Зидовудин: История и применение антиретровирусного препарата.

Введение

Антиретровирусные препараты

Зидовудин (ZDV), также известный как азидотимидин (AZT), был первым антиретровирусным препаратом, использованным для профилактики и лечения ВИЧ/СПИДа. Обычно рекомендуется применять в комбинации с другими антиретровирусными препаратами. Распространенные побочные эффекты включают головную боль, лихорадку и тошноту. Он был повторно синтезирован компанией Burroughs Wellcome из формулы, находящейся в общественном достоянии. Препарат был одобрен в Соединенных Штатах в 1987 году и стал первым средством для лечения ВИЧ. Он включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения. Доступен в виде генерических лекарственных средств. По состоянию на 2019 год стандартным режимом является трехкомпонентная пероральная терапия, принимаемая один раз в день, которая может включать AZT.

Профилактика ВИЧ

AZT использовался для постэкспозиционной профилактики (ПЭП) в комбинации с другим антиретровирусным препаратом, называемым ламивудином. Вместе они существенно снижают риск заражения ВИЧ после однократного воздействия вирусом. В последнее время AZT был заменен другими антиретровирусными препаратами, такими как тенофовир, для проведения ПЭП. До тенофовира AZT являлся ключевым компонентом схемы лечения как для преэкспозиционной профилактики, так и для предотвращения передачи ВИЧ от матери ребенку во время беременности, родов и после родов, и было доказано, что он играет важную роль в перинатальном и неонатальном развитии неинфицированных братьев и сестер. Без AZT 10–15% плодов, чьи матери инфицированы ВИЧ, также будут инфицированы. AZT снижает этот риск до 8%, если его применять по трехкомпонентной схеме: после зачатия, во время родов и через шесть недель после родов. Последовательные и активные меры предосторожности, такие как строгое использование антиретровирусных препаратов, кесарево сечение, использование масок, прочных резиновых перчаток, клинически изолированных одноразовых подгузников и избегание контакта с ротовой полостью, могут дополнительно снизить риск передачи ВИЧ от матери ребенку до 1–2%. В период с 1994 по 1999 год AZT был основным методом профилактики передачи ВИЧ от матери ребенку. Профилактика с использованием AZT предотвратила более 1000 случаев смерти от СПИДа среди родителей и детей в Соединенных Штатах. В США в то время принятым стандартом лечения для ВИЧ-положительных матерей была схема 076, которая включала в себя пять ежедневных доз AZT, начиная со второго триместра беременности, а также внутривенное введение AZT во время родов. Поскольку это лечение было длительным и дорогостоящим, оно считалось невозможным для реализации в странах с ограниченными ресурсами, где передача ВИЧ от матери ребенку была серьезной проблемой. В конце 1990-х годов было начато несколько исследований, направленных на оценку эффективности более короткой и простой схемы лечения для использования в странах с "недостаточными ресурсами". Этот короткий курс AZT был ниже принятого стандарта лечения и мог быть расценен как халатность, если бы он проводился в США; однако, он все же мог улучшить уход и выживаемость нуждающихся пациентов, хотя и не применялся в клинической практике. Он воздействует на бактерии посредством механизма действия, который до сих пор полностью не изучен. Многообещающие результаты исследований in vitro и in vivo показали эффективность AZT также против грамотрицательных бактерий, устойчивых ко многим лекарственным средствам (включая штаммы, несущие ген mcr 1 и продуцирующие металло-бета-лактамазы), особенно в сочетании с другими активными агентами (например, фосфомицином, колистином, тигециклином).

AZT has been used for post exposure prophylaxis (PEP) in combination with another antiretroviral drug called lamivudine. Together they work to substantially reduce the risk of HIV infection following the first single exposure to the virus. More recently, AZT has been replaced by other antiretrovirals such as tenofovir to provide PEP. Before tenofovir, a principal part of the clinical pathway for both pre exposure prophylaxis and post exposure treatment of mother to child transmission of HIV during pregnancy, labor, and delivery and has been proven to be integral to uninfected siblings' perinatal and neonatal development. Without AZT, 10–15% of fetuses with HIV infected mothers will themselves become infected. AZT has been shown to reduce this risk to 8% when given in a three part regimen post conception, delivery, and six weeks post delivery. Consistent and proactive precautionary measures, such as the rigorous use of antiretroviral medications, cesarean section, face masks, heavy duty rubber gloves, clinically segregated disposable diapers, and avoidance of mouth contact will further reduce child attendant transmission of HIV to as little as 1–2%. During 1994 to 1999, AZT was the primary form of prevention of mother to child HIV transmission. AZT prophylaxis prevented more than 1000 parental and infant deaths from AIDS in the United States. In the U. S. at that time, the accepted standard of care for HIV positive mothers was known as the 076 regimen and involved five daily doses of AZT from the second trimester onwards, as well as AZT intravenously administered during labour. As this treatment was lengthy and expensive, it was deemed unfeasible in the Global South, where mother to child transmission was a significant problem. A number of studies were initiated in the late 1990s that sought to test the efficacy of a shorter, simpler regimen for use in 'resource poor' countries. This AZT short course was an inferior standard of care and would have been considered malpractice if trialed in the US; however, it was nonetheless a treatment that would improve the care and survival of impoverished subjects. though not routinely used in clinical settings. It acts on bacteria with a mechanism of action still not fully explained. Promising results from in vitro and in vivo studies showed the efficacy of AZT also against multidrug resistant gram negative bacteria (including mcr 1 carrying and metallo β lactamase producing isolates), especially in combination with other active agents (e. g. fosfomycin, colistin, tigecycline).

Побочные эффекты

Наиболее распространенные побочные эффекты включают тошноту, рвоту, кислотный рефлюкс (изжогу), головную боль, косметическое уменьшение абдоминального жира, нарушения сна и потерю аппетита. Менее распространенные побочные эффекты включают легкое обесцвечивание ногтей рук и ног, повышение настроения, эпизодическое покалывание или временное онемение рук или ног, незначительное изменение цвета кожи. Аллергические реакции возникают редко. Ранняя длительная терапия высокими дозами AZT первоначально была связана с побочными эффектами, которые иногда ограничивали терапию, включая анемию, нейтропению, гепатотоксичность, кардиомиопатию и миопатию. Все эти состояния обычно были обратимы при снижении доз AZT. Их связывают с различными возможными причинами, включая временное истощение митохондриальной ДНК, чувствительность γ-ДНК-полимеразы в некоторых митохондриях клеток, истощение трифосфата тимидина, окислительный стресс, снижение внутриклеточного L-карнитина или апоптоз мышечных клеток. Анемия, вызванная AZT, успешно лечилась эритропоэтином для стимуляции выработки красных кровяных телец. Препараты, ингибирующие печеночную глюкуронидацию, такие как индометацин, нордазепам, ацетилсалициловая кислота (аспирин) и триметоприм, снижали скорость выведения и усиливали терапевтический эффект препарата. В настоящее время побочные эффекты встречаются гораздо реже при использовании более низких доз AZT. Согласно данным IARC, имеются достаточные доказательства канцерогенности зидовудина на экспериментальных животных; он, возможно, канцерогенен для человека (группа 2B). В 2009 году штат Калифорния включил зидовудин в свой список химических веществ, "известных штату Калифорния как вызывающие рак и другие нарушения репродуктивной функции".

Вирусорезистентность

Даже при максимально переносимых пациентами дозах, АЗТ недостаточно эффективен для полной остановки репликации ВИЧ и может лишь замедлять размножение вируса и прогрессирование заболевания. Длительное лечение АЗТ может привести к развитию устойчивости ВИЧ к препарату из-за мутаций в его обратной транскриптазе. Чтобы замедлить развитие устойчивости, врачи обычно рекомендуют комбинировать АЗТ с другим ингибитором обратной транскриптазы и антиретровирусным препаратом из другой группы, например, ингибитором протеазы, ненуклеозидным ингибитором обратной транскриптазы или ингибитором интегразы; такая терапия известна как ВААРТ (высокоактивная антиретровирусная терапия).

Механизм действия

АЗТ является аналогом тимидина. АЗТ действует, селективно ингибируя обратную транскриптазу ВИЧ – фермент, который вирус использует для создания ДНК-копии своей РНК. Обратная транскрипция необходима для создания двухцепочечной ДНК ВИЧ, которая впоследствии интегрируется в генетический материал инфицированной клетки (где она называется провирусом). Клеточные ферменты превращают АЗТ в активную 5'-трифосфатную форму. Исследования показали, что обрыв формирующихся цепей ДНК ВИЧ является ключевым фактором ингибирующего эффекта. При очень высоких дозах трифосфатная форма АЗТ может также ингибировать ДНК-полимеразу, используемую клетками человека для деления, однако независимо от дозы АЗТ проявляет примерно в 100 раз большее сродство к обратной транскриптазе ВИЧ. Предполагается, что такая селективность обусловлена способностью клетки быстро восстанавливать собственные цепи ДНК, если они повреждены АЗТ в процессе их формирования, в то время как вирус ВИЧ лишен этой способности. Таким образом, АЗТ подавляет репликацию ВИЧ, не влияя на функцию неинфицированных клеток.

Химия

Энантиочистый АЗТ кристаллизуется в моноклинной сингонии P21. Основным типом межмолекулярного взаимодействия является водородно-связанное димерное кольцо, образованное двумя N-H…O связями.

Первоначальные исследования рака

В 1960-х годах теория о том, что большинство раковых заболеваний вызываются ретровирусами внешней среды, получила клиническую поддержку и финансирование. Недавно, благодаря работам Нобелевских лауреатов Говарда Темина и Дэвида Балтимора, стало известно, что почти все виды рака у птиц вызываются птичьими ретровирусами, однако соответствующие человеческие ретровирусы к тому времени еще не были обнаружены. Параллельно было доказано, что другие соединения, эффективно блокирующие синтез нуклеиновых кислот, обладают антибактериальными, противовирусными и противораковыми свойствами. Ведущие исследования в этой области проводились в лаборатории Нобелевских лауреатов Джорджа Х. Хичингса и Гертруды Элион, что привело к разработке противоопухолевого препарата 6-меркаптопурина. Ричард Э. Белц впервые синтезировал АЗТ в 1961 году, но не опубликовал результаты своих исследований. Джером Хорвиц из Института рака Барбары Энн Карманос и Медицинской школы Университета Уэйна синтезировал АЗТ в 1964 году при поддержке гранта Национального института здравоохранения США (NIH). Разработка была приостановлена после того, как препарат оказался биологически неактивным на мышах. В 1974 году Вольфрам Остертаг из Института экспериментальной медицины имени Макса Планка в Геттингене (Германия) сообщил, что АЗТ специфически воздействует на вирус Френда (штамм вируса мышиной лейкемии). Этот отчет не вызвал большого интереса у других исследователей, поскольку вирус лейкемии Френда является ретровирусом, а в то время о заболеваниях человека, вызываемых ретровирусами, ничего не было известно.

Исследования ВИЧ/СПИДа

В 1983 году исследователи из Института Пастера в Париже идентифицировали ретровирус, впоследствии известный как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), как причину синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИДа) у людей. Вскоре после этого Сэмюэл Бродер, Хироаки Мицуя и Роберт Ярчоан из Национального института рака США (NCI) инициировали программу разработки терапий для ВИЧ/СПИДа. Используя созданную ими линию CD4+ Т-клеток, они разработали метод анализа для оценки способности лекарственных препаратов защищать CD4+ Т-клетки от уничтожения ВИЧ. Чтобы ускорить процесс поиска лекарства, исследователи NCI активно искали сотрудничество с фармацевтическими компаниями, располагающими библиотеками соединений с потенциальной противовирусной активностью. Этот метод анализа позволял одновременно оценивать как анти-ВИЧ-эффект соединений, так и их токсичность в отношении инфицированных Т-клеток. В июне 1984 года вирусолог Марти Сент-Клэр из компании Burroughs Wellcome организовал программу по поиску препаратов, способных ингибировать репликацию ВИЧ. Компания Burroughs Wellcome обладала опытом в области аналогов нуклеозидов и вирусных заболеваний, исследованиями руководили Джордж Хичинс, Гертруда Элион, Дэвид Барри, Пол (Чип) МакГуирт-младший, Филип Фурман, Марта Сент-Клэр, Джанет Риддют, Сандра Лерман и другие. Их исследовательские усилия были частично сосредоточены на вирусном ферменте обратной транскриптазе. Обратная транскриптаза – это фермент, который ретровирусы, включая ВИЧ, используют для самовоспроизведения. Дополнительное тестирование проводилось на мышиных клетках, инфицированных ретровирусами Friend или вирусом саркомы Харви, поскольку в то время в группе Wellcome не было работоспособного анализа противовирусной активности в отношении ВИЧ, а эти другие ретровирусы считались приемлемой заменой. AZT оказался исключительно мощным ингибитором как вируса Friend, так и вируса саркомы Харви, а поиск в архивах компании показал, что много лет назад он продемонстрировал низкую токсичность при тестировании его антибактериальной активности на крысах. Основываясь частично на этих результатах, химик-нуклеозидист Джанет Риддют выбрала AZT в качестве одного из 11 соединений для отправки в NCI для тестирования в антивирусном анализе ВИЧ этой организации. Проводя это исследование I фазы, они опирались на опыт, полученный при проведении предыдущего исследования с сурамином, другим препаратом, который показал эффективную анти-ВИЧ-активность в лабораторных условиях. Это первоначальное исследование AZT доказало, что препарат можно безопасно вводить пациентам с ВИЧ, что он повышает количество CD4-клеток, восстанавливает Т-клеточный иммунитет, измеренный с помощью кожных проб, и демонстрирует убедительные доказательства клинической эффективности, например, способствует увеличению веса у пациентов со СПИДом. Также было показано, что уровни AZT, эффективные in vitro, можно вводить пациентам в виде инъекций и суппозиториев, и что препарат глубоко проникает только в инфицированный мозг.

In 1983, researchers at the Institut Pasteur in Paris identified the retrovirus now known as the Human Immunodeficiency Virus (HIV) as the cause of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) in humans. Shortly thereafter, Samuel Broder, Hiroaki Mitsuya, and Robert Yarchoan of the United States National Cancer Institute (NCI) initiated a program to develop therapies for HIV/AIDS. Using a line of CD4+ T cells that they had made, they developed an assay to screen drugs for their ability to protect CD4+ T cells from being killed by HIV. In order to expedite the process of discovering a drug, the NCI researchers actively sought collaborations with pharmaceutical companies having access to libraries of compounds with potential antiviral activity. This assay could simultaneously test both the anti HIV effect of the compounds and their toxicity against infected T cells. In June 1984, Burroughs Wellcome virologist Marty St. Clair set up a program to discover drugs with the potential to inhibit HIV replication. Burroughs Wellcome had expertise in nucleoside analogs and viral diseases, led by researchers including George Hitchings, Gertrude Elion, David Barry, Paul (Chip) McGuirt Jr., Philip Furman, Martha St. Clair, Janet Rideout, Sandra Lehrman and others. Their research efforts were focused in part on the viral enzyme reverse transcriptase. Reverse transcriptase is an enzyme that retroviruses, including HIV, utilize to replicate themselves. Secondary testing was performed in mouse cells infected with the retroviruses Friend virus or Harvey sarcoma virus, as the Wellcome group did not have a viable in house HIV antiviral assay in place at that time, and these other retroviruses were believed to represent reasonable surrogates. AZT proved to be a remarkably potent inhibitor of both Friend virus and Harvey sarcoma virus, and a search of the company's records showed that it had demonstrated low toxicity when tested for its antibacterial activity in rats many years earlier. Based in part on these results, AZT was selected by nucleoside chemist Janet Rideout as one of 11 compounds to send to the NCI for testing in that organization's HIV antiviral assay. In doing this Phase I trial, they built on their experience in doing an earlier trial, with suramin, another drug that had shown effective anti HIV activity in the laboratory. This initial trial of AZT proved that the drug could be safely administered to patients with HIV, that it increased their CD4 counts, restored T cell immunity as measured by skin testing, and that it showed strong evidence of clinical effectiveness, such as inducing weight gain in AIDS patients. It also showed that levels of AZT that worked in vitro could be injected into patients in serum and suppository form, and that the drug penetrated deeply only into infected brains.

Заявлен патент и одобрен FDA

Впоследствии компания Burroughs Wellcome провела несовершенное двойное слепое, плацебо-контролируемое рандомизированное исследование AZT, которое показало, что AZT безопасно продлевает жизнь людей, живущих с ВИЧ. Однако исследование было быстро раскрыто, и несколько участников из группы, получавшей препарат, впоследствии умерли. В 1985 году компания Burroughs Wellcome подала заявку на патент на AZT. Консультативный комитет FDA по противоинфекционным препаратам проголосовал десятью голосами против одного за одобрение AZT. FDA одобрило препарат (с использованием новой на тот момент системы ускоренного одобрения FDA) для лечения ВИЧ, СПИДа и ARC (комплекса, связанного со СПИДом, устаревшего медицинского термина для пред-СПИДового состояния) 20 марта 1987 года. С момента первого подтверждения активности AZT против ВИЧ в лабораторных условиях до его одобрения прошло 25 месяцев. В 1990 году AZT был единогласно одобрен для применения у младенцев и детей. Первоначально AZT вводили в значительно более высоких дозах, чем сейчас, обычно 400 мг каждые четыре часа, днем и ночью, по сравнению с современной дозировкой 300 мг два раза в день. Ограниченность альтернативных методов лечения ВИЧ/СПИДа в то время однозначно подтвердила соотношение риска и пользы для здоровья, поскольку неизбежная медленная, обезображивающая и мучительная смерть от ВИЧ перевешивала побочные эффекты препарата – временную анемию и недомогание.

Общество и культура

До 1991 года 80% из 420 миллионов долларов, выделенных Группе клинических испытаний по СПИДу Национального института здоровья, направлялось на изучение препарата AZT. Помимо двух химиотерапевтических препаратов с аналогичным принципом действия, ddI и ddC, с момента одобрения препарата и до 1993 года не было одобрено ни одного другого лекарства от СПИДа, что вызвало критику. Утверждалось, что чрезмерное внимание исследователей к AZT и его структурным аналогам, а также значительное перенаправление финансирования на эти препараты, замедлили разработку более эффективных средств. Дело Burroughs Wellcome Co. против Barr Laboratories стало знаковым в американском патентном праве. В 2002 году был подан еще один иск, оспаривающий патент, Фондом здравоохранения при СПИДе (AIDS Healthcare Foundation), который также возбудил антимонопольное дело против GSK. Патентный иск был отклонен в 2003 году, после чего AHF подала новый иск, оспаривающий патент.