Громова О.А.

Российский сателлитный центр института микроэлементов ЮНЕСКО; Лаборатория вычислительной и системной биологии ВЦ РАН им. А.А. Дородницына; кафедра фармакологии и клинической фармакологии Ивановской государственной медицинской академии

Торшин И.Ю.

Российский сателлитный центр института микроэлементов ЮНЕСКО; Лаборатория вычислительной и системной биологии ВЦ РАН им. А.А. Дородницына

Путилина М.В.

Кафедра неврологии факультета усовершенствования врачей Российского государственного медицинского университета, Москва

Стаховская Л.В.

ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России, Москва, Россия

Рудаков К.В.

Российский сателлитный центр института микроэлементов ЮНЕСКО

Хемореактомный анализ центральных механизмов нестероидных противовоспалительных препаратов

Журнал: Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2020;120(1): 70-77

Просмотров : 372

Загрузок : 6

Как цитировать

Громова О. А., Торшин И. Ю., Путилина М. В., Стаховская Л. В., Рудаков К. В. Хемореактомный анализ центральных механизмов нестероидных противовоспалительных препаратов. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2020;120(1):70-77. https://doi.org/10.17116/jnevro202012001170

Авторы:

Громова О.А.

Российский сателлитный центр института микроэлементов ЮНЕСКО; Лаборатория вычислительной и системной биологии ВЦ РАН им. А.А. Дородницына; кафедра фармакологии и клинической фармакологии Ивановской государственной медицинской академии

Все авторы (5)

В современной медицине проблема терапии боли на сегодняшний день является одной из наиболее актуальных и приоритетных. Это связано, с одной стороны, с тем, что распространенность неонкологических болевых синдромов в популяции составляет до 85% [1]. С другой стороны, эта ситуация усугубляется тем, что у 40% пациентов боль переходит в хроническую форму [2]. В последние годы значительно улучшился фармакологический арсенал средств терапии пациентов с болевыми синдромами [3]. Наряду с решенными задачами остаются вопросы, которые затрудняют реальную клиническую практику. Наиболее остро стоит вопрос о возможности эффективной, длительной и безопасной медикаментозной терапии. В стандарты терапии боли входят различные препараты с высоким уровнем доказательности, среди которых опиоиды занимают одно из приоритетных мест в купировании острой боли. Препараты опиоидной группы как «безопасные анальгетики» для купирования острой и хронической боли стали широко использоваться в США с середины 1990 г. В России также большое число врачей стали чаще использовать данную группу препаратов у неонкологических пациентов. Однако в США в 1999—2017 гг. из-за опиоидной зависимости умерли почти 400 тыс. человек [4]. По предварительной оценке «The New York Times», в 2016 г. жертвами передозировок стали от 59 до 65 тыс. человек; это больше, чем ежегодно погибают в автокатастрофах [5]. Сейчас во всем мире вызывает опасения «опиоидная эпидемия» (растущее число смертей вследствие бесконтрольного употребления опиоидных анальгетиков), поэтому при использовании опиоидных анальгетиков врачу необходимы определенные знания и особая настороженность в свете развития привыкания. На сегодняшний день средством первого выбора для снятия болевого синдрома остаются нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП).

Благодаря снижению синтеза провоспалительных простагландинов посредством ингибирования циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) НПВП представляют собой значимую альтернативу опиоидным анальгетикам. Наряду с НПВП и опиоидами для аналгезии могут быть использованы препараты других групп: антиконвульсанты, антидепрессанты, агонисты рецепторов γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), антагонисты N-метил-D-аспартатных (NMDA) рецепторов глутамата, блокаторы тетродотоксин-резистентных натриевых каналов, блокаторы кальциевых каналов N-типа, агонисты никотиновых рецепторов, агонисты α2-адренорецепторов, каннабиноиды и др. [6].

Эффективность фармакотерапии боли может быть повышена посредством дополнения НПВП препаратами из перечисленных выше групп. При этом важно принимать во внимание возможность существования центральных механизмов анальгетического действия НПВП, реализующихся посредством нейромедиаторных систем, которые напрямую не связанны с модуляцией метаболизма простагландинов. В связи с этим для планирования эффективной и безопасной фармакотерапии важно оценивать механизмы центрального действия НПВП.

Отметим, что в современной фармакологии нет общепринятого и унифицированного способа установления «спектров» фармакологического действия препаратов [7], который позволял бы объективно выявлять различия в центральном действии различных НПВП. Такого рода оценки могут быть получены с использованием новейшего направления постгеномной фармакологии — хемореактомного анализа [3—5]. В настоящей работе представлены результаты хемореактомного анализа центральных свойств наиболее часто используемых четырех НПВП: декскетопрофена, кетопрофена, ацеклофенака и лорноксикама.

Материал и методы

В рамках постгеномной парадигмы молекула любого лекарственного средства «мимикрирует» под определенные метаболиты и, связываясь с теми или иными белками протеома, производит соответствующие данному лекарству эффекты [6]. Анализ фармакологического спектра центрального действия декскетопрофена, кетопрофена, ацеклофенака и лорноксикама (рис. 1)

Рис. 1. Химические формулы исследованных молекул.
был проведен на основе хемоинформационного подхода, т. е. сравнения эффективности исследуемых молекул с определенной химической структурой со структурами других молекул, для которых молекулярно-фармакологические свойства уже установлены [8]. Процедура анализа основана на новейших технологиях машинного обучения, разрабатываемых в теории топологического и метрического анализа признаковых описаний [9—11].

Хемоинформационный анализ позволяет найти молекулы, схожие с исследуемыми, и оценить физиологические, фармакологические и другие свойства исследуемой молекулы на основе имеющейся информации о свойствах молекул, наиболее близких по структуре. Хемореактомный анализ механизмов центрального действия НПВП проводили в три этапа.

На первом этапе формировали выборку исходных данных. С этой целью по ключевым словам, описывающим центральное действие («dopamine», «adrenergic», «opioid», «histamine», «serotonin», «glutamate», «analgesic» и др., всего 35 терминов), из базы данных PUBCHEM [PUBCHEM] извлекали соответствующие биологические активности молекул. Всего было найдено 1627 активностей для 25 129 молекул.

На втором этапе анализа устанавливали список молекул с известными свойствами, наиболее близкими к каждой из исследуемых молекул (см. рис. 1). Это осуществляли посредством вычисления «метрического химического расстояния» dχ между молекулами. Процедуры вычисления метрики dχ основаны на комбинаторной теории разрешимости в применении к хемографам (χ-графам) — математическим объектам, используемым для описания структур молекул [12—14].

На третьем этапе, для каждой молекулы из баз данных извлекали все имеющиеся данные экспериментального измерения различных биологических свойств этой молекулы и оценивали биологические активности с вычислением соответствующих констант (констант связывания, констант ингибирования и др.). Настройку весов метрик dχ и прогнозирование центральных свойств исследуемых НПВП проводили современными методами прогнозирования целевых числовых переменных [15, 16].

Результаты

Результаты хемореактомного анализа позволили оценить эффекты НПВП на адренергические, серотониновые, дофаминовые, ангиотензиновые, опиоидные, каннабиноидные, брадикининовые рецепторы; нейрональные рецепторы ГАМК, глутамата, ацетилхолина, гистамина и ваннилоидов.

Для количественной оценки эффектов НПВП вычисляли константы ингибирования (Ki, IC50) и активации (EC50) соответствующих рецепторов, константы диссоциации комплексов НПВП-рецептор (Kd), а также оценивали степени активации/ингибирования рецепторов (в процентах от эффектов соответствующих эндогенных лигандов). Для получения оценок значений констант, представленных в последующих таблицах, анализировали результаты от 5 до 142 независимых хемореактомных экспериментов (в среднем 24 эксперимента на один тип рецептора).

НПВП и опиоидергическая нейротрансмиссия

Взаимодействие между НПВП и опиоидами может осуществляться вследствие как взаимодействий НПВП с опиоидными рецепторами, так и изменений экспрессии генов, кодирующих сами белки-рецепторы или же сигнальные белки, передающие сигнал от рецепторов внутрь нейронов [16]. Эффекты опиоидергической нейротрансмиссии осуществляются при участии сигналов от эндогенных каннабиноидов (эндоканнабиноидов), активирующих одноименные рецепторы [17]. Основными эндоканнабиноидами являются анадамид (N-арахидонилэтаноламид) и N-пальмитоилэтаноламид, активирующие рецепторы CB-1, СВ-2 и TRPV1. Эндоканнабиноиды принимают участие в регуляции восприятия боли и синтезируются из эйкозаноидов. Ингибирование ЦОГ-2 молекулами НПВП модулирует метаболизм эйкозаноидов и соответственно изменяет каннабиноидергическую нейротрансмиссию. Альтернативно НПВП могут влиять на опиоиды через систему простагландиновых сигналов [6].

Например, подкожное введение ацетилсалицилата уменьшает обезболивающие эффекты морфина [18]. В то же время ацетилсалицилат, подобно морфину, угнетает электрическую активность нейронов вентрального ядра таламуса. Индометацин потенцирует побочные эффекты опиоидов (угнетение двигательной активности, гипертермия), усиливает угнетающий эффект морфина на электрическую активность и др. [19]. Известно, что кеторолак, ибупрофен, нимесулид могут предотвращать развитие опиатной химической зависимости у крыс [20].

Хемореактомный анализ показал, что исследованные НПВП могут являться слабыми ингибиторами дельта- и сигма-опиоидных рецепторов (табл. 1).

Таблица 1. Хемореактомные оценки воздействия на рецепторы опиоидов и каннабиоидов Примечание. Здесь и в табл. 2—4: Об. — обозначение константы биологической активности (константы) в соответствии с международной номенклатурой; Ингиб. — молекула ингибирует рецептор; Ед. — единицы измерения константы; ДКП — декскетопрофен; КТП — кетопрофен; АЦК — ацеклофенак; ЛРН — лорноксикам.
Ингибирующие эффекты всех четырех НПВП достоверно не различались для каппа-опиодных рецепторов (значения констант ингибирования Ki в диапазоне 1790…3700 нМ) и мю-опиоидных рецепторов (Ki=805…1090 нМ). Напомним, что более низкие значения констант ингибирования (Ki, IC50) соответствуют более высокой степени ингибирования рецепторов.

В то же время декскетопрофен и лорноксикам в меньшей степени ингибируют дельта-опиоидные (IC50=173…315 нМ, кетопрофен, ацеклофенак — 62…87 нМ) и сигма-опиоидные рецепторы (Ki=261…275 нМ, кетопрофен, ацеклофенак — 130…172 нМ). Активация сигма-опиоидных рецепторов эндорфинами важна для снижения хронической боли [21], поэтому меньшее вмешательство декскетопрофена в опиоидергическую нейротрансмиссию соответствует меньшему антагонизму этого НПВП с экзогенными и эндогенными опиоидами.

Хемореактомный анализ показал, что исследованные НПВП могут являться слабыми ингибиторами каннабиноидного рецептора СВ-1 (Ki=144…576 нМ). В то же время эндогенные каннабиноиды и НПВП могут взаимодействовать с ноцицептивным ваниллоидным рецептором TRPV1.

Одним из известных агонистов рецептора TRPV1 является капсаицин из экстракта перца [22], и активация этого рецептора ассоциирована с формированием ощущения «жгучей» боли. Хемореактомный анализ указал на возможность того, что исследованные НПВП являются ингибиторами ваниллоидного рецептора TRPV1 (IC50=600…2250 нМ), причем наиболее эффективным ингибитором являлся декскетопрофен (ингибирование TRPV1 на 17%, остальные НПВП только на 6…9%). Ингибирование ваниллоидных рецепторов соответствует снижению интенсивности ноцицептивных сигналов.

НПВП и глутаматные рецепторы

Повышенное высвобождение глутамата и более высокая активность NMDA-рецепторов глутамата связаны с усилением болевых ощущений, так как передача ноцицептивных сигналов в спинном мозге является глутаматергической [23]. Кроме этого, доказана роль NMDA-рецепторов в развитии когнитивных нарушений [24]. НПВП могут модулировать глутаматную нейротрансмиссию: кеторолак, например, блокирует электрическую активность нейронов, стимулированную при активации NMDA-рецепторов [25]. Диклофенак приводит к уменьшению активности глутаматергической системы опосредованно (повышая уровни кинуреиновой кислоты в ЦНС, которая в свою очередь также ингибирует NMDA-рецепторы) [26].

Настоящий хемореактомный анализ показал, что изученные НПВП могут являться слабыми ингибиторами различных глутаматных рецепторов (табл. 2).

Таблица 2. Хемореактомные оценки воздействия на рецепторы глутамата
В целом NMDA-рецепторы вне зависимости от типа субъединиц ингибировались в одинаковой степени при использовании всех четырех НПВП (IC50=1090…1650 нМ, ингибирование на 14…18%) (рис. 2).
Рис. 2. Примеры значений констант взаимодействия НПВП с различными белками-рецепторами.

NMDA-рецепторы типа «дзета-1» в большей степени ингибировались декскетопрофеном и ацеклофенаком (IC50=465…480 нМ, другие НПВП 1050…1060 нМ), а NMDA-рецепторы типа «Grin1a/Grin2a» — преимущественно декскетопрофеном (Ki=444 нМ, остальные молекулы 1016…1242 нМ). Хемореактомный анализ также показал, что исследованные НПВП могут ингибировать глутаматный AMPA-рецептор, причем наиболее эффективным ингибитором также являлся декскетопрофен (Ki=334,9 нМ, остальные НПВП 707…1109 нМ; декскетопрофен — ингибирование на 43,7%, остальные — на 16…24%).

НПВП и ГАМК

Результаты фундаментальных исследований указывают на непосредственное взаимодействие НПВП с особым аллостерическим участком ГАМК-рецепторов [27]. Например, некоторые эффекты салицилата (в частности, влияние на электрическую активность нейронов, регулирующих дыхание) обращаются антагонистом ГАМК-рецепторов бикукуллином, что может свидетельствовать о связывании НПВП активным центром рецептора [28].

Хемореактомный анализ показал, что молекулы исследованных молекул НПВП могут в одинаковой степени связываться с ГАМК-А-рецепторами (IC50=1290…1655 нМ), в том числе анионным каналом ГАМК-А-рецептора (388…793 нМ). При этом декскетопрофен, кетопрофен, ацеклофенак, лорноксикам являются слабыми активаторами ГАМК-А-рецепторов (на 5…11%) (табл. 3).

Таблица 3. Хемореактомные оценки воздействия на ГАМК-рецепторы Примечание. Актив. — молекула приводит к активации рецептора.
Интересным результатом является то, что только декскетопрофен являлся выраженным ингибитором ГАМК-транспортера GAT1, осуществляющего обратный захват ГАМК в синапсах (IC50=181 нм, остальные молекулы — IC50=630…1170 нМ). Ингибирование ГАМК-транспортера будет увеличивать концентрацию ГАМК в синапсе и, соответственно, тормозить активность болевых нейронов при острой и хронической боли, в том числе нейропатической [29].

НПВП и другие нейротрансмиттерные системы

Наряду с рассмотренными выше механизмами в ноцицепции также принимают участие адренергические, серотонинергические и дофаминергические рецепторы. Ингибирование обратного захвата катехоламинов способствует увеличению уровней норадреналина в спинном мозге. Повышение концентрации норадреналина ингибирует хроническую боль посредством активации α2-адренорецепторов спинного мозга [23]. Увеличение уровней норадреналина и серотонина усиливает эффекты опиоидов [16]. Результаты хемореактомного анализа показали, что все исследованные НПВП приблизительно в равной степени являются слабыми активаторами α1- и α2-адренорецепторов (значения констант активации в диапазоне 580…760 нМ, активация на 16…20%). Исследованные НПВП слабо взаимодействуют с транспортером обратного захвата серотонина и могут частично ингибировать его (IC50=900…1100 нМ) (рис. 3).

Рис. 3. Хемореактомные оценки констант взаимодействия исследованных НПВП с рецепторами различных нейротрансмиттеров.

Хемореактомное моделирование экспериментальных эффектов НПВП у крыс

Результаты проведенного нами хемореактомного анализа позволяют рассмотреть вопросы эффективности и безопасности эффектов центрального действия исследованных НПВП. Помимо модулирования метаболизма простагландинов эффективность центрального действия НПВП обусловлена ингибированием каннабиноидных рецепторов СВ-1 и TRPV1, глутаматных рецепторов (NMDA- и AMPA-рецепторы) и ГАМК-транспортера GAT1, осуществляющего обратный захват ГАМК в синапсах. Среди исследованных НПВП наиболее эффективным ингибитором ваниллоидных TRPV1-рецепторов, NMDA-рецепторов «дзета-1»,»Grin1a/Grin2a» и ГАМК-транспортера являлся декскетопрофен. Ингибирование этих таргетных белков соответствует снижению интенсивности болевых сигналов.

Безопасность центрального действия НПВП обусловлена слабыми взаимодействиями с дельта- и сигма-опиоидными рецепторами, α1- и α2-адренорецепторами, рецепторами серотонина и дофамина. При этом декскетопрофен в меньшей степени ингибирует дельта-опиоидные и сигма-опиоидные рецепторы. Слабое вмешательство НПВП в эти нейротрансмиттерные системы соответствует снижению центральных побочных эффектов НПВП. Кроме того, активация сигма-опиоидных рецепторов эндорфинами важна для снижения хронической боли [14], поэтому относительно малое вмешательство изученных молекул НПВП в опиоидергическую нейротрансмиссию соответствует меньшему антагонизму этих НПВП с экзогенными и эндогенными опиоидами.

Результаты хемореактомного моделирования экспериментальных эффектов у крыс указывают на дополнительные особенности центрального действия исследованных НПВП — прежде всего аналгезию и противосудорожное действие (табл. 4).

Таблица 4. Результаты хемореактомного моделирования экспериментальных эффектов исследованных НПВП у крыс Примечание. в/б — внутрибрюшинно; в/в — внутривенно. Note. в/б — intraperitoneally; в/в — intravenously.
Декскетопрофен и кетопрофен в меньшей степени вмешивались в метаболизм серотонина (IC50 >1500 нМ) и сильнее тормозили провоспалительные эффекты гистамина, чем ацеклофенак и лорноксикам. Соответственно анальгетическая активность, оцененная по пороговому давлению при приеме per os, возможна при меньших дозах декскетопрофена и кетопрофена (ED50=12…13 мг/кг, ацеклофенак и лорноксикам — 40…71 мг/кг) (рис. 4).
Рис. 4. Результаты хемореактомного моделирования анальгетического и противосудорожного эффектов исследованных НПВП у крыс.

Результаты хемореактомного анализа противосудорожных эффектов НПВП показали, что дескетопрофен был наиболее эффективен в снижении судорог, вызванных пентилентетразолом (ED50=1,74 мг/кг, другие молекулы — 2,1…12,3 мг/кг) и электрошоком (ED50=23,7, другие НПВП — 36…53 мкмол). Время достижения максимального эффекта защиты от электрошока было также короче именно для декскетопрофена (0,33 ч, другие НПВП 0,35…0,66 ч). Очевидно, что декскетопрофен характеризовался наименьшими дозами, эффективными для проявления противосудорожного эффекта.

Заключение

В настоящее время стратегию дифференцированного подхода к фармакотерапии боли, направленную на устранение системного и локального воспаления, необходимо рассматривать с учетом центрального механизма действия НПВП. Полученные результаты хемореактомного анализа четырех НПВП (декскетопрофен, кетопрофен, ацеклофенак и лорноксикам) позволяют с высокой степенью достоверности свидетельствовать о наибольшем ингибировании рецепторов каннабиноидов (СВ-1, TRPV1), глутамата (NMDA- и AMPA-рецепторы), ГАМК-транспортера GAT1 декскетопрофеном (рис. 5).

Рис. 5. Центральные эффекты НПВП на примере декскетопрофена. Стрелка обозначает активирующее взаимодействие с таргетным белком, Т-образная линия — ингибирование таргетного белка. Пунктир обозначает слабое взаимодействие с таргетным белком.
При этом относительно малое вмешательство всех изученных молекул НПВП в опиоидергическую нейротрансмиссию соответствовало их меньшему антагонизму с экзогенными и эндогенными опиоидами, α1- и α2-адренорецепторами, рецепторами дофамина и серотонина. Следовательно, изученные НПВП в меньшей степени ослабляют эндогенные механизмы снижения боли.

В клинической перспективе противосудорожное действие, выявленное как дополнительная особенность центрального действия исследованных НПВП, может способствовать более быстрому снижению острой и хронической боли у пациентов с повышенным порогом судорожной активности. Декскетопрофен и кетопрофен в меньшей степени вмешивались в метаболизм серотонина и сильнее тормозили провоспалительные эффекты гистамина, чем ацеклофенак и лорноксикам. Соответственно анальгетическая и противосудорожная активности при пероральном приеме возможны при меньших дозах декскетопрофена и кетопрофена, что важно для пациентов с высоким риском развития неблагоприятных эффектов лекарств (пожилой и старческий возраст, наличие нескольких соматических патологий, отягощенный аллергический анамнез и т. д.).

Исследование выполнено при поддержке гранта РФФИ 18−07−00944.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Громова О.А. — https://orcid.org/0000-0002-7663-710X; e-mail: unesco.gromova@gmail.com

Торшин И.Ю. — https://orcid.org/0000-0002-2659-7998, e-mail: tiy@ccas.ru

Путилина М.В. — https://orcid.org/0000-0002-8655-8501

Стаховская Л.В. — https://orcid.org/0000-0001-6325-9237; e-mail: rsmu@rsmu.ru

Рудаков К.В. — https://orcid.org/0000-0002-5939-4871; e-mail: elenrud2008@yandex.ru

Автор, ответственный за переписку: Громова Ольга Алексеевна — e-mail: unesco.gromova@gmail.com

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail