуре и активность в тесте розеткообразования, а также индуцировал цитотоксичность лимфоцитов и их чувствительность к анти-TL и анти-Thy-1 сывороткам (Pahwa et al., 1979). Эта фракция тимозина стимулировала активность гипоталамо-гипофизарно-адреналовой оси и продукцию ИЛ-6 глиальными клетками (Tijerina et al., 1997). Добавление тимозина Ф5 к культуре спленоцитов, сопровождалось активной выработкой ИЛ-6 (Attia, et al. 1993).

Наиболее широко тимозин применяли при бактериальных, вирусных и грибковых инфекциях (Mutchnic, 1991; Serrate et al., 1987; Reddy, Grieco, 1987; Spangelo et al., 1987). М. Мучник и соавторы (Mutchnick et al., 1991) в двойном слепом плацебоконтролируемом опыте показали, что у больных хроническим вирусным гепатитом В курсовое применение тимозина Ф5 или тимозинаα1 дважды в неделю на протяжении 6 месяцев сопровождалось достоверным увеличением содержания CD3 и CD4 лимфоцитов в периферической крови и активацией выработки интерферонаγ. На фоне применения иммуномодулятора достоверно уменьшалась активность аминотрансфераз. Авторы считают, что терапия тимозином Ф5 способствует наступлению ремиссии или даже выздоровлению больных хроническим вирусным гепатитом В.

Неоднократно предпринимались попытки применения Ф5 в терапии злокачественных опухолей (Wada et al., 1996; Ikemoto et al., 1999; Scher et al., 1988 и др.). Однако однозначных выводов о его эффективности не получено. Так, применение тимозина Ф5 у больных с мелкоклеточным раком легкого на фоне радио- и/или химиотерапии не выявило достоверного влияния иммуномодулятора на течение заболевания и эффективность базисного лечения (Scher  et al., 1988).

Применение тимозина у крыс и мышей с раком мочевого пузыря, индуцированным бутил-N-(4-гидроксибутил)-нитрозамином, сопровождалось замедлением скорости развития опухоли на фоне сохранения нормальной активности естественных киллеров (Wada, 1966). В другом исследовании на аналогичной опухолевой модели было показано, что тимозин Ф5 потенцирует действие противораковых химиопрепаратов, в частности деокси-5-флюороуридина (Ikemoto et al., 1999). Применение тимозина после лучевой терапии способствовало более быстрому восстановлению иммунологической реактивности (Wara et al., 1978). Таким образом, в онкологической практике тимозин Ф5 показан в качестве иммунокорректора, применяемого в составе комплексной противоопухолевой терапии с целью восстановления подавленной иммунореактивности. На основе полипептидного экстракта тимуса, аналогичного тимозину Ф5, был получен препарат ТР-1, зарегистрированный в качестве лекарственного средства фирмой «Сероно» (Falchetti et al., 1977).

В 1981 году В.Я. Арионом и соавторами из аутолизата тимуса был получен тактивин – комплексный препарат, содержащий пептиды с молекулярной массой от 1,5 до 6 кДа. В экспериментальных исследованиях и клинических наблюдениях тактивин эффективно восстанавливал сниженную или подавленную иммунологическую реактивность. Введение препарата мышам СВА с индуцированной бензолом депрессией иммунитета, восстанавливало количество ЕК-клеток и Т-киллеров до исходного уровня. Под влиянием тактивина повышалось содержание тимического сывороточного фактора, повышалась активность экспрессии дифференцировочных рецепторов лимфоцитов.

За время, прошедшее с момента создания препарата его использовали для лечения широкого круга заболеваний, сопровождавшихся формированием вторичного иммунодефицитного состояния. Наилучшие результаты были получения при применении тактивина в составе комплексной терапии при радиационной иммунодепрессии кроветворения, при первичных иммунодефицитных состояниях (атаксия-телеангиэктазия, врожденные нарушения тимической регуляции), при лечении генерализованных форм герпеса (Арион, 1989). Клинико-иммунологического эффекта удавалось достичь при рассеянном склерозе, острой септической и гнойно-воспалительной патологии, при острых и хронических инфекционных процессах. Во всех этих случаях после курса тактивина отмечена нормализация состояния иммунной системы, сокращение продолжительности заболевания и повышение эффективности специфической терапии.

Близкий по иммунологическим свойствам пептидный препарат тималин получен путем кислотного гидролиза тимуса крупного рогатого скота (Морозов, Хавинсон, 1978). При экспериментальном изучении тималина показана его способность модулировать процессы репопуляции дифференцировочных рецепторов лимфоцитов (Смирнов и др., 1992). В клинических целях тималин применяли при широком круге заболеваний. Так, парентеральные инъекции препарата в дозе 10-20 мг ежедневно в течение 5-20 сут. у больных с хроническими неспецифическими заболеваниями легких способствовали нормализации большинства показателей клеточного иммунитета и неспецифической защиты организма (Яковлев и др., 1992). Одновременно наблюдалось уменьшение или исчезновение воспалительных явлений в легких. Срок лечения больных сокращался в среднем на 21%. Среди других клинических аспектов иммунотерапии тималином заслуживает внимания его эффективность при лечении различных воспалительных заболеваний, сопровождающихся формированием вторичных иммунодефицитных состояний. Чаще всего при этом наблюдается снижение количества лимфоцитов, экспрессирующих CD2+DR+, CD3+, CD4+, CD8+ рецепторы, на фоне достоверного возрастания индекса миграции лейкоцитов периферической крови. Со стороны системы неспецифической защиты отмечается угнетение экспрессии ОКМ1+ рецепторов на макрофагах, снижение содержания катионных белков,  фагоцитарного индекса и активности пероксидазы. Применение тималина в составе комплексной терапии по 10 мг ежедневно на протяжении 5-10 сут. сопровождалось восстановлением сниженных показателей иммунной системы, уменьшением интенсивности внутрисосудистого свертывания и сокращением продолжительности воспаления (Морозов, Хавинсон, 1989; Яковлев и др., 1992). Улучшение клинического состояния наблюдалось в 80-93% случаев. Показатель летальности при таком тяжелом состоянии как перитонит на фоне иммуномодулирующей терапии тималином составил 0,08, в то время как у лиц, получавших стандартную терапию, он был почти в 4 раза выше.

Применение тималина при бронхиальной астме, тимомегалии, системной красной волчанке, саркоидозе, острой пневмонии, псориазе, ревматоидном артрите сопровождалось восстановлением содержания основных субпопуляций Т- и В-лимфоцитов, улучшением клинического течения заболевания, сокращением периода реабилитации. При хронических процессах отмечено увеличение продолжительности периодов ремиссии, а в некоторых случаях и полное выздоровление (Яковлев и др., 1992). Профилактическое назначение тималина ликвидаторам аварии на Чернобыльской АЭС позволяло уменьшить риск формирования вторичного иммунодефицитного состояния (Смирнов и др., 1992).

Тималин применяли при лечении инфекционных заболеваний, в частности, вирусных гепатитов. Показано, что у 50% больных вирусным гепатитом В после 2-х курсов тималина исчезали маркеры возбудителя и наступала стойкая ремиссия, продолжавшаяся 3  и более мес. (Векслер и др., 1987).

Сравнительное исследование влияния экстрактов тимуса показало, что независимо от методики их получения все они обладают близкими иммунобиологическими свойствами. Так, например, в тесте репопуляции мембранных рецепторов у Т-лимфоцитов, обработанных трипсином, все исследованные препараты тимуса оказывали идентичное действие на скорость экспрессии рецепторов, определявшуюся по приросту количества «активных» розеткообразующих клеток (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Влияние некоторых пептидных экстрактов тимуса на содержание «активных» Т-лимфоцитов (Еа-РОК) ( Яковлев и др., 1992)

Примечание. В каждом случае n=12. Контроль I – содержание Еа-РОК в исходной суспензии лимфоцитов; контроль II – после инкубации лимфоцитов в растворе трипсина.

Таким образом, можно с достаточным основанием утверждать, что пептидные препараты, выделяемые из вилочковой железы, оказывают одинаковое иммуномодулирующее действие, независимо от методики их выделения. Это обстоятельство свидетельствует о том, что пептидные последовательности, содержащиеся в экстракте, имеют высокую степень гомологии.

Регуляторные пептиды тимуса

Исследования тимозина Ф5 проведенные А. Гольдстайном (A. Goldstein, 1972), показали, что тимозин Ф5 содержит в своем составе большое количество пептидов, разделенных по миграционным свойствам на 3 группы, отличавшихся по изоэлектрической точке. Среди них наиболее активными оказались тимозины α1, β4 и протимозин-α (Han- nappel, Huff, 2003).

Было установлено, что тимозин-α1 представляет собой полипептид с молекулярной массой 3108 Да, состоящий из 28 аминокислотных остатков. Отмечено, что аминокислотная последовательность пептида не имеет видовой специфичности. Тимозин-β4 включает в себя 43 аминокислотных остатка и имеет молекулярную массу 4863 Да. Пептидная цепь протимозина-α состоит из 112 аминокислотных остатков. Ниже приведены аминокислотные последовательности молекул тимозина-α1и тимозина-β4:

Молекула тимозина-α1

Ser-Asp-Ala-Val-Asp-Thr-Ser-Ser-Ile-Thr-Thr-Lys-Asp-Leu-Lys-Glu-Lys-Lys-Glu-Val-Val-Glu-Glu-Ala-Glu- Asn-COOH

Молекула тимозина-β4

Ser-Asp-Lys-Pro-Asp-Met-Ala-Glu-Ile-Glu-Lys-Phe-Asp-Lys-Ser-Lys-Leu-Lys-Thr-Glu-Thr-Gln-Glu-Lys-Asn- Pro-Leu-Pro-Ser-Lys-Glu-Thr-Ile-Glu-Gln-Glu-Lys-Gln-Ala-Glu-Glu-Ser-OH

Отметим, что все эти полипептиды включают в себя большое количество остатков лизина и глутаминовой кислоты. Особенно это заметно в молекуле тимозина-β4, где многократно встречается последовательность Lys-Glu. Данное обстоятельство имеет большое значение и, как будет отмечено далее, послужило основанием для конструирования минимальных молекул тимомиметиков.

Молекула тимозина-α1 увеличивает экспрессию дифференцировочных рецепторов на Т-лимфоцитах, активирует СD4-лимфоциты, усиливает экспрессию Lyt-1+, Lyt-2+, Lyt- 3+ антигена лимфоцитов, а также усиливает зависимый от активности Т-лимфоцитов IgG-, IgM- и IgA-иммунный ответ (Никольский, Гриневич, 1989). Показана способность тимозина-α1 отменять фазу рефрактерности в процессе синтеза эндогенного интерферона (Носик и др., 1985). Эта способность пептида была использована при изучении эффективности биорегулирующей терапии вирусных гепатитов. Во всех случаях применяли комбинированную схему, в состав которой могли включаться   препараты интерферона, противовирусные средства и тимозин-α1. В процессе лечения больных активным HBe-позитивным вирусным гепатитом В тимозин-α1 вводили 2 раза в неделю в дозе 1,6 мг подкожно 2 раза в неделю, интерферон-α применяли подкожно в дозе 10 млн. ед. 3 раза в неделю. Продолжительность курса терапии составляла 26 недель. Катамнестическое наблюдение за больными осуществляли в течение 26 недель. Итого, общий срок наблюдения составил 52 недели. Обследование больных проводили на 52-й и 78-й неделях (Saruc et al., 2002). К концу 52-й недели нормализация уровня трансаминаз была отмечена у 87,7% наблюдавшихся больных. У 76,2% больных нормальный уровень трансаминаз и негативная реакция на HBV-ДНК сохранялись на протяжении 78 недель. Близкие по эффективности результаты получены при лечении больных вирусным гепатитом В сочетанием тимозина-α1 с аномальными нуклеозидами (Yuen, Lai, 2001). Положительные результаты, хотя может быть и не столь значительные, отмечены и при комбинированном лечении больных вирусным гепатитом С (Ideo, Bellobuono, 2002; Kullavanuaya et al., 2001).  Наконец, также, как и экстракты тимуса, тимозин-α1 применяли на фоне радио- и химиотерапии злокачественных процессов с целью повышения активности иммунной системы, подавленной противоопухолевыми препаратами (Garachi et al., 1995).

Выделенный из β-области тимозина Ф5 тимозин-β4 в отличие от тимозина-α1 индуцировал появление терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы в негативных по этому признаку клетках костного мозга у бестимусных мышей (Hu et al., 1981). Эти данные подтвердили, что тимозины влияют на ранние стадии Т-клеточной дифференцировки, причем это влияние зависит от вида тимозина. Тимозин-β4 ингибирует, а тимозин-α1 усиливает пролиферативный ответ. Отмечено неодинаковое воздействие на экспрессию дифференцировочных рецепторов: тимозин-β4 увеличивал количество клеток с фенотипами CD8+ и CD11+, но не влиял на экспрессию CD3+-, CD6+- и CD9+ – рецепторов (Kokki- nopoulos et al., 1985).

С другой стороны, тимозин-β4 оказывает выраженное действие на процессы регенерации. Установлено, что интраперитонеальное введение пептида сопровождается усилением процессов реэпителизации раны на 4-й день после травмы на 42%, а на 7-й – на 61% относительно контроля. Показано также, что тимозин-β4 существенно увеличивает скорость миграции кератиноцитов в камере Бойдена (Malinda et al., 1999).

Анализ биологических эффектов семейства тимозинов свидетельствует о том, что каждый из пептидов, образующих комплекс тимозин Ф5, активен на определенном этапе дифференцировки лимфоцитов. Так, тимозины β3, β4 индуцируют дифференцировку предшественников Т-лимфоцитов, тимозин-α1 контролирует превращение преТ-клеток в тимоциты, а тимозины α5 и α7 оказывают влияние на дифференцировку и функциональную активность предшественников Т-лимфоцитов в периферических лимфоидных органах (Low, Goldstein, 1985).

Тимусный гуморальный фактор был выделен из диализатов гомогенизированной ткани тимуса (Traini et al., 1979). Он представляет собой термостабильный олигопептид с молекулярной массой около 3000 Да и состоит из 31 аминокислотного остатка. Пептид восстанавливал способность клеток селезенки новорожденных тимэктомированных мышей вызывать реакцию «трансплантат против хозяина», а также увеличивал количество антителобразующих клеток в селезенке у тимэктомированных и облученных животных (Rotter et al., 1973). Применение этого фактора у детей с лимфопролиферативными заболеваниями (лимфогранулематоз, лимфосаркома, лимфома) после курса химиотерапии сопровождалось выраженным иммуномодулирующим эффектом, сходным с таковым у тимозинов (Traini et al., 1979).

Другим хорошо изученным тимическим иммуномодулятором является тимопоэтин, впервые выделенный в 1971 году (Goldstein, Manarano, 1971). Из вводно-солевого экстракта тимуса получены два пептида – тимопоэтин I и тимопоэтин II. Дальнейшее изучение тимопоэтина II показало, что это полипептид с молекулярной массой 5562 Да и изоэлектрической точкой 5,5, состоящий из 49 аминокислотных остатков. Биологическую активность тимопоэтина II связывают с пентапептидом, названным тимопентин (ТП-5), соответствующим 32-36 аминокислотным остаткам нативной молекулы тимопоэтина: Arg- Lys-Asp-Val-Tyr. Вместе с тем было показано, что некоторые проявления активности тимопоэтина сохраняются и у более коротких пептидов, состоящих из 4-х и даже 3-х аминокислотных остатков (Denes и др., 1986).

Основной функцией тимопоэтина является регуляция лимфопоэза. Применение пентапептида в дозе 0,5 мг/кг ежедневно в течение 2-х недель, а затем 3 раза в неделю в течение 10 недель способствовало улучшению клинического состояния и показателей Т- системы иммунитета у ряда больных с первичными иммунодефицитами (Goldstein at al., 1979).

Пептидные тимомиметики

Цитированные выше исследования имели весьма важное значение в развитии проблемы пептидных тимомиметиков. Они подтвердили актуальность пептидного процессинга и показали, что информация, необходимая для реализации иммунорегуляторных эффектов, может содержаться в небольших по размерам олигопептидах, содержащих 5-6 аминокислотных остатков. Примером такого олигопептида является тимогексин (иммунофан), структура которого отличается от тимопентина наличием аминокислотных замен с элонгированием цепи концевым аргинином: Arg-Asp-Lys-Val-Tyr-Arg. Применение препарата способствовало достижению сероконверсии у больных хроническим вирусным гепатитом и оказывало положительное влияние на продукцию специфических антител при хроническом бруцеллезе (Покровский и др., 1992). Позднее было установлено, что тимогексин при патологическом изменении синтеза иммуноглобулинов, вызванном врожденным иммунодефицитом IgA или атопическим дерматитом с гиперпродукцией IgE, оказывает иммунокорригирующее действие на продукцию обоих классов иммуноглобулинов. Механизм этого действия обусловлен межклеточным взаимодействием иммунокомпетентных клеток и реализуется вне зависимости от дополнительного введения ИЛ-4 (Лебедев и др., 1994).

Дальнейшее развитие идеи пептидных тимомиметиков привело к пониманию того факта, что для индукции регуляторного сигнала и системе может быть достаточно минимального пептида, состоящего всего из 2-х аминокислотных остатков.

Если проанализировать аминокислотную последовательность тимозинов, тимопо- этинов и других типических пептидов, а также ряда интерлейкинов можно видеть, что в их структуре часто встречается дипептид, состоящий из остатков лизина и глутаминовой кислоты. Этот факт был использован В.Х Хавинсоном и сотрудниками для создания нового иммуномодулятора Lys-Glu, получившего наименование «Вилон» (Хавинсон и др., 1997). Экспериментальное изучение Вилона показало его способность усиливать реакцию гиперчувствительности замедленного типа у мышей, индуцированную тринитробензо-сульфокислотой (Морозов и др., 2000). Вилон стимулирует образование антителобразующих клеток в селезенке мышей, иммунизированных эритроцитами барана, а также активирует репаративные процессы в тимусе облученных животных.

В клинических наблюдениях, опубликованных В.Г. Морозовым и соавторами (2000), показана способность Вилона стимулировать репаративные процессы при механической травме, остеомиелите, при различных заболеваниях роговицы. У больных кавернозным туберкулезом наблюдали стимулирующее действие Вилона на процессы заживления каверн на фоне увеличения экспрессии CD4+ и уменьшения экспрессии CD8+ рецепторов Т-лимфоцитов. У больных обструктивным бронхитом назначение Вилона способствовало снижению частоты бронхоспазмов, нормализации температуры и улучшению аппетита. Одновременно наблюдалось увеличение количества лимфоцитов в периферической крови и усиление фагоцитарной активности лейкоцитов

Другим дипептидом, обладающим тимомиметическими свойствами, является Glu- Trp, известный под названием «Тимоген». Первоначально дипептид был выделен из тималина методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, а затем синтезирован несколькими методами, один из которых подробно описан в 3-й главе данной монографии. Долгое время считалось, что этот дипептид может содержаться в молекуле гормона тимуса. К сожалению, выделить и идентифицировать полную молекулу этого гормона так и не удалось, но в тех ее фрагментах, которые на сегодняшний день известны, такой дипептид не найден, зато его можно обнаружить в молекуле фактора некроза опухоли, некоторых интерлейкинах и пр.

Подробное изучение и опыт более чем 16-летнего опыта клинического применения убедительно показали, что Тимоген® является классическим тимомиметиком, обладающим всей совокупностью иммуномодулирующих реакций. Это обстоятельство имеет важное методическое значение, поскольку показало, что способность регулировать клеточные иммунные реакции не является исключительным свойством тимических пептидов. Аналогичными свойствами могут обладать короткие пептиды иного происхождения. Анализ накопленной информации позволяет определенно утверждать, что фактором, определяющим свойства того или иного пептида, является его структура, а не происхождение. С этих позиций распространенная до настоящего времени точки зрения, согласно которой Тимоген® является синтетическим аналогом пептидного экстракта тимуса – тималина, а, равно как и иных, идентифицированных пептидов тимуса, является ошибочной и не имеет под собой научных оснований. Тимоген® является самостоятельным дипептидом, воспроизводящим некоторые свойства тимозинов, но не имеющим с ними структурных аналогий. С этой точки зрения логично было ожидать появления других коротких пептидов, способных регулировать те или иные реакции иммунной системы. Определенными свойствами, присущими тимическим иммуномодуляторам, обладают некоторые аминокислоты, в частности, глутаминовая кислота, глицин, триптофан и их простые смеси (Белокрылов и др., 1999).

Эти данные лишний раз подчеркивают многокомпонентность регуляторных структур системы иммунитета, которые нельзя втиснуть в прокрустово ложе тимических пептидов. Более того, нет никаких оснований идентифицировать пептидные тимомиметики как фракции или активные центры гормона тимуса. Это самостоятельные соединения, обладающие иммунорегулирующими свойствами, которые могут быть использованы в терапевтической практике. Опыт 15-летнего исследования Тимогена®, обобщенный на страницах данной работы, полностью подтвердил правомерность такого подхода.