Введение
Фармацевтический препарат
Сиролимус, также известный как рапамицин и продаваемый под торговой маркой Rapamune среди прочих, является макролидным соединением, которое используется для покрытия коронарных стентов, предотвращения отторжения органов после трансплантации, лечения редкого заболевания легких – лимфангиолейомиоматоза, и лечения опухоли периваскулярных эпителиоидных клеток (PEComa). Изначально соединение было названо рапамицином в честь местного названия острова Рапа-Нуи. В мае 2023 года препарат Hyftor был одобрен для лечения ангиофибромы лица в Европейском Союзе.
Медицинское применение
Сиролимус показан для профилактики отторжения трансплантированных органов и для лечения лимфангиолейомиоматоза (ЛАМ). В Европейском Союзе сиролимус, под торговым названием Rapamune, показан для профилактики отторжения органов у взрослых с низким или умеренным иммунологическим риском, получающих трансплантацию почки. В 2009 году FDA проинформировало медицинских работников о том, что клиническое исследование, проведенное компанией Wyeth, выявило повышенную смертность у стабильных пациентов после трансплантации печени после перехода с иммуносупрессивной терапии на основе ингибитора кальцинеурина на сиролимус. Когортное исследование 2019 года, охватившее почти 10 000 реципиентов трансплантации легких в США, продемонстрировало значительно улучшенную долгосрочную выживаемость при использовании сиролимуса в сочетании с такролимусом вместо микофенолата мофетила в сочетании с такролимусом для иммуносупрессивной терапии, начиная с одного года после трансплантации. Сиролимус также может использоваться отдельно или в сочетании с ингибитором кальцинеурина (например, такролимусом) и/или микофенолатом мофетилом для обеспечения иммуносупрессивных режимов без применения стероидов. Нарушение заживления ран и тромбоцитопения являются возможными побочными эффектами сиролимуса; поэтому некоторые центры трансплантации предпочитают не использовать его сразу после операции по трансплантации, а вводить только через несколько недель или месяцев. Его оптимальная роль в иммуносупрессии еще не установлена, и он остается предметом ряда продолжающихся клинических исследований.
Лимфаголеиомиоматоз
В мае 2015 года FDA одобрило сиролимус для лечения лимфангиолейомиоматоза (ЛАМ) – редкого прогрессирующего заболевания легких, которое преимущественно поражает женщин репродуктивного возраста. Это сделало сиролимус первым препаратом, одобренным для лечения данного заболевания. Несмотря на то, что сиролимус рассматривался для лечения ЛАМ, ему был присвоен статус лекарственного средства-сироты в связи с редкостью этого заболевания. Однако данный тип стента также может повышать риск сосудистого тромбоза.
Сосудистые пороки развития
Сиролимус используется для лечения сосудистых мальформаций. Лечение сиролимусом может уменьшить боль и ощущение наполненности при сосудистых мальформациях, улучшить показатели свертываемости крови и замедлить рост аномальных лимфатических сосудов. Сиролимус – относительно новый метод медицинской терапии сосудистых мальформаций. В последние годы сиролимус зарекомендовал себя как новый вариант лечения как сосудистых опухолей, так и сосудистых мальформаций, являясь ингибитором мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR), способным интегрировать сигналы пути PI3K/AKT для координации нормального роста и пролиферации клеток. Таким образом, сиролимус особенно эффективен при "пролиферативных" сосудистых опухолях, поскольку контролирует нарушения, связанные с избыточным ростом тканей, вызванные неадекватной активацией пути PI3K/AKT/mTOR, и действует как антипролиферативное средство.
Ангиофибромы
Сиролимус используется для местного лечения ангиофибром при туберозном склерозе (ТС). Ангиофибромы лица встречаются у 80% пациентов с ТС и приводят к значительному обезображиванию. Ретроспективный анализ медицинских публикаций на английском языке, посвященных местному лечению сиролимусом ангиофибром лица, выявил шестнадцать отдельных исследований с положительными результатами у пациентов после применения препарата. В этих исследованиях участвовали в общей сложности 84 пациента, у 94% из которых наблюдалось улучшение, особенно при начале лечения на ранних стадиях заболевания. Сиролимус применялся в различных формах (мазь, гель, раствор и крем) в концентрациях от 0,003% до 1%. Сообщалось о побочных эффектах, включая один случай периорального дерматита, один случай головной боли и четыре случая раздражения. В апреле 2022 года сиролимус был одобрен FDA для лечения ангиофибром.
Побочные эффекты
Наиболее распространенные нежелательные реакции (≥30% случаев, приводящие к 5%-ному уровню прекращения лечения), наблюдавшиеся при применении сиролимуса в клинических исследованиях профилактики отторжения органов у пациентов после трансплантации почки, включают: периферические отеки, гиперхолестеринемию, боль в животе, головную боль, тошноту, диарею, боль, запор, гипертриглицеридемию, гипертензию, повышение уровня креатинина, лихорадку, инфекции мочевыводящих путей, анемию, артралгию и тромбоцитопению. Это также включает снижение толерантности к глюкозе и инсулинорезистентность. В исследованиях на мышах эти симптомы можно избежать путем использования альтернативных схем дозирования или аналогов, таких как эверолимус или темсиролимус.
Токсичность для легких
Токсичность легких – серьезное осложнение терапии сиролимусом, особенно при трансплантации легких. Механизм интерстициального пневмонита, вызванного сиролимусом и другими макролидными ингибиторами mTOR, не установлен и, возможно, не связан с путем mTOR. Интерстициальный пневмонит не зависит от дозы, но чаще развивается у пациентов с сопутствующими заболеваниями легких.
Снижение эффективности иммунной системы
Были сообщения о рисках, связанных с применением сиролимуса при трансплантации, в частности, о возможном увеличении смертности вследствие повышенного риска инфекций.
Повреждение заживления ран
У пациентов, принимающих сиролимус, повышен риск нарушения или замедленного заживления ран, особенно при индексе массы тела более 30 кг/м2 (классифицируется как ожирение).
Биосинтез
Биосинтез ядра рапамицина осуществляется поликетидсинтазой I типа (PKS) в сочетании с нерибосомным пептидсинтазом (NRPS). Домены, ответственные за биосинтез линейного поликетида рапамицина, организованы в три мультифермента – RapA, RapB и RapC, которые содержат в общей сложности 14 модулей (рис. 1). Три мультифермента организованы таким образом, что первые четыре модуля удлинения поликетидной цепи находятся в RapA, следующие шесть модулей для продолжения удлинения – в RapB, а последние четыре модуля для завершения биосинтеза линейного поликетида – в RapC. Затем линейный поликетид модифицируется NRPS, RapP, который присоединяет L-пипеколат к терминальному концу поликетида, а затем циклизует молекулу, образуя несвязанный продукт – прерапамицин. Основной макроцикл, прерапамицин (рис. 2), затем модифицируется (рис. 3) дополнительными пятью ферментами, что приводит к конечному продукту – рапамицину. Сначала основной макроцикл модифицируется RapI, SAM-зависимой O-метилтрансферазой (MTase), которая O-метилирует в положении C39. Далее, карбонил вводится в положение C9 ферментом RapJ, цитохромом P450 монооксигеназой (P450). Затем RapM, еще одна MTase, O-метилирует в положении C16. Наконец, RapN, еще один P450, вводит гидроксильную группу в положение C27, за которым сразу же следует O-метилирование ферментом RapQ, отличной MTase, в положении C27, что приводит к образованию рапамицина. Биосинтетические гены, ответственные за синтез рапамицина, были идентифицированы. Как и ожидалось, три чрезвычайно больших открытых рамки считывания (ORF), обозначенные как rapA, rapB и rapC, кодируют три чрезвычайно больших и сложных мультифермента – RapA, RapB и RapC, соответственно. Ген rapP, встроенный между генами PKS и трансляционно связанный с rapC, кодирует дополнительный фермент, NRPS, ответственный за включение L-пипеколевой кислоты, завершение цепи и циклизацию прерапамицина. Кроме того, гены rapI, rapJ, rapM, rapN, rapO и rapQ были идентифицированы как кодирующие ферменты, модифицирующие макроциклическое ядро для получения рапамицина (рис. 3). Наконец, было установлено, что rapG и rapH кодируют ферменты, которые играют положительную регуляторную роль в подготовке рапамицина посредством контроля экспрессии генов рапамицина PKS. Биосинтез этого 31-членного макроцикла начинается с момента, когда загрузочный домен активируется стартовой единицей – 4,5-дигидроксициклогекс-1-енкарбоновой кислотой, которая происходит из шикиматного пути. или иным образом способствовать регрессии опухоли в клинических испытаниях. Сиролимус, по-видимому, снижает риск развития рака у некоторых пациентов после трансплантации. У пациентов с пересадкой почки было показано, что сиролимус ингибирует прогрессирование саркомы дермального типа Капози. Другие ингибиторы mTOR, такие как темсиролимус (CCI 779) или эверолимус (RAD001), испытываются для использования при таких раковых заболеваниях, как мультиформная глиобластома и лимфома мантийных клеток. Однако эти препараты имеют более высокую частоту летальных побочных эффектов у больных раком, чем контрольные препараты. Было показано, что комбинированная терапия доксорубицином и сиролимусом приводит к ремиссии Akt-положительных лимфом у мышей. Сигнализация Akt способствует выживанию клеток в Akt-положительных лимфомах и препятствует цитотоксическому действию химиотерапевтических препаратов, таких как доксорубицин или циклофосфамид. Сиролимус блокирует сигнализацию Akt, и клетки теряют свою устойчивость к химиотерапии. Лимфомы с положительным показателем Bcl-2 полностью устойчивы к терапии; лимфомы, экспрессирующие eIF4E, не чувствительны к сиролимусу.
Комплекс туберкулезной склерозы
Сиролимус также демонстрирует обнадеживающие результаты в лечении туберкулезного склероза (ТСК) – врожденного заболевания, предрасполагающего к развитию доброкачественных опухолей в головном мозге, сердце, почках, коже и других органах. После ряда исследований, убедительно связавших ингибиторы mTOR с достижением ремиссии при опухолях ТСК, в частности, субепендимальных гигантскоклеточных астроцитомах у детей и ангиомиолипомах у взрослых, многие американские врачи стали назначать сиролимус (Рапамун от Wyeth) и эверолимус (RAD001 от Novartis) пациентам с ТСК по назначению, не предусмотренному инструкцией. В настоящее время в Соединенных Штатах проводятся многочисленные клинические испытания с использованием обоих аналогов рапамицина, в которых участвуют как дети, так и взрослые с ТСК.
Влияние на продолжительность жизни
Впервые было показано, что mTOR, в частности mTORC1, играет важную роль в процессе старения в 2003 году в исследовании на червях. Сиролимус продемонстрировал способность ингибировать и замедлять старение у червей, дрожжей и мух, а также улучшать состояние мышиных моделей различных заболеваний, связанных со старением. Впервые было показано, что сиролимус продлевает жизнь мышей дикого типа в исследовании, опубликованном сотрудниками NIH в 2009 году; эти результаты были воспроизведены на мышах с различным генетическим фоном. Полученные данные дополнительно подтверждаются тем, что генетически модифицированные мыши с нарушенной сигнализацией mTORC1 живут дольше. Это побудило многих энтузиастов в области борьбы со старением к самостоятельному экспериментированию с этим соединением. Однако, из-за различных биохимических свойств сиролимуса, его дозировка может существенно отличаться от дозировки эверолимуса. В конечном итоге, в связи с известными побочными эффектами сиролимуса и недостаточными данными об оптимальной дозировке, необходимы дальнейшие исследования, прежде чем сиролимус можно будет широко назначать для этих целей. Сиролимус оказывает сложное воздействие на иммунную систему: повышение уровня IL-12 и снижение уровня IL-10 указывают на иммуностимулирующий ответ, в то время как снижение уровней TNF и IL-6 свидетельствует об иммуносупрессивном ответе. Длительность ингибирования и точная степень подавления mTORC1 и mTORC2 играют роль, однако эти аспекты пока недостаточно изучены.
Применение местным путем
При применении в качестве местного препарата исследования показали, что рапамицин способен восстанавливать коллаген и обращать вспять клинические проявления старения у пожилых пациентов. Используемые концентрации значительно ниже, чем при лечении ангиофибром.
SARS-CoV-2
Рапамицин был предложен для лечения тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса 2, поскольку его иммуносупрессивные эффекты могут предотвратить или уменьшить цитокиновый шторм, наблюдаемый в крайне тяжелых случаях COVID-19. Более того, подавление пролиферации клеток рапамицином может снизить вирусную репликацию. Окисленный холестерин липопротеинов низкой плотности является важным фактором, способствующим развитию атеросклероза.
Опухоль
По состоянию на 2016 год исследования на клетках, животных и людях указывали на то, что активация mTOR является процессом, лежащим в основе системной красной волчанки, и что ингибирование mTOR с помощью рапамицина может быть терапией, изменяющей течение заболевания. К 2016 году рапамицин был протестирован в небольших клинических исследованиях на людях с волчанкой.
Болезнь трансплантата против хозяина
Из-за своей иммуносупрессивной активности рапамицин рассматривался в качестве средства профилактики или лечения болезни «трансплантат против хозяина» (GVHD), осложнения трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Несмотря на противоречивые результаты, полученные в клинических испытаниях, доклинические исследования показали, что рапамицин способен ослаблять GVHD, увеличивая пролиферацию регуляторных Т-клеток, подавляя цитотоксические Т-клетки и снижая дифференцировку эффекторных Т-клеток.
Применение в биологических исследованиях
Рапамицин используется в биологических исследованиях как агент для химически индуцированной димеризации. В этом применении рапамицин добавляют к клеткам, экспрессирующим две фузионные конструкции, одна из которых содержит рапамицино-связывающий домен FRB, происходящий из mTOR, а другая – домен FKBP. Каждый фузионный белок также содержит дополнительные домены, которые сближаются при индуцировании рапамицином связывания FRB и FKBP. Таким образом, рапамицин может быть использован для контроля и изучения локализации и взаимодействий белков.
Ветеринарное применение
Ряд ветеринарных учебных больниц участвуют в долгосрочном клиническом исследовании, изучающем влияние рапамицина на продолжительность жизни собак.