Введение
Химическое соединение
Циклоспорин, также называемый циклоспорином, является ингибитором кальцинеурина, используемый в качестве иммуносупрессивного препарата. Его принимают внутрь или внутривенно при ревматоидном артрите, псориазе, болезни Крона, нефротическом синдроме, экземе, а также для профилактики отторжения при трансплантации органов. Он также применяется в виде глазных капель при кератоконъюнктивите сикка (синдроме сухого глаза). Распространенные побочные эффекты включают повышенное артериальное давление, головную боль, проблемы с почками, усиленный рост волос и рвоту. Считается, что циклоспорин действует, подавляя функцию лимфоцитов. Он входит в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения. В 2021 году он был 175-м наиболее часто назначаемым препаратом в Соединенных Штатах, по нему было выписано более 2 миллионов рецептов. Доступен в виде генерического препарата.
Медицинское применение
Циклоспорин показан для лечения и профилактики болезни «трансплантат против хозяина» при трансплантации костного мозга, а также для предотвращения отторжения трансплантатов почки, сердца и печени. Он также одобрен в США для лечения ревматоидного артрита и псориаза, стойкого буллезного кератита после аденовирусного кератоконъюнктивита.
Помимо этих показаний, циклоспорин также используется при тяжелом атопическом дерматите, болезни Кимуры, пиодермии гангренозной, хронической крапивнице, остром системном мастоцитозе и заднем или промежуточном увеите неинфекционной этиологии. Он также применяется, хотя и нечасто, при тяжелом ревматоидном артрите и связанных с ним заболеваниях. Циклоспорин также применялся у пациентов с острым тяжелым язвенным колитом и крапивницей, не поддающейся лечению стероидами.
Побочные эффекты
Побочные эффекты циклоспорина могут включать увеличение десен, усиленный рост волос, судороги, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, панкреатит, лихорадку, рвоту, диарею, спутанность сознания, повышение уровня холестерина, затрудненное дыхание, онемение и покалывание (особенно губ), зуд, повышенное кровяное давление, задержку калия (возможно, приводящую к гиперкалиемии), нарушение функции почек и печени, ощущение жжения в кончиках пальцев и повышенную восприимчивость к оппортунистическим грибковым и вирусным инфекциям. Циклоспорин вызывает гипертензию, индуцируя вазоконстрикцию в почках и увеличивая реабсорбцию натрия. Повышение артериального давления может приводить к сердечно-сосудистым осложнениям; поэтому рекомендуется использовать минимально эффективную дозу для пациентов, нуждающихся в длительном лечении. Применение циклоспорина после трансплантации почки связано с повышением уровня мочевой кислоты в крови и, в некоторых случаях, с развитием подагры. Это обусловлено снижением скорости клубочковой фильтрации, что приводит к задержке мочевой кислоты. Использование азатиоприна в качестве альтернативы показало снижение частоты возникновения подагрического артрита. Циклоспорин классифицирован как канцероген IARC группы 1 (то есть имеются достаточные доказательства канцерогенности для человека), в частности, вызывающий плоскоклеточный рак кожи и неходжкинскую лимфому.
Механизм действия
Основным действием циклоспорина является снижение активности Т-клеток; он достигает этого, ингибируя кальцинеурин в кальцинеурин-фосфатазном пути и предотвращая открытие митохондриальной поры перехода проницаемости. Циклоспорин связывается с цитозольным белком циклофилином (иммунофилином) лимфоцитов, особенно Т-клеток. Этот циклоспорин-циклофилиновый комплекс ингибирует кальцинеурин, который обычно отвечает за активацию транскрипции интерлейкина 2. В Т-клетках активация Т-клеточного рецептора обычно увеличивает внутриклеточную концентрацию кальция, который посредством кальмодулина активирует кальцинеурин. Кальцинеурин затем дефосфорилирует транскрипционный фактор NFAT (ядерный фактор активированных Т-клеток), который перемещается в ядро Т-клеток и усиливает транскрипцию генов IL-2 и связанных с ним цитокинов. Циклоспорин, предотвращая дефосфорилирование NFAT, приводит к снижению функции эффекторных Т-клеток; он не влияет на цитостатическую активность. Циклоспорин также связывается с белком циклофилином D, который входит в состав митохондриальной поры перехода проницаемости (MPTP), тем самым предотвращая открытие MPTP. MPTP находится в митохондриальной мембране клеток сердечной мышцы. Открытие MPTP означает резкое изменение проницаемости внутренней митохондриальной мембраны, позволяющее протонам и другим ионам и растворенным веществам размером до ~1,5 кДа проходить через внутреннюю мембрану. Это изменение проницаемости рассматривается как клеточная катастрофа, приводящая к гибели клеток. Однако кратковременные открытия митохондриальной поры перехода проницаемости играют важную физиологическую роль в поддержании здорового митохондриального гомеостаза. Циклоспорин может вызывать ремиссию протеинурии, вызванной такими заболеваниями, как МКД и ФСГС. Циклоспорин блокирует дефосфорилирование синаптоподина, регулятора Rho GTPases в подоцитах, опосредованное кальцинеурином, тем самым сохраняя взаимодействие синаптоподина 14-3-3β, зависящее от фосфорилирования. Сохранение этого взаимодействия, в свою очередь, защищает синаптоподин от деградации, вызванной катапсин L. В целом, антипротеинурический эффект циклоспорина, по крайней мере частично, обусловлен поддержанием количества белка синаптоподина в подоцитах, что, в свою очередь, достаточно для поддержания целостности гломерулярного фильтрационного барьера и защиты от протеинурии.
Фармакокинетика
Циклоспорин – это циклический пептид, состоящий из 11 аминокислот; он содержит единственную D-аминокислоту, которая редко встречается в природе. В отличие от большинства пептидов, циклоспорин не синтезируется рибосомами. Циклоспорин интенсивно метаболизируется у людей и животных после приема внутрь. Метаболиты, включая циклоспорин B, C, D, E, H и L, обладают менее чем 10% иммуносупрессивной активности циклоспорина и связаны с более высокой токсичностью для почек. Отдельные метаболиты циклоспорина были выделены и охарактеризованы, но, по-видимому, не подвергались обширному изучению.
Биосинтез
Циклоспорин синтезируется нерибосомальной пептидной синтетазой, циклоспорин-синтетазой. Фермент содержит аденолирующий домен, тиолирующий домен, конденсационный домен и N-метилтрансферазный домен. Аденолирующий домен отвечает за распознавание и активацию субстратов, в то время как тиолирующий домен ковалентно связывает аденоилированные аминокислоты с фосфопантеином, а конденсационный домен удлиняет пептидную цепь. Субстратами циклоспорин-синтетазы являются L-валин, L-лейцин, L-аланин, глицин, 2-аминобутировая кислота, 4-метилтреонин и D-аланин, который является начальной аминокислотой в биосинтетическом процессе. Используя аденолирующий домен, циклоспорин-синтетаза генерирует ацил-аденоилированные аминокислоты, а затем ковалентно связывает аминокислоту с фосфопантеином посредством тиоэфирной связи. Некоторые аминокислотные субстраты N-метилируются S-аденозилметионином. Стадия циклизации высвобождает циклоспорин из фермента. Аминокислоты, такие как D-аланин и бутенилметил-L-треонин (Bmt), указывают на то, что циклоспорин-синтетазе требуется действие других ферментов. Рацемизация L-аланина в D-аланин рацемазой аланина зависит от пиридоксалфосфата. Образование бутенилметил-L-треонина осуществляется Bmt-поликетидсинтазой, использующей ацетат/малонат в качестве исходного материала.
Генов кластер
У Tolypocladium inflatum, вида, используемого в настоящее время для промышленного производства циклоспорина, гены биосинтеза организованы в кластер из 12 генов. Из этих 12 генов SimA является циклоспориновым синтетазом, SimB – аланиновой рацемазой, а SimG (сходный с…) – поликетидсинтазой. Эти гены ассоциированы с активным ретротранспозоном. Несмотря на то, что эти последовательности слабо аннотированы в GenBank и других базах данных, последовательности с 90% схожестью можно обнаружить у Beauveria felina (или Amphichorda ~), продуцирующей циклоспорин. SimB имеет два паралога в одном организме с различными, но частично перекрывающимися функциями благодаря их низкой специфичности.
История
В 1970 году сотрудники компании Sandoz (ныне Novartis) в Базеле, Швейцария, выделили новые штаммы грибов из образцов почвы, взятых в Норвегии и Висконсине (США). Оба штамма продуцировали семейство природных соединений, называемых циклоспоринами. Из экстрактов этих грибов были выделены два связанных компонента, обладающих противогрибковой активностью. Норвежский штамм, *Tolypocladium inflatum* Gams, впоследствии использовался для крупномасштабной ферментации циклоспорина в ходе скринингового теста на иммуносупрессию, разработанного и реализованного Хартманном Ф. Стехелином в Sandoz. Химическая структура циклоспорина была установлена в 1976 году, также в Sandoz. Эффективность циклоспорина как кандидата в лекарственные препараты в предотвращении отторжения органов была продемонстрирована при трансплантации почек Р.И. Калне и его коллегами из Кембриджского университета, а также при трансплантации печени, выполненной Томасом Старцлом в Детской больнице Питтсбурга. Первым пациентом, 9 марта 1980 года, стала 28-летняя женщина. В 1983 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило циклоспорин для клинического применения. В мемуарах Томаса Старцла 1992 года, написанных с точки зрения хирурга-трансплантолога, циклоспорин описывается как революционный препарат для аллотрансплантации твёрдых органов. Он значительно расширил возможности клинического применения трансплантации, существенно улучшив фармакотерапию антиотторжения. Буква «y» была заменена на «i», чтобы международное непатентованное наименование (МНН) лекарственного средства писалось как циклоспорин. Циклоспорин является МНН и британским утвержденным названием (BAN), в то время как cyclosporine – принятое название в США (USAN), а cyclosporin – прежнее британское утвержденное название (BAN).
Доступные формы
Циклоспорин обладает очень низкой растворимостью в воде, и, как следствие, для перорального применения и инъекций были разработаны суспензионные и эмульсионные лекарственные формы. Циклоспорин впервые был выведен на рынок компанией Sandoz (ныне Novartis) под торговой маркой Sandimmune, который доступен в виде мягких желатиновых капсул, перорального раствора и состава для внутривенного введения. Все это неводные композиции. Пероральная форма, Neoral,
Дженериковые препараты циклоспорина продавались под различными торговыми марками, включая Cicloral (от Sandoz/Hexal), Gengraf (от Abbott) и Deximune (от Dexcel Pharma). С 2002 года местная эмульсия циклоспорина для лечения воспаления, вызванного кератоконъюнктивитом сикка (синдромом сухого глаза), продается под торговой маркой Restasis. Формы циклоспорина для ингаляций находятся в стадии клинической разработки и включают раствор в пропиленгликоле и липосомные дисперсии.
Нейрозащита
Циклоспорин находится на фазе II/III (адаптивного) клинического исследования в Европе для оценки его способности уменьшать повреждение нейронных клеток и реперфузионное повреждение (фаза III) при травматическом повреждении головного мозга. Это многоцентровое исследование организовано компаниями NeuroVive Pharma и Европейским консорциумом по травмам головного мозга с использованием формулы циклоспорина NeuroVive под названием Neurostat (также известной под торговой маркой Ciclomulsion для кардиопротекции). В этой формуляции вместо кремофора и этанола используется липидная эмульсионная основа. В исследовании фазы I NeuroSTAT был сравнен с Sandimmune и признан биоэквивалентным. В этом исследовании NeuroSTAT не вызывал анафилактических и гиперчувствительных реакций, наблюдаемых у продуктов на основе кремофора и этанола. Циклоспорин изучался как потенциальное нейропротекторное средство при состояниях, таких как травматическое повреждение головного мозга, и в экспериментах на животных было показано, что он снижает повреждение головного мозга, связанное с травмой. Циклоспорин блокирует формирование митохондриального пермеабильного переходного пора, который, как было установлено, вызывает значительную часть повреждений, связанных с травмами головы и нейродегенеративными заболеваниями. Нейропротекторные свойства циклоспорина были впервые обнаружены в начале 1990-х годов, когда два исследователя (Эскил Элмер и Хиройюки Учино) проводили эксперименты по трансплантации клеток. Случайным образом было обнаружено, что циклоспорин А обладает выраженной нейропротекторной активностью при прохождении через гематоэнцефалический барьер. Тот же процесс разрушения митохондрий через открытие МПТ-поры играет роль в усугублении травматических повреждений мозга.
Сердечные заболевания
Циклоспорин экспериментально применялся для лечения гипертрофии миокарда (увеличение объема клеток сердца). Неправильное открытие митохондриального проницаемости переходных пор (MPTP) проявляется при ишемии. CypD – это белок внутри MPTP, который действует как затвор; связывание с циклоспорином А уменьшает количество нежелательного открытия MPTP, что снижает внутримитохондриальную дисфункцию. Ингибирование этого пути, как было показано, уменьшает гипертрофию миокарда. В отличие от человеческой формы препарата, более низкие дозы, используемые у собак, приводят к тому, что препарат действует как иммуномодулятор и вызывает меньше побочных эффектов, чем у людей. Преимущества использования этого препарата включают снижение потребности в сопутствующей терапии для контроля заболевания. Он доступен в виде офтальмологической мази для собак под названием Optimmune, производимой компанией Intervet, входящей в состав Merck. Он также используется для лечения сального аденита (иммунный ответ против сальных желез), пемфигуса фолиацеуса (аутоиммунное заболевание кожи, вызывающее образование пузырей), воспалительных заболеваний кишечника, анального фурункулеза (воспалительного заболевания анальной области) и миастении гравис (нейромышечного заболевания).