Без кейворда

Противораковые препараты из кораллового рифа: Перспективы и обещания

Во многих случаях диагноз “рак” уже не является смертным приговором, каким он был раньше. Поразительные достижения в трех классических методах лечения (облучение, хирургия и химиотерапия), а также более современные подходы, такие как фотодинамическая терапия, дают новую надежду многим пациентам.

Из всех этих различных форм медицинского вмешательства, пожалуй, химиотерапия имеет наибольшие перспективы в плане избирательного уничтожения раковых клеток при одновременном минимизации побочных повреждений окружающих тканей. При типичном режиме химиотерапии пациент получает один или несколько химических агентов, которые либо избирательно убивают раковые клетки напрямую, либо способствуют гибели раковых клеток косвенным путем, например, нарушая сеть кровоснабжения твердых опухолей. Многие из этих химических агентов обязаны своим происхождением природным источникам в окружающей среде, в то время как другие противораковые химиотерапевтические препараты полностью разработаны учеными-фармацевтами на основе современных знаний о механизмах возникновения рака. Избирательное уничтожение раковых клеток без ущерба для здоровых клеток является центральным элементом этих лечебных протоколов, а хорошо известные побочные эффекты химиотерапии (выпадение волос, тошнота, иммунокомпромисс и т.д.) являются постоянным напоминанием о том, что остается много возможностей для прогресса.

Будет ли обещание полностью селективных противораковых препаратов реализовано при нашей жизни, остается неизвестным, но захватывающие разработки коралловых рифов и их обитателей придают уверенности утверждению, что лучшее еще впереди. На самом деле, химия коралловых рифов все больше выходит на первый план в поиске новых лекарств в целом, поскольку долгое время существовавшая догма о том, что тропические дождевые леса должны были стать мировой фармакопеей, не выдержала многократных проверок (Cragg, 2005), несмотря на то, что в них произрастает более половины из 250 000 известных видов растений. Вся концепция поиска фармацевтических агентов в морской среде была подтверждена выделением и идентификацией некоторых простых аналогов нуклеиновых кислот, названных спонготимидином и спонгоуридином, из карибской губки Cryptotethya crypta более 50 лет назад (Bergmann and Feeney, 1950, 1951; Bergmann and Burke, 1955). Эти (на тот момент) беспрецедентные структуры заставили химиков задуматься и затем разработать структурно родственные аналоги для тестирования против целого ряда заболеваний человека, включая рак и СПИД. На основе этих исследований, вдохновленных изолятом губки, было создано несколько успешных препаратов, включая противолейкемическое средство ara-C (Upjohn, сейчас Pharmacia), противовирусное соединение ara-A (Burrows Wellcome, сейчас Glaxo SmithKline) и первое эффективное средство против СПИДа – AZT. Интересно, что полностью синтетический аналог спонготимидина ara-A впоследствии был обнаружен как метаболит средиземноморской горгонии Eunicella cavolini (Newman and Craig, 2004).

Обнаружение потенциально жизненно важных лекарств у обитателей рифов поднимает глубокие вопросы экологии и экономики. Этично ли эксплуатировать, возможно, до полного исчезновения, организмы-производители, чтобы спасти человеческие жизни? Хрупкое и ухудшающееся здоровье тропических рифов уже давно задокументировано, и можно утверждать, что крупномасштабная добыча сидячих организмов может еще больше усугубить это ухудшение. К счастью, новейшие технологии марикультуры и, независимо от них, генной инженерии могут обеспечить устойчивое решение. Как будет показано ниже, значительные количества некоторых противораковых химиотерапевтических соединений могут быть получены из организмов, выращенных с помощью марикультуры. Еще более привлекательным, но, возможно, более отдаленным решением может стать наблюдение, что многие, а возможно, и большинство химиотерапевтических агентов, получаемых из морских видов, на самом деле синтезируются симбиотическими микроорганизмами, которые живут в губке, коралле и т.д.. Выращивание этих микроорганизмов в лаборатории и/или клонирование генов, ответственных за биосинтез интересующего соединения, в хорошо управляемых бактериях – активная и постоянная задача. Эти усилия находятся на переднем крае исследований морских природных продуктов, и они представляют собой лучшую надежду на удовлетворение потенциально противоречивых целей спасения рифов и улучшения здоровья человека. Чтобы подготовить почву для обсуждения роли рифовой флоры и фауны в химиотерапии рака, далее следует краткое и (чрезмерно) упрощенное описание всего химиотерапевтического предприятия по лечению рака.

Разработка новых противораковых лекарств – трудная задача, требующая скоординированных усилий групп ученых, представляющих всевозможные химические и биологические науки. Главная проблема, которую необходимо решить, – это избирательность; поскольку раковые клетки – это всего лишь нормальные клетки, механизмы роста которых вышли из-под контроля, целенаправленное и точное их уничтожение без ущерба для аналогичных здоровых клеток остается сложной задачей. Тем не менее, многие различия, которые можно использовать, отличают раковые клетки от их нераковых собратьев, и эти различия становятся центром усилий по разработке эффективных противораковых агентов. Хотя подробное обсуждение биохимических основ этого различия выходит за рамки данной статьи, стоит отметить, что различия в кровоснабжении, содержании кислорода, доступе к ДНК и химических сигнальных путях, среди многих других факторов, были выявлены и использованы в этом отношении. К счастью, такой широкий спектр различных моделей поведения/характеристик раковых и здоровых клеток гарантирует, что существует более одного способа решения проблемы избирательной цитотоксичности (= убийства клеток), поэтому многие различные типы молекул могут быть исследованы на предмет их способности действовать в качестве раковых цитотоксинов.

Любой потенциальный кандидат в химиотерапевты против рака должен пройти строгую серию испытаний, прежде чем получить одобрение FDA для коммерциализации. Этот процесс обычно начинается с основного вопроса: действительно ли молекула будет убивать раковые клетки. Такие испытания обычно проводятся in vitro против 60 различных типов раковых клеток, хранящихся в репозитории Национального института рака (NCI). Кроме того, некоторые механизмы, посредством которых молекулы могут убивать раковые клетки, являются косвенными, поэтому могут проводиться дополнительные испытания на целых животных и/или ксенотрансплантационных моделях. Успех на этом уровне приводит к дальнейшим испытаниям in vitro на токсичность против нормальных клеточных линий и т.д.

Результаты доклинических испытаний противораковых препаратов обычно приводятся в виде значений ED₅₀ значения, которое представляет собой эффективная доза которая убивает 50% раковых клеток. Эти значения ED₅₀ обычно указываются в единицах концентрации: доли моль/литр (L), где 1 моль = 6 x 10 23 молекул. Чем меньше ED₅₀чем ниже концентрация соединения, необходимая для того, чтобы вызвать гибель раковых клеток, тем больше вероятность того, что молекула останется в списке для дальнейшей оценки. Неофициальным порогом, ниже которого соединения считаются активными и, следовательно, кандидатами для дальнейшего изучения, является низкая микромолярная концентрация (м М, 1 м М = 10-6 моль/л, или примерно 1 часть на миллион для типичной молекулы размером с лекарство). Если ED₅₀ > ~ 10 м М, то маловероятно, что молекула будет достаточно селективной для своей биологической мишени по сравнению с другими возможными сайтами взаимодействия, чтобы оставаться жизнеспособным химиотерапевтическим кандидатом. Как подробно описано далее в этой статье, противораковые молекулы из рифовой среды, которые были выбраны для дальнейшей разработки, все имеют ED₅₀ от наномолярного (нМ, 1 нМ = 10-9 моль/л, или около 1 части на миллиард для типичной молекулы размером с лекарство) до пикомолярного (пМ, 1 пМ = 10-12 моль/л, или около 1 части на триллион для типичной молекулы размером с лекарство) диапазона.

Молекула становится кандидатом для тестирования на людях, если она проявляет токсичность против раковых клеток и переносится здоровыми клетками/целыми животными. Испытания на людях жестко регулируются по этическим соображениям и проводятся по трехфазному протоколу. Вначале проводятся испытания фазы I. Эти испытания включают в себя лечение небольшого числа здоровых (платных) добровольцев препаратом-кандидатом, чтобы выяснить, переносится ли соединение людьми. Если побочных эффектов не обнаружено, то можно приступать к испытаниям фазы II. В этой части процесса проверки препарата набирается небольшое количество пациентов с различными видами рака, которые не реагировали на другие методы лечения. Ошеломляющего успеха ожидать не приходится, поскольку эти виды рака, как правило, рефрактерны и не поддаются традиционному лечению. Тем не менее, любой признак улучшения обнадеживает, даже если рак не уничтожен. Препараты, которые на этом этапе продолжают демонстрировать терапевтический потенциал, переходят к испытаниям фазы III, в ходе которых они назначаются широкому кругу онкологических больных. В ходе этих испытаний, которые могут быть довольно продолжительными, определяются режимы дозирования, долгосрочная переносимость и терапевтическая эффективность. В конечном итоге, если кандидат в лекарственные препараты выдерживает эти экспериментальные испытания, собранные данные представляются в FDA для оценки. Одобрение FDA для коммерческой продажи приводит к появлению нового противоракового препарата на рынке. Пока идут испытания на людях, изучаются также важные вопросы, касающиеся фармакокинетики, методов доставки лекарств, аллергических реакций и т.д. FDA не играет пассивной роли в этом процессе тестирования; скорее, оно внимательно следит за прогрессом с целью “ускоренного продвижения” на рынок любых перспективных кандидатов. При проведении длительных экспериментов над потенциально жизненно важными препаратами возникают очень острые вопросы, такие как использование плацебо для подтверждения результатов испытаний, и на этот процесс оказывается большое давление со стороны врачей, пациентов и разработчика препарата, как правило, крупной фармацевтической компании.

• Failure rate of all preclinical drug candidates: >> 99.9%
• Доля неудач доклинических противораковых кандидатов в натуральные препараты, начиная с 1981 года: ~ 96% (Bhakuni, 2005) (натуральный продукт = отдельное химическое вещество, полученное из живого организма).
• Процент неудач всех кандидатов в лекарственные препараты I фазы: ~ 30%
• Доля неудач среди всех кандидатов в лекарственные средства II фазы: ~ 50%
• Процент неудач среди всех кандидатов в лекарственные средства на III фазе: ~ 50%
• Неудачи после выхода на рынок: ~ 10% (Бореман, 2006)
• Разработка нового лекарства от открытия до коммерциализации обходится примерно в 1,2 миллиарда долларов США (Hileman, 2006).

Из этих убедительных цифр становится ясно, что открытие хороших ведущих соединений требует больших затрат. В период с 1981 по 2002 год на рынок было выведено 79 новых противораковых препаратов (Newman, 2003). Из этих молекул 30 были извлечены из природных источников (или получены из молекул, извлеченных из природных источников), часто руководствуясь народной медициной. На самом деле, NCI поддерживает постоянно расширяющийся репозиторий из более чем 60 000 образцов растений и морских организмов, доступных для тестирования, и около 700 новых морских образцов добавляются каждый год. Ни один из исходных организмов для этих 79 препаратов не был морского происхождения, что отражает раннее стремление исследовать более легкодоступную наземную флору, поскольку сбор морских организмов до недавнего времени был не очень практичным. Одной из реальных историй успеха, ставших результатом этих усилий, является противораковый препарат таксол (торговое название: паклитаксел), первоначально выделенный из коры тихоокеанского тиса (рис. 1). Потребовалось более 20 лет, чтобы провести это соединение через все этапы выделения, структурной/химической работы и биологических испытаний, необходимых для получения разрешения FDA, но в 1993 году оно стало доступно для пациентов с раком. Таксол одобрен для применения против рака яичников, легких и молочной железы, а также саркомы Капоши. С момента появления в продаже он остается самым продаваемым противораковым препаратом, максимальный годовой объем продаж которого составил ~ $1,6 млрд в 2000 году и $0,9 млрд в 2004 году.

Рисунок 1 . Таксол ( 1 ) и его источник – тисовое дерево.

На протяжении всей статьи химические структуры обсуждаемых противораковых соединений будут представлены в пиктографическом представлении, которое обычно используется химиками-органиками. Язык” органической химии, как и любой другой язык, имеет свои собственные правила грамматики, структуру предложений, сокращения и иконографию. Более глубокое изучение этих деталей выходит за рамки данной статьи, но главное, что можно вынести из этих изображений молекул: (1) все они сложны, имеют много атомов и много связей (соединений) между атомами, и (2) все они очень отличаются друг от друга. Это всего лишь взгляд на весь портфель потенциально активных кандидатов в лекарственные препараты, и выяснение взаимосвязи между интимными деталями их молекулярной структуры и наблюдаемой противораковой активностью занимает значительную часть фармацевтических исследований. Предпосылкой этих исследований является то, что если удастся определить набор “правил”, связывающих структуру с функцией для любого конкретного соединения, то эта информация может помочь в разработке новых лекарств от этого заболевания de novo, но, возможно, с преимуществами, недоступными для соединений, полученных естественным путем. Именно эта цель движет большей частью фармацевтической промышленности.

Откуда возьмется следующий таксол? Это главный вопрос, который приковывает внимание тысяч ученых-фармацевтов, онкологов и медицинских исследователей. Привлекательность природных источников для противораковых лекарств остается высокой по целому ряду причин, но в итоге мы приходим к статистическому аргументу: если бы вся материя во Вселенной была преобразована в случайные, разнообразные и уникальные молекулы, похожие на лекарства, все равно не хватило бы молекул, чтобы гарантировать, что активное лекарство (от любой болезни) будет под рукой – слишком много структурных переменных. Этот отрезвляющий вывод следует из сравнения предполагаемой массы Вселенной (~3 x 10 55 gm) to the most commonly cited calculated number of conceivable drug-like molecular entities (>10 60 различных и дискретных химических структур, которые имеют характеристики, обычно встречающиеся в молекулах лекарств). Возникает вопрос, как можно повысить эти бесконечно малые шансы найти лекарство? Если отбор случайных молекул бесполезен, то может ли какой-либо источник молекул быть изначально предрасположен к желаемой биологической активности? Многие исследователи в этой области считают, что лучше всего подходят молекулы, полученные из природных источников (“натуральные продукты”), поскольку структуры и химический состав натуральных продуктов эволюционировали в течение геологического времени, чтобы служить эффективными партнерами для белковых рецепторов – ключевого события на молекулярном уровне, которое определяет потенциал молекулы действовать как лекарство (Williams, 1989).

Одна из отправных точек – простое наблюдение за организмами в их естественной среде обитания с целью выявления поведения, которое может сигнализировать о производстве (цито)токсичных материалов. Неподвижные организмы (например, растения, сидячие морские беспозвоночные) общаются с помощью химических веществ, и сообщения, которые они посылают и получают, включают все формы поведения, от брачных призывов до защиты от хищников и нападения/покорения добычи или конкурентов. Химики, занимающиеся поиском потенциальных противораковых агентов, обращают особое внимание на сообщения, которые смертельны для их получателей. Если организм выработал эффективный цитотоксин, предположительно для использования против другого организма в окружающей среде, можно ли использовать эту молекулу в качестве избирательно смертельного агента против раковых клеток? Эти наблюдения дают огромную фору на пути к открытию лекарств.

Морская среда предлагает охотникам за лекарствами ряд привлекательных особенностей, которых нет у наземных объектов. Прежде всего, это видовое разнообразие. По оценкам, в морской среде обитает от миллиона до двух миллионов различных видов (в основном микробных) организмов. Почти все эти виды сосредоточены либо в~1% пограничной территории между морем и сушей, где изобилуют рифы, или вблизи глубоководных термальных источников (Simmons, 2005). Близость способствует пространственной конкуренции, особенно за жизненное пространство среди сидячих беспозвоночных. Эта неизбежность, очевидно, привела к развитию сложного химического арсенала у многих из этих организмов. Вторая особенность морских организмов, которая рекомендует их для поиска лекарств, – это, как правило, высокая эффективность их химических агентов. В отличие от своих наземных собратьев, морские организмы должны преодолевать огромные факторы разбавления, возникающие при рассеивании химических веществ в море. Эти химические агенты должны быть эффективны при очень низких концентрациях, которые создает разбавление морской водой. Поэтому некоторые из самых мощных известных цитотоксинов были обнаружены в экстрактах морских организмов. К 2004 году из морских источников было выделено и охарактеризовано около 16 000 дискретных химических соединений (Bhakuni, 2005), хотя только часть этих видов была подвергнута детальной биологической оценке в качестве химиотерапевтических агентов для лечения каких-либо заболеваний.

В настоящее время около 22 натуральных продуктов морского происхождения находятся в фазе I, фазе II или фазе III клинических испытаний на противораковую эффективность (Newman, 2006). Далее следует описание четырех перспективных кандидатов, и, кроме того, упоминается интересный доклинический кандидат из мягких кораллов, изучение которого принесло прямую пользу торговле морскими декоративными растениями (т.е. любителям рифов).

E cteinascidin 743 ( 2 ) был выделен из туниката Ecteinascidia turbinata (часто называемого “морским сквиртом”), вида мягкотелого фильтратора, обитающего в Карибском и Средиземном морях, рис. 2 (Cragg, 2005; см. также Newman, 2006a). Дальнейшее изучение туниката показало, что на самом деле источником эктеинасцидина 743 является симбиотический микроорганизм Endoecteinascidia frumentensis.

Предварительные эксперименты по скринингу эктеинаскидина 743 in vitro против клеточных линий рака яичников, молочной железы и немелкоклеточного рака легких выявили поразительную эффективность, вплоть до пикомолярного диапазона, или около 0,7 частей на триллион! Последующие испытания I фазы определили допустимые режимы доз для применения при раке человека, и в настоящее время проводятся испытания II и III фаз. В общей сложности около 2000 раковых больных прошли лечение эктеинасцидином 743, и наиболее многообещающие результаты были получены в исследованиях рака яичников и саркомы мягких тканей (СТС). В одном исследовании пациентов с раком яичников (общий показатель пятилетней выживаемости ~ 20%), у 10 из 29 пациентов (35%) наблюдалось уменьшение опухоли и отсутствие рецидивов по истечении шести месяцев. Саркомы мягких тканей – агрессивные виды рака с мрачными долгосрочными прогнозами (общая пятилетняя выживаемость ~ 8%). Лечение группы из 183 пациентов с СТС эктеинасцидином 743 привело к следующим многообещающим результатам: У 14 пациентов опухоль уменьшилась более чем на 50%, у 14 пациентов опухоль уменьшилась на 25-50%, а у 66 пациентов наблюдалась стабилизация опухоли (ни рост, ни уменьшение). Эти обнадеживающие результаты ставят эктеинасцидин 743 на первое место среди противораковых средств, полученных из морских организмов, и ожидается, что в 2006 году Ortho Biotech (Johnson & Johnson) получит разрешение на коммерческую реализацию. Однако, учитывая количество, необходимое для широкого лечения, собирать организм-производитель препарата нецелесообразно, поскольку одна тонна туникатов (примерно вес американского бизона (буйвола)) даст только 1 грамм соединения (примерно вес пачки искусственного подсластителя). В качестве альтернативы химики разработали промышленный синтез этой сложной молекулярной архитектуры, начиная с легкодоступного и структурно родственного продукта бактериальной ферментации под названием сафрамицин.

Рисунок 2 . Эктеинасцидин 743 ( 2 ) и его номинальный источник, туникат Ecteinascidia turbinata.

Биохимический механизм, с помощью которого эктеинасцидин 743 избирательно убивает опухолевые клетки, является предметом активных исследований, и эта история еще далека от завершения. Судя по всему, он вступает в химическую реакцию с определенными сегментами ДНК и, взаимодействуя с ними, нарушает нормальный биохимический механизм считывания и восстановления ДНК. Конкретные гены, которые атакует эктеинаскидин 743, кодируют белки, регулирующие несколько аспектов клеточного деления, но остальная клеточная ДНК, по-видимому, не подвергается другим воздействиям. Кроме того, эктеинасцидин 743 вмешивается в механизмы восстановления ДНК, что является еще одним потенциально смертельным действием. Основа этого случайного предпочтения ДНК остается неясной, но его можно использовать для уничтожения раковых клеток с достаточной избирательностью, чтобы считать эктеинасцидин 743 полезным препаратом.

Уристатин ( 3 ), полностью синтетический аналог встречающегося в природе морского изолята доластатина 10 ( 4 ), отличается от природного материала только удалением зеленой тиазольной единицы в 4 (рис. 3) (Cragg, 2005). Доластатин 10 был первоначально выделен из морского зайца Индийского океана, Dolabella auricularia, обычного поедателя водорослей, широко доступного в морской аквариумной торговле (рис. 3). Последующие исследования показали, что морской заяц не производит доластатины (на сегодняшний день выявлено более десятка родственных видов), а просто изымает их из своего рациона, предположительно в качестве части своего защитного арсенала. Фактическим источником доластатинов являются цианобактерии, на которых пасется Dolabella (например, Symploca sp. VP642, Symploca hynoides и Lyngbya majuscule), и несколько доластатинов были выделены из этих первичных источников. Количество доластатинов, извлекаемых из морских зайцев, ничтожно мало: около 10 миллиграммов (~ вес неваренного рисового зерна) доластатина 10 из 10 000 морских зайцев, поэтому для получения препаратов для тестирования используется полный химический синтез, как природных продуктов, так и более перспективных аналогов, таких как ауристатин.

Рисунок 3 . Ауристатин ( 3 ), доластатин 10 ( 4 ) и номинальный источник доластатина 10 – морской заяц Dolabella auricularia.

Предварительные испытания in vitro против различных линий раковых клеток показали, что доластатин 10, как и эктеинасцидин 743, обладает мощной цитотоксичностью вплоть до пикомолярного уровня (~1 часть на триллион), против рака яичников, немелкоклеточного рака легких и миелоидной лейкемии, среди прочих. Последующие токсикологические исследования и исследования II фазы принесли лишь разочарование, так как оказалось, что проблемы с общей токсичностью препарата и, как следствие, его незначительный противоопухолевый эффект при допустимых дозах, сделали его непригодным для дальнейшей разработки. Однако модульная структура доластатинов (линейная последовательность аминокислот) способствовала поиску структурных модификаций, которые могли бы сохранить противораковую активность, но подавить системную цитотоксичность. Одним из таких аналогов является ауристатин. Он продемонстрировал меньшую эффективность in vitro, чем доластатин 10, действуя примерно на уровне 1 части на миллиард против немелкоклеточного рака легких, но он не нес на себе бремя системной цитотоксичности, из-за которой были сорваны усилия по разработке препарата доластатин 10. Испытания I фазы ауристатина были завершены, и в настоящее время этот противораковый препарат находится на II фазе, а вскоре начнутся испытания III фазы. Данные по ауристатину в открытой литературе ограничены, но в одном из отчетов сообщается, что у 4 из 44 пациентов с немелкоклеточным раком легких наблюдался полный или частичный ответ на лечение этим препаратом.

Биохимический механизм действия ауристатина и доластатинов значительно отличается от механизма действия эктеинасцидина 743, поскольку эти производные долабеллы не действуют на ДНК клетки. Скорее, они взаимодействуют с компонентами клеточного каркаса, необходимого для успешного деления клетки. Это взаимодействие нарушает нормальные процессы деления клеток, и в конечном итоге клетка погибает. Детали этих взаимодействий все еще активно изучаются. Основа избирательности раковых клеток по отношению к здоровым неизвестна, но она может быть не сложнее того факта, что раковые клетки постоянно делятся и поэтому восприимчивы к вмешательству в их механизм деления, в то время как нормальные клетки в основном находятся в состоянии покоя.

E 7389 ( 5 ) – это общее название синтезированного производного изолята губки галихондрин B ( 6 ) (рис. 4) (Cragg, 2005, и Newman, 2006b). E7389 демонстрирует противораковый профиль, аналогичный материнскому 6, но значительно упрощенная структура E7389 (зеленая половина галихондрина B была удалена) делает его гораздо более привлекательным кандидатом для разработки лекарств. Халихондрин B и структурно родственные ему сородичи были выделены из нескольких видов губок, включая Halichondria okadai из вод Японии, Axinella sp. из западной части Тихого океана, Phakellia carteri из восточной части Индийского океана и Lisodendoryx sp. из глубоководных районов у побережья Новой Зеландии. Результаты первых цитотоксических тестов вызвали достаточный ажиотаж в отношении потенциала галихондрина B как противоракового агента, поэтому была проведена масштабная программа сбора. В результате этой работы из 2200 фунтов лиссодендорикса (весом примерно с таблетку аспирина), собранных вокруг Новой Зеландии, было получено около 300 миллиграммов 6 (вес одной таблетки аспирина). Позже в ходе этих исследований было обнаружено, что эта губка может быть аквакультивирована на глубине менее 30 футов с хорошим успехом и с сопоставимым количеством галихондрина B.

Рисунок 4 . E7389 (5), галихондрин B (6) и номинальный источник галихондрина B – губка рода Lissodendoryx.

Взаимосвязь между морскими губками, потенциальными фармацевтическими агентами и хобби рифоводов заслуживает более подробного комментария. Губки кажутся настоящими фабриками натуральных продуктов в морской среде с точки зрения огромного объема и структурного разнообразия получаемых натуральных продуктов. В действительности, многие недавние исследования показали, что сами губки, скорее всего, вносят незначительный химический вклад в сборку этих соединений; скорее, губки являются хранилищами для многих видов симбиотических бактерий и другой микрофлоры, которые фактически осуществляют биосинтез выделенных химических веществ. Фактически, содержание микрофлоры во многих губках составляет более половины сухого веса губки (Piel, 2004)! То, что галихондрин B можно обнаружить в губках из столь разных географических мест, согласуется с предположением, что за его биосинтез отвечает микроорганизм, живущий внутри различных губок и совместно используемый ими. Проверки этой гипотезы пока не проводились. С точки зрения текущего состояния и будущих направлений химии морских природных продуктов, губки, или, точнее, микроорганизмы, живущие внутри губок, представляются явным центром внимания. Сбор губок может быть весьма рискованным мероприятием, поскольку вопросы устойчивости, идентификации и доступа (политическая проблема) стоят очень остро. В качестве альтернативы, аквакультивирование губок как целенаправленное средство сбора их натуральных продуктов, все еще находится в зачаточном состоянии. Именно в этой области любители рифоводства могут оказать значительное влияние. Можно утверждать, что в настоящее время губки находятся там же, где 20 или около того лет назад находились мелкополипные каменистые кораллы. Некоторые губки по красочности и артикуляции не уступают самым желанным каменистым кораллам, но знания об уходе за ними и их выживаемости в рифовых аквариумах остаются недостаточно развитыми (Shimek, 2005). Если представители хобби рифоводства, ищущие вызов, обратят свое внимание на выявление условий, при которых различные губки могут выжить при импорте, размножении и жизни в рифовом аквариуме в целом, то, возможно, крупные импортеры и продавцы морских декоративных растений начнут заготавливать и продавать их в большом количестве. В свою очередь, уроки, полученные в области разведения губок, могут оказать значительное влияние на их доступность, особенно тех, которые были выращены в контролируемых условиях.

Подобные достижения в разведении губок могут только ускорить поиск натуральных продуктов, получаемых из губок, которые могут стать зацепкой для фармацевтических препаратов. Если вы выращиваете губок, то, возможно, следующее лекарство-блокбастер уже находится в вашем аквариуме, даже когда вы читаете эту статью!~Вернемся к галихондрину: Субнаномолярная (~ Субнаномолярная (доли на миллиард) эффективность in vitro против различных линий раковых клеток, включая немелкоклеточный рак легких, определила галихондрин B как кандидата для клинических испытаний (Newman, 2004). Однако отсутствие достаточного количества материала помешало дальнейшим исследованиям. К счастью, примерно в то же время, когда была зафиксирована предварительная биологическая активность, усилия Йошито Киши из Гарвардского университета по химическому синтезу привели к получению нескольких аналогов галихондрина В, один из которых, обозначенный E7389, показал очень многообещающую активность. Субпикомолярные (

части на триллион) цитотоксичность in vitro против немелкоклеточного рака легких и низконаномолярная эффективность против линии клеток рака толстой кишки позволили предположить, что усечение молекулы галихондрина В (ср. 5 против 6) не ослабляет его противораковых свойств. В результате химического синтеза было получено достаточное количество 5 для продолжения клинических испытаний, и результаты I фазы продемонстрировали хорошую переносимость этого вида. В настоящее время проводятся испытания фазы II в рамках совместного предприятия Национального института рака и компании Eisai Co., Ltd. для лечения рака молочной железы и легких (Newman, 2006a), но результаты еще не опубликованы в открытой литературе.

Биохимический механизм, посредством которого галихондрин B и, предположительно, E7389 способствуют гибели раковых клеток, был подробно изучен (Cragg, 2005). Накопленные к настоящему времени данные указывают на сценарий, сходный с описанным для ауристатина: 6 (или 5 ) избирательно связывается с компонентами, составляющими внутриклеточный каркас, воздвигаемый во время клеточного деления, и это связывание нарушает процесс сборки каркаса и, следовательно, нормальный ход клеточного деления. Клетки (быстро делящиеся), которым был брошен вызов, не могут справиться с нарушением и погибают.

Рисунок 5 . Бриостатин 1 ( 7 ) и его номинальный источник, мшанка Bugula neritina.

Предварительные доклинические данные in vitro для бриостатина 1 были очень многообещающими, а доступность материала, как описано выше, открыла путь к клиническим испытаниям. На сегодняшний день проведено более 80 клинических испытаний на людях, и результаты этих исследований показали, что бриостатин 1 не является очень эффективным противораковым средством при самостоятельном применении. Однако испытания фазы 1 и фазы II, в которых бриостатин 1 тестировался в сочетании с другим известным противораковым препаратом, таким как таксол ( 1 ), дали гораздо более многообещающие результаты. Например, 7 из 11 пациентов с немелкоклеточным раком легких положительно ответили на эту комбинированную терапию, а в другом независимом исследовании лечение пациентов с хронической лимфоцитарной лейкемией и неходжкинской лимфомой бриостатином 1 и противораковым препаратом флударабином привело к 23 объективным ответам из когорты в 53 пациента. В настоящее время продолжаются испытания II фазы для бриостатина 1 в комбинации с другими известными противораковыми препаратами.

Биологический механизм действия бриостатина опять же отличается от тех, которые обсуждались с другими противораковыми соединениями. Он избирательно связывается с важнейшим ферментом клеточного роста под названием протеинкиназа С-альфа (PKC- a ) и тем самым подавляет его функцию. Точный механизм, с помощью которого снижение активности PKC- a приводит к гибели раковых клеток, еще предстоит выяснить.

Кораллы, особенно мягкотелые, являются законными источниками многих вторичных метаболитов, которые проявляют интригующую биологическую активность. К сожалению, подмножество коралловых метаболитов, проявляющих значительную противораковую активность, подобную описанным выше соединениям, в настоящее время минимально. Элеутеробин ( 8 ) (рис. 6) является одним из наиболее перспективных кандидатов из этого небольшого пула. Он был первоначально выделен из октокорала Eleutherobia sp. в водах Австралии, и его предварительные противораковые исследования были обнадеживающими. Дальнейший сбор материала был запрещен по политическим причинам, поэтому проблема оставалась нерешенной, пока не было обнаружено, что инкрустирующая карибская горгония Erythropodium caribaeorum дает элеутеробин на уровне 10 миллиграмм на килограмм. Впоследствии материал был также получен путем полного химического синтеза. Эта история приняла интересный оборот, когда было признано, что E. caribaeorum является “основным продуктом индустрии декоративных морских аквариумов” (Taglialatela-Scafati, 2002). E. caribaeorum, выращиваемый в рифовых аквариумах, действительно вырабатывал элеутеробин в количестве, сопоставимом с диким кораллом. В этом случае аквариумисты действительно получили в свое распоряжение потенциальное противораковое лекарство! Вопрос о том, вырабатывается ли элеутеробин самим кораллом или симбиотическим микроорганизмом, пока не решен.

Рисунок 6 . Элеутеробин ( 8 ) и организм, производящий его, инкрустированная горгония Erythropodium caribaeorum.~Первоначальные доклинические исследования показали in vitro активность на уровне 10 нМ (

15 частей на миллиард) против нескольких линий раковых клеток (Lindel, 1997). Однако в открытой литературе не было описано никаких дальнейших исследований in vivo. Одна из причин, по которой это соединение вызвало и продолжает вызывать большой интерес, заключается в том, что оно, по-видимому, проявляет свою цитотоксичность через тот же молекулярный механизм, который используется клинически успешным противораковым препаратом таксолом (1). Элеутеробин связывается (конкурентно с таксолом) с клеточным каркасом, который собирается во время деления, и нарушает весь процесс деления клеток, приводя к их гибели. Похожий механизм был описан ранее для E7389, хотя в случае таксола и элеутеробина связывание лекарств предотвращает разборку каркаса в нужный момент последовательности клеточного деления. В случае E7389, с другой стороны, прерывается сам процесс сборки.

В заключение следует отметить, что несколько соединений природного происхождения (или их химически синтезированных аналогов), полученных из организмов, обитающих в тропических рифах, обладают весьма многообещающей противораковой активностью. Некоторые из этих соединений прошли испытания на людях, и их результаты по-прежнему обнадеживают. Если какое-либо из этих соединений перейдет к коммерциализации, неясно, удастся ли преодолеть препятствия крупномасштабного производства. Дальнейшее расширение базы знаний по аквакультивированию номинальных организмов-производителей может только помочь этим усилиям, и именно в этой области любители рифов могут оказать благоприятное воздействие. Кроме того, почти всеобщий вывод о том, что природные продукты, представляющие химиотерапевтический интерес, на самом деле биосинтезируются микробными симбионтами, поднимает интригующие вопросы о взаимоотношениях между “контейнерным” организмом и окружающей средой. Как/почему он набирает свою микрофлору, и как/почему симбионты стимулируются к производству интересующих соединений? Выращивание этих сидячих беспозвоночных в различных, но контролируемых условиях может быть одним из путей, с помощью которого можно получить некоторое представление об этих вопросах. Опять же, это вопросы, которые могли бы выиграть от вклада любителей рифовых аквариумов.

Бергманн, В.; Берк, Д. С. 1955. Вклад в изучение морских продуктов. XXXIX. The Nucleosides of Sponges. III. Спонготимидин и спонгоуридин. J. Org. Chem. 20, 1501-1507.

Bergmann, W.; Feeney, R. J. 1950. Изоляция нового пентозида тимидина из губок. J. Am. Chem. Soc. 70, 2809-2810.

Bergmann, W.; Feeney, R. J. 1951. Вклад в изучение морских продуктов. XXXII. Нуклеозиды губок. I J. Org. Chem. 16, 981-987.Bhakuni, D. S.; Rawat, D. S. 2005. Биоактивные морские природные продукты

. Springer, New York, New York.

Борман, С. 2006. Повышение эффективности. Новости химии и машиностроения, выпуск от 19 июня, стр. 56-78.Крэгг, Г. М.; Кингстон, Д. Г. И.; Ньюман, Д. Дж. 2005. Противораковые агенты из натуральных продуктов

. Тейлор и Фрэнсис, Нью-Йорк, Нью-Йорк.

Хилеман, Б. 2006. Многие сомневаются в цене фармацевтических препаратов в 800 миллионов долларов. Новости химии и машиностроения, выпуск от 19 июня, страница 50.

Линдел, Т.; Дженсен, П. Р.; Феникал, В.; Лонг, Б. Х.; Казацца, А. М.; Карбони, Ж.; Фэйрчайлд, К. Р. 1997. Элеутеробин, новый цитотоксин, имитирующий паклитаксел (таксол) путем стабилизации микротрубочек. J. Am. Chem. Soc. 119, 8744-8745.

Ньюман, Д. Дж.; Крэгг, Г. М.; Снейдер, К. М. 2003. Натуральные продукты как источники новых лекарств за период 1981-2002 гг. J. Nat. Prod. 66, 1022-1037.

Newman, D. J.; Cragg, G. M. 2004. Морские натуральные продукты и родственные соединения в клинических и расширенных доклинических испытаниях. J. Nat. Prod. 67, 1216-1238.

Newman, D. J.; Cragg, G. M. 2006a. Соединения из океана как лекарства и лекарственные находки. Chimica Oggi, в печати.

Newman, D. J.; Cragg, G. M. 2006b. Натуральные продукты из морских беспозвоночных и микробов как модуляторы противоопухолевых мишеней. Curr. Drug. Targets 7, 279-304.

Piel, J. 2004. Метаболиты из симбиотических бактерий. Nat. Prod. Rep. 21, 519-538.

Шимек, Р. 2005. Identification and Husbandry of Aquarium Sponges. http://www.reefkeeping.com/issues/2005-07/rs/index.php.

Simmons, T. L.; Andrianasolo, E.; McPhail, K.; Flatt, P.; Gerwick, W. H. 2005. Морские природные продукты как противораковые препараты. Molec. Cancer Therapeutics 4, 333-342.

Taglialatela-Scafati, O.; Deo-Jangra, U.; Campbell, M.; Roberge, M.; Andersen, R. J. 2002. Дитерпеноиды из культивируемого Erythropodium caribaeorum . Org. Lett. 4, 4085-4088.

Source: reefkeeping.com