Адъювантная активность глюкозоминилмурамилдипептида и перспективы его использования для лечения и профилактики инфекционных болезней

Введение

На сегодняшний день в клинической практике для лечения и профилактики многих инфекционных и неинфекционных болезней используется достаточно большое количество иммуномодулирующих препаратов. Наиболее перспективными являются адъюванты, которые при совместном введении с ослабленными или убитыми антигенами способны повышать иммунный ответ макроорганизма, но при этом быть слабо реактогенными [1]. В ходе многочисленных исследований наиболее эффективными и безопасными иммуномодуляторами и адъювантами показали себя вещества природного происхождения, полученные с применением методов химического синтеза. Перспективным классом синтетических иммуномодуляторов являются мурамилдипептид (МДП) и его производные, в том числе глюкозоминилмурамилдипептид (ГМДП). Преимущество данных препаратов заключается в достаточно подробно изученном химическом составе и строении молекулы вещества, легко воспроизводимой структуре и отсутствии вредных и нежелательных примесей [2].

Для написания данного обзора было проанализировано около 100 литературных источников, касающихся применения мурамилдипептидов, из баз данных РИНЦ, eLibrary, MedLine за последние 20 лет. В обзоре цитируются 52 наиболее значимые работы, охватывающие изучение использования ГМДП в основном в профилактических целях при инфекционных заболеваниях, а также по адъювантному действию препарата. В обзор не вошли работы по применению ГМДП в других различных областях медицины, а также использование в качестве адъюванта иностранных аналогов ГМДП, таких как мурабутид, ромуртид, 6-О-(тетрадецилгексадеканоил)-N-ацетилмурамил-L-аланил-D-изоглютамин.

История открытия препарата

МДП был выделен из микобактерий туберкулеза французскими учеными в 1974 г. Данное соединение, состоящее из одной молекулы сахара и двух аминокислот, является компонентом пептидогликана клеточной стенки бактерий и обладает иммуногенной и адъювантной активностью [3].

В это же время из бактерии Lactobacillus bulgaricus под руководством профессора В.Т. Ивановой и доктора Т.М Андроновой был получен МДП, в отличие от зарубежного соединения содержащий вторую молекулу сахара N-ацетилглюкозамина. Это соединение, получившее название ГМДП, продемонстрировало не только более высокую адъювантную активность, но и способность стимулировать неспецифическую резистентность организма к бактериальным и вирусным инфекциям, являясь при этом нетоксичным и слабо пирогенным веществом. Советскими учеными был разработан химический способ получения высокоочищенного ГМДП со стандартными характеристиками в промышленных масштабах и, что особенно важно, с предсказуемой биоактивностью. Впоследствии этот препарат успешно прошел клинические испытания в ведущих медицинских учреждениях России, Австралии и Великобритании и получил государственную регистрацию [4].

За разработку и создание биотехнологического производства нового иммунокорригирующего лекарственного препарата сотрудники Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (ИБХ) и Института иммунологии ФМБА России в 1996 г. были удостоены государственной премии в области науки и техники. В настоящее время ГМДП широко применяется в России, в республиках Беларусь, Грузия, Казахстан, Молдова, Армения, Азербайджан, Кыргызстан, Узбекистан, а также в Монголии [3]. Накоплен большой опыт применения данного препарата, доказаны его эффективность и безопасность для лечения и профилактики различных инфекционных, аутоиммунных, аллергических, онкологических заболеваниях, а также при вторичных иммунодефицитах [4].

ГМДП рекомендован для профилактики ОРВИ и других инфекционных болезней, повышения эффективности антибактериальных и противовирусных препаратов, общей сопротивляемости организма к патогенам, снижения проявления хронических заболеваний в период их обострения, а также как адъювант в лицензированных и новых экспериментальных вакцинных препаратах. При этом ГМДП является высокоочищенным, нетоксичным, неканцерогенным [5], немутагенным препаратом, имеет простую и удобную лекарственную форму, что позволяет использовать его во всех возрастных группах, в том числе и у детей с рождения [6][7].

За всё время, прошедшее с открытия данного препарата, были зафиксированы редкие случаи таких побочных эффектов, как повышение температуры тела (до субфебрильных значений), диарея, в единичных случаях регистрировали миалгии и артралгии. Следует отметить, что все наблюдаемые нежелательные реакции были указаны в инструкции по применению ГМДП [8].

Механизм действия мурамилдипептида

ГМДП является синтетическим аналогом МДП, минимального компонента пептидогликана клеточных стенок как грамотрицательных, так и грамположительных бактерий, способного вызывать иммунный ответ в организме животных. МДП обладает всеми необходимыми свойствами патоген-ассоциированных молекулярных структур, что выражается в стимуляции факторов врождённого иммунитета и способности формировать защиту от различных чужеродных агентов [7][9]. Нормальная микрофлора кишечника служит постоянным источником МДП, таким образом способствуя поддержанию иммунной системы в активном состоянии и постоянной готовности к защите от чужеродных воздействий. Фрагменты пептидогликана высвобождаются из клеточной стенки бактерий, всасываются в тонком кишечнике и оказывают влияние на иммунный и воспалительный ответ как в ЖКТ, так и других органах. В результате взаимодействия МДП с резидентными антигенпрезентирующими клетками образуются активированные антигенпредставляющие клетки, оказывающие гомеостатическое действие и способствующие пролиферации регуляторных CD4-лимфоцитов, которые не вызывают воспаления. Таким образом, в норме в организме человека существует постоянная стимуляция иммунной системы МДП из кишечника [10].

Биологическая активность МДП осуществляется за счёт специфического взаимодействия с внутриклеточным рецепторным белком NOD2, который экспрессируется в цитоплазме фагоцитов — моноцитов, нейтрофилов, дендритных и эпителиальных клеток [3][11-12]. Однако, кроме NOD2, были выявлены и другие цитозольные рецепторы врождённого иммунитета: YB1 [13], Pept2 и Pht1 [14], связывание МДП с которыми приводило к пролиферации и дифференцировке клеток и их ответе на стрессовые воздействия.

NOD2-рецептор является представителем семейства цитозольных белков (NLR), компонентов врождённой иммунной системы, относящихся к так называемым образ-распознающим рецепторам. В состав NOD2 входят три домена: С-концевой участок отвечает за распознавание лиганда (МДП), центральный домен нуклеотидсвязывающей олигомеризации и N-терминальный домен (активации и рекрутирования каспазы) передаёт информацию сигнальным молекулам и факторам транскрипции в ядре [15][16]. Доказано, что активация NOD2-рецептора является ключевым моментом для запуска адаптивного иммунитета к бактериальным, вирусным, паразитарным инфекциям, способствует формированию адекватного и продолжительного иммунного ответа [17]. Бактерии поглощаются фагоцитирующими клетками, под действием ферментов происходит расщепление бактериальной стенки и таким образом МДП высвобождается внутрь клетки. Он связывается с лигандсвязывающим доменом белка NOD2, передает сигнал из эффекторного домена и запускает каскад реакций. Активированный рецептор NOD2 олигомеризуется, образует инфламмасому и взаимодействует с протеин 2 киназой, затем сигнал посредством реакций фосфорилирования и убиквитинизации поступает на транскрипционный ядерный фактор NF-kB (nuclear factor κB), что индуцирует экспрессию большого количества генов, в частности генов провоспалительных цитокинов, молекул адгезии, острофазовых белков, ферментов воспаления (NO-синтазы и циклооксигеназы), молекул главного комплекса гистосовместимости и т.д. Всеёэто приводит к синтезу клеткой широкого спектра цитокинов IL-1, IL-2, IL-6, IL-8, IL-12, TNF-α, INF-γ, колониестимулирующих факторов (КСФ). Конечным результатом активации является воспалительная реакции организма, опосредованная синтезом провоспалительных цитокинов и хемокинов клетками системы врождённого иммунитета. Синтез IL-1 и TNF-α под действием МДП усиливает антимикробную функцию нейтрофилов, моноцитов и макрофагов, повышает цитотоксическую активность фагоцитов, NK-клеток и Т-киллеров, индукция синтеза КСФ активирует лейкопоэз [7][18-21].

Для МДП характерен запуск сразу двух путей активации NF-κB (классического и альтернативного), что способствует инициации как врождённого, так и адаптивного иммунитетов [22]. Не менее важным является способность МДП взаимодействовать с NOD2-рецепторами эпителиальных клеток, индуцируя синтез IL-6, хемокина CXCL-8 и антимикробного пептида β-дефензина, а также повышая в эпителиальных клетках продукцию активных форм кислорода, тем самым способствуя защите слизистых оболочек от патогенных микроорганизмов [23]. Следует отметить, что МДП активирует не только сигнальный путь NF-κB, но и MAPK (mitogen-activated protein kinase) и интерфероновый (IFN) пути, что приводит к увеличению синтеза провоспалительных цитокинов, индукции, пролиферации и дифференцировки иммунокомпетентных клеток [7][23].

Влияние препарата на факторы врождённого и адаптивного иммунитетов при различных инфекционных заболеваниях

Показано, что ГМДП, являясь синтетическим аналогом МДП, вызывает в периферической крови обследованных увеличение общего количества дендридных клеток (ДК) и статистически значимое повышение экспрессии хемокина CCR7, ответственного за миграцию ДК во вторичные лимфоидные органы [24]. ГМДП увеличивает экспрессию HLA-DR-антигенов, за счёт чего улучшается распознавание антигенов возбудителей, а также продукцию провоспалительных медиаторов, цитокинов и их растворимых и мембранно-ассоциированных рецепторов [25]. Он действует на клетки моноцитарно-макрофагального ряда, стимулируя в них активность лизосомальных ферментов, образование активных форм кислорода, поглотительные и цитотоксические свойства в отношении вирусинфицированных и опухолевых клеток [7][25–31]. Применение ГМДП приводит к повышению уровня внутриклеточных дефензинов в нейтрофилах периферической крови [32], усилению их фагоцитарной, а также бактерицидной и метаболической активности [33-34].

Препарат не только стимулирует бактерицидную и цитотоксическую активности нейтрофилов и макрофагов, но и усиливает функциональную активность эффекторов адаптивного иммунного ответа у больных, инфицированных возбудителями разной этиологии.

У пациентов, в схему лечения которых входит ГМДП, наблюдается восстановление параметров иммунного статуса [28]: увеличение числа CD3⁺, CD4⁺, CD8⁺, CD16⁺ лимфоцитов [26][27][31][33][35][36-38], а также CD19⁺лимфоцитов [29][39]. Во время лечения под влиянием ГМДП возрастает концентрация провоспалительных цитокинов IL-1β, IL-6, IL-8, TNF-α, а также противовоспалительного цитокина IL-4 [29].

Кроме стимуляции клеточного звена иммунитета у больных вирусными и бактериальными инфекциями отмечено увеличение продукции сывороточного IgG [26], а также секреторного IgА в ротовой полости [27][40].

Таким образом, ГМДП запускает механизмы врождённого иммунного ответа, клеточного и гуморального иммунитета, эффективно активируя все звенья антибактериальной и противовирусной защиты организма [25] что позволяет широко использовать этот препарат в схемах лечения и профилактики различных инфекционных болезней. Несмотря на полученные в период клинических испытаний данные о неэффективности применения ГМДП при профилактике гриппа у пожилых лиц [41], в настоящее время доказано наличие иммуностимулирующей и противовирусной активности этого препарата в отношении гриппозной [35] и других вирусных инфекций у детей и взрослых [24][26-28][38-39][42][43]. Показана целесообразность включения иммуномодулирующего препарата ГМДП в схему лечения больных бактериальными инфекциями [29–33][36][40][44], в том числе туберкулеза у взрослых и детей [37], а также в составе комплексной терапии пневмоний, инфекций органов мочевыводящих системы у новорождённых и недоношенных детей [7].

Получены положительные результаты при проведении экспериментов по изучению возможности использования этого иммуномодулятора в схемах лечения кишечных [34] и особо опасных инфекций [45].

Перспективы использования ГМДП в качестве адъюванта

Помимо использования ГМДП для терапии различных заболеваний, отмечена также и высокая адъювантная активность этого препарата. Адъювантное действие ГМДП обусловлено его возможностью повышать активность нейтрофилов, ДК, макрофагов, увеличивать на поверхности этих клеток экспрессию рецепторов для хемотаксиса, адгезии и поглощения антигенов, стимулировать процессинг и презентацию антигенов, входящих в состав вакцинного препарата, усиливая таким образом антителопродукцию, антителоопосредованную цитотоксичность и другие реакции клеточного иммунитета [6]. Доказана эффективность сочетанного действия ГМДП, ряда других иммуномодуляторов и специфических вакцин против арбовирусных инфекций [46-47]. Выявлена способность ГМДП усиливать гуморальный и клеточный иммунный ответы к корпускулярным и растворимым антигенам. Наличие выраженного стимулирующего эффекта при использовании ГМДП как адъюванта было показано в доклинических исследованиях экспериментальной ВИЧ-вакцины, содержащей рекомбинантный антиген gp120 [6].

О целесообразности введения ГМДП в схему экстренной и специфической профилактики особо опасных инфекций свидетельствуют положительные результаты, полученные отечественными учеными при совершенствовании вакцин против сибиреязвенной инфекции [45], бруцеллеза [48], а также холеры [49-50]. Применение ГМДП в качестве адъюванта свидетельствует о перспективности его использования для повышения эффективности специфической профилактики этих инфекций.

Заключение

Таким образом, всё вышеперечисленное свидетельствует об эффективности применения ГМДП для лечения и профилактики различных инфекционных болезней, в том числе и особо опасных. Способность ГМДП активировать механизмы врождённого, приобретенного клеточного и гуморального иммунитетов, стимулировать как антибактериальную, так и противовирусную защиту организма открывает новые перспективы в использовании его для совершенствования схем лечения и профилактики различных заболеваний, а также применения этого препарата в качестве адъюванта с лицензированными и экспериментальными вакцинами.