Агонисты рецепторов эритропоэтина не влияющие на эритропоэз

Пептиды в борьбе с сединой
03.10.2019
Гепон – иммуномодулятор и противовирусный препарат
27.10.2019

Cibinetide (ARA-290) и Epobis – пептидные агонисты рецепторов эритропоэтина не влияющие на эритропоэз

(депрессия, невропатия, рост нейритов, выживание нейронных культур, аксоногенез, кратковременная память, CNFD, функции сердца)

 

Эритропоэтин – это гликопротеиновый гормон почек, который синтезируется, главным образом, клетками в корковом веществе почки и, в небольшом количестве, в печени и мозге. В молекулу гормона входит 193 аминокислотных остатка с общей массой 21 кДа. Эритропоэтин оказывает широкое действие на организм, включая обусловленное сужением сосудов повышение артериального давления, стимулирование ангиогенеза (процесс образования кровеносных сосудов) и содействие выживанию клеток, что приводит к уменьшению гибели клеток в поврежденных ишемических тканях. Кроме того, некоторые исследования показали его нейропротекторное действие при диабетической невропатии и у пациентов с хронической почечной недостаточностью [1]. Эритропоэтин участвует во взаиморегулируемом  процессе созревания красных кровяных клеток (эритроцитов), такой процесс называется эритропоэзом [2]. Содержание в крови гемоглобина и эритроцитов поддерживается на нормальном стабильном уровне, оптимальном для полноценной доставки кислорода в ткани организма. Уровень эритропоэтина в крови составляет около 10 мЕд/мл, однако при гипоксическом стрессе его выработка может возрасти в 1000 раз.

Известно, что эритропоэтин оказывает свое влияние путем связывания с рецептором эритропоэтина (EPOR) [3]. Это активирует сигнальные каскады, приводящие к дифференцировке, выживанию и пролиферации клеток-предшественников эритроцитов [4]. Также экспрессируются отрицательные регуляторы сигнала цитокинов [5]. В медицине нашли применение различные агонисты эритропоэтина – стимуляторы эритропоэза, которые используются для лечения анемии, вызванной заболеваниями почек, химиотерапией, серьезным хирургическим вмешательством или при терапии ВИЧ/СПИД [6, 7]. Также известно и о его применении в видах спорта, требующих большой выносливости: бокс, гребля, бег и т.д. [8].

В свою очередь повышенное содержание эритроцитов вызывает увеличение вязкости крови, их слипание в кровяном русле и повышение АД, что может приводить к возникновению тромбозов, инфарктов и других опасных заболеваний. Существуют агонисты эритропоэтина с фармакологически ценными свойствами, не влияющие на эритропоэз. К ним относятся Cibinetide (ARA-290) и Epobis.

 

ARA290 (Cibinetide™, Araim Pharm  aceuticals, Inc) нейропротекторное синтетическое производное эритропоэтина состоящее из 11 аминокислотных остатков [9]:

pyr-Glu-Gln-Leu-Glu-Arg-Ala-Leu-Asn-Ser-Ser-OH(pyr – остаток пироглутаминовой кислоты)

ARA290 является неэритропоэтическим производным, благодаря чему не увеличивает риск сердечно-сосудистых осложнений, но потенциально обладает цитопротекторными способностями в профилактике почечной ишемии реперфузионного повреждения. В экспериментах на животной модели – самках голландских свиньей породы ландрас, подвергшихся односторонней почечной ишемии в течение 45 минут с одновременной канюляцией мочеточника ишемической почки вводили ARA290 внутривенной инъекцией через 0, 2, 4 и 6 часов после реперфузии (восстановление тока крови по венечным артериям после ишемии) [10]. В качестве препарата сравнения использовали физиологический раствор. ARA290 увеличивал скорость клубочковой фильтрации  в течение периода наблюдения в семь дней. Кроме того, ARA290 имел тенденцию снижать экспрессию MCP-1 и IL-6 через 15 минут после реперфузии. Через семь дней после реперфузии ARA290 уменьшил интерстициальный фиброз. Такое влияние на структурные повреждения говорит о том, что при трансплантации ARA290 может положительно влиять на выживаемость трансплантата.

В исследовании на модели почечного аллотрансплантата у крыс была установлена титановая перемычка с кольцевым штифтом. Через 24 часа после трансплантации почки были удалены, чтобы: изучить защитное действие ARA290 на морфологию и функцию почек; исследовать механизм аффинности связывания ядерного фактора-κB (NF-κB) с ДНК; пронаблюдать влияние ARA290 в концентрации 1 нмоль/мл на инфильтрацию макрофагов с помощью иммуногистохимии; и обнаружить экспрессию мессенджерной РНК (мРНК) медиаторов воспаления с помощью ПЦР с обратной транскриптазой. В группе, получавшей ARA290, почечная морфология была значительно улучшена, а также наблюдалось уменьшение инфильтрации макрофагов. Связывание NF-κB с ДНК в группе, получавшей ARA290,  была заметно ниже, чем в контрольных группах. Экспрессия мРНК эффекторов NF-κB (хемотаксического белка-1 моноцитов; выработка нормальных Т-клеткок и пр.) была значительно снижена [11].

В экспериментах на крысах, выживших через 2 или 20 недель после нанесения повреждений, провели оценку влияние ARA290 в дозе 10 и 30 мкг/кг на реакцию микроглии (iba-1-IR) и астроцитов (GFAP-IR) [12]. ARA290 дозозависимо снижал аллодинию (боль, вследствие воздействия раздражителей, обычно её не вызывающих, и появляющаяся как следствие повреждений) в сочетании с подавлением реакции спинальной микроглии, что позволяет делать выводы о связи между ARA290-индуцированным подавлением центрального воспаления и ослаблением симптомов невропатической боли.

Также известно, что ARA290 продлевает период здоровья и ослабляет возрастное ухудшение структуры и снижение функции сердца, что было показано на коричневых норвежских крысах [13]. Крысы получали инъекции ARA290 дважды в неделю. Регистрировали вес тела каждые 2 недели и эхокардиограммы до и во время двойной вегетативной блокады на 18, 22, 26, 30 и 33 месяце жизни и оценивали нарушения их здоровья, оценивая изменения сердечных маркеров с течением времени. На основании полученных данных предсказывали общий риск смерти. Было обнаружено, что воздействие ARA290 на процесс старения сердца может способствовать наблюдаемому улучшению показателей здоровья. [13].

В клинических испытаниях фазы I и II в 2014–2017 гг. на людях (36 здоровых добровольцев, доза 2 мг) оценивали влияние АRА290 на когнитивную и нейронную обработку эмоций через 7 дней после введения, а также перспективность препарата для лечения депрессии. Контрольная группа принимала плацебо.  Препарат показал хорошую переносимость. 14 человек принимали участие в многоразовом принятии лекарства, серьезных отрицательных явлений не наблюдалось, за исключением единственного случая потери сознание после введения 700 мкг ARA-290; испытуемый пришел в себя без медицинского вмешательства. Эмоциональное состояние при одноразовом принятии пептида сравнима с игрой в компьютерные игры (по результатам теста на эмоциональную обработку), также обнаружено небольшое улучшение настроения [14].

В 2014–2017 гг. проведено клиническое исследование фазы II действия ARA-290 на плотность нервных волокон роговицы и нейропатические симптомы у пациентов с саркоидозом. 64 пациента были разделены на 4 группы. Каждой группе вводилось по 1, 4, 8 мг ARA-290 или плацебо. Обследование проводили через 14±2 дня после начала лечения, через 28±2 дня в конце лечения и спустя 56 дней от начала исследования. Пациенты показали значительное увеличение CNFD по сравнению с отсутствием изменений в группе плацебо [15].

Также в 2013–2015 гг. изучали влияние ARA290 на уровень глюкозы в крови и секрецию инсулина у лиц с преддиабетом  или сахарным диабетом 2 типа. Испытания находились на фазе II, но данные о результатах исследования не были внесены в базу клинических исследований [16]. При этом в работе [17] описаны условия и результаты этого испытания. Пациенты (24 человека в возрасте 63.0±1.5 лет) вводили подкожно ARA290 по 4 мг ежедневно в течение 28 дней, затем в течение месяца добровольцы не принимали препарат. В результате, в течение 56 дней наблюдения пациенты показали улучшение профиля гемоглобина A1c (Hb A1c) и липидов. Нейропатические симптомы значительно улучшились в группе принимавшей ARA290. Средняя плотность нервных волокон роговицы была значительно снижена по сравнению с контролем. Эти наблюдения показывают, что ARA290 может способствовать как контролю метаболизма, так и лечению невропатии у пациентов с диабетом 2 типа. Переносимость препарата была хорошей.

В 2016 г. FDA присвоила пептиду ARA290, производства Araim Pharmaceuticals, Inc, статус орфанного препарата [18], т.е. фармацевтического средства, разработанного для лечения редких заболеваний. Данный факт говорит о значимости данного пептида.

 

Epobis впервые синтезирован в 2012 г [19]. Этот пептид соответствует C-концевой области AB петли (36NENITVPDTKVNFYAWKR53 аминокислотные остатки 36–53) эритропоэтина человека и, является его миметиком. Аминокислотная последовательность пептида состоит из 18 остатков:

Asn-Glu-Asn-Ile-Thr-Val-Pro-Asp-Thr-Lys-Val-Asn-Phe-Tyr-Ala-Trp-Lys-Arg

Пептид Epobis специфически связывается с EPOR и индуцирует рост нейритов из первичных нейронов зависимым от экспрессии EPOR образом. Кроме того, Epobis способствовал выживанию нейронных культур гиппокампа и мозжечка. Epobis обладает потенциалом стимулирования нейрорегенерации и нейропротекции и при обработке 1 μM в течение 24 часов способствовал выживанию нейронных культур гиппокампа и мозжечка крыс и щенков in vitro после модельного повреждения клеток каинатом и депривации KCl, соответственно [19].

В исследованиях in vitro Epobis способствует аксоногенезу в первичных мотонейронах и обладает противовоспалительным действием, о чем свидетельствует его способность уменьшать высвобождение TNF из активированных макрофагов AMJ2-C8 и первичной микроглии крысы. При систематическом введении Epobis (10 мг/кг подкожно дважды в неделю, 5 недель) обнаруживается как в плазме, так и в спинномозговой жидкости, демонстрируя способность пептида проникать через гематоэнцефалический барьер [20]. Системное введение Epobis у крыс задерживает клинические признаки экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита, модели рассеянного склероза на животных. Пептид оказывает длительное воздействие на кратковременную память, определяемую как улучшение социальной памяти через 3 дня после введения. Это подтверждается в эксперименте на самках крыс, которым вводили Epobis (10 мг/кг, 1 мл/кг, подкожно.), а через 1 час испытуемым животным представляли незнакомого молодого самца на 4 минуты. Еще через 2,5 часа вновь вводили ту же самую молодую крысу или вводили незнакомую молодую крысу. Для того чтобы испытать долгосрочные влияния пептида, повторный тест социального опознавания выполняли через 73 часа после введения препарата. В результате серии экспериментов выявили улучшение социальной памяти животных; также подтверждено отсутствие гематопоэтического эффекта при длительном применении [20].

Имеющиеся на сегодняшний день данные о биологической активности пептидов Cibinetide (ARA-290) и Epobis свидетельствуют об их широком потенциале применения в различных областях медицины, включая транспланталогию, кардиологию, борьбу с нейродегенеративными заболеваниями, геронтологию и пр. К их явным преимуществам в сравнении с эритропоэтином можно отнести больший спектр воздействия на организм и отсутствие стимуляции эритропоэза. Стоит отметить, что дальнейшие исследования могут значительно расширить применение этих пептидов.

 

  1. Кладова, И. В., Кивва, В. Н., Хрипун, А. В., Черникова, И. В., Страхова, Н. Б., Антипова, Н. В., Белобородова, Т. П., Воробьев, И. Ю., Нейропротективные эффекты эритропоэтина: возможности, перспективы и реальность (обзор литературы). Медицинский вестник Юга России, 2014(3). doi:
  2. Pelley, J. W., 12 – Amino Acid and Heme Metabolism, in Elsevier’s Integrated Biochemistry, Pelley, J. W., Editor. 2007, Mosby: Philadelphia. p. 97-105.
  3. Livnah, O., Johnson, D. L., Stura, E. A., Farrell, F. X., Barbone, F. P., You, Y., Liu, K. D., Goldsmith, M. A., He, W., Krause, C. D., Pestka, S., Jolliffe, L. K., Wilson, I. A., An antagonist peptide–EPO receptor complex suggests that receptor dimerization is not sufficient for activation. Nature Structural Biology, 1998. 5(11): p. 993-1004. doi: 10.1038/2965
  4. Thomson, A. W., Lotze, M. T., The Cytokine Handbook, Two-Volume Set. 2003: Elsevier.
  5. Hodges, V. M., Rainey, S., Lappin, T. R., Maxwell, A. P., Pathophysiology of anemia and erythrocytosis. Critical Reviews in Oncology/Hematology, 2007. 64(2): p. 139-158. doi: 10.1016/j.critrevonc.2007.06.006
  6. “Drug Safety and Availability – Information on Erythropoiesis-Stimulating Agents (ESA) Epoetin alfa (marketed as Procrit, Epogen), Darbepoetin alfa (marketed as Aranesp)”. FDA. https://www.fda.gov/drugs/postmarket-drug-safety-information-patients-and-providers/information-erythropoiesis-stimulating-agents-esa-epoetin-alfa-marketed-procrit-epogen-darbepoetin
  7. “WHO EML 2016-2017 – Application for erythropoietin-stimulating agents (erythropoietin type blood factors)” (PDF). WHO. 23 December 2016. https://www.who.int/selection_medicines/committees/expert/21/applications/s10_erythropoietins_add.pdf.
  8. Jelkmann, W., Lundby, C., Blood doping and its detection. Blood, 2011. 118(9): p. 2395-2404. doi: 10.1182/blood-2011-02-303271 %J Blood
  9. Niesters, M., Swartjes, M., Heij, L., Brines, M., Cerami, A., Dunne, A., Hoitsma, E., Dahan, A., The erythropoietin analog ARA 290 for treatment of sarcoidosis-induced chronic neuropathic pain. Expert Opinion on Orphan Drugs, 2013. 1(1): p. 77-87. doi: 10.1517/21678707.2013.719289
  10. van Rijt, W. G., Nieuwenhuijs-Moeke, G. J., van Goor, H., Jespersen, B., Ottens, P. J., Ploeg, R. J., Leuvenink, H. G. D., ARA290, a non-erythropoietic EPO derivative, attenuates renal ischemia/reperfusion injury. Journal of Translational Medicine, 2013. 11(1): p. 9. doi: 10.1186/1479-5876-11-9
  11. Zhang, H., Gao, S., Yan, L., Zhu, G., Zhu, Q., Gu, Y., Shao, F., EPO Derivative ARA290 Attenuates Early Renal Allograft Injury in Rats by Targeting NF-κB Pathway. Transplantation Proceedings, 2018. 50(5): p. 1575-1582. doi: 10.1016/j.transproceed.2018.03.015
  12. Swartjes, M., van Velzen, M., Niesters, M., Aarts, L., Brines, M., Dunne, A., Cerami, A., Dahan, A., ARA 290, a peptide derived from the tertiary structure of erythropoietin, produces long-term relief of neuropathic pain coupled with suppression of the spinal microglia response. Molecular pain, 2014. 10(1): p. 13. doi:
  13. Nanavati, A., Moen, J., Axsom, J., Krawczyk, M., Petrashevskaya, N., Beyman, M., Ramirez, C., Alfaras, I., Mitchell, S., Bernier, M., Morrell, C., Sollott, S., Juhaszova, M., deCabo, R., Lakatta, E., ARA290, A Small Non-Hematopoietic Peptide Derived From Erythropoietin, Prolongs Healthspan And Attenuates Age-Associated Declines In The Heart’s Structure And Function. The FASEB journal, 2018. 32(1_supplement): p. lb288-lb288. doi: 10.1096/fasebj.2018.32.1_supplement.lb288
  14. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02070783. 2014.
  15. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02039687. 2017.
  16. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01933529. 2013-2015.
  17. Brines, M., Dunne, A. N., van Velzen, M., Proto, P. L., Ostenson, C.-G., Kirk, R. I., Petropoulos, I. N., Javed, S., Malik, R. A., Cerami, A., Dahan, A., ARA 290, a Nonerythropoietic Peptide Engineered from Erythropoietin, Improves Metabolic Control and Neuropathic Symptoms in Patients with Type 2 Diabetes. Molecular Medicine, 2014. 20(1): p. 658-666. doi: 10.2119/molmed.2014.00215
  18. Araim Pharmaceuticals Receives Orphan Drug Designation from the US FDA for ARA 290 for the Treatment of Sarcoidosis. 2016. http://www.araimpharma.com/wp-content/uploads/2016/08/Araim-ARA-290-Treatment-7-5-16-Press-Release-Final.pdf.
  19. Pankratova, S., Gu, B., Kiryushko, D., Korshunova, I., Køhler, L. B., Rathje, M., Bock, E., Berezin, V., A new agonist of the erythropoietin receptor, Epobis, induces neurite outgrowth and promotes neuronal survival. Journal of Neurochemistry, 2012. 121(6): p. 915-923. doi: 10.1111/j.1471-4159.2012.07751.x
  20. Dmytriyeva, O., Pankratova, S., Korshunova, I., Walmod, P. S., Epobis is a Nonerythropoietic and Neuroprotective Agonist of the Erythropoietin Receptor with Anti-Inflammatory and Memory Enhancing Effects. Mediators of inflammation, 2016. 2016: p. 1346390-1346390. doi: 10.1155/2016/1346390