«Когда б вы знали, из какого сора растут стихи…». Строки из стихотворения Анны Ахматовой вспомнились, когда я расспрашивала профессора Геннадия БУТОВА из Волгоградского государственного технического университета, почему коллектив их лаборатории взялся за изучение соединений класса мочевин.
— Нас привлекли идеи возможного их применения. Путь к новым лекарствам очень долог и сложен. Это процесс, который не всегда завершается успехом. Но заниматься им необходимо, так как даже отрицательные результаты могут способствовать лучшему пониманию, какие вещества могут стать основой будущего лечебного средства.
Так, анализируя лет 12 назад публикации о мочевинах, содержащих высоколипофильные заместители, мы обратили внимание на широкие исследования их в качестве потенциальных ингибиторов растворимой эпоксидгидролазы — фермента, который выполняет исключительно важные функции в человеческом организме. С момента его открытия, а это около 30 лет назад, было установлено, что эпоксидгидролаза имеет два сайта связывания с другими малыми молекулами (понятия «сайт» и «домен» в химии отличаются от тех, к которым нас приучили компьютерщики). На первом сайте (месте входа, связывания) происходит разрушение эпоксидных соединений, что организму полезно: эти вещества из-за своей высокой реакционной способности являются токсичными и представляют опасность для живого.
— А откуда они берутся?
— Формируются в основном при контактах с непредельными соединениями, которые присутствуют, например, в полимерных материалах, так как многие пластики получают из таких веществ. При контакте с пищей пластики проникают в живые системы по различным пищевым цепям. Другим источником является воздух, которым мы дышим, загрязненный выбросами городов, с полимерной нанопылью, продуктами сгорания и термической деструкции, а также другими вредными веществами, например, пестицидами. Эти вещества окисляются у нас в организме на других ферментах в эпоксидные соединения, которые требуется быстро разрушить. Эпоксидгидролаза гидролизует эпоксиды в менее токсичные вицинальные диолы, которые легче выводятся из организма с биологическими жидкостями. В целом это все — метаболизм ксенобиотиков — чужеродных химических веществ для живых организмов, естественно, не входящих в биотический круговорот.
Однако на сайте эпоксидгидролазы еще гидролизуются и нужные организму эпоксиды, которые получаются из ценных ненасыщенных высших кислот, таких как архидоновая, незаменимые жирные кислоты (омега-3 и омега-6) и др. Архидоновая кислота, которая входит в состав липидов, а также ее эпоксидные метаболиты препятствуют развитию воспалений, снижают болевые синдромы, влияют на течение ряда социально значимых заболеваний. Но эпоксидгидролаза превращает их в неактивные молекулы (вицинальные диолы), что затягивает течение воспалительного процесса. Не будь этого, вещества бы работали, а сайт эпоксидгидролазы доводит их до состояния неактивных молекул. Воспаление длится, боль не стихает… Если притормозить процесс гидролиза, имеющиеся полезные вещества использовали бы свою свойства на нужное дело.
И опять всплыло ахматовское: «В стихах все быть должно не-кстати». Поэзия словно ушла корнями в природу живого. В одной и той же точке организма, на одном и том же сайте фермента происходит полезное и вредное превращение молекул. Как научиться их регулировать?
— Надо ингибировать место связывания эпоксидного соединения, заставлять его связываться с другими молекулами и тем самым снижать вероятность гидролиза важных эпоксидов ненасыщенных жирных кислот, — голос профессора Геннадия Бутова возвращает к теме беседы. — Мы пришли к выводу, что известные ингибиторы эпоксидгидролазы обладают рядом недостатков, прежде всего связанных с липофильной частью ингибитора.
Тогда мы посмотрели, кто в мире занимается такими же проблемами, и, найдя коллег, связались с химиками университета в Дэвисе (штат Калифорния). Предложили: может нам объединить усилия? Они откликнулись и в 2013-м приняли на стажировку нашего молодого кандидата химических наук Владимира Бурмистрова, доцента Волжского политехнического института — филиала ВолгГТУ (сейчас — и. о. завкафедрой органической химии ВолгГТУ). Он успешно поработал в США (выезжал туда дважды), вернулся, и мы продолжили исследования благодаря поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (ныне — РЦНИ) и РНФ.
В результате удалось путем регулирования липофильности ингибитора существенно повысить ингибирующую активность (в пико- и наномолярной концентрации), улучшить биодоступность и метаболизм. Мы продолжаем исследования по гранту РНФ «Молекулярное конструирование метаболически устойчивых ингибиторов эпоксидгидролазы человека hsEH с регулируемой липофильностью каркасного лиганда для этиотропной и симптоматической терапии социально опасных заболеваний и комплексное изучение их свойств».
Одновременно занимались оснащением своей новой лаборатории тонкого органического синтеза и медицинской химии. Мы участвовали в конкурсе Министерства науки и высшего образования РФ на создание современной исследовательской молодежной лаборатории, выиграли его, и РАН нам подтвердила ее статус. Цель была — изучать ингибирование ферментов.
— А почему вы прекратили исследовать эпоксидгидролазу?
— Мы не прекратили. После зимы 2022 года эти исследования с участием американских ученых приостановлены. Однако этот факт стимулировал получение эпоксидгидролазы в России: сейчас некое количество фермента начинает нарабатывать МФТИ, что обнадеживает.
— Выходит, вы не успели выяснить, какой прок может быть со вторым сайтом, для чего его стоит использовать?
— Нет, нам удалось кое-что сделать. И за это мы признательны РФФИ. Мы обосновали свое желание заняться созданием ингибиторов для второго сайта, и Фонд нас поддержал. Грант РФФИ №20-03-00298 на 2020-2022 годы звался «Синтез селективных селен- и фосфорсодержащих ингибиторов фосфатазного домена растворимой эпоксидгидролазы человека, оценка их эффективности и установление физиологической роли ингибирования».
Так совпало, что в тот момент всех как прорвало: темой ингибирования второго сайта занялись ученые Италии, Испании, продолжались исследования в США. В Китае тоже форсируют изучение ингибирования обоих сайтов эпоксидгидролазы, но органическая химия в получении ингибиторов у каждого своя. Наша школа производных адамантана и адамантилсодержащих мочевин подтвердила свою состоятельность, предложила несколько перспективных структур и действенных методик получения ингибиторов.
Мы показали, что дизамещенные димочевины являются одними из наиболее эффективных ингибиторов растворимой эпоксидгидролазы человека (sEH) — перспективной мишени в терапии гипертонических, воспалительных и болевых состояний. Это, например, нейропатические боли, в основном знакомые большинству по воспалению тройничного нерва. Они возникают подчас и при диабете, варикозе, герпесе, рассеянном склерозе, остеохондрозе, даже при беременности и аутоиммунных патологиях.
Врачи знают, что при нейропатических болях практически не помогают ни анальгин, ни ибупрофен, ни ацетилсалициловая кислота, а морфиноподобные вещества, хоть и спасают от боли, вызывают опасное привыкание. А наши соединения относятся к нестероидным противовоспалительным препаратам (НСПВ) без эффектов привыкания.
Для ингибиторов фосфатазного домена были найдены структурные особенности, позволяющие повысить их активность при одновременном участии в ингибировании первого сайта. Совместно с химическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова методом докинга и молекулярного моделирования удалось смоделировать структуру вероятного активного ингибитора, наметить схему его получения.
— А какие вообще существуют методики работы с эпоксидгидролазой?
— Исследователи двигаются разными путями. Один из них идет через изучение млекопитающих. Например, крыс лишали это фермента и смотрели, что будет. И вот на таких генотипированных грызунах, совсем избавленных от этого фермента, увидели: у них по-другому пошел энергетический обмен. Хотя их кормили жирной пищей, они оставались худощавыми, не толстели.
Ученые следили за состоянием их сердечно-сосудистой системы и удивлялись: у них улучшался кардиометаболизм. Сердце, несмотря на нагрузки, оставалось сильным, активным, явно уменьшались риски сердечных заболеваний.
Еще обнаружилось, что, если не удалять фермент совсем, а только его ингибировать, то меняется холестериновый метаболизм в головном мозге. А холестерин присутствует во всем организме, есть он и в головном мозге. Но его содержание в мозге слабо связано с содержание в других органах человека из-за высокого гематоэнцефалического барьера. И нарушение метаболизма холестерина в клетках мозга (возможно, и у человека тоже) приводит к развитию болезней Альцгеймера и Паркинсона.
С возрастом при учащающихся фактах нарушения метаболизма возникают нейродегенеративные заболевания. Это совсем свежая работа, вышла в этом году. Авторов — человек 20, среди них и наши партнеры-американцы. Установлено также, что, если ингибировать эпоксидгидолазу, снижаются нейровоспаление и клеточный стресс, являющиеся широко признанными и важными симптомами болезни Альцгеймера. Было продемонстрировано, что для борьбы с нейровоспалением решающее значение имеет ингибирование фермента растворимой эпоксидгидролазы (sEH). Мы предполагаем, что ингибирование sEH может влиять и на другие нейропротекторные пути, описанные при болезни Альцгеймера.
В целом при ингибировании обоих сайтов эпоксидгидролазы, думаю, можно улучшить активность мозга, память, даже эффективность обучения.
Следует добавить, что нашими совместными исследованиями установлено, что, если вводить селен (так называемая изостерическая замена атома халькогена в мочевине) в молекулу ингибитора (предложено нами впервые в мире), то некоторый уровень активности по первому и второму сайтам сохраняется. Но при этом появляется антиоксидантная активность и даже… онкологическая.
По антиоксидантной активности мы сотрудничаем с Астраханским государственным техническим университетом. Там профессора В.П.Осипова и Н.Т.Берберова испытывали наши соединения, показав их высокую антиоксидантную активность в различных тест-системах, а значит, и их эффективность при окислительном стрессе в клетках, который имеет место при воспалении.
С Волгоградским медуниверситетом мы на крысах выявили факты обезболивающей активности. Проверили цитотоксичность этих соединений, и оказалось, что их можно вводить на порядки в большем количестве, чем требовалось для ингибирования. Некоторые вещества оказались нетоксичными. И тут открывается оперативный простор для подбора веществ как основы для купирования онкологии.
Совместно с нами в Джорджтаунском университете (Вашингтон) уже установили, что некоторые наши соединения (в т. ч. содержащие селен) высоко активны против тройного негативного рака молочной железы. От него пока нет лекарств, а тут подающие надежды несложные малые молекулы показывают высокую эффективность. Причем раковые клетки гибнут, а здоровые не затрагиваются. Эти результаты были опубликовали в статье в американском журнале «Медицинская химия» в 2021 году.
Радует, что в ряды наших последователей встают молодые ученые, аспиранты, магистры, студенты. Можно особо отметить кандидатов химических наук Д.В.Данилова, В.С.Дьяченко, Д.А.Питушкина, научного сотрудника Б.П.Гладких. Некоторые из них сейчас выполняют работы и по своим молодежным грантам. Лабораторию свою мы хорошо оснастили из разных источников, в том числе из фондов РФФИ, РНФ, программы «Приоритет-2030» и др. Освоили также некоторые доступные программные продукты для проведения квантовохимических расчетов методами молекулярного моделирования, докинга, без которых трудно представить проведение исследований в медицинской химии.
И сейчас есть все условия для проведения биохимических исследований на уровне ингибирования различных ферментов (совсем недавно изучали ингибирование циклооксигеназы ЦОГ-2), конструирования активных молекул, применения молекулярного моделирования и докинга, синтеза и наработки ингибиторов. Конечная цель — сформировать научные основы для создания болеутоляющих средств — нестероидных противовоспалительных препаратов, лекарств против ишемической болезни сердца и, конечно, для борьбы с онкологией и их последующую наработку для углубленных доклинических и клинических исследований.
Елизавета АНДРЕЕВА
Фотоснимки предоставлены ВолгГТУ
Нет комментариев