Хемореактомный анализ стереоизомеров инозитола: различные профили фармакологического действия миоинозитола и D-хироинозитола при нарушениях женской репродуктивной системы

Скачать статью RU

И.Ю.Торшин1,2, Л.А.Майорова3, Е.В.Уварова4, Н.И.Тапильская5, О.А.Громова1,2
1Институт фармакоинформатики, Москва, Российская Федерация;
2Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва; Российская Федерация;
3Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Российская Федерация;
4Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И.Кулакова, Москва, Российская Федерация;
5Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О.Отта, Санкт Петербург, Российская Федерация

Средства на основе инозитолов (стереоизомеров циклогексан-1,2,3,4,5,6-гексола) используются для компенсации инсулинорезистентности, особенно у пациенток с нарушениями менструального цикла и функции яичников. Инозитолы являются эффективным средством профилактики фолат-резистентных пороков развития плода.

Цель — изучить фармакологические различия четырех основных биологически активных стереоизомеров инозитола: миоинозитола (МИ), D-хироинозитола (ДХИ), нео-инозитола (НИ) и скилло-инозитола (СКИ) методом сравнительного хемореактомного анализа.

Материалы и методы. Хемореактомный анализ, базы данных PubChem/PHARMGKBб HMDB, STRING

Результаты. ДХИ в большей мере, чем МИ, необходим для (1) переработки аминокислот с разветвленной цепью, что способствует нормализации метаболизма глюкозы, (2) метаболизма фолатов, витаминов РР, В5 и магния, (3) активации рецептора инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1R), активность которого важна для профилактики саркопении, (4) осуществления противоопухолевых эффектов (за счет ингибирования гиперпролиферативных эффектов, в т.ч. связанных с избытком глюкозы и дисбалансом андрогенов и эстрогенов), (5) ингибирования провоспалительных белков (матриксной металлопротеиназы MMP15, белков ICAM1 и IRAK4, опосредующих эффекты интерлейкина-1).

Заключение. Профили фармакологического действия ДХИ и СКИ существенно отличаются от профилей МИ и НИ. Поэтому комбинации МИ и ДХИ являются более перспективным способом повышения чувствительности клеток к инсулину, чем использование МИ или ДХИ по отдельности.

Ключевые слова: инсулинорезистентность, гиперандрогения, синдром поликистозных яичников, постгеномная фармакология, миоинозитол, D-хироинозитол, нео-инозитол, скилло-инозитол, Дикироген

Для цитирования: Торшин И.Ю., Майорова Л.А., Уварова Е.В., Тапильская Н.И., Громова О.А. Хемореактомный анализ стереоизомеров инозитола: различные профили фармакологического действия миоинозитола и D-хироинозитола при нарушениях женской репродуктивной системы. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2020; 19(5): 57–69. DOI: 10.20953/1726-1678-2020-5-57-69

Нарушения чувствительности клеток к различным гормонам — инсулину, фолликулостимулирующему гормону (ФСГ), лютеинизирующему гормону (ЛГ), к факторам роста и к нейротрансмиттерам — ассоциированы с широким кругом патологий женской репродуктивной системы. В основе снижения чувствительности (так называемой «резистентности») клеток к действию гормонов лежит, зачастую, нарушение активности путей передачи сигналов от гормональных рецепторов внутрь клеток. Резистентность клеток яичников к инсулину, ЛГ, ФСГ приводит к нарушениям менструальной функции, ановуляторным циклам, гиперандрогении, синдрому поликистозных яичников (СПКЯ) и др. [1].

Производные инозитолов (1,2,3,4,5,6-циклогексан-гексолов) являются одними из важнейших сигнальных молекул, опосредующих внутриклеточную передачу сигнала от гормональных рецепторов. Среди девяти стереоизомеров инозитола в метаболоме человека наиболее известны миоинозитол (МИ) и D-хироинозитол (ДХИ); другие стереоизомеры (нео-инозитол (НИ), скилло-инозитол (СКИ), L-хиро-инозитол и др.) встречаются гораздо реже. Попадая в клетку, стереоизомеры фосфорилируются с образованием специфических производных — инозитолфосфатов. Инозитолфосфаты участвуют в регуляции уровней внутриклеточного кальция, передаче сигнала от рецептора инсулина, расщеплении жиров, снижении уровня холестерина в крови, модуляции активности нейротрансмиттеров и др. [2]. Поэтому восполнение недостаточности инозитолов будет способствовать снижению резистентности клеток к действию гормонов.

Систематический анализ молекулярно-физиологических эффектов инозитолов показал, что МИ гораздо более изучен (более 40000 публикаций), чем ДХИ (всего 250 публикаций) и другие формы инозитолов. Установлено существование 233 белков, так или иначе принимающих участие в передаче внутриклеточных сигналов [3, 4]. Инозитол-зависимые белки вовлечены в поддержку деятельности сердечно-сосудистой системы, почек, печени, нервной ткани, иммунитета, репродуктивной системы и метаболизма сахаров (прежде всего сигнального каскада инсулина). Инозитолы также принципиально важны для профилактики фолат-резистентных пороков развития плода [1].

Детального сравнительного анализа различий фармакологического действия стереоизомеров инозитола не было проведено. Известны отдельные экспериментальные данные, указывающие на существование таких отличий. Например, важным отличием ДХИ от МИ является вхождение ДХИ в состав инозитоловых фосфогликанов, опосредующих действие инсулина на клетки. Обмен ДХИ и МИ нарушается на фоне инсулинорезистентности, в т.ч. у пациенток с СПКЯ. Очевиден терапевтический потенциал ДХИ в комбинации с МИ для лечения женщин с СПКЯ на фоне гиперандрогении. Использование комбинаций МИ + ДХИ позволяет достичь приемлемой динамики в снижении избыточного веса, нормализации уровней липидов, глюкозы и инсулина в крови, в восстановлении овуляторного менструального цикла, в повышении качества ооцитов, в профилактике гестационного диабета у беременной и макросомии у плода [4]. Для принятия решения о необходимости назначения пациентке только МИ, только ДХИ или же комбинации МИ + ДХИ врачу необходимо понимание всего спектра различий молекулярно-физиологических и фармакологических эффектов стереоизомеров инозитолов на белки, клетки, ткани и органы. В рамках постгеномной парадигмы такие исследования проводятся для оценки воздействия молекул на геном/транскриптом (совокупность всех генов и их транскриптов), протеом (совокупность всех белков), метаболом (совокупность всех метаболитов) и реактом (совокупность всех химический реакций) данного организма. Такие научные программы чрезвычайно трудоемки, дороги и недоступны для подавляющего большинства исследователей. Более того, интерпретация получаемых результатов зачастую имеет низкую практическую ценность для ведения пациентов [5].

Одним из возможных решений для проведения комплексного сравнительного анализа различных форм инозитолов является использование хемоинформационного подхода [6, 7]. В настоящей работе представлены результаты сравнительного хемореактомного анализа четырех биологически активных стереоизомеров, которые наиболее часто встречаются в организме: миоинозитола, D-хироинозитола, нео-инозитола и скилло-инозитола. Дополнительно, проведен анализ эффектов этих инозитолов в сравнении с фолиевой кислотой, метформином (золотой стандарт лечения инсулинорезистентности) и витамином В12 (синергист фолиевой кислоты).

Материалы и методы

Хемореактомный подход к анализу проблемы «структура молекулы — свойство молекулы» — новейшее направление приложения систем искусственного интеллекта в области постгеномной фармакологии. Анализ фармакологических «возможностей» исследуемых молекул (рис. 1) в рамках хемореактомной методологии проводится посредством сравнения химической структуры исследуемой молекулы со структурами миллионов других молекул, для которых молекулярно-фармакологические свойства уже были изучены в экспериментальных и клинических исследованиях. «Обучение» алгоритмов искусственного интеллекта проводится на основе «больших данных», представленных в базах данных PubChem/PHARMGKB и HMDB, STRING [8–10] и др., и осуществляется с применением многоуровневого контроля качества обучения в рамках комбинаторного [11] и метрического подходов топологической теории распознавания [12, 13].

Топологическая теория распознавания представляет собой развитие алгебраического подхода к задачам распознавания и важна как инструмент исследования признаковых описаний объектов. В случае хемореактомного анализа, объектами исследования являются хемогрáфы (χ-грáфы) — особые разновидности графа (т.е. математического объекта, являющегося совокупностью множества вершин и множества ребер-связей между вершинами). В рамках топологической теории распознавания для χ-графов вводится функция расстояния dχ, которая отражает «химическое расстояние» между двумя произвольными молекулами [12].

На первом этапе, используя способ вычисления dχ, устанавливается список молекул, наиболее близких к исследуемому веществу (например, ДХИ). На втором этапе для каждой молекулы из базы данных извлекаются все измеренные фармакологические свойства. Затем строится эмпирическая функция распределения (ЭФР) значений оцениваемого свойства. Оценки значений различных свойств вычисляются как математическое ожидание и дисперсия соответствующих ЭФР [6].

Рис. 1. Химические структуры стереоизомеров инозитолов и других исследованных молекул. Сплошные треугольные стрелки обозначают связи, направленные из условной плоскости рисунка к читателю, штрих-пунктирные — из плоскости рисунка от читателя Иллюстрация

Результаты исследования и их обсуждение

Хемореактомный анализ позволил получить профили свойств исследуемых молекул и провести сравнительный анализ МИ, ДХИ, НИ и СКИ на уровне метаболома (совокуность всех метаболитов), протеома (все белки) и реактома (все химические реакции) человека. Были получены оценки различий в распределении, в фармакокинетических и фармакодинамических параметрах. Показано, что эффекты ДХИ и СКИ существенно отличаются от эффектов МИ и НИ.

Также установлен комплекс отличий между стереоизомерами инозитола, витамином В12, фолиевой кислотой и метформином. В частности, в результате проведения хемореактомного анализа были получены (1) оценки накопления исследованных молекул в различных клетках и тканях человека, (2) оценки фармакокинетических и фармакодинамических параметров, (3) оценки воздействия исследованных молекул на метаболом человека, (4) оценки воздействия на протеом человека.

Хемореактомные оценки накопления исследованных молекул в различных клетках и тканях человека

В среднем по тканям наибольшим накоплением отличались ДХИ, НИ и СКИ, в то время как МИ накапливался несколько меньше (рис. 2А). Фолиевая кислота и метформин отличались наименьшим накоплением в тканях, а при оценке накопления в гладкой мускулатуре — следовым накоплением. Фолиевая кислота наиболее эффективно накапливалась в лимфоцитах (тем самым способствуя их делению и поддержанию иммунитета). Интересно отметить, что МИ в большей степени, чем другие молекулы, накапливался в хрусталике глаза, что соответствует защитным эффектам миоинозитола в отношении развития катаракты [14].

При оценке концентраций исследуемых молекул в биосубстратах следует подчеркнуть, что МИ, ДХИ и СКИ максимально концентрируются в цельной крови и, в меньшей степени, в цереброспинальной жидкости (ЦСЖ). Однако выведение с мочой минимально для МИ и более выражено для ДХИ и СКИ. Наибольшим выведением с мочой отличалась фолиевая кислота. Таким образом, в норме МИ весьма умеренно выводится с мочой, что, по всей видимости, связано с его большей вовлеченностью в метаболические процессы в крови и в тканях

Рис. 2. Оценка вероятностей накопления исследованных молекул в различных клетках и тканях человека (по результатам хемореактомного анализа). А — оценки вероятностей накопления в клетках и тканях; B — оценки концентраций в биосубстратах (норма); C — фармакодинамические параметры. Иллюстрация

Хемореактомные оценки фармакокинетических и фармакодинамических параметров

Более высоким концентрациям ДХИ в моче соответствуют полученные значения периода полувыведения (T1/2) исследованных веществ: значение T1/2 для МИ составило 5,99 ч, а для ДХИ — всего 2,08 ч. Значения других фармакокинетических параметров существенно не отличались между стереоизомерами инозитола. Например, среднее значение объема распределения, отражающего степень захвата вещества тканями из плазмы крови, составило 0,83 ± 0,18 л/кг для МИ, ДХИ, СКИ и НИ. Среднее значения клиренса, соответствующего скорости выведения вещества из организма, составили 9,63 ± 0,30 мл/мин. Заметим, что максимальное значение объема распределения было установлено для витамина В12 (27,63 л/кг), что соответствует хорошо известным кумулятивным свойствам этого витамина.

Анализ полученных значений фармакодинамических параметров (константа активации ЕС50) для различных типов клеток позволил установить достоверные отличия между исследованными молекулами для фибробластов, лимфобластов и лимфоцитов (рис. 2). Константа активации клеток подразумевает количество вещества, необходимое для увеличения всасывания глюкозы на 50%. Обратим внимание, что для трех исследованных типов клеток значения констант ЕС50 были наименьшими для ДХИ по сравнению с МИ. Иначе говоря, для активации всасывания глюкозы требуются меньшие количества ДХИ, чем МИ. Активация всасывания глюкозы связана с увеличением активности рецепторов пероксисомных пролифераторов (PPAR) и других рецепторов, связанных с углеводным метаболизмом.

Противоопухолевые свойства изученных молекул

Инсулинорезистентность и глюкозотолерантность являются патофизиологическими процессами, способствующими не только метаболическим нарушениям углеводного обмена, но и повышающими риск онкотрансформации клеток. В крупномасштабных исследованиях было показано, что инсулинорезистентность у женщин в менопаузе ассоциирована с повышенным риском развития различных видов злокачественных опухолей и смертности [15], в т.ч. от рака молочной железы [16]. Инозитолы, способствуя нормализации углеводного обмена, могут тормозить рост опухолевых клеток.

Хемореактомный анализ позволил оценить воздействие инозитолов и молекул сравнения на различные типы опухолевых клеток в культуре (рис. 3). Были получены значения констант ингибирования IC50, соответствующие количеству вещества, необходимого для ингибирования роста клеток на 50%. В среднем по исследованным типам опухолевых клеток ДХИ, НИ и СКИ отличались наименьшими значениями константы IC50 (1107 ± 645 нмоль/л, МИ — 2552 ± ± 1214 нмоль/л, остальные молекулы: 2344...3122 ± ± 1591 нмоль/л), т.е. максимальной противоопухолевой активностью среди исследованных молекул.

В случае линий злокачественных клеток, полученных от пациентов с опухолями в репродуктивной системе, противоопухолевые эффекты ДХИ и СКИ были также более выражены, чем эффекты МИ. Например, значения констант IC50 для клеток аденокарциномы молочной железы MDAMB-468 составили 427 нмоль/л для ДХИ и были в 9 раз выше для МИ (3623 нмоль/л). В случае клеток рака яичника (линия CH1) значения IC50 составили 781 нмоль/л для ДХИ и были в 4,5 раза выше для МИ (3461 нмоль/л).

Хемореактомные оценки воздействия исследованных молекул на микронутриенты в составе метаболома человека

Хемореактомные оценки показали, что действующее начало в виде ДХИ и в виде МИ по-разному влияет на метаболом человека. Были проведены оценки влияния исследуемых молекул на 1322 метаболических фермента. В результате были найдены достоверные отличия влияния МИ и ДХИ для 127 ферментов. Применение метода функциональных связей позволило установить, что эти 127 ферментов относились к 18 функциональным категориям белков по международной номенклатуре GO (Gene Ontology) (рис. 4).

В отличие от ДХИ, МИ влиял на метаболические ферменты, задействованные в фундаментальных биохимических процессах: гликозилировании белков протеома, биосинтезе GPI-якорей мембран, глюкуронизации, метаболизме ганглиозидов. Например, синтез GPI-якорей мембранных белков имеет принципиальное значение для слияния сперматозоидов и ооцитов [17], а ганглиозиды необходимы для матурации (вызревания) ооцитов [18].

В то же время D-хироинозитол в большей мере необходим для переработки аминокислот с разветвленной цепью, для метаболизма других микронутриентов и др. Уровни аминокислот с разветвленной цепью повышены при инсулинорезистентности и ожирении, а улучшение их переработки способствует нормализации метаболизма глюкозы [19].

Хемореактомный анализ указал на бо́льшую вовлеченность ДХИ по сравнению с МИ в метаболизм различных микронутриентов, прежде всего, фолатов. Например, ДХИ может активировать 5 ферментов из функциональной категории «GO:0035999 Метаболизм тетрагидрофолата» и 3 фермента из категории «GO:0051593 Ответ на фолиевую кислоту». В частности, ДХИ способствует активации метилентетрагидрофолатредуктазы (ген MTHFR) — ключевого фермента метаболизма, преобразующего 5,10-метилентетрагидрофолат в 5-метилтетрагидрофолат (вероятность активации MTHFR равна 56% для ДХИ и только 23% для МИ). ДХИ способствует активации тимидилатсинтазы (ген TYMS) — фолат-зависимого фермента, катализирующего восстановительное метилирование 2’-дезоксиуридин-5’-монофосфата посредством 5,10-метилентетрагидрофолата (вероятность активации 51% для ДХИ, 25% для МИ).

Кроме того, ДХИ в большей степени, чем МИ, вовлечен в поддержание функций ферментов метаболизма витамина РР («GO:0019674 метаболизм НАД»), витамина В5 («GO:0006104 метаболизм сукцинил-КоА»), молибденового ко-фактора («GO:0034617 связывание тетрагидробиоптерина») и магния («GO:0000287 связывание ионов магния»).

Рис. 3. Воздействие инозитолов и молекул сравнения на различные типы опухолевых клеток. Обозначения линий клеток: THP-1, Острый моноцитарный лейкоз; RT-4, Карцинома мочевого пузыря; MDA-MB-468, Аденокарцинома молочной железы; KB 3-1, Карцинома шейки матки; HCC 2998, Аденокарцинома толстой кишки; MKN-45, Аденокарцинома желудка; XF498, Глиома; SW1573, Карцинома легкого; MV4-11, Миелоидный лейкоз; CH1, Рак яичника; PSN1, Аденокарцинома поджелудочной железы; KB, Плоскоклеточная карцинома. Иллюстрация

Хемореактомные оценки воздействия на протеом человека

Взаимодействия молекул со всеми белками/ферментами (т.е. с протеомом) человека являются основой фармакологического действия этих молекул. Для анализа различий в воздействии исследуемых молекул на протеом для каждой из молекул был построен профиль взаимодействий с 1420 белками протеома человека.

Метрическая диаграмма наглядно обобщает различия в фармакологических свойствах исследуемых молекул (рис. 5А). Данная диаграмма была построена на основе оценки расстояний между профилями взаимодействия молекул с протеомом посредством метрики Колмогорова. Из метрической диаграммы очевидно, что наиболее близкими были протеомные профили ДХИ и СКИ (центр диаграммы; ДХИ может быть принят за условную нулевую точку). В этом случае горизонтальная ось характеризует отличия между фармакологическими свойствами ДХИ и МИ, а вертикальная ось — отличия между свойствами ДХИ и НИ. При этом наиболее выражены были отличия метформина и МИ (горизонтальная ось), фолиевой кислоты и НИ (вертикальная ось).

Сравнение протеомных профилей позволило выделить 27 белков, для которых были установлены статистически достоверные отличия во взаимодействиях с исследованными стереоизомерами инозитола (рис. 5B, C). Стереоизомеры инозитола в разной степени влияли на активность белков, опосредующих биологические эффекты ГАМК, гонадотропин-релизинг гормона (ГнРГ), инсулина и инсулиноподобного фактора роста (ИФР-1), а также на активность белков, вовлеченных в процессы регуляции воспаления (таблица).

Рис. 4. Достоверные отличия между МИ и ДХИ в профилях воздействия на метаболом человека. Приведены числа метаболических ферментов, относящихся к 18 функциональным категориям белков по международной номенклатуре GO. Очевидны существенные отличия между метаболомными эффектами МИ и ДХИ. Иллюстрация

Хемореактомный анализ протеомных эффектов: влияние на метаболизм глюкозы

Выявлены отличия между МИ и ДХИ в активации белковрецепторов, вовлеченных в процессы поддержания концентрации глюкозы в крови. Например, МИ и ДХИ в одинаковой степени активировали передачу сигнала от рецептора инсулина (INSR) и рецептора пролифераторов пероксисом (PPARG): отличия не превышали 25%. Эффекты фолиевой кислоты на активность рецепторов PPARG могут опосредоваться через метилирование ДНК (которое осуществляется посредством фолатов) и важны для модуляции активности этого рецептора [20].

Установлено существенное отличие в константе активации рецептора инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1R): значение ЕС50 для ДХИ были в 2,4 раза ниже (EC50 = 657 нмоль/л), чем для МИ (EC50 = 1561 нмоль/л). Иначе говоря, ДХИ в 2,4 раза более активен, чем МИ, по отношению к рецептору IGF1R, активность которого важна для поддержания мышечной массы и профилактики саркопении [21].

Рис. 5. Результаты хемореактомного анализа взаимодействий исследуемых молекул с протеомом человека. А — метрическая диаграмма, обобщающая различия в фармакологических свойствах исследуемых молекул, оцененных как расстояния между профилями взаимодействий молекул с 1420 белками протеома человека. Расстояния между протеомными профилями оценивались по метрике Колмогорова. B — константы активации белков (ЕС50). Обозначения белков приведены в Таблице. C — константы ингибирования белков (IC50). Иллюстрация

Влияние на рецепцию гонадотропина

Стереоизомеры инозитола и молекулы сравнение по-разному влияли на активность рецептора гонадотропина (GNRHR). Обращает на себя внимание весьма низкая активность метформина на рецептор (EC50 >3000 нмоль/л), в то время как МИ (EC50 = 1260 нмоль/л) и ДХИ (EC50 = 970 нмоль/л) активировали передачу сигнала от рецептора ГнРГ в значительно меньших концентрациях.

Влияние исследованных молекул на нейротрансмиссию и стресс

Нарушения обмена глюкозы стимулируют нарушения нейротрансмиссии. В свою очередь, состояние хронического стресса и тревожности приводит к скачкам концентраций глюкозы в крови и участвует в формировании глюкозотолерантности. Поэтому важным аспектом лечения глюкозотолератности является модуляция стрессовых реакций.

Интересным отличием между эффектами стереоизомеров инозитола и метформином является их воздействие на ГАМК-А-рецепторы, активация которых важна для преодоления стресса. Напомним, что активация ГАМК-А-рецепторов тормозит передачу избыточного нервного возбуждения. Активация передачи сигнала от ГАМК-А-рецепторов молекулами МИ и ДХИ достигалась при гораздо более низких концентрациях (ЕС50 = 720...1040 нмоль/л), чем в случае молекул метформина и фолиевой кислоты (ЕС50 >4000 нмоль/л). Повышение ГАМК-ергической активности тормозит формирование метаболических нарушений у крыс с моделью СПКЯ, вызванной летрозолом [22]. Важно подчеркнуть, что нейроэндокринная регуляция овуляции включает взаимодействия между секрецией ГАМК, нейропептидами киспептином и нейрокинином, которые модулируют активность рецептора гонадотропина [23]. Активность ГАМК-Арецепторов также важна для снижения дисфории при предменструальном синдроме [24].

Помимо различий в воздействии исследованных молекул на активацию ГАМК-ергической нейротрансмиссии, следует отметить различия в воздействии МИ и ДХИ на обратный захват серотонина. Данный процесс осуществляется Na-зависимым транспортером серотонина SLC6A4, который удаляет серотонин из синаптической щели. ДХИ в большей степени ингибировал транспортер SLC6A4 (IC50 = 1030 нмоль/л), чем МИ (IC50 = 1927 нмоль/л), что соответствует усилению серотонинергической нейротрансмиссии. Усиление серотонинергических сигналов, также как и ГАМК-ергических, способствует снижению дисфории при ПМС [24]. Кроме того, активация рецепторов серотонина 5-HT2 стимулирует предовуляторный всплеск концентраций ЛГ и пролактина [25].

Таблица. Различия в функциональных категориях белков протеомного профиля, активность которых по-разному регулируется миоинозитолом и D-хироинозитолом Иллюстрация

Хемореактомный анализ протеомных эффектов: противоопухолевое действие

У женщин, страдающих СПКЯ или сахарным диабетом, многократно повышен риск развития опухолевых заболеваний (рак молочной железы, толстого кишечника, рак яичников). В предыдущем разделе было показано, что противоопухолевые эффекты ДХИ могут быть более выражены, чем эффекты МИ. Этим результатам, полученным для различных линий опухолевых клеток (рис. 3), соответствуют результаты анализа белков протеома, представленные на рис. 5C.

В частности, ДХИ в большей степени, чем МИ, ингибировал циклин-зависимые киназы CDK1, CDK2, CDK5 (IC50 = 400...1100 нмоль/л для ДХИ, 940...2200 нмоль/л для МИ и 1000...4500 нмоль/л для метформина), которые поддерживают пролиферацию опухолевых клеток [26]. ДХИ также ингибировал аврора-2-киназу AIK, избыточная активность которой стимулирует онкотрансформацию клеток. Дополнительно противоопухолевые эффекты ДХИ могут осуществляться посредством ингибирования рецептора андрогенов (AR) и эстрадиол 17-бета-дегидрогеназы-1 (HSD17B1), которая представляет собой потенциальный таргетный белок препаратов для лечения опухолей молочных желез [27] (ДХИ: IC50 = 390 нмоль/л, МИ: IC50 >3000 нмоль/л).

Хемореактомный анализ протеомных эффектов: противовоспалительное действие

Для пациенток с дисбалансом половых гормонов на фоне инсулинорезистентности характерно системное хроническое воспаление. В результате исследования показано, что ДХИ лучше, чем другие исследованные молекулы инозитолов, ингибирует разнообразные белки, участвующие в поддержке системного воспаления. Например, ингибирование упоминаемых ранее циклин-зависимых киназ важно для физиологического разрешения воспалительного процесса [26]. Наиболее яркие отличия ДХИ от МИ были получены для матриксной металлопротеиназы MMP15 (ДХИIC50 = = 190 нмоль/л, МИ IC50 = 2201 нмоль/л). Матриксные металлопротеиназы задействованы в активации хемокинов и цитокинов, способствуя миграции макрофагов к месту воспаления. Металлопротеиназа ММР15 преимущественно экспрессируется в печени, плаценте, яичниках, толстом и тонком кишечнике. Активируя прожелатиназу A (ММР2), ММР15 также способствует инвазии колоний опухолевых клеток [28], так что ингибирование ДХИ металлопротеиназы ММР15 соответствует не только противовоспалительному, но и противоопухолевому действию ДХИ в большей степени ингибирует провоспалительные белки ICAM1 (ДХИ IC50 = 1186 нмоль/л, МИ IC50 = 2005 нмоль/л) и IRAK4 (ДХИ IC50 = 2414 нмоль/л, МИ IC50 = 1225 нмоль/л), опосредующие эффекты провоспалительного интерлейкина-1β (ИЛ-1β). Молекула межклеточной адгезии ICAM-1 индуцируется ИЛ-1 и фактором некроза опухолей (ФНОα) в эндотелии сосудов, макрофагах и лимфоцитах.

Молекула ICAM-1 является лигандом LFA-1-рецептора лейкоцитов, посредством которого лейкоциты связываются с эндотелиальными клетками и трансмигрируют из сосудистого русла в ткани [29]. Фолиевая кислота (IC50 = 390 нмоль/л) также снижает общую активность ICAM-1, способствуя снижению растворимой формы белка ICAM-1 в крови [30]. Интерлейкин-1-рецептор-ассоциированная киназа IRAK4 является сигнальным белком, которая опосредует эффекты интерлейкина-1 и эффекты активации липополисахаридами бактериальных и вирусных антигенов Toll-подобного рецептора TLR4. В реализации эффектов рецептора TLR4 также принимает участие киназа IKBKB, активирующая провоспалительный транскрипционный фактор NF-kB. Отметим, что ДХИ в большей степени, чем МИ, ингибирует все эти сигнальные белки каскада активации NF-kB (IRAK4, TLR4, IKBKB, см. рис. 5).

Хемореактомный анализ протеомных эффектов: потенциальное воздействие на аппетит

Интересно отметить, что МИ, ДХИ и фолиевая кислота могут ингибировать грелиновый рецептор GHSR (значения IC50 в диапазоне 87...132 нмоль/л). Как известно, активация рецептора грелина стимулирует аппетит, а антагонисты рецептора GHSR обладают анорексигенным эффектом. Грелин опосредует сложные взаимодействия между ожирением и репродуктивной осью [31], поэтому указанные молекулы могут быть полезны в лечении бесплодия, ассоциированного с ожирением.

Заключение

Средства на основе инозитолов (стереоизомеров циклогексан-1,2,3,4,5,6-гексола) используются для компенсации инсулинорезистентности, особенно у пациенток с нарушениями менструального цикла и функции яичников.

В работе представлены результаты сравнительного хемореактомного анализа четырех биологически активных стереоизомеров: миоинозитола, D-хироинозитола, нео-инозитола и скилло-инозитола, а также фолиевой кислоты и метформина. Оценка свойств исследуемых молекул проведена на уровнях метаболома, протеома и реактома человека. Получены особенности распределения, фармакокинетические и фармакодинамические параметры. Показано, что эффекты ДХИ и СКИ существенно отличаются от эффектов МИ и НИ.

В представленных на российском рынке инозитоловых препаратах используется, как правило, только МИ. Одним из средств, содержащим ДХИ, является Дикироген (пр-во Pizeta Pharma S.p.A., номер свидетельства о государственной регистрации RU.77.99.88.003.R.003252.09.19), содержащий 1000 мг МИ и 200 мг ДХИ. Кроме того, Дикироген содержит 200 мкг фолиевой кислоты и 5 мг марганца в форме органической соли с высокой биодоступностью (марганца пидолат). Марганец [32, 33] и фолиевая кислота являются синергистами инозитолов, повышают восприимчивость тканей к инсулину, клеток яичников к гонадотропину, лютеинизирующему и фолликулостимулирующему гормонам (тем самым повышая частоту овуляторных циклов) и эффективность профилактики врожденных пороков развития плода [4].

  1. Громова ОА, Торшин ИЮ, Гришина ТР, Громов АН, Лиманова ОА. Систематический анализ молекулярно-физиологических эффектов миоинозитола: данные молекулярной биологии, экспериментальной и клинической медицины. Эффективная фармакотерапия. 2013;28:32-41. / Limanova OA, Gromova OA, Torshin IYu, Gromov AN, Grishina TR. Systematic analysis of molecular mechanisms and physiological effects of myo-inositol: findings of molecular biology, experimental and clinical medicine. Effektivnaja farmakoterapija. 2013;28:32-41. (In Russian).
  2. Larner J. D-chiro-inositol — its functional role in insulin action and its deficit in insulin resistance. Int J Exp Diabetes Res. 2002;3(1):47-60. DOI: 10.1080/ 15604280212528
  3. Громова ОА, Торшин ИЮ, Калачёва АГ, Тетруашвили НК. Роли миоинозитола в поддержании репродуктивного здоровья женщины. Повышение эффективности технологий экстракорпорального оплодотворения РМЖ. Мать и дитя. 2018;1:88-95 / Gromova OA, Torshin IYu, Kalacheva AG, Tetruashvili NK. Roles of myo-inositol in maintaining women’s reproductive health. Increase effectiveness of in vitro fertilization techniques. Russian journal of Woman and Child Health. 2018;1(1):88-95. DOI: 10.32364/2618-8430-2018-1-1-88-95 (In Russian).
  4. Громова ОА, Торшин ИЮ, Уварова ЕВ, Тапильская НИ, Калачева АГ. Систематический анализ биологических ролей и фармакологических свойств D-хироинозитола. Гинекология. 2020;22(3):21-28. / Gromova OA, Torshin IYu, Uvarova EV, Tapilskaya NI, Kalacheva AG. Systematic analysis of the biological roles and pharmacological properties of D-chiro-inositol. Gynecology. 2020;22(3):21-28. DOI: 10.26442/20795696.2020.3.200210 (In Russian).
  5. Torshin IYu (Ed. Gromova OA). Sensing the change from molecular genetics to personalized medicine. NY, Nova Biomedical Books Publ, 2009. In «Bioinformatics in the Post-Genomic Era» series.
  6. Торшин ИЮ, Громова ОА, Сардарян ИС, Федотова ЛЭ. Сравнительный хемореактомный анализ мексидола. Журнал неврологии и психиатрии им. C.C.Корсакова. 2017;117(1-2):75-83. / Torshin IYu, Gromova OA, Sardaryan IS, Fedotova LE. A comparative chemoreactome analysis of mexidol. Zh Nevrol Psikhiatr Im S.S.Korsakova. 2017;117(1-2):75-83. DOI: 10.17116/jnevro 20171171275-84 (In Russian).
  7. Торшин ИЮ, Громова ОА, Стаховская ЛВ, Семёнов ВА, Громов АН. Дифференциальный хемореактомный анализ синергидных комбинаций толперизона и нестероидных противовоспалительных препаратов. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2019;1(2):78-85. / Torshin IYu, Gromova OA, Stakhovskaya LV, Semenov VA, Gromov AN. Differential chemoreactome analysis of synergistic combinations of tolperisone and nonsteroidal anti-inflammatory drugs. Nevrologiya, neiropsikhiatriya, psikhosomatika (Neurology, Neuropsychiatry, Psychosomatics). 2019;11(2):78-85. DOI: 10.14412/ 2074-2711-2019-2-78-85 (In Russian).
  8. Wishart DS, Tzur D, Knox C, Eisner R, Guo AC, Young N, et al. HMDB: the Human Metabolome Database. Nucleic Acids Res. 2007 Jan;35(Database issue):D521-6. DOI: 10.1093/nar/gkl923
  9. Von Mering C, Jensen LJ, Snel B, Hooper SD, Krupp M, Foglierini M, et al. STRING: known and predicted protein-protein associations, integrated and transferred across organisms. Nucleic Acids Res. 2005 Jan 1;33(Database issue):D433-7. DOI: 10.1093/nar/gki005
  10. Kim S, Chen J, Cheng T, Gindulyte A, He J, He S, et al. PubChem 2019 update: improved access to chemical data. Nucleic Acids Res. 2019 Jan 8;47(D1): D1102-D1109. DOI: 10.1093/nar/gky1033
  11. Torshin IYu. The study of the solvability of the genome annotation problem on sets of elementary motifs. Pattern Recognit. Image Anal. 2011;21:652-662. DOI: 10.1134/S1054661811040171
  12. Torshin IYu, Rudakov KV. On the application of the combinatorial theory of solvability to the analysis of chemographs. Part 1: Fundamentals of modern chemical bonding theory and the concept of the chemograph. Pattern Recognit. Image Anal. 2014;24:11-23. DOI: 10.1134/S1054661814010209
  13. Torshin IYu, Rudakov KV. On the application of the combinatorial theory of solvability to the analysis of chemographs: Part 2. Local completeness of invariants of chemographs in view of the combinatorial theory of solvability. Pattern Recognit. Image Anal. 2014;24:196-208. DOI: 10.1134/S10546618 14020151
  14. Ruf JC, Ciavatti M, Gustafsson T, Renaud S. Effect of D-myo-inositol on platelet function and composition and on cataract development in streptozotocin-induced diabetic rats. Biochem Med Metab Biol. 1992 Aug;48(1):46-55. DOI: 10.1016/08854505(92)90047-3
  15. Pan K, Nelson RA, Wactawski-Wende J, Lee DJ, Manson JE, Aragaki AK, et al. Insulin Resistance and Cancer-Specific and All-Cause Mortality in Postmenopausal Women: The Women’s Health Initiative. J Natl Cancer Inst. 2020 Feb 1; 112(2):170-178. DOI: 10.1093/jnci/djz069
  16. Pan K, Chlebowski RT, Mortimer JE, Gunther MJ, Rohan T, Vitolins MZ, et al. Insulin resistance and breast cancer incidence and mortality in postmenopausal women in the Women’s Health Initiative. Cancer. 2020 Aug 15;126(16):36383647. DOI: 10.1002/cncr.33002
  17. Alfieri JA, Martin AD, Takeda J, Kondoh G, Myles DG, Primakoff P. Infertility in female mice with an oocyte-specific knockout of GPI-anchored proteins. J Cell Sci. 2003 Jun 1;116(Pt 11):2149-55. DOI: 10.1242/jcs.00430
  18. Kim JW, Park HJ, Chae SK, Ahn JH, DO GY, Choo YK, et al. Ganglioside GD1a promotes oocyte maturation, furthers preimplantation development, and increases blastocyst quality in pigs. J Reprod Dev. 2016 Jun 17;62(3):249-55. DOI: 10.1262/ jrd.2015-083
  19. Babchia N, Calipel A, Mouriaux F, Faussat AM, Mascarelli F. The PI3K/Akt and mTOR/P70S6K signaling pathways in human uveal melanoma cells: interaction with B-Raf/ERK. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010 Jan;51(1):421-9. DOI: 10.1167/ iovs.09-3974
  20. Sie KK, Li J, Ly A, Sohn KJ, Croxford R, Kim YI. Effect of maternal and postweaning folic acid supplementation on global and gene-specific DNA methylation in the liver of the rat offspring. Mol Nutr Food Res. 2013 Apr;57(4):677-85. DOI: 10.1002/ mnfr.201200186
  21. Bian A, Ma Y, Zhou X, Guo Y, Wang W, Zhang Y, et al. Association between sarcopenia and levels of growth hormone and insulin-like growth factor-1 in the elderly. BMC Musculoskelet Disord. 2020 Apr 7;21(1):214. DOI: 10.1186/s12891020-03236-y
  22. Ullah A, Jahan S, Razak S, Pirzada M, Ullah H, Almajwal A, et al. Protective effects of GABA against metabolic and reproductive disturbances in letrozole induced polycystic ovarian syndrome in rats. J Ovarian Res. 2017 Sep 15;10(1):62. DOI: 10.1186/s13048-017-0359-7
  23. Liu JH, Patel B, Collins G. Central Causes of Amenorrhea. 2016 Mar 1. In: Feingold KR, Anawalt B, Boyce A, Chrousos G, de Herder WW, Dungan K, et al, editors. Endotext [Internet]. South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc.; 2000.
  24. Lanza di Scalea T, Pearlstein T. Premenstrual Dysphoric Disorder. Psychiatr Clin North Am. 2017 Jun;40(2):201-216. DOI: 10.1016/j.psc.2017.01.002
  25. Tanaka E, Baba N, Toshida K, Suzuki K. Evidence for 5-HT2 receptor involvement in the stimulation of preovulatory LH and prolactin release and ovulation in normal cycling rats. Life Sci. 1993;52(7):669-676. DOI: 10.1016/0024-3205(93)90459-g
  26. Rossi AG, Sawatzky DA, Walker A, Ward C, Sheldrake TA, Riley NA, et al. Cyclindependent kinase inhibitors enhance the resolution of inflammation by promoting inflammatory cell apoptosis. Nat Med. 2006 Sep;12(9):1056-64. DOI: 10.1038/ nm1468
  27. Aka JA, Mazumdar M, Chen CQ, Poirier D, Lin SX. 17beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 stimulates breast cancer by dihydrotestosterone inactivation in addition to estradiol production. Mol Endocrinol. 2010 Apr;24(4):832-45. DOI: 10.1210/me.2009-0468
  28. Zheng S, Wu H, Wang F, Lv J, Lu J, Fang Q, et al. The oncoprotein HBXIP facilitates metastasis of hepatocellular carcinoma cells by activation of MMP15 expression. Cancer Manag Res. 2019 May 16;11:4529-4540. DOI: 10.2147/CMAR.S198783
  29. Yang L, Froio RM, Sciuto TE, Dvorak AM, Alon R, Luscinskas FW. ICAM-1 regulates neutrophil adhesion and transcellular migration of TNF-alpha-activated vascular endothelium under flow. Blood. 2005 Jul 15;106(2):584-92. DOI: 10.1182/ blood-2004-12-4942
  30. Baszczuk A, Kopczyński Z, Kopczyński J, Cymerys M, Thielemann A, Bielawska L, et al. Impact of administration of folic acid on selected indicators of inflammation in patients with primary arterial hypertension. Postepy Hig Med Dosw (Online). 2015 Apr 7;69:429-35. DOI: 10.5604/17322693.1148336
  31. Michalakis K, Mintziori G, Kaprara A, Tarlatzis BC, Goulis DG. The complex interaction between obesity, metabolic syndrome and reproductive axis: a narrative review. Metabolism. 2013 Apr;62(4):457-78. DOI: 10.1016/j.metabol. 2012.08.012
  32. Громова ОА, Андреева ЕН, Торшин ИЮ, Тапильская НИ, Уварова ЕВ. Системно-биологический анализ ролей марганца в акушерстве и гинекологии: репродуктивное здоровье женщины, регуляция менструального цикла и профилактика пороков развития плода. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2020;19(1):103-113. / Gromova OA, Andreeva EN, Torshin IYu, Tapil’skaya NI, Uvarova EV. A systemic biological analysis of the role of manganese in obstetrics and gynaecology: women’s reproductive health, menstrual cycle regulation and prevention of fetal malformations. Vopr. ginekol. akus. perinatol. (Gynecology, Obstetrics and Perinatology). 2020;19(1):103-113. DOI: 10.20953/1726-1678-2020-1-103-113 (In Russian).
  33. Громова ОА, Торшин ИЮ, Тапильская НИ, Галустян АН. Системнобиологический анализ синергидного воздействия прогестерона, витаминов и микроэлементов на нейропротекцию и развитие мозга плода. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2019;18(6):65-75. / Gromova OA, Torshin IYu, Tapilskaya NI, Galustyan АN. Systemic-biological analysis of synergic impact of progesterone, vitamins and trace elements on neuroprotection and fetal brain development. Vopr. ginekol. akus. perinatol. (Gynecology, Obstetrics and Perinatology). 2019;18(6):65-75. DOI: 10.20953/1726-1678-2019-6-65-75. (In Russian).
  • Иконка Произ­водство Дикироген®
    соответ­ствует требо­ваниям
    надле­жащей производс­твенной
    практики (GMP)
  • Иконка Произ­ведено
    в Италии
  • Иконка Марка года
В начало