Медицина/6.Экспериментальная и клиническая фармакология

Студ. В.Ю. Деркач, к.т.н. В.О. Красінько

Національний університет харчових технологій, Україна

Перспективи використання дефензинів в медицині. Механізми протимікробної дії

Проблема розвитку антибіотикорезистентності у мікроорганізмів є дуже гострою. Різним мікроорганізмам властиві свої механізми розвитку резистентності, найбільш вивченими серед яких є: модифікація мішені дії антибіотика, інактивація самого антибіотика, зменшення проникності зовнішніх структур мікробних клітин, формування нових метаболічних шляхів і активне виведення антибіотика з мікробної клітини. Тому нині існує гостра необхідність пошуку альтернативних антибіотиків. Перспективним напрямком є дослідження ендогенних антимікробних пептидів (АМП), що синтезуються імунними клітинами людини.

У людини ідентифіковано три родини АМП – дефензини, кателіцидини, гістатини. Дефензини в свою чергу поділяються на три групи - α-дефензини (HNP1-4, HD5-6), β-дефензини (hBD) і тета-дефензини. У людини виявлено α- та β-дефензини, що різняться між собою місцем розташуванням дисульфідних зв’язків у молекулі та клітинами, що їх продукують.

Механізм дії АМП зумовлений утворенням пор і каналів у клітинній стінці та цитоплазматичній мембрані, порушенням функціонування ДНК та РНК. Взаємодія АМП з бактеріальною мембраною відбувається шляхом кумуляції молекул на зовнішній поверхні бактеріальної мембрани (за рахунок електростатичних взаємодій), проникнення в ліпідний бішар мембрани [1].

Дефензини людини представляють родину амфіфільних, катіонних, багатих цистеїновими залишками пептидів з молекулярною масою 3...4 кДа, молекула яких складається з 29...47 амінокислотних залишків. Молекули дефензинів відрізняються обов'язковою наявністю шести цистеїнових залишків, що утворюють три внутрішньомолекулярні дисульфідні містки, які функціонально стабілізують молекулу від деградації протеазами [1].

Дефензини проявляють виражену бактерицидну активність по відношенню до грамнегативних та грампозитивних бактерій. Бактерицидна дія дефензинів включає в себе безпосередню їхню взаємодію з інфекційним агентом, пороутворення в клітинній мембрані бактерій, інтерналізацію молекул дефензинів з наступним антиметаболічним ефектом. Бактерицидний ефект дефензинів залежить від концентрації NaCl. При концентрації NaCl вище 150 мкмоль/л відбувається стрімке зниження бактерицидної активності. Максимальний бактерицидний ефект у HNP відзначається при значеннях pH середовища від 7 до 8.  Ймовірно, що pH середовища впливає на взаємодію пептиду з клітиною-мішенню, змінюючи конформацію молекули пептиду або молекулярних структур поверхні клітинної стінки бактерії.

Дефензини проявлять виражену противірусну активність відносно ДНК- та РНК-вірусів. Пептиди в позаклітинному просторі можуть індукувати агрегацію вірусів, наприклад вірусу грипу, і збільшувати активність їх поглинання нейтрофілами. Дефензини нейтралізують вірусні агенти безпосередньо зв’язуючись із білками капсиду чи блокують проникнення вірусу до клітини (вірус СНІДу), взаємодіючи зі специфічними  рецепторами.

Виявлено, що пептиди HNP­1, HNP­2, HNP­3, амінокислотні послідовності яких відрізняються одна від одної лише одним амінокислотним залишком, суттєво відрізняються за рівнем противірусної активності по відношенню до вірусу грипу. Так, HNP­1, HNP­2 володіють більш вираженою противірусною дією на відміну від  HNP­3.

Мієлоїдні α-­дефензини та β-­дефензины HBD­2, HBD­3 володіють достатньо вираженою протигрибковою активністю. Виявлено, що рекомбінантний HBD­2 фактично в 10 разів має більшу фунгіцидність, ніж HBD­3 [1,6]. Механізм фунгіцидної активності зумовлений утворенням пор в мембрані.

Дефензини відіграють важливу роль у боротьбі з переродженими клітинами. Згідно проведених дослідженнь у 90 % зразків світлоклітинної карциноми нирок зменшена або повністю відсутня експресія гену DEFB1. Дослідження вірусу папіломи людини (ВПЛ), що викликає рак шийки матки, показали, що експресія іншого β-дефензину - HBD2 (кодується геном DEFB4) значно зменшується при злоякісному плоскоклітинному інтраепітеліальному ураженні і плоскоклітинному раку в порівнянні з незлоякісним плоскоклітинним інтраепітеліальним враженням і нормальним цервікальним епітелієм. Припускають, що відсутність або нестача дефензинів сприяє ухиленню ракових клітин шийки матки від імунного нагляду. Імовірно, цей ефект опосередковується зменшенням експресії DEFB4, і введення дефензинів може відновити нормальний протипухлинний імунітет. Крім цього, β-дефензини здатні взаємодіяти з неіммуногенним фрагментом антигену атипової клітини і перетворювати його в імуногенний [2,5,6].

Перспективи використання дефензинів в медицині

Незважаючи на те, що дефензинам характерна досить низька селективність, вони мають ряд переваг: здатність швидко і ефективно вбивати клітини патогенних мікроорганізмів, широкий спектр дії, активність по відношенню до штамів мікроорганізмів, резистентних до класичних антібіотиків, а також, що становить особливий інтерес, дефензини характеризуються повільним розвитком механізмів стійкості у мікроорганізмів. Отже, у зв'язку з підвищенням резистентності бактерій до існуючих антибіотиків доцільно створювати нові протимікробні препарати на основі дефензинів. Теоретично, вони володіють низькою імуногенністю, мають високу біодоступність і мінімальну токсичну дію навіть у високих концентраціях [6]. Лікарські засоби на основі дефензинів (виходячи з відомих на даний момент їх функцій) можуть використовуватися для лікування різних бактеріальних, грибкових і вірусних інфекцій. Є повідомлення про одержання синтетичних і рекомбінантних дефензинів. При розробці лікарських засобів на онові HBD можливе використання комбінацій різних представників цієї підродини.

Для лікування хронічних інфекцій та в терапії лікування злоякісних утвореннях розроблений препарат «Пропес», що містить біологічно активні α- та β-дефензини, отримані шляхом контрольованого протеолізу із ембріональної тканини тварин [6]. Клінічними дослідженнями було підтверджено стимулюючий вплив імунокоректорним препаратом «Лікопід» на синтез дефензинів у хворих на піодермію. У Німеччині розроблено пробіотичний препарат «Мутофлор», що сприяє синтезу власних дефензинів в кишечнику [3].

На фармацевтичному ринку кількість препаратів на основі дефензинів обмежена, а препаратів на основі синтетичних дефензинів взагалі немає. Цей напрямок досліджень є перспективнивним з огляду на цінні фармакологічні властивості дефензинів, які при отриманні біотехнологічним шляхом матимуть меншу собівартість та їх отримання не буде залежати від тваринної сировини.

Література:

1.                 Абатуров, А. Е. Катионные антимикробные пептиды системы неспецифической защиты респираторного тракта: дефензины и кателиидины / А. Е. Абатуров // Теоретична медицина. – 2011. – № 7. – С. 161–170.

2.                 Антимикробные пептиды – первая линия антиинфекционной защиты женских половых путей /  О. П. Лебедева, Н. A. Рудых, И. С. Полякова и др. // Научные ведомости БелГУ. Сер. Медицина. Фармация. – 2010. – № 22, вып. 12. – С. 25–30.

3.                 Влияние имунотропной терапии на уровень α-дефензинов у больных пиодермией / Е. А. Цывкина, Е. С. Феденко, А. С. Будихина, Б. В. Пинегин // Российский Аллергологический Журнал. – 2010. – №6. –С. 22–26.

4.                 Ильяшенко, М. Г. / Эндогенные антимикробные пептиды и их клинико-патогенетическая значимость при воспалительных заболеваниях кишечника / Ильяшенко М. Г., Тарасова Г. Н., Гусева А. И. // Медицинские науки. – 2012. – №2. – Режим доступа: http://www.science-education.ru/102-5922.

5.                 Лебедева,  О. П.  Врожденный  иммунитет  женских  половых  путей  и  его  гормональная регуляция / О. П. Лебедева, Н. A. Рудых // Научные Ведомости БелГУ. Медицина. Фармация. – 2009. – № 12 (67). – С. 25–30. 

6.                 Мамчур, В. И.  Дефензины – эндогенные пептиды с антиинфекционными и противоопухолевыми свойствами // В. И.   Мамчур, А. Э. Левых // Таврический медико-биологический вестник. – 2012. – Т. 15. – № 2. – С. 315–321.