Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2023, T. 512, № 1, стр. 417-421

На основе конструирования N-ацил-дипептидных миметиков наиболее экспонированных бета-поворотных фрагментов петель NGF и BDNF в НИИ фармакологии имени В.В. Закусова созданы соединения, воспроизводящие эффекты нейротрофинов. В модельных опытах in vitro ряд соединений по-разному активировали пострецепторные сигнальные пути Trk-рецепторов; выявлены особенности их фармакологических эффектов. Изучение связи структуры и активности низкомолекулярных миметиков NGF по нейропротективным и антидиабетическим эффектам позволило отобрать в качестве соединения лидера дипептид ГК-2. В ряду миметиков BDNF комплекс нейропротективных и антидепрессант-подобных свойств зарегистрирован у миметика ГСБ-106 [1].

В развитие стратегии создания низкомолекулярных миметиков нейротрофинов выполнен дизайн и изучены свойства миметиков нейротрофина-3 (NT-3). NT-3, подобно NGF и BDNF, играет важную роль в регуляции пролиферации, дифференцировки, миелинизации, сохранении фенотипической стабильности нейронов. Отличие NT-3 от других нейротрофинов состоит в активации преимущественно TrkC, с меньшей аффинностью TrkB и с еще более низкой – TrkA.

Для полноразмерной молекулы NT-3, как и для других нейротрофинов, характерны низкая энзиматическая устойчивость и неудовлетворительные фармакокинетические свойства, что определяет целесообразность создания и выявления фармакологических свойств его низкомолекулярных системно-активных миметиков. Как и в предыдущих работах, для конструирования миметика NT-3 был выбран наиболее экспонированный фрагмент 4-й петли –Glu⁹²–Asn⁹³–Asn⁹⁴–, на основе которого синтезирован димерный дипептидный миметик – гексаметилендиамид бис-(N-моно-сукцинил-L-аспарагинил-L-аспарагина) (ГТС-301) [2]. Для этого миметика показана активация, как и для полноразмерной молекулы, преимущественно TrkC рецепторов. Нейропротекторная активность in vitro установлена в пикомолярных концентрациях. В опытах in vivo обнаружен антидепрессант-подобный эффект при внутрибрюшинном введении в дозах 10–40 мг/кг [2].

Исходя из ранее предложенной концепции сходства нейрохимических механизмов регуляции функций нейронов и β-клеток [3, 4], в настоящей работе изучена антидиабетическая активность соединения ГТС-301.

Исследование проведено на стрептозотоциновой модели диабета на мышах C57Bl/6. Мышей делили на следующие группы: Контроль, Диабет, Диабет + ГТС-301 (0.1 мг/кг), Диабет + ГТС-301 (0.5 мг/кг), Диабет + ГТС-301 (5 мг/кг). Диабет моделировали однократным внутрибрюшинным (в/б) введением стрептозотоцина (СТЗ) в дозе 110 мг/кг. Группе Контроль в/б на протяжении 32 дней вводили дистиллированную воду (ДВ) или 1% раствор Tween 80 в ДВ. Группе Диабет вводили ДВ или 1% раствор Tween 80 в/б в течение 14 дней, на 15-й день – СТЗ, а затем продолжали введение ДВ или 1% раствора Tween 80 в течение последующих 17 дней. ГТС-301 в 1% растворе Tween 80 вводили в дозах 0.1, 0.5 или 5 мг/кг в/б в течение 14 дней до введения СТЗ и в течение 17 дней после введения СТЗ (см. рис. 1). Все вещества вводили в/б из расчета 0.01 мл на 1 г массы животного. Измерение уровня глюкозы в крови, взятой из хвостовой вены мышей, проводили при помощи глюкометра One Touch Select Plus Flex до введения и на разные сроки после введения СТЗ. Ежедневно проводили измерение потребления воды.

Рис. 1.

Дизайн эксперимента.

Профилактическое введение (до СТЗ) дипептида ГТС-301 в течение 14 дней в дозах 0.1, 0.5 и 5 мг/кг не вызывало изменений уровня глюкозы в крови животных.

Введение СТЗ в дозе 110 мг/кг вызывало выраженное (⁓ в 3 раза) повышение уровня глюкозы в крови у животных группы Диабет, которое сохранялось после индукции диабета до 61-го дня (табл. 1).

Последующее (превентивное + лечебное) введение ГТС-301 в дозах 0.1 и 0.5 мг/кг в/б оказывало антигипергликемический эффект, который отсутствовал в дозе 5 мг/кг (табл. 1). В дозе 0.1 мг/кг статистически значимое снижение глюкозы в крови было выявлено с 19-х по 61-е сутки после СТЗ. В дозе 0.5 мг/кг снижение глюкозы проявилось с 5-х по 47-е сутки после введения СТЗ. Таким образом, ГТС-301 оказывает пролонгированный лечебный эффект.

Одним из важных индикаторов сахарного диабета является полидипсия [6]. В группе Диабет наблюдалось выраженное повышение количества выпитой жидкости (рис. 2), которое проявлялось с 6 суток после индукции диабета и сохранялось до окончания регистрации данного показателя (48 дней). ГТС-301 в дозе 0.5 мг/кг в/б ослаблял полидипсию на 50–57% до 18-го дня после индукции диабета (рис. 2).

Рис. 2.

Динамика потребления воды. Статистические отличия групп (точный тест Фишера, р < 0.05): * – от группы Контроль; # – от группы Диабет. Данные представлены в виде количества выпитой воды (мл) в сутки.

ГТС-301 в дозах 0.1 и 0.5 мг/кг также достоверно уменьшал число животных с повышенным (≥13 ммоль/л) уровнем глюкозы в крови и полностью предотвращал их гибель (рис. 3). Так, в группе животных, получавших ГТС-301 в дозе 0.1 мг/кг, количество животных с гипергликемией на 5-е и 61-е сутки составило 45% по сравнению с 90% в группе Диабет (p < 0.05, критерий хи-квадрат). В дозе 0.5 мг/кг эффект ГТС-301 был менее выражен.

Рис. 3.

Заболеваемость и смертность на 61-е сутки после введения СТЗ.

Таким образом, в настоящей работе, при моделировании стрептозотоцинового диабета, впервые выявлена антидиабетическая активность соединения ГТС-301 по показателям снижения гипергликемии, полидипсии и увеличения выживаемости животных.

Известно, что NT-3 представлен не только в мозговой ткани, но и в периферических органах, в некоторых из них его содержание существенно превышает таковое для структур мозга. Так, если содержание NT-3 в мозжечке составляет 0.71 нг/г, в гиппокампе 6.3 нг/г, то в печени 45 нг/г, а в поджелудочной железе уровень NT-3 достигает 892 нг/г [7]. Для β-клеток поджелудочной железы характерна экспрессия TrkC [8]. Несмотря на наличие этих данных, вопрос о возможном антидиабетическом эффекте полноразмерной молекулы ранее практически не изучался. При тщательном анализе литературы мы обнаружили только одну публикацию [9], которая была выполнена на диабетической генетической модели – мышах линии db/db. В этой работе отмечалось, что подкожное введение NT-3 в дозе 20 мг/кг ведет к снижению содержания сахара в крови db/db мышей с 20 до 8 мг/дл, однако этот эффект был кратковременным – через 24 ч было отмечено восстановление исходного, гипергликемического уровня.

В качестве перспективных свойств ГТС-301 можно отметить малые эффективные дозы (0.1 и 0.5 мг/кг) и наличие выраженного эффекта последействия. Важнейшей особенностью изученного миметика является возможность применения при системном введении.

В то же время применение полноразмерной молекулы NT-3 требует сложных и инвазивных методов введения [10]. Так, в экспериментах по изучению эффекта NT-3 на модели диабетической нейропатии этот нейротрофин доставлялся интратекально в спинной мозг [11]. Применялось нанесение рекомбинантного NT-3 непосредственно на место хирургического повреждения головного мозга крысы с помощью гелевой пены [12], а также использовалась инъекционная композитная система, состоящая из биоразлагаемых полимерных наночастиц, диспергированных в гиалурон-метилцеллюлозном геле для интратекального введения NT-3 в спинной мозг [13]. В исследованиях использовались также биоактивные каркасы (из желатиновой губки, фиброина шелка, хитозана) с NT-3 [14–16].

Тот факт, что низкомолекулярный миметик NT-3, дипептид ГТС-301, для которого была выявлена выраженная нейропротективная активность [2], проявляет, как было впервые установлено в приведенных выше экспериментах, также и антидиабетический эффект, является важным свидетельством в пользу развиваемой нами концепции сходства механизмов защиты нейронов и β-клеток поджелудочной железы [3, 4]. Установленное наличие у миметика NT-3 антидиабетического эффекта представляет также практический интерес в аспекте возможной разработки нового оригинального средства лечения диабета.