Анальгетическая активность новых лигандов протон-чувствительных ионных каналов

Боль является неотъемлемым компонентом ряда патологических состоянийОбщепризнан определяющий вклад фактора боли в этиологии и патогенезе травматического шока, которыйв отдельных случаях приводит к смерти. Болевые ощущения не только тяжело переносятся сами по себе, но и ухудшают течение основного заболевания. Не будет преувеличением утверждать, что проблема борьбы с болью занимает одно из центральных мест в современной биологии и медицине. В настоящее время она переживает период интенсивного изучения: Боль является важной социальнойпроблемой. Конгресс GUIA объявил 2001;2010гг. декадой контроля над болью и науки о боли: По всему, миру проводятся масштабные исследования этой проблемы общечеловеческой значимости. Все это свидетельствует о большой значимости болеутоляющих средств — анальгетиков, для практической медицины. Анальгетические препараты являются одной из важнейших групп лекарственных веществ: В настоящее время для подавления боли используют анальгетические препараты, которые подразделяют на два класса в зависимости от механизма действия: наркотические и ненаркотические. Наркотические анальгетики обладают более выраженным и специфическим эффектом, но вызывают лекарственную зависимость — наркоманиюНенаркотические не вызывают привыканияно имеют более слабый анальгетический эффект, и весьма часто оказывают негативное влияние: на органы, участвующие в процессах метаболизма. Очевидно^ что круг применяемых на даннышмомент анальгетических средств явно, недостаточен, кроме того, многие анальгетики обладают целым рядом побочных эффектов, поэтому необходимо пополнять арсенал анальгетических препаратов, расширяя список выбора для практического врача.

Сейчас уже можно довольно детально представить морфофункциональную, нейрофизиологическую и нейрохимическую организацию различных звеньев и процессов формирования и регуляции болевой чувствительности [Прощаев К.И. и др, 2006]. Болевые ощущения воспринимаются специальными рецепторами, которые получили название «ноцицепторы». Ноцицепторы представляют собой окончания древовидно разветвленных афферентных волокон, расположенных в коже, мышцах, суставных капсулах, надкостнице, внутренних органах и т. п. Ноцицептивными раздражителями могут быть механические, термические и химические воздействия. Нередко причиной боли является патологический процесс (например, воспаление) [Харкевич 1987]. Воспаление, сердечная ишемия, опухолевый рост, как правило, сопряжены с хронической болью, и обычно сопровождаются ацидозом ткани. Известно, что ацидоз тканей приводит к активации протон-чувствительных ионных каналов (ASICs — Acid Sensing Ion Channers). Открытие протон-чувствительных ионных каналов и методов их регуляции внеклеточным pH явилось огромным шагом вперед в борьбе с болью [Krishtal O.A., et.al., 1981, Waldmann 1997А].

Известны эндогенные вещества, которые, воздействуя на ноцицепторы, способны вызвать болевые ощущения, например природный тетрапептид FMRFa. Последний, и некоторые родственные ему пептиды широко представлены в организмах беспозвоночных и являются модуляторами токов, протекающих через протон-чувствительные ионные каналы [Askwith 2000]. Учитывая то, что практически любые метаболические нарушения, равно как и повреждения, ведут к закислению тканей, вопрос о все еще неясной связи протон-чувствительных каналов с ноцицепцией становится все более интригующим. Можно предположить, что лиганды-модуляторы протон-чувствительных ионных каналов будут проявлять анальгетическое действие. В связи с этим вызывает интерес разработка методов синтеза и изучение механизмов действия веществ, влияющих на протон-чувствительные ионные каналы. Однако применение аналогов FMRFa пептидной природы затрудняет изучение биологических свойств новых соединений вследствие энзиматической лабильности пептидов в организме. Синтез непептидных аналогов FMRFa, модуляторов ASICs, предоставляет возможность обнаружения соединений, обладающих анальгетическими свойствами и устойчивых в организме при патофизиологических значениях рН.

С этой точки зрения проблема поиска новых анальгетических препаратов является одной из важных и неотложных задач современной фармакологии и химии лекарственных веществ. Цель исследования.

Целью работы явился поиск новых соединений, обладающих анальгетической активностью, механизм действия которых связан с влиянием на протон-чувствительные ионные каналы.

Задачи исследования.

1. Выявить особенности пространственного строения известных пептидных лигандов-модуляторовА81СБ.

2. Построить трехмерную модель лигандов-модуляторов ASICs.

3. На основании предложенной модели синтезировать непептидные лиганды ASICs.

4. Определить анальгетическую активность новых соединений.

5. Установить зависимость связи структура-активность в ряду полученных соединений.

Научная новизна работы.

Впервые синтезированы два ряда новых соединений, являющихся лигандами протон-чувствительных ионных каналов и проявляющих анальгетическую активность, что указывает на возможность создания группы ненаркотических анальгетиков с новым механизмом действия. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Определена структура и построена трехмерная модель фармакофора лигандов протон-чувствительных ионных каналов.

2. Синтезированные соединения, содержащие гуанидиновую группировку, оказывают модулирующее действие на функционирование протон-чувствительных ионных каналов.

3. Лиганды-модуляторы протон-чувствительных ионных каналов проявляют анальгетическую активность в экспериментах ш у/уо.

4. На основе лигандов-модуляторов протон-чувствительных ионных каналов возможно создание новой группы ненаркотических анальгетиков;

Научно-практическое значение работы.

Полученные данные расширяют представление о связи протон-чувствительных ионных каналов и болевых ощущений. Результаты работы, свидетельствуют о перспективности непептидных модуляторовпротонг чувствительных ионых каналов в качестве соединений-прототипов для создания новых высокоэффективных анальгетиков и могут быть использованы для разработки новой группы анальгетических препаратов, класса: ненаркотических анальгетиков. Апробация работы.

Материалы, диссертации докладывались и обсуждались на VII региональном конгрессе европейского союза нейропсихофармакологов (Москва, 2005), Юбилейной конференции молодых ученых ГУ НИИЭМРАМН (Санкт-Петербург, 2005), Научной конференции «Современные тенденции ворганическомсинтезе и проблемы, химического образования» (Санкт-Петербург, 2005) — Работа поддержана грантом INTAS 01−0651. Публикации.

По теме диссертации опубликовано 4' научных работы (из них две статьи в рецензируемых журналах).

Структура и объем диссертации

.

выводы.

1. Показана возможность создания новой группы ненаркотических анальгетиков — модуляторов протон-чувствительных ионных каналов.

2. Предложена трехмерная структура лигандов протон-чувствительных ионных каналов с использованием методов конформационного анализа .

3. На основании предложенной структуры синтезированны два новых ряда соединений — замещенные амиды 1ч[-ациларгинина и Ы-ариламиды со-гуанидинокарбоновых кислот, большинство из которых проявляют анальгетическую активность.

4. Соединения ИЭМ-2036, ИЭМ-2037, ИЭМ-2047, ИЭМ-2055, ИЭМ-2061, ИЭМ-2063, ИЭМ-2075, ИЭМ-2079, ИЭМ-2080, ИЭМ-2081, ИЭМ-2083, ИЭМ-2101 по силе действия превосходят препараты сравнения анальгин и ацетоаминофен и могут представлять интерес как потенциальные анальгетики.

5. Выраженность анальгетического действия определяется общей липофильностью молекулы, формой липофильного облака и расстоянием между положительно заряженной гуанидиновой группой и липофильной частью молекулы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Известно, что всего лишь одно из тысяч и десятков тысяч веществ, попадающих на исследования по биологической активности, проходит весь путь от разработки до внедрения в клиническую практику. Уже давно установлено, что скрининг на целом организме является трудоемкой и весьма дорогостоящей процедурой. Поэтому оптимальным является рациональный подход.

На сегодняшний день уже сложились основные требования к рациональному дизайну лекарственных веществ. Он включает в себя следующие стадии: выбор биологической мишенианализ ее трехмерной структуры, подбор in silico комплементарных этой мишени лигандов (докинг) с последующим их синтезом и анализом фармакологической активности в опытах in vitro и in vivo.

Результатом этих исследований является создание соединения-прототипа (lead compound), обладающего выраженной специфичностью действия. Дальнейшая оптимизация структуры этого соединения-прототипа сводится к улучшению его токсикологических, фармакокинетических и других характеристик, что и позволяет подойти в конце пути к лекарственному препарату.

В данной работе в качестве мишени были выбраны протон-чувствительные ионные каналы. Установленное ранее участие ASICs в ноцицепции позволяет рассматривать эти каналы как одну из возможных мишеней для создания новой группы анальгетических препаратов.

Проблема, возникающая при подборе соединений, взаимодействующих с этой мишенью, заключается в том, что до сих пор не известна трехмерная структура этих каналов, что делает невозможным процедуру докинга. Поэтому в работе был использован химико-фармакологический подход, заключающийся в моделировании узнающего (связывающего) сайта по комплементарным к нему лигандам.

Протон-чувствительные ионные каналы принципиально отличаются от других каналов тем, что они открываются не под! действием каких-либо лигандов, а лишь при изменении рН среды. Однако функционирование этих каналов можно регулировать через модуляторный сайт связывания пептидов типа ГМЯРа. Лиганд-модулятор связывается с узнающим сайтом канала в закрытом состоянии, а затем при открытии канала при закислении среды изменяет свойства канала: как по амплитуде возникающего тока, так и характеристики его десенситизации. Поэтому именно этот модуляторный сайт и был выбран в качестве основной мишени (см. схему).

Схема дизайна соединений обладающих фармакологической активностью. В данном случае в качестве мишени выбраны протон-чувствительные ионные каналы для получения соединений обладающих анальгетической активностью.

Проведенный компьютерный конформационный анализ известных пептидных лигандов этих каналов позволил определить структуру фармакофора модуляторного сайта протон-чувствительных ионных каналов и построить трехмерную модель лигандов. На основании построенной модели синтезированы два ряда соединений. Проведенные первичные фармакологические тесты in vitro и in vivo показали правильность выбранного подхода. Синтезированные соединения, содержащие гуанидиновую группировку, оказывают модулирующее действие на функционирование протон-чувствительных ионных каналов. Лиганды-модуляторы протон-чувствительных ионных каналов проявляют анальгетическую активность в экспериментах in vivo. Анализ структурных требований к подобным пептидам и рациональный подход к дизайну новых соединений позволил получить ряд соединений-прототипов непептидной природы, проявляющих выраженное анальгетическое действие. Соединения обоих рядов проявляют анальгетическую активность, причем величины ЕД50 некоторых соединений из обоих рядов ниже ЕД50 таких известных и широко распространенных анальгетиков как анальгин и ацетоаминофен.

120 100.

JP 40 о ш.

1 Ф iO о о о о см см см ем см <м см.

Рис. 27. Диаграмма анальгетического действия (ЕД5″) некоторых из синтезированных нами соединений и стандартных анальгетиков.

Таким образом, на основе лигандов-модуляторов протон-чувствительных ионных каналов показана возможность создания новой группы ненаркотических анальгетиков. Более детальное изучение полученных соединений и дальнейшая оптимизация их структур позволит создать новые анальгетические препараты, механизм действия которых будет связан с регуляцией ASICs.