: Ингибиторы человеческой хитиназы: «за» и «против»

Семейство хитиназ-18 (family 18 chitinase) играет важную роль в природе, начиная от бактерий и кончая человеком. Эти ферменты гидролизуют хитин и участвуют в жизненном цикле нескольких классов патогенов человека, таких как грибы, нематоды, паразитические простейшие, насекомые.

Хитин не является структурным компонентом тела человека, но в определенных ситуациях в его организме образуется одна из хитиназ, так называемая хитотриозидаза (Chit). Человеческая хитиназа также входит в семейство хитиназ-18. Chit-активность плазмы крови человека является биохимическим маркером активации макрофагов при ряде заболеваний. Хитотриозидаза в избытке образуется макрофагами жиросодержащих тканей. Повышенный уровень этого фермента обнаруживается в сыворотке крови пациентов, страдающих саркоидозом, талассемией, висцеральным лейшманиозом. Этот энзим обладает эндохитиназной активностью и способен разрушать клеточную стенку грибка молочницы (Candida albicans). Кроме того, 6% человеческой популяции гомозиготны по инактивированной форме гена, который связывают с повышенной чувствительностью к нематодным инвазиям. Поэтому был сделан вывод, что человеческая хитиназа играет роль в защите против хитинсодержащих патогенов.

До недавнего времени по отношению хитиназ существовал односторонний подход. Поскольку функцию хитиназ связывали только с жизненным циклом патогенных для человека организмов, то перед учеными и фармацевтами стояла задача найти ингибиторы этих ферментов. В связи с этим был идентифицирован ряд природных ингибиторов хитиназ, в частности аллосамидин, стилогуанидины, циклические пептиды, аргифин, аргадин. Аллосамидин – псевдотрисахарид, выделенный из культур стрептомицетов. Псевдотрисахарид аллосамидин – мощный ингибитор хитиназ с выявленной биологической активностью против насекомых, грибов, малярийного плазмодия.

Существует необходимость в создании специфических и мощных ингибиторах хитиназ различных организмов. Такие молекулы должны быть на переднем фронте разработки химиотерапевтических препаратов с фунгицидным, инсектицидным или противовоспалительным потенциалом.

Аллосамидин – ингибитор широкого спектра действия, ингибирующий все семейство хитиназ-18. При применении этого препарата и его производных против патогенов человека неизбежно встает вопрос о недавно обнаруженной хитиназе макрофагов человека. Это диктует необходимость поиска или создания производных аллосамидина, обладающих специфической (избирательной) активностью против хитиназ патогенных организмов, но неактивных (или слабо активных) по отношению к хитиназе человека.


Известно несколько производных аллосамидина. Francesco V. Rao и коллеги еще в 2003 году в статье «Crystal Structures of Allosamidin Derivatives in Complex with Human Macrophage Chitinase» (J. Biol. Chem., Vol. 278, Issue 22, 20110-20116, May 30, 2003) описали кристаллическую структуру комплексов человеческой хитиназы и аллосамидина (ALLO) и его трех производных – диметилаллосамидина (DEME), метилаллосамидина (METH), глюкоаллосамидина В (GLCB), что представлено на рисунке «Комплексы человеческой хитиназы с аллосамидином и его производными».

Статью (в т.ч. комментарии к рисунку) можно прочитать здесь.

Изучение структуры комплексов человеческой хитиназы с аллосамидином и его производными проливает свет на молекулярные механизмы и специфичность этих мощных ингибиторов хитиназ. Результаты исследования ингибирующей активности аллосамидина и его производных указывают на значительные различия в их ингибирующей активности относительно различных хитиназ. Так, например, DEME в 10-100 раз превышал активность аллосамидина по отношению к большинству хитиназ, в том числе и человеческой, что объясняется различиями в структуре молекул аллосамидина и DEME. В то же время метильные и С3-эпимерные производные характеризовались меньшим ингибирующим действием.
Аллосамидин служит своего рода матрицей, на основе которой и конструируются специфические ингибиторы против различных хитиназ. Это очень важно, поскольку некоторые из производных применяются в качестве антибиотиков против патогенов человека, они не должны ингибировать человеческую хитиназу – фактор естественного иммунитета человека против хитинсодержащих патогенных организмов.
В связи с проблемой специфических ингибиторов хитиназ патогенов человека встает вопрос о возможной хитотриозидазо-ингибирующей активности применяемых в клинической практике лекарственных препаратов. Скрининг коммерческих лекарственных препаратов позволил обнаружить, что такую активность проявляют производные метилксантина – теофиллин, каффеин, пентоксифиллин, которые используются как противовоспалительные терапевтические препараты с плейотропным механизмом действия. Было установлено также, что они являются конкурирующими ингибиторами хитиназ грибов. Кристаллографический анализ комплексов хитиназа-ингибитор обнаружил специфическое взаимодействие с активным участком, имитирующим реакцию промежуточного продукта – аналога аллосамида. Эти метилксантины обладают активностью против человеческой хитиназы.

Как видим, ответ на вопрос «Что и как лечить?» не может быть однозначным. И перед учеными и фармацевтами стоит непростая задача, решение которой потребует немало сил и средств.


Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/ по материалам журнала Chemistry and Biology