Механізм енерготропної та антиоксидантної дії тіотриазоліну

І.Ф. Бєленічев, д.б.н., професор, завідувач кафедри фармакології і медичної рецептури, І.А. Мазур, д.фарм.н., професор, завідувач кафедри фармацевтичної хімії, М.А. Волошин, д.м.н., завідувач кафедри анатомії людини, Запорізький  державний медичний університет, НВТ «Фарматрон», м. Запоріжжя, Н.О. Горчакова, д.м.н., професор, І.С. Чекман, д.м.н., професор, завідувач кафедри фармакології Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця, м. Київ

З кінця минулого століття і дотепер не зменшується інтерес клініцистів, фармакологів, фармацевтів і біохіміків до метаболітотропної терапії, синтезу й пошуку метаболітних препаратів, а також з’ясування механізму їх дії.

 На сьогодні встановлено головні механізми порушення метаболізму в мозку й міокарді за ішемічних станів, розкрито провідну роль основних інтермедіаторів енергетичного обміну в адаптаційних реакціях клітини [18, 30, 31, 35]. Крім того, створено новий клас препаратів метаболічної дії на основі речовин, що активують власні біоенергетичні процеси клітини, спрямовуючи їх природним фізіологічним шляхом, знижуючи активність радикалініціюючих реакцій та координуючи реакції циклу Кребса [10, 23, 27, 34, 36].
Водночас на основі сучасних уявлень про патогенез ішемічних порушень (дискоординація у циклі Кребса, активація анаеробного гліколізу, ініціювання реакцій перекисного окислення ліпідів (ПОЛ), пригнічення активності антиоксидантних ферментів) було створено перший вітчизняний оригінальний препарат тіотриазолін (морфоліній-3-метил-1,2,3-триазолін-5-тіоацетат). Препарат одразу посів гідне місце серед метаболітотропних засобів із виразною антиоксидантною дією. Як представник групи метаболітних препаратів завдяки наявності в хімічній структурі сірки, триазонового кільця й метильної групи тіотриазолін має широкий спектр фармакологічної активності, що особливо важливо для клінічної фармакології. Тіотриазолін проявляє антиоксидантну, протиішемічну, мембраностабілізувальну, антиаритмічну, імуномодулювальну, протизапальну, гепато-, кардіо-, нейрота нефропротекторну активність [3, 5, 7-9, 22]. Такий широкий спектр дії дає змогу застосовувати тіотриазолін у кардіології, гепатології, гінекології, неврології, педіатрії та хірургії для комплексної терапії інфаркту міокарда, стенокардії, інсульту, гепатитів різного генезу, вроджених вад розвитку нирок та ін.
В останні роки експериментально підтверджено ефективність застосування тіотриазоліну за різноманітних уражень печінки (тетрацикліновому та ізоніазид-рифампіциновому, доксорубіциновому, алкогольному, тетрахлорметановому) завдяки його антиоксидантному впливу, що дає змогу запобігти проявам цитолізу [13, 14]. Включення тіотриазоліну до комплексного лікування хворих на цироз печінки сприяло нормалізації показників ПОЛ та антиоксидантного захисту на тлі зниження виразності проявів астеноневротичного, диспептичного, набряково-асцитичного синдромів [21]. У хворих із післяінфарктною стенокардією тіотриазолін знижує чутливість міокарда до адренергічних кардіостимулювальних впливів катехоламінів, перешкоджає прогресивному зниженню скоротливої здатності, нормалізує процес реполяризації міокарда, обмежує осередок некрозу, зменшує ділянки ішемії та кількість повторних інфарктів [20]. У разі хронічної серцевої недостатності препарат збільшує скоротливу активність міокарда, поліпшує регіональний кровообіг [15].
В експериментальних клінічних дослідженнях доведено протекторну дію тіотриазоліну на перебіг хронічного аутоімунного запального процесу. За ад’ювантного артриту в щурів тіотриазолін запобігає прогресуванню міопатії та сприяє зберіганню м’язової маси. Застосування препарату хворими на ревматоїдний артрит дає змогу уникнути втрати м’язової маси, збільшити силу м’язових скорочень та підвищити функціональну спроможність хворих [28].
Тіотриазолін увійшов до складу комплексного препарату Тіоцетам, що поліпшує стан хворих із цереброваскулярною хворобою та перенесеним інсультом, позитивно впливає на мнестичні функції, рухову активність, церебральну гемодинаміку, нормалізує показники нуклеїнового обміну [1, 16]. Комплексний препарат Тіодарон застосовують за різних форм аритмій.
Проте питання про механізм дії тіотриазоліну залишається нез’ясованим.

Механізм дії тіотриазоліну на енергетичний обмін

У результаті вивчення механізму дії тіотриазоліну в 1983-1995 рр. співробітниками медико-біологічних кафедр Запорізького державного медичного університету було встановлено, що в основі ефективності препарату лежить його здатність знижувати ступінь пригнічення окислювальних процесів у циклі Кребса, підсилювати компенсаторну активацію анаеробного гліколізу, збільшувати внутрішньоклітинний фонд АТФ (за рахунок збереження окислювальної продукції енергії на трикарбоновій ділянці та впливу на активацію дикарбонової ділянки), стабілізувати метаболізм клітини [6, 19].
В умовах експериментального моделювання іn vіvо та іn vіtrо підтверджено низку важливих властивостей тіотриазоліну: його низьку токсичність, високу цитопротекторну активність незалежно від типу клітин (кардіоміоцити, гепатоцити, нейроцити та ін.), моделюючу дію за умов норми і розвитку патології [19, 22], що свідчить про універсальність дії препарату.
За ішемічного ушкодження тканин тіотриазолін нормалізує утилізацію запасів глюкози й глікогену в клітині, активність глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, підвищує співвідношення НАД/НАДН та активність цитохром-С-оксидази, збільшує рівень пірувату, малату, ізоцитрату та сукцинату. Водночас він зменшує гіперпродукцію лактату, прояви некомпенсованого ацидозу та його прооксидантної дії (рис. 1). Інтенсифікація тіотриазоліном окислювального вуглеводного метаболізму сприяє підвищенню вмісту АТФ на тлі збільшеного фонду АДФ і, що принципово важливо, зниженню рівня АМФ [2, 9].
Головну роль в енергозабезпеченні клітин відіграють мітохондрії, в яких тіотриазолін активує процес НАДН-реокислення етанолу [4, 22]. Очевидно, тіотриазолін під час розвитку ішемії сприяє утилізації відновлених піридиннуклеотидів у малат-аспартатному шунті мітохондрій (рис. 1) та активує окислення НАДН у лактатдегідрогеназній реакції у цитозолі. Позитивно впливаючи на утилізацію відновлених форм піридиннуклеотидів (рис. 1), тіотриазолін гальмує утворення активних форм кисню (АФК) та активує окислювальне фосфорилювання зі збільшенням утворення АТФ. Імовірно, захисна дія тіотриазоліну за ішемії реалізується шляхом активації малат-аспартатного «човникового» механізму, що забезпечує протонами електронно-транспортний ланцюг. При цьому компенсаторне зростання потужності малатного шунта супроводжується гальмуванням утворення з вуглеводів ацетил-КоА (у піруватдегідрогеназній реакції), який за ішемії впливає на синтез вільних жирних кислот. Активація малат-аспартатного механізму під дією тіотриазоліну сприяє не лише продукції АТФ, а й гальмуванню патологічного синтезу ліпідів [2, 19, 22].
В ішемізованих клітинах і тканинах тіотриазолін суттєво гальмує процес накопичення вільних амінокислот, збільшує рівень РНК, активізує процес протеїнового синтезу, що вказує на ініціювання реакцій адаптації у клітинах, які забезпечують перебудову метаболізму в тканині за умов гіпоксії без підвищення потреби в кисні та утворення вільних радикалів [7, 19, 22].
Отже, тіотриазолін за ішемії впливає на окислювальну продукцію енергії завдяки активації малат-аспартатного шунта, забезпечуючи протонами транспортний ланцюг, підвищуючи утилізацію відновлених піридиннуклеотидів, гальмуючи утворення АФК у біоенергетичних реакціях, знижуючи патологічний синтез ліпідів і значно стимулюючи адаптивний синтез протеїнів.

Механізм антиоксидантної дії тіотриазоліну

На думку деяких авторів, антиоксидантна дія тіотриазоліну пояснюється активацією препаратом антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутази, каталази, глутатіонпероксидази), що сприяє економнішій витраті ендогенного антиоксиданту α-токоферолу, гальмуванню утворення проміжних та кінцевих продуктів ПОЛ – дієнових кон’югатів, триєнкетонів і малонового діальдегіду [2-4, 7]. Останнім часом з’явилися публікації про інгібуючу дію тіотриазоліну на процеси окислювальної модифікації білка [19, 22]. Виявлення значної антиоксидантної активності препарату, що реалізується на ініціальних етапах вільнорадикального окислення та постійно реєструється під час моделювання різних патологічних процесів [22], дало змогу зробити припущення про наявність у механізмі антиоксидантної дії тіотриазоліну здатності «захоплювати» АФК. У дослідах іn vіvо було встановлено, що цей препарат у діапазоні концентрацій 10-5-10-7 М знижує концентрацію таких АФК, як супероксидрадикал (О2-) і пероксинітрит (ОNОО-) [3, 6, 7]. Подібна дія тіотриазоліну проявляється завдяки наявності в його структурі тіольної групи, що надає молекулі високих відновлювальних властивостей і здатності приймати від АФК електрони, при цьому сірка в тіольній групі переходить з дводо чотирьохвалентного стану (рис. 2).
Тіотриазолін не лише захоплює АФК завдяки відновлювальним властивостям тіольної групи (рис. 2), а й гальмує головні шляхи їх утворення; він зменшує утворення АФК у мітохондріях за рахунок утилізації відновлених форм піридиннуклеотидів та збереження окислювальної продукції енергії [22], а також впливає на цей процес у ксантиноксидазній реакції як завдяки нормалізації обміну аденілових нуклеотидів, так і гальмування окислення ксантиндегідрогенази в ксантиноксидазу під дією АФК [4]. Очевидно, тіотриазолін обмежує вироблення АФК у мітохондріях завдяки прямій інгібуючій дії на НАДН-оксидазні системи мітохондрій, що підтверджено нашими роботами in vitro [5], і зменшує активуючий вплив метаболічного ацидозу на АФК-утворювальні системи. Знижуючи гіперпродукцію супероксидрадикалу і пероксинітриту, препарат запобігає окислювальній модифікації білкових структур рецепторів, іонних каналів, ферментів, факторів транскрипції та ін.
Найповніше вивчено протекторну дію тіотриазоліну щодо сульфгідрильних груп цистеїнових і метіонінових фрагментів білкових молекул. Він конкурує з цими структурами за супероксидрадикал, у результаті чого запобігає як зворотній, так і незворотній модифікаціям. Унаслідок пригнічення зворотної модифікації спостерігається запобігання утворенню –S–S– зв’язків на цистеїнових ділянках Nа+/К+-АТФази, зниженню втрати чутливості ферментів до регулювальної дії АТФ. Зменшення утворення –S–S– зв’язків у молекулі ксантиндегідрогенази під дією тіотриазоліну запобігає її перетворенню на ксантиноксидазу і перешкоджає утворенню АФК.
Ефективнішою є дія тіотриазоліну щодо незворотної модифікації сульфгідрильних груп низки білкових молекул під дією АФК. Він гальмує утворення в білках незворотних сульфоксидів та сульфонових груп, які в подальшому легко окислюються. Гальмуючи незворотну окислювальну модифікацію сульфгідрильних груп цистеїнових фрагментів білкових молекул, тіотриазолін нормалізує рівновагу редокс-регуляції в умовах оксидативного стресу (рис. 2). Препарат запобігає розвитку порушень рівноваги тіосульфідної системи в разі гіперпродукції АФК і опосередковано забезпечує реалізацію таких функцій, як передача клітинного сигналу через рецепторно-іоноформний комплекс, збереження активності білків, ферментів, факторів транскрипції і цілісність клітинних мембран [22]. In vitro під час моделювання реактивом Фентона і надлишком нітропрусиду оксидативного і нітрозуючого стресу було встановлено, що тіотриазолін у концентраціях 10-5-10-7 М запобігає окисленню цистеїну й утворенню цистеїнсульфоксиду, а також гальмує утворення нітротирозину [4, 22]. Отже, можна вважати, що тіотриазолін перешкоджає незворотній інактивації фактора транскрипції NF-kарраВ, захищаючи від надлишку АФК чутливі залишки цистеїну Суs 252, Суs 154 й Суs 61 у його ДНК-зв’язуючих доменах (рис. 2). Крім того, тіотриазолін може брати участь у відновленні цих груп під час зворотної інактивації, перебираючи на себе роль редоксфактора.

Гальмуючи окислювальну інактивацію фактора транскрипції NF-kарраВ за надлишку АФК, тіотриазолін, можливо, підсилює активацію експресії редокс-чутливих генів, необхідних для захисту клітин від токсичних ефектів оксидативного стресу [18, 31-35]. Серед цих генів є такі, що відповідають за синтез супероксиддисмутази [5, 6, 9, 19, 22], що підтверджує вплив тіотриазоліну на підвищення активності супероксиддисмутази в умовах ішемії та інших екстремальних станів організму. Іншим механізмом підвищення активності цього ферменту може бути прямий захист тіотриазоліном від надлишку пероксинітриту металопротеїнового комплексу СОД, що містить мідь, цинк або марганець (рис. 2).
Нещодавно було встановлено, що тіотриазолін виявляє антиапоптозну дію [4,22]. Ми першими передбачили можливість наявності тісного взаємозв’язку подібного ефекту з антиоксидантною дією препарату. Імовірно, властивість тіотриазоліну зберігати тіосульфідну рівновагу як у разі прямої конкуренції з сульфгідрильними сполуками за супероксидрадикал і пероксинітрит, так і за умови активуючої дії на систему «глутатіонпероксидаза–глутатіонредуктаза», описану нами в попередніх працях [5, 6, 22], сприяє збереженню рівноваги пари «тіоредоксин окислений–тіоредоксин, відновлений в умовах надлишку АФК» (рис. 2). Препарат зменшує накопичення надлишкової кількості окисленого тіоредоксину, можливо, гальмує МАР-кіназний каскад проапоптозної системи JNК, тим самим знижуючи ініціювання апоптозу.
Вивчення механізму дії тіотриазоліну як кардіопротектора за наявності доксорубіцинової кардіоміопатії пов’язане зі здатністю тіолових груп запобігати токсичному впливу антрациклінових сполук завдяки антиоксидантній дії, порушенням процесів окислювального фосфорилювання та швидкості дихання мітохондрій [17]. Тіотриазолін перешкоджає порушенням кардіота системної гемодинаміки, що виникають під час введення доксорубіцину, у кролів [25]; запобігає інтенсифікації процесів ПОЛ та пригніченню активності ферментів антиоксидантного захисту [26]. Мембранопротекторна дія цього препарату взаємопов’язана зі структурою поліненасичених жирних кислот. У міокарді щурів тіотриазолін, який вводили разом із доксорубіцином, запобігав зниженню вмісту лінолевої кислоти та підвищенню вмісту арахідонової кислоти, а у тканинах печінки – зменшенню рівня поліненасичених жирних кислот, збільшенню вмісту арахідонової кислоти, зміні співвідношення насичених і ненасичених жирних кислот. Отримані результати підтвердили, що потужний індукуючий вплив цього препарату на систему антиоксидантного захисту гальмує надмірне утворення продуктів ПОЛ в патологічно змінених тканинах, тим самим забезпечуючи захист структурно-функціональної цілісності біомембран клітин [24].
Отже, зменшуючи концентрацію АФК (супероксидрадикалу і пероксинітриту) завдяки прямій взаємодії і гальмуванню шляхів їх утворення, тіотриазолін знижує ступінь окислювальної модифікації низки білкових структур (антиоксидантних ферментів, рецепторів, ферментів енергетичних реакцій), зберігає тіосульфідну рівновагу в системі редокс-регуляції, сприяє підсиленню синтезу факторів (антиоксидантних ферментів, факторів транскрипції, білків транспортної системи), що підвищують резистентність клітини до впливу екстремальних чинників.

Література

1. Андріюк Л. // Ліки України. – 2005. – № 12. – С. 74-77.
2. Беленичев И.Ф., Ганчева О.В. // Патол. – 2004. – Т. 1, № 1. – С. 15-26.
3. Беленичев И.Ф., Мазур И.А., Коваленко С.И. // Акт. питання фар мац. та мед. науки і практики. – 2002. – Вип. 8. – С. 43-48.
4. Бєленічев І.Ф., Губський Ю.І., Левицький Є.Л. // Совр. пробл. токсикол. – 2002. – № 3. – С. 24-31.
5. Бєленічев І.Ф., Коваленко С.І., Дунаєв В.В. // Ліки. – 2002. – № 1. – С. 25-30.
6. Бєленічев І.Ф., Коваленко С.І., Мазур І.А. та ін. // Ліки. – 2001. – № 5. – С. 28-36.
7. Бєленічев І.Ф., Кучеренко Л.І., Мазур І.А. // Експер. фізіол. та біохімія. – 2002. – № 12. – С. 24-29.
8. Бєленічев І.Ф., Мазур І.А., Волошин М.А. // Експер. фізіол. та біохімія. – 2001. – № 4. – С. 59-65.
9. Бєленічев І.Ф., Стець В.Р., Мазур І.А. // Експер. фізіол. та біохімія. – 2002. – № 1. – С. 7-1
10. Болдырев В.А. // Бюлл. эксперим. биол. и мед. – 2000. – Т. 30, № 9. – С. 244-251.
11. Викторов И.В. // Вестн. РАМН. – 2005. – № 4. – С. 5-9.
12. Галенко-Ярошевский П.А. Чекман И.С., Горчакова Н.А. Очерки фармакологии средств метаболической терапии. – М: Медицина, 2001. – 240 с.
13. Гудивок Я.С., Голубєва М.Г. // Ліки України. – 2005. – Додаток: Зб. наук праць І Нац. конгресу лікарів внутрішньої медицини. – С. 41.
14. Гудивок Я.С., Купновицька І.Г., Голубєва М.Г. // Вісн. фармакол. та фармації. – 2005. – № 7 – С. 7-9.
15. Кошля В., Дмитрієва С., Зеленська А. та ін. // Ліки України. – 2003. – № 7-8. – С. 30-32.
16. Кузнецова С., Ковалів В., Воробей М. // Ліки України. – 2005. – № 2. – С. 73-75.
17. Оливьера П., Дж Сантос М.С., Уэллас К.В. // Биохимия. – 2006. – Т. 71, № 2. – С. 247-253.
18. Охотин В.В. // Успехи физиол. науки. – 2002. – Т. 33, № 2. – С. 41-57.
19. Сапегин И.Д. // Экспер. й клин. фармакол. – 2002. – № 2. – С. 35-37.
20. Сиволап В.Д., Сиволап В.В. // Ліки України. – 2004. – № 1. – С. 31-32.
21. Стародуб Є.М. // Запорож. мед. журн. – 2006. – № 1. – С. 33-36.
22. Тиотриазолин / И.А. Мазур, Н.А. Волошин, И.С. Чекман и др. – Львов: Наутилус, 2005. – 156 с.
23. Ткачук В.А. Рецепторы и внутриклеточный кальций. – М: Наука, 1994. – 295 с.
24. Трофімова Т.С., Брюзгина Т.С., Чекман І.С. та ін. // Запорож. мед. журн. – 2005. – № 1. – С. 124-126.
25. Трофімова Т.С., Чекман І.С., Горчакова Н.О., Авраменко М.О. // Запорож. мед. журн. – 2004. – № 5. – С. 153-155.
26. Трофімова Т.С., Юрженко Н.М., Чекман І.С., Авраменко М.О. // Запорож. мед. журн. – № 4. – С. 141-144.
27. Турпаев И.Т. // Биохимия. – 2002. – Т. 67. – С. 339-352.
28. Урсол Н.Б., Станіславчук М.А., Король А.П. // Вісн. морфол. – 2005. – Т. 11, № 1. – С. 76-81.
29. Чекман И.С., Горчакова Н.А., Французова С.Б. и др. Кардиопротекторы. – К., 2005. – 204 с.
30. Allan S.M. // Ann. N. Y. Acad. Sci. – 2000. – Vol. 917, № 4. – Р. 84-96.
31. Brinton R.D., Chen S. // Neurochem. – 2000. – Vol. 34, № 2. – P. 35-52.
32. Chandra M., Surendra H. // Bull. Chem. Farm. – 2006. – Vol. 139, № 4. – P. 149-152.
33. Corten S. // Neurochem. – 2005. – Vol. 75, № 1. – P. 1986-1996.
34. Floyd R.A. // PSEBM. – 1999. – Vol. 223. – P. 236-245.
35. Kiss J.P., Vizir E.S. // Trends. Neurosci. – 2004. – Vol. 24, № 1. – P. 211-220.
36. Ryter S.W., Tyrell R.M. // Free Radio. Biol. Med. – 2004. – Vol. 34, № 5. – P. 131-142.