Spadin, РЕ 22-28 и аналоги. Новая концепция антидепрессантов

Сенолитик FOXO4-DRI – избирательное разрушение стареющих клеток на пути к продлению жизни
28.04.2020
Фактор старения FOXO4
09.05.2020

Депрессия (deprimo – «давить») – это психическое расстройство, которое характеризуется пониженным настроением и полной или частичной потерей способности испытывать удовольствие. Это состояние зачастую сопровождается чувством вины, ухудшением самооценки, снижением когнитивной деятельности и сексуальной активности, усталостью, нарушениями циркадного ритма и пищевого поведения. Тяжелые формы депрессии могут приводить к попыткам суицида. В большинстве случаев первый эпизод депрессии наблюдается примерно в 28 лет, но расстройство распространено и в других возрастных группах. Наибольшее количество (28%) рецептурных назначений приходится на возрастную группу 30–39 лет, тогда как самый низкий уровень приходится на пациентов молодого и старческого возраста. Частота встречаемости у женщин в 2–3 раза выше, чем у мужчин – доля женщин, получающих антидепрессанты, составила 65,6%, а мужчин – 34,4% на 2019 год [1, 2]. Расстройства настроения и тревожные расстройства соответствуют 16% и 12% пожизненными показателями распространенности [2]. Согласно данным ВОЗ, в экономически-развитых странах однополярные депрессивные расстройства к 2030 г. достигнут 1-го и 2-го рангов тяжести заболевания по шкале инвалидности Шихана, соответственно. В развивающихся странах инвалидность, связанная с депрессией, имеет более высокую степень тяжести по сравнению со другими психическими расстройствами. Психофармакотерапия пациентов, страдающих депрессией, улучшает их психическое здоровье, а также повышает социальную активность. Цели терапии большого депрессивного расстройства включают не только борьбу с характерными симптомами, но и устранение ангедонии, что улучшает качество жизни пациентов и помогает приблизить полную ремиссию заболевания.

Препараты для борьбы с депрессией, в основном, направлены на ЦНС и задействуют системы контроля уровня нейромедиаторов – серотонина и норадреналина. Лекарственные средства разных групп обладают характерным для них биохимическим механизмом воздействия. Один механизм действия антидепрессантов основан на блокировании нейронального захвата моноаминов и может быть направлен избирательно на серотонин (флуоксетин) или норадреналином (мапротилин), или на оба нейромедиатора (имипрамин, амитриптилин). Другой подход связан с ингибированием фермента – моноаминоксидазы (МАО), метаболизирующей серотонин и норадреналин. ИМАО также могут действовать селективно (моклобемид) и неселективно (ниаламид, трансамин). Третий механизм – прямое действие антидепрессантов на рецепторы моноаминов. По клиническому эффекту антидепрессанты подразделяют на седативные, стимуляторные и препараты сбалансированного действия. Назначение их зависит от структуры депрессивного синдрома. Также различаются и побочные эффекты препаратов разных групп, однако наблюдаются и общие нежелательные явления, такие как возбуждение, галлюцинации, бессонница, маниакальный синдром и пр. [1].

По данным Центров контроля и профилактике заболеваний (Centers for Disease Control and Prevention), в США антидепрессанты относятся к наиболее часто назначаемым врачами общей практики и психиатрами лекарственным препаратами пациентам в возрасте 12–44 лет, и третьими по частоте назначения лекарственными средствами – для всех возрастов [3]. В целом, 3,1% рецептов включали антидепрессанты [3]. 68,2% пациентов, обратившихся к психиатрам, были назначены антидепрессанты. Селективные специфические ингибиторы обратного захвата серотонина были включены примерно в 52,6% рецептов, назначающих антидепрессанты. На втором месте по распространенности (37,4%) находились трициклические антидепрессанты [2]. Как видно из приведенных значений, спрос на антидепрессанты велик. Так, мировой рынок антидепрессантов на 2017 год оценивался в 11,6 млрд долларов [4] (цит. по [5]).

Повышение требований к эффективности и безопасности фармакотерапии определяет появление более современных лекарственных средств, включая психотропные препараты, в том числе антидепрессанты. Улучшение терапевтических подходов к лечению депрессии является сложной задачей. Современные методы применения антидепрессантов не подходят для многих людей, и когда они эффективны, то требуют нескольких недель приема, прежде чем можно будет наблюдать терапевтический эффект. На сегодняшний день, основными целями новой стратегии в области дизайна и разработки лекарственных препаратов являются сокращение времени задержки до проявления антидепрессантной активности и значительное снижение побочных эффектов. Для этого следует рассматривать подходы с участием эндогенных молекул, в частности, пептидов, которые естественным образом синтезируются в организме человека и оказывают специфические воздействия. Действительно, пептиды участвуют в многочисленных биологических функциях в клетке, в основном, в качестве сигнальных молекул, а также в качестве лигандов для нескольких типов рецепторов. Учитывая их привлекательные фармакологические свойства, пептиды представляют собой отличную отправную точку для создания новых терапевтических молекул [6].

В 2010 году был разработан и синтезирован пептид, состоящий из 17 аминокислотных остатков, получивший название Spadin (Спадин), что является сокращением от «Sortilin-derived Peptide with Antidepressant properties», т.е., пептид со свойствами антидепрессанта, полученный из производного сортилина [7]. Spadin (CAS 1270083-24-3, свободное основание) имеет следующую аминокислотную последовательность
H-Tyr-Ala-Pro-Leu-Pro-Arg-Trp-Ser-Gly-Pro-Ile-Gly-Val-Ser-Trp-Gly-Leu-Arg-OH (YAPLPRWSGPIGVSWGLR)

В основу работы [7] легла идентификация двупорового калиевого канала TREK-1 в качестве новой мишени при депрессии, и, как следствие, вывод, что его антагонисты могут стать эффективными антидепрессантами. У мышей делеция (потеря участка) гена TREK-1 приводит к устойчивому к депрессии фенотипу, который имитирует лечение антидепрессантами. Spadin получен на основе секретируемого пропептида PE, генерируемого в результате созревания рецептора 3 нейротензина (NTSR3/сортилин) ​​и действующего посредством ингибирования TREK-1. PE представляет собой пептид из 44 аминокислот, который с высокой аффинностью связывается со зрелым сортилин/NTSR-3 [8]. Пептидная последовательность, необходимая для связывания РЕ с сортилин/NTSR-3, была идентифицирована как Gln1-Arg28. Более того, фрагмент PE, соответствующий Gln1-Arg16, имел более низкую аффинность в связывании зрелого сортилина [9]. NTSR3/ сортилин взаимодействовал с калиевым каналом TREK-1, что было показано иммунопреципитацией TREK-1 и NTSR3/сортилин из клеток COS-7 и корковых нейронов, коэкспрессирующих оба белка. TREK-1 и NTSR3/сортилин были локализованы в нейронах коры головного мозга мыши. Spadin специфически связывается с TREK-1 с аффинностью 10 нМ. Электрофизиологические исследования показали, что Spadin эффективно блокирует активность TREK-1 в клетках COS-7, культивируемых пирамидальных нейронах гиппокампа и нейронах гиппокампа CA3 в срезах мозга. Spadin также индуцировал in vivo увеличение скорости активации 5-HT нейронов в дорсальном ядре шва. В пяти поведенческих тестах на выявление антидепрессантного ответа мыши, получавшие Spadin, показали устойчивость к депрессии, как и мыши с дефицитом TREK-1 [7].

Эффективность Spadin была впервые оценена в тесте принудительного плавания, который является высоконадежным предиктором антидепрессивного потенциала. Spadin вводили за 30 мин до теста интрацеребровентрикулярным, внутривенным или внутрибрюшинным путем в дозах от 10-4 до 10-8 М. Его эффекты сравнивали с поведением, наблюдаемым у мышей kcnk2-/- и у мышей дикого типа, получавших эффективный ингибитор обратного захвата серотонина – флуоксетин (внутрибрюшинно, 3 мг/кг). Помещенные в водяной цилиндр, мыши, получавшие Spadin, демонстрировали уменьшенное время плавания или неподвижности при трех режимах введения по сравнению с контрольной группой, которая получала физиологический раствор. Неподвижность интерпретируется как «состояние отчаяния», так как считается, что животное утратило мотивацию к экоориентированному поведению. Дозозависимые ответные реакции на Spadin показали, что наибольшее снижение времени неподвижности наблюдалось при дозе 10-7 М интрацеребровентрикулярно (66,8%), 10-6 М в/в (62,9%) и 10-5 М внутрибрюшинно (55,30%). Величина антидепрессивного поведения была сходна с таковой, наблюдаемой у мышей дикого типа, получавших флуоксетин, и мышей kcnk2-/- после инъекции физиологического раствора. Затем авторы определили эффект острого в/в введения Spadin (10-6 М) в тесте подвешивания за хвост, который часто используется для прогнозирования эффективности антидепрессантов, и в тесте условного подавления подвижности, чувствительном к антидепрессантам, но не к анксиолитическим препаратам. В тесте подвешивания за хвост инъекция Spadin мышам дикого типа за 30 минут до испытания значительно снижала время неподвижности по сравнению с мышами дикого типа, получившими солевой раствор. Антидепрессантный эффект статистически не отличался от такового, наблюдаемого у мышей, которым вводили флуоксетин, или у мутантов kcnk2-/-. В тесте условного подавления подвижности у шокированных мышей, получавших физиологический раствор, отмечалось заметное подавление подвижности (CS, условное подавление; 9,1% в группе без шока с физиологическим раствором), когда они были возвращены в клетку, в которой ранее получали удары электрическим током. Подобно тому, что наблюдалось у мышей kcnk2-/-, обработанных физиологическим раствором, у мышей после введения Spadin (10-6 М) значительно уменьшалось (на 84,4%) снижение подвижности без увеличения подвижности в соответствующей группе без шока. В этих трех тестах инъекция Spadin мышам kcnk2-/- не вызывала каких-либо изменений, что свидетельствует об отсутствии дополнительных эффектов Spadin при отсутствии калиевого канала ТРЕК-1. Последующие эксперименты были проведены только на мышах дикого типа. Мышей подвергали тесту «наученная беспомощность». По сравнению с мышами без шока (то есть, которые не подвергались неизбежным шокам), у беспомощных (шокированных) мышей, получавших физиологический раствор, наблюдалось значительное увеличение латентных периодов избегания, когда они тестировались через 1 день после воздействия неизбежных шоков. Однако острое введение пептида Spadin (10-6 М) спровоцировало значительное снижение латентных периодов после тренировки (25,4%) по сравнению с мышами, получавшими физиологический раствор, демонстрируя сильный антидепрессивный эффект. Ни Spadin, ни флуоксетин не влияли на двигательную активность мышей, анализируемую через короткое или длительное время после введения препарата. При субхроническом лечении пептидом Spadin, вводимом в течение 4 дней (в/в, 10-6 M), значительно сократилось время, проведенное без движения, на 43,2% в тесте принудительного плавания и на 28,1% при подвешивании за хвост. Напротив, субхроническая терапия флуоксетином не имела эффекта по сравнению с физиологическим раствором. Как Spadin, так и флуоксетин, вводимые в течение 15 дней (хроническое лечение), значительно сокращали время неподвижности примерно в одинаковой степени (около 30%). Этот результат показывает, что антидепрессантный эффект Spadin достиг максимального уровня через 4 дня и сохранял такую ​​же эффективность после длительного приема (15 дней). Тест на тревожность и пищевую мотивацию обычно проводится для демонстрации эффективности антидепрессанта после хронического, но не острого лечения. У мышей, получавших Spadin (в/в, 10-6 М) в течение 4 дней, наблюдалось значительное снижение задержки при кормлении по сравнению с животными, которым вводили физиологический раствор. Как было описано ранее, четырехдневное введение флуоксетина (3 мг/кг) не оказывало эффекта в тех же условиях. Ни один из протестированных препаратов не вызывал значительного изменения в потреблении пищи, когда мыши возвращались в свою домашнюю клетку сразу после теста. Чтобы убедиться, что антидепрессантные эффекты Spadin не были видоспецифичными, их также проверили на крысах с помощью теста принудительного плавания. Острая инъекция Spadinа (10-5 М) за 30 мин до испытания значительно сократила время неподвижности по сравнению с крысами, получавшими физиологический раствор. Антидепрессантный эффект статистически не отличался от эффекта, наблюдавшегося у мышей, которым вводили флуоксетин (20 мг/кг) [7].

Что еще более важно, внутривенное четырехдневное лечение пептидом Spadin не только вызывало сильный антидепрессантный эффект, но также усиливало гиппокампальное фосфорилирование белка CREB и нейрогенез, который считается ключевым маркером антидепрессивного действия после хронического лечения селективными ингибиторами обратного захвата серотонина [7]. Эти данные указывают на то, что Spadin является потенциальным антидепрессантом нового поколения с быстрым началом действия. Spadin можно рассматривать как первый идентифицированный природный антидепрессантный пептид.

В работе [10] авторы исследовали регуляцию синаптогенеза (образование связей между нервными клетками) in vitro и in vivo под действием антидепрессанта Spadin. In vitro Spadin увеличивал потенциал мембраны нейронов и активировал сигнальные пути MAPK и PI3K, в зависимости от времени и концентрации. Последний путь был вовлечен в защитный эффект пептида Spadin против апоптоза, вызванного ставроспорином. Кроме того, Spadin усиливал как экспрессию мРНК, так и белок двух маркеров синаптогенеза – белка постсинаптической плотности 95 кДа (PSD-95) и синапсина. Spadin значительно увеличивает долю зрелых шипов в корковых нейронах. Мышам вводили в каудальную вену 100 мкл 1 мкМ Spadin или 0,9% раствора NaCl. Для определения экспрессии мРНК и содержания белков PSD-95 и синапсина мышам делали инъекции один раз в день в течение 4 дней, затем группы мышей (по шесть на группу) умерщвляли в 7, 14 и 21 дни от начала эксперимента. Выделенные участки мозга были проанализированы с помощью ПЦР или Вестерн-блоттинга. Инъекции Spadin in vivo привели к быстрому увеличению экспрессии мРНК и уровня нейротрофического фактора мозга (BDNF) в гиппокампе, что подтверждает антидепрессивное действие пептида. Стоит отметить, что BDNF воздействует на нейроны ЦНС, способствуя улучшению выживаемости новых нейронов, увеличивает их численность и дифференциацию. В мозге BDNF активен в областях, отвечающих за когнитивные функции – память и обучение. Таким образом, Spadin играет важную роль в синаптогенезе [10].

Spadin действует быстрее по сравнению с другими антидепрессантами [11]. Кроме того, Spadin не проявляет побочных эффектов на сердце и на контролируемые TREK-1 функции (инсульт, эпилепсия или боль). Однако, при всех достоинствах, Spadin характеризуется невысокой стабильностью – его активность in vivo исчезла через 7 ч после введения [12].

В работе [12] авторы исследовали 12 пептидных аналогов и идентифицировали два ретро-инверсных пептида, которые сохранили антидепрессантные свойства Spadin; в частности, они увеличивали нейрогенез гиппокампа после четырехдневного лечения. Как и Spadin, эти аналоги не вызывали побочных эффектов (боль, эпилепсия, осложнения на сердце). Результаты показали, что ретинверсивные аналоги пептида Spadin могут представлять собой новые сильнодействующие антидепрессанты. Измеренные в тесте принудительного плавания на мышах, их антидепрессантные свойства все еще проявлялись через 16 ч после инъекции. Это время примерно в три раза больше, чем у Spadin (6 ч). Параллельно, авторы показали, что аналог 3 способен преодолевать гематоэнцефалический барьер через 30 мин после инъекции, пик с временем удерживания, соответствующим аналогу 3, был обнаружен в экстрактах головного мозга, что подтверждено результатами масс-спектроскопического анализа. Этот пептид полностью исчез через 60 мин. Тот факт, что антидепрессантный эффект аналога 3 по-прежнему можно было измерить через 16 ч после инъекции, тогда как в мозгу через 1 ч он уже не наблюдался, можно объяснить по меньшей мере двумя гипотезами. Во-первых, эффект является долговременным, и разница между Spadin и его аналогом может быть связана с количеством, достигшим мозг (в 20 раз больше). Во-вторых, через несколько часов уровень аналога слишком слаб, чтобы его можно было определить ВЭЖХ-анализом. Стратегии ретро-инверсии могут представлять собой полезную технику для разработки новых классов лекарств. Разработанный подход получения ретро-инверсо аналогов позже был запатентован (23 примера пептидов) [13].

Авторы работы [11] осуществили поиск аналогов Spadin, демонстрирующих лучшее сродство и/или большую стабильность in vivo. Несколько новых пептидов были протестированы на их способность блокировать активность калиевого канала TREK-1. Эффекты антидепрессантов были измерены с использованием тестов принудительного плавания и теста на тревожность и пищевую мотивацию. Синаптогенез исследовали путем измерения уровня экспрессии синаптического белка PSD-95 в культивируемых нейронах in vitro. Полученные данные позволили идентифицировать укороченный аналог Spadin, названный mini-Spadin, более короткий активный пептид из PE, последовательность PE 22-28 – Gly-Val-Ser-Trp-Gly-Leu-Arg (GVSWGLR). Mini-Spadin проявлял те же антидепрессантные свойства, что и Spadin, и показал 400-кратное увеличение сродства к TREK-1. Mini-Spadin увеличивал уровни маркера синаптогенеза PSD95 после 24 часов, что позволяет предположить, что этот пептид способен вызывать нейрогенез и синаптогенез, и оказывается более эффективным, чем Spadin [11].

Чтобы улучшить стабильность in vivo и биодоступность пептида Spadin, исследователи [14] провели скрининг аналогов и производных Spadin. Исходя из результатов исследования продуктов распада Spadin, авторы разработали пептид из 7 аминокислот, РЕ 22-28. Исследования in vitro на клетках hTREK-1/HEK показали, что PE 22-28 демонстрирует лучшую специфичность и сродство к калиевому каналу TREK-1 по сравнению со Spadin, IC50 составляет 0,12 нМ против 40–60 нМ для Spadin. В тех же условиях различные модификации его N- или C-концевых аминокислотных остатков снижали или блокировали активность калиевого канала TREK-1, не влияя на сродство PE 22-28. In vivo антидепрессантные свойства PE 22-28 и его производных были продемонстрированы на поведенческих моделях депрессии, таких как тест принудительного плавания. У мышей, получавших аналоги Spadin, наблюдалось значительное снижение времени неподвижности. После острого внутрибрюшинного введения аналогов Spadin в дозировках 3,0–4,0 мкг/кг, время неподвижности мышей значительно уменьшилось: 91,80 с, 110,2 с и 140,7 с для PE 22-28, G/A-PE 22-28 и биотинилированного G/A-PE 22-28, соответственно. Значения сравнивали со значением, полученном при введении солевого раствора (161,7 с).

Более того, в тесте с подавленным кормлением после четырехдневного субхронического введения РЕ 22-28 (3,0 мкг/кг) значительно снижалась задержка употребления пищевой гранулы. РЕ 22-28 и его аналог G/A-PE 22-28 были способны индуцировать нейрогенез с заметным эффектом после 4-дневного применения. На нейронах коры мозга мыши PE 22-28 и его производные усиливали синаптогенез, измеряемый по увеличению уровня экспрессии PSD-95. Наконец, продолжительность действия PE 22-28 и его аналогов была значительно улучшена по сравнению со Spadin – до 23 ч вместо 6–7 ч [14]. Эти результаты продемонстрировали, что PE 22-28 и его производные представляют собой многообещающие молекулы, которые могут быть альтернативой пептиду Spadin при лечении депрессии.

Таким образом, мы видим высокий потенциал применения аналогов Spadin в лечении депрессий, регуляции нейро- и синаптогенеза, с повышенной эффективностью и быстрым действием, проявляющимся уже через 4 дня, в сравнении с применяемыми на сегодняшний день антидепрессантами, действие которых начинает проявляться лишь после 2-4 недель применения.

Работы над получением и исследованием новых аналогов пептида Spadin продолжаются. К настоящему времени известно уже 38 аналогов с различной модификацией C– или N-концевых аминокислотных остатков или без таковой, циклические пептиды, а также ретро-инверсо модификации [13, 15]. Это соответствует новой концепции разработки эффективных и нетоксичных препаратов для лечения депрессии.

1.         Кривомаз, Т., Современные антидепрессанты. Фармацевт Практик, 2017(11): p. 40-42.

2.         Бородина, К.М., Современные антидепрессанты, их роль и место в психиатрической и общемедицинской практике. Региональный вестник, 2019(24): p. 18-19.

3.         Сиволап, Ю.П., Антидепрессанты: цели и возможности терапии. Журнал неврологии и психиатрии им. СС Корсакова, 2018. 118(12): p. 120-124. DOI: 10.17116/jnevro2018118121120.

4.         Global antidepressants market—segmented by antidepressant therapies, depressive disorders, and geography 2017–2022.. Mordor-Intelligence 2017. 205: p. 4388394.

5.         Lee, J.-S., Kim, W.-Y., Jeon, Y.-J., Lee, S.-B., Lee, D.-S., Son, C.-G., Antidepressant-Like Activity of Myelophil via Attenuation of Microglial-Mediated Neuroinflammation in Mice Undergoing Unpredictable Chronic Mild Stress. Front Pharmacol, 2019. 10: p. 683.

6.         Pharmaceutical Formulation Development of Peptides and Proteins. The Taylor & Francis Series in Pharmaceutical Sciences. 1999, London: The Taylor & Francis. p. 257.

7.         Mazella, J., Pétrault, O., Lucas, G., Deval, E., Béraud-Dufour, S., Gandin, C., El-Yacoubi, M., Widmann, C., Guyon, A., Chevet, E., Taouji, S., Conductier, G., Corinus, A., Coppola, T., Gobbi, G., Nahon, J.-L., Heurteaux, C., Borsotto, M., Spadin, a sortilin-derived peptide, targeting rodent TREK-1 channels: a new concept in the antidepressant drug design. PLoS biology, 2010. 8(4): p. e1000355-e1000355. DOI: 10.1371/journal.pbio.1000355.

8.         Petersen, C.M., Nielsen, M.S., Jacobsen, C., Tauris, J., Jacobsen, L., Gliemann, J., Moestrup, S.K., Madsen, P., Propeptide cleavage conditions sortilin/neurotensin receptor-3 for ligand binding. The EMBO Journal, 1999. 18(3): p. 595-604. DOI: 10.1093/emboj/18.3.595.

9.         Westergaard, U.B., Sørensen, E.S., Hermey, G., Nielsen, M.S., Nykjær, A., Kirkegaard, K., Jacobsen, C., Gliemann, J., Madsen, P., Petersen, C.M., Functional Organization of the Sortilin Vps10p Domain. Journal of Biological Chemistry, 2004. 279(48): p. 50221-50229.

10.       Devader, C., Khayachi, A., Veyssière, J., Moha ou Maati, H., Roulot, M., Moreno, S., Borsotto, M., Martin, S., Heurteaux, C., Mazella, J., In vitro and in vivo regulation of synaptogenesis by the novel antidepressant spadin. British Journal of Pharmacology, 2015. 172(10): p. 2604-2617. DOI: 10.1111/bph.13083.

11.       Borsotto, M., Spadin and its Analogs: A new concept in antidepressant drug design. Brain Disorders & Therapy, 2016. 05(03 (Suppl)): p. 73. DOI: 10.4172/2168-975x.C1.011.

12.       Veyssiere, J., Moha ou Maati, H., Mazella, J., Gaudriault, G., Moreno, S., Heurteaux, C., Borsotto, M., Retroinverso analogs of spadin display increased antidepressant effects. Psychopharmacology, 2015. 232(3): p. 561-574. DOI: 10.1007/s00213-014-3683-2.

13.       US 10251937 B2, 2017.

14.       Djillani, A., Pietri, M., Moreno, S., Heurteaux, C., Mazella, J., Borsotto, M., Shortened Spadin Analogs Display Better TREK-1 Inhibition, In Vivo Stability and Antidepressant Activity. Front Pharmacol, 2017. 8: p. 643-643. DOI: 10.3389/fphar.2017.00643.

15.       Djillani, A., Pietri, M., Mazella, J., Heurteaux, C., Borsotto, M., Fighting against depression with TREK-1 blockers: Past and future. A focus on spadin. Pharmacology & Therapeutics, 2019. 194: p. 185-198. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2018.10.003.