20 березня, 2018

Антиметаболиты в терапии рака

Автори:

Прошедший 2017 год можно считать юбилейным для метаболомики – науки, которая изучает обмен веществ раковой клетки с целью блокады ее метаболических путей, отвечающих за процессы пролиферации.

70 лет назад (в 1947 г.) Сидни Фарбер начал применять антиметаболит аминоптерин, антифолат 1-го поколения, для лечения детей, больных лейкемией.

60 лет назад (в 1957 г.) Чарльз Гейдельберг опубликовал первую статью о новом антипиримидиновом антиметаболите 5-фторурациле.

50 лет назад (в 1967 г.) академик Академии наук Латвийской ССР С. Гиллер синтезировал антипиримидиновый антиметаболит тегафур.

Все эти антиметаболиты и их производные до сих пор остаются уникальными противоопухолевыми агентами и используются при лечении рака различных локализаций.

Аэробный гликолиз

Раковые клетки обладают высокой пролиферативной активностью. Для роста, удвоения ДНК и бесконечного деления им необходимо большое количество строительных материалов (макромолекул), а также энергии в виде аденозинтрифосфорной кислоты.

Чтобы обеспечить избыточные физиологические потребности, раковые клетки способны изменять свой метаболизм. Этот эффект был назван «метаболическим перепрограммированием». Он относится к 10 основным признакам опухолевого роста, описанным Douglas Hanahan и Robert Weinberg в журнале Cell (Hallmarks of Cancer: The Next Generation, Cell, 2011).

Первым обнаружил уникальные метаболические способности злокачественных клеток Отто Варбург (лауреат Нобелевской премии 1931 г.). Эффект, который он открыл, носит его имя и называется аэробным гликолизом. Варбург показал, что раковые клетки потребляют глюкозу в 10 раз больше, чем нормальные, и даже в аэробных условиях активно производят недоокисленный лактат. Такой способ расщепления глюкозы характерен только для злокачественных клеток. Это быстрый, но неэффективный путь производства энергии.

Сегодня блокада эффекта Варбурга в раковой клетке является одним из наиболее перспективных направлений экспериментальной онкологии, а сам аэробный гликолиз служит возможной терапевтической мишенью противоопухолевой терапии.

Нарушение биосинтеза макромолекул

Однако полностью объяснить механизм канцерогенеза нарушенным метаболизмом глюкозы невозможно. Аэробного гликолиза и повышения синтеза лактата недостаточно для построения цитоскелета быстро пролиферирующих клеток.

Метаболическое перепрограммирование в злокачественной клетке касается не только расщепления глюкозы, запасов аденозинтрифосфорной кислоты, но и нарушения биосинтеза всех четырех классов макромолекул (углеводов, белков, липидов и нуклеиновых кислот).

Одной из перспективных терапевтических противоопухолевых стратегий является блокирование синтеза внутриклеточных нуклеотидов.

Первыми противоопухолевыми антиметаболитами, направленными на ингибицию синтеза ДНК в раковой клетке, были антифолаты и антипиримидины.

Антифолаты аминоптерин, метотрексат, пеметрексед

В 40-х годах прошлого столетия в лаборатории Lederle (сегодня – лаборатория компании Pfizer) было обнаружено, что фолиевая кислота является активным метаболитом и резко ускоряет рост бактерий, выделенных из говяжьей печени.

Yellapragada Subbarow, индийский биохимик, работавший в этой лаборатории, был первым, кто вначале синтезировал фолиевую кислоту, затем – ее аналог аминоптерин (4-аминофолиевую кислоту), а впоследствии и метотрексат, антифолат 2-го поколения.

Это позволило Сидни Фарберу, основоположнику современной противоопухолевой терапии, совершить одно из первых революционных открытий в клинической онкологии.

Фарбер показал, что антагонист фолиевой кислоты аминоптерин вызывает полную ремиссию заболевания у детей, страдающих острым лейкозом. Несколько позже Jane C. Wright изучила действие метотрексата на клетки рака молочной железы и доказала преимущества антифолатов 2-го поколения перед аминоптерином. Более 30 лет ушло на поиски нового препарата, который был бы лучше, чем метотрексат. В 2004 г. в лаборатории американской компании Eli Lilly Edward C. Taylor создал антифолат 3-го поколения – пеметрексед, который способен ингибировать три внутриклеточных фермента, участвующих в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований, – тимидилатсинтазу (TS), дигидрофолатредуктазу (DHFR) и формилтрансферазу (GARFT). Блокада этих ферментов в S-фазе клеточного цикла препятствует образованию ДНК и РНК и ведет к необратимой смерти раковой клетки.

Поскольку фермент GARFT наиболее активен в опухолевых клетках, пеметрексед действует именно на них и значительно меньше влияет на метаболизм нормальных клеток. Можно считать, что пеметрексед действует как таргетный препарат.

Клиническое применение антифолатов
Несмотря на то что метотрексат был синтезирован в 1940-х годах, этот препарат и сегодня активно используется как в онкологии, так и при лечении некоторых аутоиммунных заболеваний.

Основными показаниями для использования метотрексата являются острый лимфолейкоз, рак вульвы и шейки матки, рак пищевода, рак головы и шеи, почечной лоханки, мочеточников, саркома Юинга, герминогенные опухоли, а также рак легкого и рак молочной железы.

Основными показаниями для применения пеметрекседа являются злокачественная нерезектабельная мезотелиома плевры и немелкоклеточный неплоскоклеточный рак легкого.

Согласно рекомендациям ESMO 2016 и NCCN 2017, пеметрексед может быть использован как у пациентов с удовлетворительным соматическим статусом (PS0-1) в комбинациях с бевацизумабом, карбоплатином, цисплатином, так и при PS2 в виде дуплета (карбоплатин/пеметрексед) или в режиме монотерапии.

Современные рекомендации расширяют показания к назначению пеметрекседа как в первой, так и во второй линии терапии немелкоклеточного рака легкого (НМРЛ). Основные тенденции применения препарата – лечение пациентов с заболеванием не только IV, но и I-IIIA (максимум IIIB) стадии. Использование пеметрекседа в первой линии терапии неметастатического рака легкого показало его максимальную эффективность наряду с удовлетворительной переносимостью в сравнении с таксан- и гемцитабинсодержащими схемами.

У больных НМРЛ IV стадии c EGFR- или ALK-негативными карциномами пеметрексед демонстрирует такую же эффективность, как эрлотиниб.

Важной положительной чертой пеметрекседа является его высокая эффективность в качестве поддерживающей терапии больных с местнораспространенным или метастатическим неплоскоклеточным НМРЛ, у которых не было прогрессирования заболевания после химиотерапии препаратами платины.

Сегодня активно изучаются показания к назначению пеметрекседа при внелегочных локализациях рака – в частности, при раке молочной железы.

Антипиримидины

Пиримидины – гетероциклические соединения, производные которых участвуют во многих важных биологических процессах и широко распространены в живой природе. Такие производные пиримидинов, как цитозин, тимин и урацил, входят в состав нуклеотидов, из которых состоят нуклеиновые кислоты.

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) присутствуют в клетках всех живых организмов и участвуют в хранении и передаче наследственной информации.

Пиримидиновое основание урацил (2,4-диоксопиримидин) является компонентом РНК и, как правило, отсутствует в ДНК. В составе нуклеиновых кислот урацил может связываться с аденином.

Название «урацил» придумал немецкий химик Robert Behrend в 1885 г., а итальянец Alberto Ascoli в 1900 г. выделил урацил путем гидролиза дрожжей.

Установлено, что на поверхности Титана, крупнейшего спутника планеты Сатурн, содержится урацил. Данные, полученные из метеорита Мерчисона и миссии «Кассини» на основании анализа соотношения углерода ¹²С/¹³С, позволяют сделать вывод, что урацил имеет внеземное происхождение.

В 1955 г. Abraham Cantarow и Karl E. Paschkis, экспериментируя с культурой клеток первичной гепатомы, установили, что клетки рака печени быстрее накапливают радиоактивный урацил, чем нормальные гепатоциты. Два года спустя в журнале Nature Чарльз Гейдельбергер и соавт. опубликовали статью о новом классе противоопухолевых препаратов – фторпиримидинах (C. Heidelberger, N.K. Chaudhuri, P. Danneberg et al., March 1957. Fluorinated pyrimidines, a new class of tumour-inhibitory compounds. Nature 179 (4561): 663-6).

Известно, что фторпиримидины, как и урацил, быстро проникают в клетку и ингибируют процесс деления путем блокирования синтеза ДНК (за счет угнетения фермента тимидилатсинтетазы) и образования структурно несовершенной РНК (за счет внедрения фторурацила в ее структуру).

Внутри клетки фторурацил превращается в несколько активных метаболитов: фтордезоксиуридина монофосфат (FdUMP), фтордезоксиуридина трифосфат (FdUTP) и фторуридина трифосфат (FUTP). Именно эти активные метаболиты нарушают синтез РНК и действие тимидилатсинтазы.

Сегодня препараты фторпиримидинового ряда широко представлены в клинической онкологии (табл. 1).

Среди всех препаратов фторпиримидинового ряда особо следует выделить препарат тегафур, который был синтезирован С.А.

Гиллером, академиком Академии наук Латвийской ССР в 1967 г.

Тегафур отличается от 5-фторурацила наличием тетрагидрофурановой группы, которая делает препарат липофильным водорастворимым соединением. Липофильная группа способствует проникновению тегафура через клеточные мембраны, включая гематоэнцефалический барьер.

Метаболический путь тегафура зависит от растворимых энзимов тимидин- и уридинфосфорилазы, концентрация которых в опухолях выше, чем в нормальных тканях. Высокий уровень тимидинфосфорилазы в раковых клетках обеспечивает образование 5-фторурацила непосредственно в опухоли.

Благодаря липофильной группе препарат избирательно накапливается в опухолевых тканях и не распространяется во внеклеточное пространство. Это способствует меньшему количеству побочных эффектов со стороны здоровых тканей.

Основные отличия 5-фторурацила и тегафура представлены в таблице 2.

Одним из основных клинических исследований по прямому сравнению эффективности длительной инфузии 5-фторурацила и перорального приема тегафура является исследование Is oral tegafur with leucovorin equivalent to intravenous 5-fluorouracil and leucovorin in colorectal cancer? (Friberg G., Schilsky R.L. Nat Clin Pract Oncol, 2006; 3(5): 240-1). Сегодня на ресурсе ClinicalTrials.gov есть информация о 90 продолжающихся клинических исследованиях по изучению эффективности тегафура и тегафурсодержащих комбинаций медикаментов при различных локализациях рака.

В Украине антиметаболит тегафур рекомендован для клинического применения при раке шейки матки (приказ МЗ Украины от 02.04.2014 № 236), колоректальном раке (приказ МЗ Украины от 12.07.2016 № 703), раке желудка, раке печени и раке анального канала (приказ МЗ Украины от 17.09.2007 № 554), а также раке молочной железы (приказ МЗ Украины от 29.04.2011 № 247).

Интерес к теме опухолевого метаболизма менялся на протяжении последнего столетия. На основе ранних исследований O. Варбурга было создано фундаментальное учение о различиях метаболизма в нормальной и раковой клетке. Тем не менее этих научных данных оказалось недостаточно, чтобы объяснить канцерогенез с позиций нарушения расщепления и утилизации глюкозы. Интерес к открытым протоонкогенам и генам-супрессорам надолго остановил научные исследования опухолевого метаболизма.

В последние годы снова появился интерес к этой проблеме. Стало ясно, что многие сигнальные пути управляют внутриклеточным обменом веществ, а генетические мутации в этих путях оказывают глубокое влияние на метаболизм макромолекул, изменяя его.

Изучение метаболизма рака и воздействие на метаболические пути раковой клетки являются наиболее актуальными и перспективными направлениями современной онкологии.

Справка ЗУ

В Украине тегафур представлен оригинальным лекарственным средством Фторафур^® производства международного вертикально-интегрированного предприятия стран Балтии – АО «Гриндекс», Латвия. Фторафур^® показан для лечения рака молочной железы, желудка, шейки матки, колоректального рака и кожных лимфом.

Применение препарата Фторафур^® обосновано отраслевыми стандартами МЗ Украины и имеет фармакоэкономические выгоды
(K. Gerasimova et al., 2014).

Тематичний номер Онкологія № 1 (52) лютий 2018 р.

Номер: Тематичний номер «Онкологія» № 1 (52), лютий 2018 р.