Газета «Новости медицины и фармации» 2 (602) 2017
Вернуться к номеру
Современные биотехнологии и фитотерапия: в исследованиях in silico получены новые доказательства эффективности экстракта Serenoa repens при доброкачественной гиперплазии предстательной железы
Рубрики: Урология
Разделы: Клинические исследования
Версия для печати
Подтверждение эффективности лекарственных средств органического происхождения, в частности фитопрепаратов, еще недавно ограничивалось трудностями с выделением их основных действующих веществ и несовершенством традиционных методик проведения испытаний in vivo и in vitro. Современные технологии in silico, используя компьютерное моделирование биологических экспериментов, предоставляют исследователям новые ключи для понимания сложных пространственно-временных взаимодействий молекул органических веществ. Стало возможным создание компьютерных трехмерных изображений отдельных белковых молекул и молекулярных комплексов при помощи методов кристаллографии и рентгеноструктурного анализа. Полученные 3D-модели постоянно пополняют банк данных PDB (Protein Data Bank). Метод молекулярного докинга (или молекулярной стыковки) способен помочь определить наиболее устойчивое пространственное взаиморасположение отдельных составляющих комплекса из двух молекул и вычислить силу их взаимодействия, что позволяет на молекулярном уровне провести виртуальный скрининг наиболее эффективных лекарств, взаимодействующих с ферментными и рецепторными системами организма.
Технологии in silico успешно использованы в инновационной работе группы ученых из университета Сиены (Италия) и Копенгагена (Дания) под руководством P. Governa, посвященной поиску новых доказательств эффективности экстракта Serenoa repens при лечении доброкачественной гиперплазии предстательной железы (ДГПЖ). Исследование призвано убрать разрыв между многолетним опытом эффективного и безопасного применения Serenoa repens и недостаточным объемом экспериментальных данных о механизмах его терапевтического действия и научно обосновать целесообразность включения этого растительного препарата в терапию ДГПЖ.
Интерес авторов к проблеме лечения ДГПЖ был вызван ростом распространенности этой патологии среди мужчин старшего и пожилого возраста, значительным снижением качества жизни и развитием сексуальных нарушений, связанных не только с симптомами болезни, но и с побочным действием медикаментозной терапии. Известно, что с увеличением продолжительности жизни заболеваемость ДГПЖ постоянно возрастает: гистологические признаки выявляются у 60 % мужчин в возрасте старше 50 лет, а после 70 лет их частота увеличивается до 80 %. Ежегодные расходы на лечение ДГПЖ на мировом рынке превышают 4 млрд долларов.
ДГПЖ является хроническим прогрессирующим полиэтиологическим заболеванием, связанным с повышением активности тестостерона и дигидротестостерона — андрогенов, стимулирующих процессы роста и дифференциации тканей предстательной железы. Ключевая роль в развитии гиперплазии простаты принадлежит более активному дигидротестостерону, образующемуся из тестостерона при помощи фермента 5α-редуктазы (5АР) с участием кофермента НАДФ-Н. Основой медикаментозной терапии ДГПЖ являются блокаторы α-адренорецепторов (альфузозин, тамсулозин) и ингибиторы 5α-редуктазы (финастерид). Альтернативу синтетическим лекарствам составляют фитопрепараты, зарекомендовавшие себя как эффективные и безопасные средства терапии ДГПЖ, в частности экстракт Serenoa repens.
Авторы отмечают, что существует большое количество работ, подтверждающих высокую, не уступающую традиционным 5АР-ингибиторам клиническую эффективность экстракта серенои ползучей (СП) при ДГПЖ. Доказано, что частота и тяжесть осложнений, таких как сексуальная дисфункция и поражение органов желудочно-кишечного тракта, на фоне приема СП значительно ниже, чем у финастерида. Несколько противоречивые данные представлены в Кокрановском систематическом обзоре работ (2012 г.), посвященных эффективности СП при лечении связанных с ДГПЖ симптомов со стороны нижних мочевых путей, который не выявил значительных преимуществ СП в сравнении с плацебо. Авторы считают, что подобные результаты связаны с влиянием исходного сырья и технологии производства на состав фитопрепаратов, и видят решение проблемы в использовании стандартизированных, химически воспроизводимых растительных экстрактов.
Остаются неуточненными механизмы биологического действия СП. Антиандрогенный, противовоспалительный, противоотечный и антиоксидантный эффекты, способность к ингибированию 5АР, антипролиферативное действие, опосредованное ингибированием факторов роста и индукцией апоптоза, — эти свойства, продемонстрированные в иследованиях in vitro, еще ожидают своего подтверждения in vivo.
Известно, что основным компонентом СП являются свободные и этерифицированные жирные кислоты (около 90 %), значительно меньше глицеридов (6,8 %) и неомыляемых веществ (2,3 %), среди которых менее 0,3 % составляют фитостеролы (фитостерины). Зачастую терапевтический эффект экстракта Serenoa repens при ДГПЖ приписывают всему фитокомплексу, без уточнения активной роли его отдельных компонентов.
Проведенные рядом исследователей эксперименты in vitro доказали способность различных композиций экстракта и входящих в него веществ ингибировать 5α-редуктазу: экстракт СП эффективно подавлял обе изоформы 5AР в эпителиальных клетках и селективно ингибировал II тип этого фермента в фибробластах, а выделенный из препарата β-ситостерол ингибировал 5АР простаты хомяка. Выявлено, что цельный экстракт СП и большинство его жирных кислот ингибируют обе изоформы 5AР, при этом линолевая кислота оказалась наиболее мощным ингибитором. Предполагают, что при применении цельного экстракта олеиновая кислота, превышающая линолевую по содержанию в СП приблизительно в 6 раз, будет в 3–5 раз более активной.
Зависимость активности ингибирования 5АР от длины цепи и степени насыщенности жирной кислоты была подтверждена в целом ряде других работ: жирные кислоты с насыщенными короткими цепями ингибировали обе изоформы фермента, в то время как соединения с ненасыщенными цепями, такие как линолевая кислота, были более активными и селективными по отношению к I типу 5АР. Большинство исследователей считают, что подобный ингибирующий эффект обусловлен влиянием жирных кислот на состав клеточных мембран, с которыми 5АР функционально связана, но знаний о молекулярном механизме этого взаимодействия недостаточно.
Целью работы Governa и соавт. стало уточнение механизма действия экстракта Serenoa repens на 5AР. Для решения поставленной задачи с помощью технологий in silico оценивалась способность каждого отдельного компонента СП ингибировать 5AР, конкурируя с тестостероном за связывающий сайт фермента. В качестве объекта для прицельного изучения были избраны фитостеролы, сходные по своей структуре с тестостероном, и жирные кислоты, представляющие основной компонент СП. Аффинность этих соединений с предполагаемым активным сайтом 5AР была изучена при помощи методов молекулярного моделирования и докинг-методик поочередной состыковки липидов и фитостеролов СП с активным центром 5β-редуктазы (5BР). Аналогом молекулы 5АР, отсутствующей в базах данных 3D-структур белков (PDB), служила рентгенструктурная модель 5ВР, сходная с 5АР по своим функциям, наличию общего субстрата (тестостерон) и ингибитора (финастерид). В работе использовались кристаллические структуры 5BР и ее комплексов с НАДФ+ и тестостероном, а также с НАДФ+ и финастеридом.
Анализ кристаллических структур показал, что тестостерон и финастерид при взаимодействии с ферментом могут занимать две различные пространственные позиции: перпендикулярную по отношению к молекуле НАДФ-Н, которая оценивается как продуктивная, и параллельную НАДФ-Н — непродуктивную. Финастерид был кристаллизован в продуктивном положении. Получить кристаллическую структуру возможного продуктивного положения тестостерона не удалось, что может быть связано с его способностью занимать более одной позиции. Учитывая тот факт, что при использовании в экспериментах высоких концентраций этого стероида непродуктивная позиция является преобладающей, Governa и соавт. предполагают, что она может выступать в качестве регулятора активности фермента.
Было обнаружено, что структурно сходные с тестостероном фитостеролы — β-ситостерол, стигмастерол и кампестерол — при докинг-стыковке с 5BР связывают активный сайт фермента в обеих возможных пространственных позициях. Кроме того, было отмечено, что эти гидрофобные негликозилированные фитостеролы подобно тестостерону и финастериду способны к эффективному взаимодействию с 5ВР при помощи полярных и гидрофильных участков молекул, располагающихся в связывающем «кармане» фермента. Аффинность гликозилированного даукостерола существенно не отличалась от негликозилированных фитостеролов, что, по мнению авторов, делает перспективным его применение в качестве ингибитора 5AР с использованием нанометодик доставки лекарств.
Авторы прогнозируют, что при пероральном применении экстракта Serenoa repens в терапевтической дозировке 320–640 мг/сут достигающая простаты концентрация фитостеролов СП сможет сравняться с финастеридом по ингибирующему действию на 5AР.
Представляющие основной компонент СП жирные кислоты при докинге с активным центром фермента продемонстрировали возможность формирования как продуктивных, так и непродуктивных ориентаций. Лучшими конкурентными ингибиторами 5BР, в сравнении с финастеридом, оказались олеиновая и линолевая кислоты, в то время как активность миристиновой и пальмитиновой кислот была сходна с тестостероном.
Важными для понимания механизмов действия СП являются полученные в ходе исследования данные о роли отдельных жирных кислот в ингибировании 5АР. Выявлено, что длинноцепочечные ненасыщенные олеиновая и линолевая жирные кислоты являются более активными конкурентными ингибиторами 5AР, чем насыщенные жирные кислоты с короткими или средней длины цепями. Авторы предполагают, что входящие в состав СП свободные жирные кислоты лучше этерифицированных жирных кислот пищи усваиваются в желудочно-кишечном тракте и поэтому являются более активными ингибиторами 5АР. Это подтверждается эффективностью используемого во многих странах фитотерапевтического лечения дизурических симптомов с включением масла из семян Cucurbita pepo, содержащего большое количество свободных жирных кислот.
По мнению авторов, одним из направлений дальнейших исследований может стать поиск причин меньшей, в сравнении с финастеридом, частоты побочных эффектов от приема СП, что красноречиво свидетельствует в пользу эффективности и безопасности этого растительного препарата.
Таким образом, применение in silico технологий позволило авторам работы определить способ и силу связывания входящих в состав СП фитостеролов и жирных кислот при взаимодействии с простатической 5α-редуктазой и подтвердить гипотезу о конкурентном механизме ингибирования 5АР цельным экстрактом Serenoa repens. Было наглядно продемонстрировано, что по силе взаимодействия с ферментом компоненты СП не уступают финастериду. Это исследование является примером использования малозатратных, неинвазивных инновационных технологий для изучения свойств органических компонентов фитопрепаратов. Результаты работы стали еще одним подтверждением эффективного и безопасного использования экстракта Serenoa repens в терапии доброкачественной гиперплазии предстательной железы. Планируется продолжить исследования в этом направлении для подтверждения других возможных механизмов действия СП, таких как ингибирование ароматазы — еще одного фермента, играющего важную роль в развитии ДГПЖ.
Подготовила Виктория Николаенко