Что означает слово ингибитор в медицине
Ингибиторы АПФ – препараты, понижающие артериальное давление
Группа ингибиторов АПФ представлена огромным разнообразием лекарственных средств, в составе которых содержатся разные активные вещества. Сегодня в аптеках можно купить лекарства разных поколений.
Особенности воздействия средств
Действие препаратов, которые относятся к группе ингибиторов АПФ основано на том, что замедляют выработку организмом ангиотензина II. Этот гормон вызывает сужение кровеносных сосудов, что приводит к повышению артериального давления. Под воздействием активных веществ в составе препаратов сосуды остаются расширенными, что позволяет снизить нагрузку на сердечную мышцу и понизить артериальное давление.
Большинство препаратов ингибиторов АПФ, предназначено для перорального использования. Но при необходимости проведения интенсивной терапии в тяжелых случаях, средства данной группы могут вводиться внутривенно.
Показания для назначения ингибиторов АПФ разнообразны. Помимо лечения артериальной гипертензии любого происхождения, препараты назначают при следующих патологиях:
Инфаркте миокарда в острой фазе. При их использовании удается снизить скорость разрушения тканей.
Коронарной недостаточности. С помощью средств удается уменьшить риски развития рецидива.
Ишемическом инсульте. На фоне неотложного состояния всегда повышается артериальное давление, которое требуется нормализовать.
Ингибиторы АТФ назначают при проблемах с почками, а также для уменьшения определенных симптомов сахарного диабета и мигрени. При лечении артериальной гипертензии доктор может назначить ингибитор АПФ в сочетании с другими препаратами, снижающими давление, с целью получения быстрого результата.
Для использования лекарственных средств, основным назначением которых является снижение артериального давления, существует много противопоказаний. Поэтому они должны назначаться доктором с учетом состояния пациента. Не рекомендуется использовать ингибиторы АТФ в период беременности и лактации.
Препараты 1 поколения
Ингибиторы АПФ первого поколения были разработаны в середине 70-х годов прошлого столетия. На фоне высокой эффективности, они отличаются большим количеством побочных эффектов. Поэтому очень важно не допускать отклонений от рекомендуемой доктором дозировки. Самостоятельно использовать ингибиторы АПФ, список препаратов которых не очень большой, категорически запрещено.
Представителями первой группы являются следующие препараты:
Каптоприл. Средство гарантирует быстрое снижение артериального давления и подходит для использования в экстренных ситуациях. Для исключения серьезных побочных эффектов может использоваться только в малых дозах. Это единственный препарат, который используется для купирования гипертонического криза.
Беназеприл. Лекарство отличается более мягким воздействием и может быть использовано для коррекции артериального давления при гипертензии в умеренной стадии, а также при застойной сердечной недостаточности.
Зофеноприл. Самый щадящий препарат с минимальными побочными эффектами и антиоксидантным эффектом. Но при этом он показан для применения только на начальных стадиях артериальной гипертензии.
Препараты 2 поколения
Ингибиторы АПФ второго поколения сегодня применяются при лечении артериальной гипертензии очень часто. Это объясняется сочетанием высокой эффективности и безопасности медикаментозных средств. Главное отличие от препаратов первого поколения заключается в том, что эффект после приема наступает не ранее, чем через 20 минут. Но при этом он сохраняется на более длительное время – до 5-8 часов.
Для лечения пациентов пожилого возраста часто назначают эналаприл. Лекарственный препарат отличается дополнительной способностью предотвращать образование тромбов и выводить холестерин. Другие представители группы ингибиторов АПФ второго поколения:
Периндоприл. Эффективный и безопасный препарат для использования в комплексном лечении гипертонической болезни, а также профилактики инфаркта и инсульта.
Лизиноприл. Средство назначают пациентам без патологий почек, поскольку полностью выводится с мочой. Активное вещество не накапливается в жировой ткани, поэтому лекарство назначают, когда повышенное давление возникает на фоне избыточного веса.
Рамиприл. Лекарство считается эффективным только при лечении артериальной гипертензии на начальной стадии развития. Его часто назначают для длительного использования.
Препараты 3 поколения
Ингибиторы АПФ последнего поколения отличаются мягким воздействием и минимальным количеством побочных эффектов. Но при этом результат после приема наступает не ранее, чем через 30-60 минут, что не всегда приемлемо.
К препаратам 3 поколения относится фозиноприл и церонаприл. Это средства равноценные по своему воздействию и их часто назначают для длительного использования. При этом эффект после приема сохраняется на длительное время. Для экстренных ситуаций лекарства не подходят.
Побочные эффекты
Серьезные побочные эффекты на фоне приема ингибиторов АТФ возникают, чаще всего, при лечении препаратами первого поколения. В большинстве случаев наблюдается головокружение, которое может спровоцировать обморок. Иногда возникает тошнота, рвота, расстройство стула и различные другие диспепсические явления.
При превышении назначенной дозировки отмечается резкое снижение артериального давления ниже нормы, проблемы функционированием почек или гиперкалиемия. На фоне приема ингибиторов АПФ, относящихся к любому поколению, может возникать сухой кашель или аллергические реакции. Очень редко при монотерапии отмечались случаи развития отека Квинке. При появлении таких симптомов незамедлительно необходимо проконсультироваться с доктором.
Все представленные на сайте материалы предназначены исключительно для образовательных целей и не предназначены для медицинских консультаций, диагностики или лечения. Администрация сайта, редакторы и авторы статей не несут ответственности за любые последствия и убытки, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.
Что такое ингибиторы
К группе ингибиторов относятся вещества, которые замедляют или полностью блокируют химические (в особенности, ферментативные) и физиологические процессы. Название происходит от латинского слова inhibere, что в переводе означает “захватывать”. Одна из групп – ингибиторы АПФ – используются для лечения патологий сердечно-сосудистой системы.
В числе известных АПФ ингибиторов можно выделить препарат Эналаприл, применяемый при сердечной недостаточности, эссенциальной и реноваскулярной гипертензии, а также для профилактики развития патологий.
Принцип действия
Ингибиторы действуют в цепных и каталитических реакциях с участием активных частиц. Вещества вступают в реакцию с частицами, затормаживая или предотвращая их реакцию, в результате чего образуются малоактивные радикалы. Для достижения эффекта ингибиторов требуется значительно меньше, чем реагентов.
Ингибиторы АПФ
Ангиотензинпревращающий фермент является одним из ключевых элементов системы регуляции давления. Под их воздействием неактивный гормон ангиотензин I превращается в ангиотензин II, который обладает сосудосуживающим эффектом. При использовании ингибиторов АПФ его действие подавляется, благодаря чему препараты группы способны понижать давление и эффективны в лечении гипертензии.
Кроме того, за счет выброса окиси азота и простагландина I2 препараты данной группы тормозят распад вазодилататора (вещества, сильно расширяющего сосуды) брадикинина.
Для лечения сердечной недостаточности ингибиторы обычно назначаются в дозах, не снижающих АД.
Препараты также назначают для лечения почечной недостаточности.
Польза препаратов ингибиторов
Классификация и формы
Ингибиторы АПФ выпускаются в двух видах:
Наиболее безопасными для длительного применения считаются ингибиторы АПФ, которые выводятся из организма через печень. Препараты гидрофильной группы не метаболизируются в организме и выводятся в первоначальном виде, липофильные ингибиторы подвергаются частичной метаболизации, образуют органические вещества, часть из которых биологически активна.
По продолжительности действия ингибиторы бывают:
Применение
Широкое распространение ингибиторы АПФ получили в кардиологии. Препараты группы применяются для лечения:
В профилактических целях ингибиторы назначаются пациентам, перенесшим инфаркт миокарда.
Ингибиторы АПФ назначаются всем пациентам с хронической сердечной недостаточностью, независимо от стадии и этиологии заболевания. Первоначально врачи прописывают минимальные дозы препаратов, постепенно увеличивая их до целевых.
При гипертонии (артериальной гипертензии) ингибиторы используются в качестве самостоятельного терапевтического средства и в сочетании с другими препаратами.
По статистике, при лечении ингибиторами АПФ сахарный диабет развивается реже, чем при терапии диуретическими препаратами и β-блокаторами.
В неврологии препараты группы используются для первичной и вторичной профилактики инсульта головного мозга. Показанием для назначения ингибиторов также является транзиторная ишемическая атака и перенесенный инсульт. При этом пол, возраст пациента и исходные показатели артериального давления значения не имеют. Лечение ингибиторами АПФ приводит к снижению риска повторного приступа, общего риска осложнений на сердечно-сосудистую систему.
Препараты группы эффективны для лечения эндокринологических заболеваний: диабетической нефропатии, сахарного диабета. Ингибиторы показаны пациентам с ожирением и резистентностью к инсулину, поскольку они повышают чувствительность к данному гормону. Кроме того, препараты замедляют развитие почечной недостаточности на фоне диабета I и II типа, снижают частоту осложнений на сердечно-сосудистую систему.
Противопоказания для лечения ингибиторами
Несмотря на общее положительное действие на организм, у ингибиторов есть ряд противопоказаний, при которых лечение этой группой препаратов недопустимо. Это:
Также препараты не подходят для беременных и кормящих женщин.
Прием ингибиторов должен осуществляться строго по назначению лечащего специалиста. Бесконтрольное применение препаратов и самолечение приводят к осложнениям и развитию опасных для жизни патологий.
Ингибиторы АПФ. Как работают, эффективность, побочные эффекты
Артериальная гипертензия. Просто о сложном.
В этой статье описаны различные ингибиторы АПФ. Мы также обсудим эффективность ИАПФ, их потенциальные побочные эффекты и риски, связанные с их приемом.
Как работают ингибиторы АПФ?
Чаще всего, ингибиторы АПФ используются для лечения повышенного артериального давления, т.е. артериальной гипертензии.
Ингибиторы АПФ препятствуют выработке в организме гормона ангиотензина II. Обычно этот гормон сужает кровеносные сосуды, и заставляет сердце выполнять больший объем работы, что вызывает повышение артериального давления.
Ингиби́тор (лат. inhibere «задерживать») — общее название веществ, подавляющих или задерживающих течение физиологических и физико-химических (главным образом ферментативных) процессов.
Подавляя выработку ангиотензина II, ингибиторы АПФ сохраняют кровеносные сосуды расширенными. Это снижает артериальное давление, нагрузку на сердце и уменьшает риск осложнений, связанных с артериальной гипертензией.
К СВЕДЕНИЮ: Нестероидные противовоспалительные препараты (НПВС), используемые в лечении боли и воспалительных заболеваний, способны снижать эффективность большинства лекарственных средств используемых в лечении повышенного артериального давления, включая и ингибиторы АПФ. Подробнее: НПВС И ПАРАЦЕТАМОЛ. ВЛИЯНИЕ НА АРТЕРИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Ингибиторов АПФ. Список препаратов
В перечне Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (Food and Drug Administration, FDA) перечислены следующие типы ингибиторов АПФ:
Список ингибиторов АПФ одобренных FDA
Список других ингибиторов АПФ
Применение ингибиторов АПФ
Измерение артериального давления. Правила и ошибки.
Как самостоятельно контролировать артериальное давление и из.
В основном врачи назначают ингибиторы АПФ для лечения следующих заболеваний:
Побочные эффекты ингибиторов АПФ
У большинства людей, которые принимают ингибиторы АПФ, нет никаких побочных эффектов. Когда же побочные эффекты развиваются, они обычно незначительны.
В обзоре ингибиторов АПФ в 2019 г. описаны некоторые наиболее распространенные побочные эффекты ингибиторов АПФ. В таблице ниже представлены эти побочные эффекты, а также количество людей, у которых они были зарегистрированы.
Побочный эффект ИАПФ
Процент людей с этим побочным эффектом
Низкое артериальное давление или «артериальная гипотензия»
Повышение уровня мочевины, азота и креатинина в крови (возможный признак проблем с почками)
Повышение уровня калия, или «гиперкалиемия»
В отдельном обзоре 2019 г. отмечается, что у 1–10% людей, принимающих ингибиторы АПФ, может появиться сухой кашель. Если этот кашель непереносим, пациенту следует обратиться к врачу с вопросом о том, следует ли прекратить прием лекарства.
Люди, которые принимают ингибиторы АПФ, должны обратиться к своему врачу, если у них появляются какие-либо побочные эффекты во время приема лекарства.
При развитии отека языка или горла (признаки анафилаксии или анафилактического шока) необходимо вызвать скорую помощь.
ЭТО ИНТЕРЕСНО: Связь повышенного артериального давления и головной боли в массах так сильна, что даже молодые люди, у которых заболела голова, хватаются за тонометр, а люди старше 40 лет измеряют давление при возникновении головной боли практически со 100% вероятностью. Связана ли головная боль с артериальным давлением? Нужно ли снижать давление при головной боли? Подробнее: ГОЛОВНАЯ БОЛЬ И АРТЕРИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Эффективность ИАПФ
Хроническая сердечная недостаточность (ХСН). Симптомы, лечение, профилактика.
Симптомы ХСН. Заболевания, приводящие к развитию хроническ.
Эти препараты также могут помочь людям, у которых повышено артериальное давление из-за болезни почек.
При лечении повышенного артериального давления врач часто комбинирует ингибитор АПФ с другим антигипертензивным препаратом, чтобы усилить их действие.
Врачи обнаружили, что блокаторы кальциевых каналов (БКК) и тиазидные диуретики могут хорошо сочетаться с ингибиторами АПФ для снижения артериального давления.
Риски приема ингибиторов АПФ
Ингибиторы АПФ обычно не вызывают проблем, когда человек принимает их в соответствии с назначениями врача.
Однако беременные не должны принимать ингибиторы АПФ из-за риска причинить вред плоду. Эти риски включают следующее:
При беспокойстве о потенциальных рисках ингибиторов АПФ следует обсудить применение этой группы препаратов со своим врачом.
ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ: Большинство нормативных данных основано на аускультативных измерениях артериального давления, но и осциллометрический метод, используемый в автоматических и полуавтоматических тонометрах, приемлем как для скрининга, так и для диагностики и контроля лечения артериальной гипертензии. Рекомендуем прочитать: КАК ВЫБРАТЬ ТОНОМЕТР
Ингибиторы АПФ в сравнении с бета-блокаторами и блокаторами кальциевых каналов
Бета-блокаторы и блокаторы кальциевых каналов – еще два класса препаратов, которые врачи обычно назначают для лечения проблем с сердцем и повышенного артериального давления. Оба препарата работают иначе, чем ингибиторы АПФ.
Бета-блокаторы предотвращают выброс гормонов стресса. Это замедляет сердцебиение, что в свою очередь, снижает интенсивность кровотока во всем организме.
Блокаторы кальциевых каналов препятствуют взаимодействию кальция с кальциевыми рецепторами в организме.
Обычно кальций играет важную роль в сокращении мышц в сердце и стенках кровеносных сосудов. БКК блокируют перемещение кальция в стенки кровеносных сосудов, заставляя эти стенки расслабляться. Это снижает артериальное давление и позволяет сердцу получать больше насыщенной кислородом крови. За счет блокирования перемещения кальция в сердечную мышцу, сердце сокращается медленнее. Это уменьшает нагрузку на сердце.
Назначение лекарственных препаратов может зависеть от возраста человека, общего состояния здоровья и истории болезни.
Тип лекарств, которые получает человек зависит от нескольких факторов, включая:
Резюме
Острый коронарный синдром. Информация для пациентов
Что такое острый коронарный синдром (ОКС)? Острый коро.
У большинства людей, которые принимают ингибиторы АПФ, нет никаких побочных эффектов. Если побочные эффекты все же развиваются, они обычно незначительны.
Однако ингибиторы АПФ подходят не всем. В частности, беременные не должны принимать эти лекарства.
Врачи часто назначают ингибиторы АПФ вместе с другими антигипертензивными препаратами (т.е. препаратами, снижающими артериальное давление). Комбинация лекарственных препаратов может быть особенно полезна для контроля высокого артериального давления.
Отряд самоубийц в медицине
Отряд самоубийц в медицине
Необратимый ингибитор (оранжевый), подобно диверсанту, подрывает работу фермента (синий). Это потенциальное лекарство против трипаносомы крузи — главной причины болезни сердца в Латинской Америке.
Авторы
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Многие лекарства конкурируют с природными молекулами за связывание со своей мишенью. Большинство таких препаратов связывается с белками за счет слабых взаимодействий, но некоторые способны образовывать прочные связи, «выключая» свою мишень до конца ее «жизни», пусть и ценой собственной. Такие лекарства относятся к классу необратимых ковалентных ингибиторов, получивших образное название суицидных ингибиторов (англ. suicide inhibitors). О них и пойдет речь в нашей статье. Как работают и насколько опасны одни из самых эффективных лекарств? Чья болезнь помогла открыть аспирин? Что общего между никотином и грейпфрутовым соком? Ответы на эти и многие другие вопросы вы найдете далее.
Конкурс «био/мол/текст»-2017
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.
Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».
Из чего же, из чего же сделаны эти лекарства?
Сегодня сложно представить себе человека, который ни разу в жизни не принял ни одной таблетки. Каждый год прилавки аптек пополняются все новыми и новыми лекарствами. Независимо от цвета упаковки препарата и его лекарственной формы (будь то таблетка, мазь, капсула, раствор для инъекций и т.д.) внутри всегда содержится главный компонент лекарства — действующее вещество. Именно оно и обеспечивает терапевтический эффект.
Большинство действующих веществ является ингибиторами, то есть они блокируют функцию того или иного белка (чаще фермента, но иногда и рецептора) в нашем или чужеродном организме. Многие из них связываются со своей мишенью обратимо, то есть после встраивания в мишень молекула может выйти обратно, так что их возможности сильно ограничены. Но необратимые ковалентные ингибиторы «намертво» связываются со своей мишенью. В результате фермент больше не способен функционировать до тех пор, пока клетка не синтезирует его новые копии.
Низкомолекулярные «взломщики»
«В чем же секрет столь сильного связывания этих ваших необратимых ингибиторов?» — спросите вы. В ковалентной связи. Существует несколько механизмов связывания лекарств с их молекулярными мишенями. Обычно связывание происходит при помощи слабых взаимодействий [4]. Ковалентная же связь является сильнейшим из возможных взаимодействий и превосходит любые другие в десятки, а то и сотни раз (табл.1) [5]!
| Тип связи | Энергия, ккал/моль |
|---|---|
| Ковалентная | 50–150 |
| Электростатическая | 5–10 |
| Водородная | 2–5 |
| Гидрофобная | 0,5–1 |
Механизм образования ковалентной связи строится на том, что пара электронов одного из атомов молекулярной мишени (нуклеофила) распределяется между ним и одним из атомов ингибитора (электрофилом) (рис. 1). Из-за высокой прочности связи ингибитор оказывается необратимо присоединен к ферменту и приводит к разрушению последнего. Восстановление функции фермента наступает только после синтеза его новых копий [5].
Рисунок 1. Общий механизм действия необратимых ингибиторов.
Как же выглядят эти электрофильные группы, которые используются для создания ковалентных необратимых ингибиторов? Найти ответ вы сможете, посмотрев на рисунок 2. Наличие одного из этих фрагментов в структуре лекарства может говорить о том, что оно действует по уже известному вам механизму [6].
Рисунок 2. Примеры электрофильных групп, встречающихся в необратимых ингибиторах.
Несмотря на то, что связывание необратимых ингибиторов приводит к гибели фермента, не следует думать, что одна доза такого лекарства может полностью уничтожить фермент в организме. Наличие и работа генов позволит создать его новые копии, пусть на это и понадобится от нескольких часов до пары дней [2].
Как и все в мире, ковалентные необратимые ингибиторы имеют свои преимущества и недостатки, которые мы представили в формате таблицы 2 [6].
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Высокие эффективность и избирательность позволяют использовать меньшие дозы и уменьшить риск побочных эффектов | Высокая активность некоторых представителей может приводить к некрозу печени, мутациям и даже раку! |
| Связывание с важными остатками фермента предотвращает развитие устойчивости микробов, что важно при лечении инфекций | Потенциальная иммуногенность, так как полученный продукт реакции может вызывать аллергический ответ |
| Длительное действие, так как активность фермента вновь появляется только при синтезе его новых копий |
Тернистые пути разработки эффективных лекарств
Если вы думаете, что разработка необратимых ковалентных ингибиторов — легкое дело, то вы глубоко заблуждаетесь. Даже если закрыть глаза на то, что разработка любого лекарства является крайне трудоемким и времязатратным процессом [7], задача не сильно упростится — ведь необратимые ингибиторы требуют особого подхода к своей персоне. Сегодня не так много одобренных препаратов действуют именно таким образом. А механизм действия многих из них открыли только спустя годы после разработки! Ученые на этом пути сталкиваются с большим количеством порой неразрешимых проблем.
Одна из них — участие одного фермента сразу в нескольких метаболических каскадах. Обсуждаемые лекарства необратимо связываются с ферментом-мишенью, уничтожая его на то время, которое требуется на синтез новых копий фермента. Этот процесс может занимать до нескольких суток! В том случае, если фермент-мишень выполнял несколько функций, это чревато серьезными побочными эффектами. Чтобы обойти проблему, необратимо связывающиеся ингибиторы чаще всего применяют для блокирования одного из ферментов потенциально опасных для человека вирусов, бактерий и т. д. [3].
Вторая проблема заключается в том, что при низкой избирательности необратимые ингибиторы могут связываться с нежелательными мишенями, похожими на выбранную нами для ингибирования. Это тоже может приводить к серьезным побочным эффектам. Поэтому важная задача при оптимизации структуры ингибиторов — повышение избирательности к своей мишени [3].
Опасения в отношении побочных эффектов необратимых ингибиторов не лишены оснований. Бум гонений на эту группу препаратов вызвали исследования 1970-х годов. Тогда выяснили, что два из наиболее широко известных представителей этой группы — парацетамол и фуросемид — обладают высокой токсичностью в связи с тем, что, метаболизируясь в печени, они образовывают активные производные, формирующие ковалентные связи с ее белками [2], [8]. Как выяснилось позже, эти единичные случаи не имеют отношения ко многим препаратам из группы необратимых ингибиторов, а парацетамол и фуросемид до сих пор активно используются в клинической практике.
Другим распространенным примером нежелательного необратимого ингибирования является цитохром P450. Цитохромы — группа ферментов в нашем организме, главной задачей которых является обезвреживание потенциально опасных веществ. Первыми необратимыми ингибиторами цитохрома стали алкены и алкины. В результате ингибирования этого фермента процессы детоксикации становятся невозможными. Неполный список препаратов, способных вступать в подобную реакцию, включает 17α-алкенил-стероиды, левомицетин, циклофосфамид, спиронолактон, фурокумарины, никотин, изониазид и барбитураты. Звучит опасно, не правда ли? Не многим опаснее, чем пить грейпфрутовый сок! Его компоненты способны необратимо связываться с цитохромом кишечника и лишать этот фермент активности на 24 часа! К чему это может привести? К тому, что принимаемые в это время лекарства будут более эффективно поступать в наш организм, а рост их концентрации повышает риск развития нежелательных эффектов [5]. Именно поэтому врачи рекомендуют запивать таблетки только водой.
Но всегда ли можно считать необратимые ингибиторы безопасными лекарствами? Конечно же, нет. Поиск необратимых ингибиторов, и правда, не всегда оборачивается успехом для исследователей. В частности, полным провалом завершились исследования мышьяк-содержащих органических соединений для лечения трипаносомоза [9]. Эти соединения необратимо ингибировали жизненно необходимые ферменты трипаносомы за счет образования связей между атомом мышьяка в составе исследуемых веществ и серосодержащими остатками фермента. Но они оказались токсичными не только для трипаносомы, но и для организма человека [5].
К счастью, несмотря на все перипетии судьбы, ученые вновь сфокусировали свои пристальные взгляды на необратимых ковалентных ингибиторах. Лучшее понимание реально существующих рисков и знание механизма химических преобразований открыли множество возможностей для разработки более эффективных лекарств и привели к резкому росту встречаемости необратимых ингибиторов в различных исследованиях [10].
«Ветераны» борьбы за здоровье человечества
Многие из широко применяемых успешных препаратов — необратимые ковалентные ингибиторы [6]. Например, в 2009 году три необратимо связывающихся ингибитора попали в топ-10 наиболее продаваемых лекарств [2]. В 2011 году из 39 ковалентных лекарств, одобренных в США, 33% являлись противоинфекционными, 20% нашли применение в лечении рака, 15% применялись при болезнях пищеварительного тракта, 10% — при нарушении работы центральной нервной системы, 5% использовались при лечении сердечно-сосудистых заболеваний и один препарат обладал противовоспалительными свойствами (рис. 3) [6], [11].
Рисунок 3. Области применения одобренных в США необратимо связывающихся ингибиторов (данные за 2011 год).
Рисунок 4. Структура салицилата натрия (а) и аспирина (б).
Давайте же поговорим о нескольких наиболее успешных примерах необратимых ковалентных ингибиторов.
Натрия салицилат впервые применили в качестве противовоспалительного лекарства в 1875 году (рис. 4а). Препарат обладал ужасным вкусом и вызывал язвы ротовой полости и желудка. В конце XIX века отец одного из химиков компании Bayer Company, страдающий от тяжелого ревматоидного артрита, упросил своего сына, Феликса Хоффмана, заняться поиском менее опасного аналога салицилата натрия. Феликс синтезировал различные производные и обнаружил, что ацетилсалициловая кислота обладает лучшими свойствами. Так был обнаружен аспирин (рис. 4б). В 1899 году Bayer выпустила аспирин как противовоспалительное, обезболивающее и жаропонижающее средство [2]. Как и в случае многих других препаратов, механизм его действия открыли только спустя 70 лет после коммерциализации препарата [6], за что в 1982 году была вручена Нобелевская премия [2], [12]. Аспирин оказался необратимым ингибитором ферментов, участвующих в реакции воспаления — циклооксигеназ [6].
Рисунок 5. Структура пенициллина.
Другие примеры необратимых ковалентных ингибиторов — пенициллины [6]. Их родоначальника, пенициллин (рис. 5), открыл в 1928 году Александр Флеминг [13]. Ученым понадобилось еще 15 лет, чтобы достаточно изучить и начать использовать этот препарат в качестве антибактериального лекарственного средства, что спасло миллионы жизней во время Второй мировой войны [12]. Пенициллин нарушает синтез клеточной стенки бактерий. Он связывается с транспептидазой — ферментом, обеспечивающим первый этап сшивки пептидогликана, который является основным компонентом бактериальной клеточной стенки. Когда пенициллин связывается с транспептидазой, синтез бактериальной клеточной стенки блокируется, и многие бактерии погибают от разрыва клеточной мембраны под воздействием осмотического давления [1].
Однако все оказалось не так радужно — у бактерий обнаружились механизмы устойчивости [14]. В частности, резистентность к пенициллинам обеспечивается за счет наличия β-лактамаз — ферментов, расщепляющих пенициллины. Ученые не остановились на достигнутом и разработали ингибиторы этого фермента — сульбактам, тазобактам и клавулановую кислоту. Подобно пенициллинам, в результате нуклеофильной атаки эти соединения претерпевают открытие β-лактамного кольца. Отличие в том, что ингибиторы β-лактамаз подвергаются раскрытию и второго цикла, содержащегося в их структуре. При этом появляется возможность образования дополнительных связей, в том числе и ковалентных (рис. 6) [6], [15].
Рисунок 6. Механизм действия ингибиторов β-лактамаз
Рисунок 7. Структура ацикловира.
Ацикловир — один из самых эффективных препаратов с противовирусной активностью (рис. 7). Он был открыт в 1974 году крупной ныне фармацевтической компанией — GlaxoSmithKline (тогда она называлась Burroughs Wellcome) — в ходе широкомасштабного поиска противовирусного средства, начавшегося еще в 1960-е годы. А в 1988 году за изучение механизмов действия ацикловира и других препаратов вручили Нобелевскую премию [16].
В клинической практике ацикловир применяют для лечения вируса герпеса. Важно, что здоровые клетки человека не подвергаются действию препарата. Ведь ацикловир попадает в клетку благодаря одному из ферментов вируса — тимидинкиназе! Способность ацикловира связываться с этим ферментом в 200 раз выше, чем с любым ферментом нашего организма. Оказавшись в зараженных клетках, ацикловир преобразуется в ацикловир трифосфат, который связывается с вирусной ДНК и в таком виде необратимо ингибирует вирусные ДНК-полимеразы, необходимые для размножения вируса [17].
Другим широко известным примером необратимых ингибиторов является омепразол, одобренный к применению в 1980-х. Его применяют при заболеваниях пищеварительной системы, сопровождающихся усиленным выделением желудочной кислоты, таких как изжога или язва желудка. В нейтральной среде омепразол не оказывает действия на наш организм, но при ее закислении желудочным соком необратимо связывается с протонной помпой, ответственной за образование кислоты в желудке. Это происходит потому, что благодаря кислой среде омепразол претерпевает ряд внутримолекулярных перестроек и становится способным принять на себя нуклеофильную атаку каталитического цистеина протонной помпы, тем самым образуя прочную ковалентную связь и выключая этот белок (рис. 8) [6], [18], [19].
Рисунок 8. Механизм действия омепразола.
Африканская сонная болезнь, или африканский трипаносомоз, вызывается простейшими рода трипаносома. До конца XX века эта болезнь была практически неизлечима. Вакцины оказались неэффективны против трипаносом из-за того, что последние имеют механизмы обхода иммунной системы человека. Поэтому, основываясь на знаниях о жизненно необходимых ферментах этих простейших, ученые прибегли к разработке механизм-опосредованно связывающихся ингибиторов. Ахиллесовой пятой в метаболизме трипаносом оказался путь биосинтеза полиаминов, вовлеченных в процессы упаковки ДНК и в больших количествах необходимых при делении клеток. Первый этап их синтеза обеспечивает фермент орнитиндекарбоксилаза при участии вспомогательной молекулы — витамина В6. В клетках млекопитающих фермент синтезируется быстро, а у трипаносом этот процесс занимает гораздо больше времени. Именно поэтому необратимые ингибиторы орнитиндекарбоксилазы мало влияют на человеческие клетки, но крайне губительно действуют на паразита [1]. На базе этого механизма был разработан дифторметилорнитин (ДФМО). ДФМО достаточно инертен в растворе, но в результате реакции с витамином В6 приобретает способность связываться с орнитиндекарбоксилазой, которая быстро инактивируется (рис. 9). Эта реакция необратима. Таким образом ДФМО использует собственные реакции фермента для его уничтожения. Препарат показал высокую эффективность против африканской сонной болезни в клинических исследованиях и используется в настоящее время для ее лечения [1].
Рисунок 9. Комплекс производного ДФМО (голубой) с витамином В6 (зеленый) и ферментом орнитиндекарбоксилазой (серый).
А недавно ученые обнаружили, что ДФМО также может использоваться в качестве препарата против рака! Механизм действия ДФМО по отношению к раковым клеткам хорошо изучен. Так же, как и в случае лечения трипаносомоза, этот агент ингибирует действие орнитиндекарбоксилазы. Ведь, что интересно, в опухолевых клетках количество этого белка значительно выше, так как они интенсивно делятся! При инактивации орнитиндекарбоксилазы в раковых клетках падает уровень полиаминов, что нарушает правильную упаковку ДНК, в результате чего клетки перестают делиться. Этот эффект препарата называется цитостатическим. Однако если препарат применять долго, то происходит не замедление деления, а гибель раковых клеток! ДФМО сам по себе не обеспечивает достаточный противораковый эффект, но в комбинации с другими химиотерапевтическими препаратами этот компонент показал увеличение выживаемости пациентов и ускорение темпов выздоровления. Поэтому ДФМО имеет потенциал применения в качестве лекарства, предотвращающего возникновение онкологии, либо снижающего вероятность рецидива рака после удаления опухолевых клеток [20].
Есть ли будущее у необратимых ковалентных ингибиторов?
Долгие годы необратимые ингибиторы были окружены аурой скептицизма, возникшей из-за токсичности некоторых представителей этой группы, обнаруженной в 1970-е годы. Но эффективность и избирательность многих препаратов этой серии доказали, что страхи в их отношении не были оправданными. Конечно, они обладают потенциальной опасностью из-за возможности неспецифических взаимодействий и аллергических реакций, но клиническая практика показывает их незаменимость в лечении целого ряда заболеваний. Сейчас число препаратов этой группы неуклонно растет [6].
Сложность в том, что исследователь должен преследовать сразу несколько целей: повысить избирательность лекарства к ферменту-мишени и тщательно продумать механизм его действия. Но такие свойства необратимых ковалентных ингибиторов, как высокие избирательность и эффективность, высокая продолжительность действия, сниженный риск развития устойчивости к препарату, делают эту группу лекарств незаменимым инструментом в арсенале врачей и разработчиков лекарств [6].