Литература / Albert_Izbiratelnaya_toxichnost_Tom_2_1989

Дальнейшее упрощение молекулы метотрексата с целью

получения противораковых препаратов не принесло успеха,

но показало, что его аналоги могут быть полезны в борьбе с

микроорганизмами. Как уже указывалось в разд. 4.0, Хитчингс, продолжая изучение биологической активности фрагментов мо­ лекулы метотрексата, обнаружил, что простые производные 2,4-диаминопиримидина обладают мощной противомикробной

активностью, выступая в роли антагонистов фолиевой кислоты.

На основании этих данных он создал пириметамин- 2 4-диами­

но-5- (4' -хлорфенил)-6-этилпиримидин (9.31) [Falco et а{, 1951]-

один из самых эффективных противомалярийных препаратов,

в настоящее время широко применяемый в качестве профилак­

тического средства. Пириметамин действует на преэритроцитные формы паразитов, особенно в печени. Его недельной дозы (25 мг) оказывается достаточно для высокоэффективного по­ давления малярии, вызванной Pl. f alciparum. Однако для лече-

ния острой формы малярии этот препарат не подходит. Цикло­ гуанил (3.35), дигидротриазиновый аналог пириметамина, об­

суждается в разд. 3.6. Большие дозы этого препарата иногда

вводят в виде его нерастворимой соли с памоевой кислотой для

пролон!ирования профилактического действия. Комбинирован­

ное деиствие пириметамина и сульфаниламидов обсуждается в

разд. 9.6 (последовательное блокирование).

Действие пириметамина на ДГФР, выделенную из разных организмов, представлено в табл. 4.1. Этот препарат не обла­ дает высокой избирательностью действия по отношению к ма­

.пярийным паразитам; фермент плазмодиев ингибируется пири­

метамином при концентрациях в 2000 раз более низких, чем необходимы для ингибирования аналогичных ферментов млеко­ питающих. Избирательность действия пириметамина при маля­

рии обусловлена необыкновенно высокой чувствительностью

фермента паразита по сравнению с ферментом организма хо­ зяина. Но не только этим ограничивается отличие ДГФР пара­ зита: фермент, выделенный из Pl. berghei, имеет ОММ около 200 ООО, что в 10 раз больше, чем у аналогичных ферментов мле­ копитающих и бактерий. Малярийный паразит, так же как бак­ терия, не способен поглощать экзогенную фолиевую кислоту.

Для позвоночных наиболее эффективными противомалярий­

ными средствами являются 2,4-диаминопиримидины, содержа­ щие заместитель с выраженными липофильными свойствами,

например фенильную группу в положении 5 и алкильную груп•

пу в положении 6. Способность соединений ингибировать изоли­

рованную дегидрофолатгидрогеназу незначительно изменяется при замене фенильной группы в положении 5 пириметамина

бутильно~ или 4-фенилбутильной группой, однако укорочение

бутильнои группы приводит к заметному снижению сродства к

этому ферменту [Baker, Shapiro, 1966].

Для повышения ан т и ба кт ер и аль ной активности 2,4-ди­

аминопиримидинов у позвоночных необходимо, чтобы в объем­

ный липофильный заместитель входила гидрофильная группа.

Лучшим соединением такого типа оказался триметоприм (9.32)

[Roth, Falco, Hitchings, 1962]. Триметоприм обладает такой же

избирательностью действия по отношению к бактериальным

ферментам, как пириметамин по отношению к ферментам маля­

рийных паразитов. Что касается применения этих диаминопири­

мидинов в клинике, то их терапевтический индекс значительно

выше, чем метотрексата. Триметоприм - сильнодействующий

препарат: подав~яя ДГФР грамположительных и грамотрица­ тельных бактерии, он оставляет неповрежденными аналогичные

ферменты млекопитающих. Индекс ингибирования триметопри­

ма (для бактерий) в среднем равен 1 : 1000 [Roth, Cheng, 1982].

Высокая степень избирательности триметоприма по отноше­ нию к бактериальным ферментам (в сравнении с ферментами млекопитающих) не свойственна его аналогам; для повышения избирательности действия необходимо, чтобы все три положе­ ния в бензольном кольце (3-, 4-, 5-) таких соединений были за­ няты. Так, для 3,5-диметоксипроизводного (9.32) отношение способности ингибировать ДГФР бычьей печени и Е. coli (кон­

центрации, необходимые для ингибирования чистой ДГФР) со­

ставляет 116 по сравнению с 1840 для триметоприма [Roth,. Cheng, 1982]. Аналог с незамещенным бензольным кольцом

избирательностью практически не обладает. Тем не менее

3,5-диалкоксипроизводные, содержащие в положении 4 изопро­

пенильную, ацет~льную или метоксикарбонильную группу, об-­

ладают высокои активностью и избирательностью действия.

По-видимому, лучшими конкурентами триметоприма являются

3,5-диэтил-4-метокси- и 3,5-диметокси-4-метилтиопроизводные

триметоприма. Однако эти соединения еще не прошли такой

дли,:гельной клинической проверки, как триметоприм. Обычно в

этои серии аналогов триметоприма повышение липофильности молекулы усиливает действие соединения на грамположитель­

ные микроорганизмы и ослабляет на грамотрицательные. Поми­

мо необходимости достижения нужного соотношения гидрофиль­

ных и липофильных свойств бензильного заместителя в пирими­

диновом цикле, следует учитывать и строгие стерические

требования [Roth, Cheng, 1982].

При кокцидиозе, протозойном заболевании домашней птицы,.

сходном с малярией, применение ингибиторов ДГФР типа три­

До сих пор отсутствуют данные рентгеноструктурного ана­

лиза ДГФР, связанной с каким-либо ингибитором диаминопи-,

римидинового ряда. Результаты получены для 2,4-диамино-5,6-

дигидро-6,6-диметил-5- (4 -метоксифенил) -1,3,5-триазина пр и раз­

ре~ении 0,29 нм. Это соединениеблизкий аналог антималя­

рииного препарата циклогуанила (3.35) и отличается от него

тем, что ато~ хлора замещен метоксигруппой [Volz et al., 1982].

Этот сильныи ингибитор связывается с ДГФР малярийных па­

разитов и позвоночных (в данном случаеферментом из пече­

ни цыпленка) и практически не реагирует с бактериальным фер- ·

ментом.

Было обнаружено, что триазиновый и фенильный циклы

занuимают те же п?ложения, что и соответственно пиримидино­

выи и пиразиновыи циклы метотрексата в бактериальных фер­

ментах. Важную роль ~ связывании этого ингибитора играют

Clu-30 и Tyr-31, каждыи из которых сдвигается на 0,3 нм при

связывании ингибитора с апоферментом. Кофермент NADPH

полностью вытянут и располагается в длинной неглубокой впа­

дине на поверхности наружной стороны апофермента [Volz et

al., 1982].

Кроме незначительной степени связывания триметоприма с

ДГФР печени цыпленка, рентгеноструктурный анализ показал

что при образовании связей с этим ферментом он находится ~

цикла расположены почти перпендикулярно друг к другу [Mat-

ihews, 1981].

Открытие этих эффективных лекарственных веществ, произ­

водных 2,4-диаминопиримидина, явилось результатом научного предвидения. Установлено, что максимальную биологическую

активность они проявляют при рКа между 7 и 8 [Roth, Strelitz, ·

1969]. Это указывает на их способность проникать через клеточ­

ные мембраны (разд. 10.5). .

Вмедицинской практике триметоприм чаще всего применяют

вкомбинации со стрептоцидом с целью достижения последова­

тельного блокирования (разд. 9.6). При беременности антаго-,:

нисты фолиевои кислоты следует использовать осторожно, так

44

щены рассмотрению связи структура - активность 2,4-диамин­ пиримидинов, -птеридинов и -хиназолинов в качестве антибак­ териальных, противораковых и противомалярийных препаратов.

9.4.Друrие аналоги метаболитов, играющие важную роль

впрофилактике и терапии

9.4.1.Введение

Создание ана:югов метаболитов не представляет особых

сложностей, однако найти среди них обладающий избиратель­ ным действием очень трудно, так как редко можно встретить метаболит, незаменимый для вредных видов и не имеющий осо­ бого значения для вида полезного. Если метаболит содержится во всех живых клетках (как, например, тиамин), то возмож­ ность получения аналога, обладающего избирательным дейст­ вием, маловероятна. Тем не менее в нескольких случаях уда­

ко определяется тем, что один из видов обладает преимущест­ веннс;й способностью к поглощению аналога (по сравнению с

;-1,ругим). Даже относительно небольшие изменения молекуляр­

ной структуры соединений могут так повлиять на способность клетки к поглощению, что лекарственное вещество либо вообще

нс будет попадать в клетки полезных видов, либо будет преиму­ щественно поглощаться вредными или концентрироваться в той

областп, где сосредоточены вредные виды.

Следует отметить, что аналог метаболита может играть роль метаболита для одного вида и служить антагонистом для другого, родственного вида. Так, например, детиобиотин может

.заменять биотин (9.34) в качестве фактора роста дрожжей, но

~xxl~ С!

11

о

Дихлои

(9.36)

45

в то_ же время является антагонистом биотина у Lactobacillus case1, у которых биотин ускоряет рост. Причина этого известна: дрожжи способны включать в молекулу биотина

недостающий атом серы, а бактерии этой способностью

не обладают [Ditmer, du Vigneaud, 1944]. Устойчивость гриба

Endomyces к действию пиритиамина (9.5), приобретенная

в процессе повторных пересевов на среду, содержащую

это вещество, объясняется способностью устойчивого

штамма расщеплять молекулу пиритиамина и синтезировать

тиамин (2.1) из одного из образующихся больших фрагментов

[Wooley, 1944].

Природный агонист может служить субстратом для несколь­ ких ферментов, причем для блокирования этих ферментов могут быть необходимы разные ингибиторы. Так, например, дикума­ рол (9.35) является избирательным антагонистом фактора свер­ тывания крови у человека - витамина К (2.2), но не токсичен для микроорганизмов [Goth, 1945]. С другой стороны, высокая фунгицидная активность 2,5-дихлорнафтохинона (дихлон) (9.36) также связана с его ингибирующими действиями на витамин К

у грибов, тогда как для млекопитающих он безвреден (\Vooley,

1950,Ь).

Антиметаболиты обычно оказывают более эффективное раз­

рушающее действие на клетки, нуждающиеся в притоке мета­ болитов извне; примером может служить пиритиамин [Wooley

White, 1943]. •

9.4.2. Аналоги витаминов и коферментов

Ампролиум (9.37), аналог тиамина (2. 1), успешно приме­

няют при лечении кокцидиоза у домашней птицы. Это лекарст­ венное вещество, ингибирующее транспорт тиамина, в 50 раз

сильнее действует на Eimeria, чем на клетки кишечника цыплен­

ка [James, 1980].

2,2-Дихлорпропионат натрия (далапон) широко применяют

для уничтожения однодольных сорняков на полях двудольных

растений, например свеклы и люцерны. Исследование конкурент­ ного действия 2,2-дихлорпропионата натрия на Е. coli показало,

что он препятствует включению пантоевой кислоты [левая часть формулы (9.38)] в молекулу пантотеновой кислоты. Это основ­

ное направление его действия на однодольные сорняки; актив­ ность далапона снижается при добавлении пантотеновой кисло­

ты [Hilton et al., 1959].

l_N/CH~N

( ) H2 N'~~N СН2СН2Ме

Ампролиум (катион)

(9.37)

46

Пантотеновая кислота

Клинические испытания дикумарола (9.35), первого перо­

рального антикоагулянта, были начаты в 1941 г. Было обнару­

жено, что это вещество [3,3'-метилен-бис (4-гидроксикумарин) ],

выделенное из подпорченного сена, вызывало кровотечения у

крупного рогатого скота, поедавшего это сено. Длительный курс дикумарола показан больным гипертонией для профилактики

тромбозов коронарных артерий и инсультов. Для проявления

антикоагулянтного действия у кумаринов необходимо наличие

4-гидроксикумаринового цикла с атомом водорода или алкиль­

ным заместителем в положении 3. Механизм действия дикума­

рола и его более сильнодействующего аналога варфарина (9.40) заключается в ингибировании регенерации витамина К (2.2) из

его 2,3-эпоксида [Zimmerman, Matschiner, 1974]. Эпокси~ обра­

зуется при выполнении витамином К его биологическои функ­

ции: введении дополнительной карбоксильной группы в десять

остатков глутаминовой кислоты протромбина, что повышает

способность этого белка хелатировать кальций [Stenflo et al.,

! 964].

Антикоагулянты кумаринового ряда неактивны in vitro, а для проявления их действия в организме необходимо 36 ч.

Хотя механизм антагонизма между производными кумарина и

витамином К очень прост (избыток одного из них нейтрализует

другой), тем не менее для проявления их действия также необ­

ходимо много времени. Антикоагулянты индандионового типа,

наиболее распространенным представителем которых является

фениндион (9.39), действует несколько быстрее. Были предпри­

няты попытки создания на их основе препарата, структура кото­

рого в большей мере соответствовала бы структуре витамина К

(т. е. в положении 3 присутствовала бы липофильная группа,

а фенольная группа была бы замещена кетонной).

9.4.3. Аналоги гормонов и неи:ромедиаторов

Agarwal в книге «Антигормоны» напоминает о том, что анти­

метаболиты способны ингибировать действие представителей

каждого из пяти основных классов стероидных гормонов, а так-

47

же тироксина, полипептидных мессенджеров и нейромещмторов i[Agarwa,1, 1979]. Некоторые из этих антагонистов пrименяют

только в биохимических исследованиях, тогда как ,n.ругие- в качестве эффективных лекарственных средств.

На первый взгляд может показаться парадоксальным, что аналоги, обладающие антагонистическим действием, иногда ис­

пользуют для достижения агонистического эффекrа (по непря­

мому механизму). И наоборот, агонисты могут быть использо­

ваны для получения антагонистического эффекrа (в зависимо­

сти от регулярности введения и биологических циклов организ­

ма). Хорошо известный и, пожалуй, уникальный пример - это

применение эстрогена или прогестина, или (чаще всего) их сме­ си в одной «пилюле» в качестве контрацептивного средства. Эти

препараты принимают около 50 млн женщин во всем мире. Ча­

ще всего применяют такие эстрогены, как этинилэстрадиол и

его 3-метиловый эфир, местранол. Эти соединения представляют собой агонистические аналоги женского гормона эстрадиола.

Из прогестинов обычно применяют норгестрол и норэтиндрон -

агонистические аналоги природного женского гормона прогесте­

рона. Во всех этих контрацептивах структура природных гормо­ нов изменена незначительно введением этинильной группы

(-С=СН) для придания веществу активности при пероральном

введении и для предохранения его от метаболического разруше­

ния. Лекарственные препараты обоих типов предотвращают

оплодотворение, подавляя овуляцию. Механизм действия эстро­ гена заключается в ингибировании выделения фолликулостиму­

лирующего гормона (ФСТ), прогестин ингибирует выделение

лютеинизирующего гормона (ЛГ); таким образом, искусствет­

ным путем постоянно осуществляется то, что в природе проис­

ходит только периодически.

Известны также некоторые антиэстрогены, из которых чаще всего применяют тамоксифен (9.41), эффективный при лечении эстрогензависимых форм рака молочной железы. Тамоксифен связывается с белковыми рецепторами э·страдиола, понижая тем самым их концентрацию в цитоплазме. В процессе метабо­ лизма он превращается в 4-гидроксипроизводное, которое счи­

тают активной формой тамоксифена [Borgna, Rochefort, 1981].

Аналоги тамоксифена - кломифен и нафоксидин. Тамоксифен

напоминает по структуре диэтилстильбэстрол, но обладает

( 12.31) более сильным зстрогенным действием, чем природный гормон ( 12.32). Подробнее о стероидных гормонах см. разд. 2.4. и 12.2. Гормоны насекомых и их антиметаболиты см. разд. 4.7.

При лечении некоторых типов гормонозависимого рака мо­

лочной железы эффективным оказался аминоглутетимид (9.42)-

предположительно ингибитор биосинтеза всех гормоновпроиз­

водных холестерина [Henderson, Canellos, 1980].

К антиметаболитам, влияющим на действие нейромедиато­

ров, в первую очередь относятся аналоги АХ (2.7), блокирую­ щие доступ этого нейромедиатора к рецепторам. В качестве

примера можно привести также миорелаксанты, применяемые

(7.25). Лекарственные препараты типа физостигмина (7.33) уси­ ливают действие АХ, блокируя его доступ к разрушающему ферменту (АХЭ), так же как и другие карбаматные ингибиторы

этого фермента (разд. 13.3). Эти псевдоагонисты применяют

при лечении глаукомы, миастении и атонии кишечника и моче­

вого пузыря. Более подробно об агонистах см. разд. 12.6, инги­ биторы холиэстеразы -разд. 13.3 и 12.5. Модификации молекул

агонистов с целью получения соединений, обладающих антаго­

нистическим действием (в том числе на примере АХ), см.

разд. 7.5.2 (том 1).

Адренергические антиметаболиты - аналоги норадреналина

(7.5) играют большую роль в терапии. Широту их применения можно проиллюстрировать следующими примерами. Метарами­

нол (7.54), препятствующий захвату норадреналина пресинап­

тическим окончанием, применяется для повышения низкого дав­

ления и выведения больного из шокового состояния. Эфедрин

(9.43) накапливается в пресинаптическом окончании и способ­

ствует равномерному выделению норадреналина из депо в

синаптическую щель; этот препарат эффективен при поллино­ зах и других аллергических заболеваниях. Один из побочных

эффектов эфедрина - возбуждающее действие на ЦНС. Фена­

мин (9.44) обладает сходными с эфедрином свойствами, однако

значительно сильнее стимулирует ЦНС. Фенамин применяют для

уменьшения аппетита и преодоления сонливости, однако его

применение ограничено из-за возможности привыкания.

Три вышеперечисленных лекарственных препарата действуют

за счет повышения эндогенного норадреналина больного, одна­

ко возможен и другой механизм. Октадин (7.55) накапливается

в пресинаптических окончаниях и способствует равномерному

выделению из них норадреналина, однако с такой низкой ско­

ростью, что по мере высвобождения норадреналин успевает разрушаться. Применение этого лекарственного препарата дает

.альтернативный, хотя и недостаточно избирательный, метод ле­ чения умеренных форм гипертонии. Орнид (12.4), дебрихозин и

бетанидин действуют примерно таким же образом. Другие ле­

карственные вещества (например, мезатон, метилдофа), создан­

ные на основе катехоламиновых нейромедиаторов, см. в разд. 12.4.

6-Гидроксидофамин

(9. 45)

Анаприлин (пропранолол) (12.56) и подобные ему соедине­

ния являются эффективными антагонистами норадреналина в

постсинаптических рецепторах (разд. 12.4) и широко использу-

в организме аналог норадреналина, широко применяют в экспе­

риментальной физиологии для картирования рецепторов. При

введении лабораторным животным он распределяется по всем

симпатическим нервным окончаниям, где и окисляется в соот­

ветствующий орто-хинон. Последний ковалентно соединяется с

этими окончаниями и, дезактивируя их, помогает картированию

[Thoenen, Tranzer, 1968].

В 1940 г. было обнаружено, что гидразины с липофильными

заместителями, например фенелзин (9.46), помогают при : лубо­

ких психических депрессиях. Известно, что механизм деиствия

этих веществ связан с их взаимодействием с моноаминоксида­

зой (МАО) в головном мозге. В результате этого ингибирования

происходит накопление аминовнейромедиаторов, таких как

норадреналин, дофамин и 5-гидрокситриптамин. Однако из-за

серьезных побочных эффектов, вызываемых производными гид­

разина, они были заменены липофильными первичными амина­

ми, которые не соединяются так прочно с ферментом. Из пер­

вичных аминов в настоящее время наиболее широко применяют транилкипромин (9.47). В молекулах всех этих аминов содер­

жатся стерические помехи, предотвращающие их дезаминирова­

ние под действием фермента.

МАО человека представляет собой небольшую группу изо­

ферментов, которые подразделяются на тип А, дезаминирующий

преимущественно норадреналин и 5-гидрокситриптамин, и тип В,

дезаминирующий дофамин и содержащие аминогруппу ксено­

биотики, такие как бензиламин [Cawthon, Breakefield, 1979].

Побочные эффекты, вызываемые ингибиторами МАО из ряда

первичных аминов, бывает трудно устранить из-за прочног0,

связывания лекарственного вещества с ферментом. Поэтому при лечении психических депрессий иногда предпочтительнее приме­ нение трициклических антидепрессантов (разд. 12.9) (но не для

кардиологических больных) или электрошоковой терапии, при

которой происходит высвобождение нейромедиаторных аминов

[Creen, Неа!е, Graham-Smith, 1977].

Подробнее о МАО и ее модификациях см. Singer, von Korf. Murphy ( 1979). Исследованию биохимических основ нейрофар­

макологии посвящена работа Cooper, Bloom (1982).

Широко применяемый инсектицид хлордимеформ (2.36) об­

.JJадает мягким ингибирующим действием на МАО млекопитаю­

щих, а его инсектицидная активность связана, по-видимому,

с его сходством с нейромедиатором членистоногих - октопами­

ном (2.35) (разд. 2.6. 1 и 6.4. 1).

9.4.4. Аналоги аминокислот

Антибактериальный лекарственный препарат циклосерин (5.11) представляет собой структурный аналог О-аланина (5.12);

биохимические основы его действия изложены в разд. 5.3. Цик­ лосерин препятствует образованию О-аланина и его конденса­

ции в О-аланил-0-аланин, в отсутствие которого прекращается

синтез пентапептида, являющегося основой новых клеточных

стенок [Strominger, Ito, Threnn, 1960]. Позднее был обнаружен

более простой аналог - 3-фтор-0-аланин, высоко эффективный in vivo при всех обычных грамположительных и грамотрицатель­ ных бактериальных инфекциях. Антагонистом 3-фтор-0-аланина может служить О-аланин (разд. 5.3). Более сильное действие оказывает L-алафосфалин (3.50), ингибирующий L-аланинраце­

мазу - фермент, ответственный за образование О-аланина.

0-Алафосфалин высоко эффективен in vivo по отношению к

грамотрицательным бактериям (разд. 3.6). Эти аналоги алани­

нов до сих пор не нашли широкого клинического применения.

Антибиотик азасерин (9.49) - это серин, ацилированный

диазоуксусной кислотой; он является структурным аналогом

рапии рака в качестве агента, осуществляющего последователь­

ное блокирование (разд. 9.6).

Антиметаболиты пептидов. Проблема, связанная с попытка­

ми создания новых полипептидных лекарственных препаратов,

заключается в их быстром расщеплении в желудочно-кишечном

тракте и (даже если этого можно избежать заменой некоторых L-аминокислот О-энантиомерами) плохой всасываемости из же:

лудка и кишечника. Преодолеть эти трудности удается заменои

пептидной связи менее легко расщепляющимися полярными

связями, обычно эфирной, или кетонной или даже неполярными

звеньями, например циклогексановым кольцом. Такие продукты

получили название «пептоидов» [Farms, Ariёns, 1982]. u

Полагают, что вещество Р -ундекапептид, содержащиися в

ЦНС, -- служит нейромодулятором для устранен~я, а в более

высоких дозах - для передачи болевых ощущении. Его антаго­

нисты были получены путем удаления первых трех аминокислот

и заменой на О-энантиомеры пролина-4 и триптофанов-7 и -9 [Caranikas et а!., 1982]. Результаты клинических испытаний еще

не получены.

Эффективные аналоги (агонисты и антагонисты) природных

опиоидных олиrопептидов (энкефалинов) см. разд. 12.8.

Пентапептид пентагастрин заменил природный гастрин (геп­

тадекапептид) в качестве диагностического средства, стимули­

рующего желудочную секрецию. Пентагастрин предстаuвляет

собой t-Boc-~-Ala-Trp-Met-Asp-Phe-NH2. Этот лекарственныи пре­

парат можно применять интраназально.

Ингибиторы ангиотензинтрансформирующего фермента, из­

вестного также как пептидилдипептидаза (ПДП), долгое время

считались возможными источниками антигипертензивных лекар­

ственных средств. По-видимому, существуют два механизма, ле­

жащих в основе повышения давления крови этим ферментом.

Во-первых, он удаляет концевой дипептид из ангиотензина I,

в результате чего образуется октапептид ангиотензин II, вызы­

вающий сильное сужение сосудов. Во-вторых, он дезактивирует

брадикинин (нонапептид, находящийся в крови и обладающий

сосудорасширяющим действием), отщепляя от него два ди­

пептида.

Получаемый из яда змей батроп или терпротид (нoнaпeп­

тид - pyroC!u-Trp-Pro-Arg-Pro-Gln-Ile-Pro-Pro) является инги­

битором ПДП. Установлено, что концевой остаток пролина пре­ пятствует гидролизу пептида при действии фермента. Тем не

менее терпротид оказался неэффективным при перо~альном

введении, так как пептидазы кишечника человека деиствуют

менее избирательно. Поэтому было предпринято исследование

пептоидов, включающих, например, сукциниламинокислоты, эк­

вивалентные по длине дипептидному фрагменту. К а п топ Р ил

(9.50) был первым из этих соединений, нашедшим применение в клинике. Это сильно действующее средство для снижени~ по­

вышенного давления крови имеет высокий терапевтическии ин­

декс и эффективно при пероральном введении [Ondetti, RuЬin,

Cushman, 1977; Ondetti, Cushman, 1981]. Эти исследования по:

казали, что для проявления активности необходимы концевои

пирролидиновый цикл, свободная карбоксильная группа (или ее изостера), еще одна карбонильная группа, меркаптоили фос-

форильная группа для образования хелата с атомом цинка в

ферменте, а также S,S-конфигурация молекулы (определение

обозначения S дано в разд. 12.1).

В аналогичной работе был получен эналаприл [N- (3-фенил­ пропи.п- 1-этоксикарбонил)-L-аланин-L-пролин] и изучено его действие при гипертонии. Видимо, основные физиологические

эффекты этих дипептидов связаны с их способностью непосред­

ственно конкурировать с ангиотензином II [Unger, Ganten, Lang,

1983].

Каптопри.1

(9.50)

9.4.5. Аналоги пуринов и пиримидинов

Различные аспекты использования аналогов природных пу­ ринов и пиримидинов обсуждались в разд. 4.0. В химиотерапии рака применяют следующие соединения: 5-фторурацил (3.3), цитарабин (4.13), 6-меркаптопурин (3.14) и 8-азагуанин (4.40).

К лекарственным средствам относятся такие противовирусные

препараты, как ацикловир (4. 19), являющийся производным гуанина, идоксуридин (4.14,а), трифлуридин (4.14,б) и видара­ бин (4.16), аналог аденозина. Иммунодепрессант азатиоприн

(3.41) - пролекарство 6-меркаптопурина, однако области их

применения различны. Флуцитозин (4.23) и 6-азаурацил (4.41)- избирательно действующие фунгициды, первый назначают перо­ рально при системных грибковых инфекциях у человека, второй используют в сельском хозяйстве. Азарибин, триацетильное

производное 6-азауридина, назначают перорально при лечении

аллопуринол не встраивается в нуклеотид и его действие не

связано с образованием ковалентных связей. Аллопуринол, 4-оксопиразоло-[3,4-d]пиримидин, - одно из самых эффективных

средств, позволяющих снижать содержание мочевой кислоты у больных, страдающих подагрой или заболеваниями, сопровож­

дающимися избыточным образованием мочевой кислоты. Этот препарат при пероральном введении не имеет побочных эффек­ тов. Механизм действия аллопуринола состоит в том, что он бло­

кирует окисление гипоксантина в ксантин ферментом ксантинок­

сидазой. Небольшая часть введенной в организм дозы препара­

та окисляется в соответствующий 2,4-диоксопиразолопиримидин

(аллоксантин), блокирующий реакцию окисления ксант~на в

мочевую кислоту, катализируемую тем же ферментом [Elюn et

а!., 1966].

о

11

N~XJNH

Антагонисты Н1-рецепторов. Антигистаминовые лекарствен­

ные препараты - это соединения, способные оккупировать гис­

таминовые рецепторы. Эффекты Н1-рецепторов в основном про­

являются в аллергических реакциях кожи и слизистых оболо­

чек. Наиболее точный тест на Н1-антагонистическое действие­

проверка способности соединения уничтожать волдыри, возни­ кающие у людей при подкожной инъекции гистамина (9.53) (су­

ществуют также точные тесты на морских свинках для ранних

стадий скрининга), что считают проявлением обычной конкурен­ ции между агонистом и антагонистом. Лекарственные препара­ ты этого типа быстро помогают при насморке, вызванном пол­ линозом, крапивнице, возникающей при укусах пчел, и зуде

при чесотке. Поиск таких препаратов был начат Бове в сере­ дине 30-х годов в институте Пастера в Париже [Bovet, Staub, 1937], а IО лет спустя был опубликован обзор, посвященный

проблеме связи структура - активность этого ряда веществ

[Bovet, 1947].

Первым антигистаминовым препаратом, нашедшим примене­ ние в клинике, был антерган (9.54), открытый Halpern Значительно более сильно действующие вещества были получе­

ны при замене слабоосновного N-бензиланилинового фрагмента

антергана более основной 2-бензиламинопиридиновой группой.

Так был создан мепирамин (9.55,а) [Bovet, Horclois, Walthert,

1944], который используется до сих пор. В настоящее время известно, что многие производные N,N-диметилэтилендиамина являются Н1-антагонистами. В США был получен родственный лекарственный препарат трипеленамин (9.55, б). Значения рКа

для менее основных групп этих двух соединений составляют 4,0

и 3,9 соответственно, тогда как более основная группа имеет рКа =9, т. е. эти соединения менее основны, чем гистамин (РКа

для менее основной группы 6,0), хотя более основная группа антигистаминов ионизируется так же легко, как и наиболее

основная группа гистамина (рКа = 9,8).

Вскоре было обнаружено, что для получения эффективных

антигистаминных препаратов можно использовать этаноламин

(вместо этилендиамина). Так был получен димедрол (9.56).

Представители этого класса наряду с антигистаминными обла-

дают также седативными свойствами. Молекулы этих соедине•

ний содержат только одну ионизирующую группу (рКа 9,0).

а) Мепирамии (R=OMe)

б) Трипеленамин (R=H)

(9.55)

Седативное действие, ярко выраженное у димедрола, прису­ ще и другим антигистаминным препаратам. Поскольку иногда

QHO может быть нежелательным, были предприняты попытки

уменьшить седативное действие антигистаминов. Так был создан

хлорфенамин (9.57), в котором второй полярный атом (N или О)

удален из алифатической цепочки. Величины рКа хлорфенамина (4,0 и 9,2) близки к соответствующим значениям рКа предыду­

щих соединений. Другой тип соединений с пониженным снотвор­

ным действием, примером которого может служить хлорцикли­

зин (9.56а), содержит пиперазиновый цикл, образованный пу­ тем соединения атомов азота этилендиаминовой части цепочкой из двух насыщенных атомов углерода. Поиск Н1-антагонистов, не способных преодолевать ГЭБ и, следовательно, не обладаю­

щих седативными свойствами, привел к созданию стерически

затрудненного астемизола, 2-[ 1-[1-(4-метоксифенил) этил]пипе­

рид-4-иламино]- 1- (4-фторбензил) бензимидазола, применяемого

при поллинозах [Laduron et а!., 1982].

О роли стерическоrо фактора в механизме действия Н1-анти­

гистаминных препаратов см. Casy, Ison ( 1970) и Rocha, Silva (1978).

Димедрол

(9.56)

Метиамид

(9.61)

Раннтндин

(9.62)

9.4.7. Другие аналоги

Гербицид амитрол (4.67) (3-амино-1,2,4-триазол), по-види­

мому, является антиметаболитом некоторых природных имида­

золов. Он вызывает накопление имидазолглицерофосфата в дрожжевых клетках [Weyter, Broquist, 1960]. Ингибирующее

действие амитрола на рост дрожжей и водорослей Prototheca

снимается гистидином [Casselton, 1964].

Теперь рассмотрим аналог очень простой химической струк­

туры - бикарбонат-иона. Было обнаружено, что под действием стрептоцида (9.8) куры несут яйца без скорлупы. Кроме того. оказалось, что стрептоцид вызывает щелочной диурез. Оба эти

наблюдения привели к установлению того факта, что сульфанил­

амид-ион (9.63) конкурентно блокирует доступ бикарбонат-иона

(9.64) к ферменту карбоангидразе, что препятствует его дегид­ ратированию и превращению в диоксид углерода. Расстояние

эквивалентным количеством ионов натрия, что вызывает силь­

ный диурез. При наличии заместителя в группе C=NH блоки­

рования рецептора не происходит и поэтому большинство анти­

бактериальных сульфаниламидов подобным действием не обла­

дают. Результаты этих исследований доказали целесообразность

введения в состав аниона гетероциклических групп, таких как R

в (9.63). Это позволяет получить соединения в большей степени ионизированные, чем стрептоцид, и в 2000 раз более активные.

причем с возрастанием степени ионизации активность увеличи­

вается [Miller, Dessert, RoЫin, 1950]. Лучший из этих препара­ тов диакарб (9.85) - сильное мочегонное пероральное средс:во.

оказался тахифилаксическим (с самопрекращающимся деист­

вием) и поэтому вскоре был вытеснен другими, более новыми диуретиками (разд. 14.1). Однако при острой глаукоме внутри­

венные инъекции диакарба могут спасти зрение, уменьшая вы­ деление гуморальной жидкости.

Тиоглюкоза, в которой атом кислорода цикла заменен ат~­

мом серы (с образованием 5-тио-D-глюкозы):, избирательно деи­

ствует на гипоксические раковые к~етки. Де~ствие этого препа­

рата изучали в сочетании с лучевои терапиеи. Тиоглюкоза та15-

же защищает оксические клетки от повреждения радиациеи.

Этот препарат способен избирательно ингибировать транспорт

и поглощение глюкозы клетками. Тиоглюкоза проходит испыта­

ния в качестве мужского контрацептивного средства с обрати­ мым действием [Zysk et al., 1975].

9.5. Ингибиторы «переходного состояния»

Существует много аналогов, препятствующих действию фер­

ментов занимая место нормального субстрата или кофермента

и лиш~я их способности взаимодействовать с этим ферментом.

Таким образом они блокируют нормальные биохимические ре­ акции этого фермента. Если, согласно Э. Фишеру, описывать

соответствие субстрата и фермента как «ключ к замку», то

в данном случае можно сказать, что ингибитор будет несоответ­

ствующим ключом, не способным открыть замок и в то же вре­

мя препятствующим введению нужного ключа. Диссоциация

комплекса ингибитора с ферментом обычно протекает быстро, поэтому трудно установить, произошло ли только образование

первичного комплекса ингибитор - фермент или этот комплекс

перешел в нестабильное промежуточное соединение путем об­

разования ковалентной связи между субстратом и ферментом1 • Рентгеноструктурный анализ позволяет разрешить эту проблему при условии, что имеются источники чистых ферментов. Для

1 Под переходным состоянием понимают наиболее нестабильное состоя_­

ние на всем пути реакции. На диаграмме изменения свободных энергии

реагентов в зависимости от времени переходное состояние располагается

в максимуме. В переходном состоянии старые химические связи находятся

в процессе разрыва, а новые - в процессе образования. В ферментативных реакциях, протекnющих через образование нестабильного интермед~ата, он содержит вновь образовавшиеся связи и обладает энергией, среднеи между энергиями двух переходных состояний. Hammoпd (1955) постулировал, что переходное состояние должно быть близким по структуре нестабильному ин­

термедиату, строение которого часто можно установить спектроскопически.

Следовательно, при необходимости создания аналога переходного состояния

можно руководствоваться структурой нестабильного интермедиата.

метотре~сата, который прочно связывается с дигидрофолатре­

дуктазои, установлено, что сокристаллизация фермента, кофер­

мента и субстрата не приводит к образованию ковалентной

свя.:3и (разд. 9.33). Высокий индекс ингибирования, характер­

ныи для метотрексата, объясняется тем, что он более эффектив­

но, чем субстрат, взаимодействует с активным центром фер­

мента.

С этим же явлением связана способность некоторых ингиби­

торов вызывать более сильные конформационные изменения

фермента, чем те, которые происходят при действии субстрата.

зои указывает на то, что этот процесс происходит медленно, но

в результате образуется прочная связь; устойчивое промежуточ­

ное соединение не зафиксировано [Cha, Agarwal, Parks, 1975J.

Авторы полагают, что подобное течение реакции свидетельству­

ет о сильных конформационных изменениях.

Рассмотрим ингибиторы, которые создаются по аналогии не

с самим субстратом, а с его переходным состоянием. Цель та­

кой работы - получение ингибиторов, способных образовывать

значительно более прочные связи с ферментом. Интерес к ним

возник в" связи с широко распространенным мнением о том, что

активныи центр свободного фермента комплементарен переход­

ному состоянию субстрата, а не свободному субстрату [Pauling

Во многих случаях неизвестно, какое именно переходное

состояние образуется при соединении субстрата с ферментом.

Поэтому обычно предполагают, что это состояние эквивалентно

переходному состоянию, установленному для аналогичной реак­

ции, проводимой в небелковом окружении в присутствии неорга­

нического катализатора, такого как кислота или щелочь. Рас­

смотрим некоторые общие случаи. При гидролизе амидной (или

пептидной) связи на первой стади происходит присоединение

молекулы воды по двойной связи С=О с образованием тетра­

быстро диссоциирует до соответствующей карбоксильной кисло­

Пентостатин (4.18) (дезоксикоформицин) и его рибозидный

аналог коформицин обладают сильным ингибирующим действи­ ем по отношению к аденозиндеаминазе, ферменту, превращаю­ щему аденозин (9.72) в инозин (9.74) предположительно через интермедиат (9.73). Эту реакцию, подобную гидролизу амидина с образованием амида, необходимо ингибировать при лечении

больных препаратами, содержащими адениновый фрагмент, на­ пример видарабином (4.16). Молекула пентостатина (4.18) по структуре напоминает молекулу интермедиата (9.73) в области

протекания реакции.

Пентостатин и коформицин связаны с ферментом очень

специфичный ингибитор реакции дезаминирования цитидина

(9.75) цитидиндеаминазой [Carmenier, 1968]. Прочная связь,

образуемая этим ингибитором с ферментом, объясняется его

структурным сходством с тетраэдрическим интермедиатом, по­

добным (9.75). Аналогично 6-гидроксиметил-1,6-дигидропуриа

(9.77) - сильный ингибитор аденозиндезаминазы [Evans, Wol-

fenden, 1970].

Борные кислоты обладают сильным ингибирующим дейст­

вием на пептидазы за счет стабильности тетраэдрической струк­ туры, образованной гидроксильными группами, что делает их.

аналогами нестабильных интермедиатов, образующихся при

гидролизе пептидной связи (9.67). Соединение (9.78) специфич­

но действует на химотрипсин, так как необходимым условием для субстрата химотрипсина служит наличие ароматического

ядра в боковой цепи [Koehler, Lienhard, 1971].

телей содержит молекула, тем сильнее равновесие смещено

в сторону образования метиленгликоля. Некоторые организмы вырабатывают альдегиды в качестве специфичных ингибиторов протеолитических ферментов. Так, например, лейпептины (ти­ пичный представитель - ацетил-L-лейцил-L-лейцилангиналь),

вырабатываемые по меньшей мере 17 видами Streptomyces,

эффективно ингибируют плазмин, трипсин и папаин, но не хи­ мотрипсин. При пероральном введении мышам лейпептины ока­ зывают противовоспалительное действие, кроме того, они обла­ дают радиозащитными свойствами, ингибируют свертывание

крови и возникновение опухолей [Umezava, 1972].

он

1

Н-С-ОН

1

н

Механизм действия ингибиторов «переходного состояния»

..другого типа связан с карбанионами и карбениевыми катиона­

ми. Установлено, что аналоги карбоксилат-иона (9.81) способ­

ны эффективно ингибировать некоторые ферментативные реак­

ции, в которых переходное состояние, по-видимому, напоминает

енолят-анион (9.80). Таким же образом лактоны, аналогичные

по структуре субстрату гексозе, являются сильно действующими

ингибиторами большинства гликозилтрансфераз. Переходное состояние в этих реакциях напоминает алкоксикарбениевый

ион (9.82), который, так же как и лактон (9.83), имеет конфор-­

мацию полукресла и положительный заряд на атоме кислорода

в цикле.

Было высказано предположение, хотя и недостаточно обос-

нованное, о том, что при взаимодействии пенициллина с пеп­

тидогликантранспептидазой (разд. 13.1) сначала происходит

ингибирование по типу «переходного состояния», а затем уже

ацилирование антибиотика ферментом [Lee, 1971]. Некоторые

6-дигидро-8-азапурины показали высокие uтерапевтические ин­

дексы при действии на опухоли мышеи [Albert, 1980]. Эти

экспериментальные препараты разрабатывались как ингибито­ ры «переходного состояния» биосинтеза пуринов. Вероятно~ такие ингибиторы «переходного состояния» имеют большое бу­

дущее, однако достижения в этой области пока невелики. Подробнее об ингибиторах «переходного состояния» см.

Lindquist (1975) и Lienhard ( 1972). В некоторь~х случаях суще­

ствует второе место связывания необратимо деиствующих инги­

биторов ферментом (разд. 9.7).

9.6. Последовательное блокирование

Терапевтическую эффективность антиметаболитов можно по­

высить, создавая пары таких агентов, которые могли бы пооди­

ночке блокировать две последовательные стадии процесса ме­

таболизма клеток [Hitchings, 1952]. Природные агонисты в-.

клетке образуются в результате ступенчатого синтеза при уча­

стии ряда ферментов, подобно тому, как собираются детали на заводском конвейере. На каждой стадии синтеза функциониру­

ет свой особый фермент. Сущность последовательного блокиро­ вания заключается в следующем: если первый из ферментов.

цепи блокирован на 90 %, то только IО% синтезированного про­

межуточного продукта достигает второго фермента. Если удает­

ся найти способ блокировать второй фермент тоже на 90 %, то

на этой стадии образуется только 1% следующего промежуточ­

ного продукта и этого количества может оказаться слишком

мало для поддержания жизнедеятельности паразита. Может

возникнуть вопрос, нельзя ли, повысив концен?рацию первого

лекарственного вещества, блокировать первыи фермент сразу

на I 00 %? Ответ на этот вопрос можно получить на основании

анализа кривой, выражающей зависимость эффекта от дозы:

увеличение концентрации вещества сверх определенного значе­

ния лишь в редких случаях приводит к заметному усилению,

эффекта. Это происходит потому, что кривая адсорбции из рас­ твора обычно имеет вид гиперболы (изотерма Ленгмюра,

разд. 8. I). Поэтому для достижения 100% ингибирован~я фер­

мента, блокированного ранее на 90 %'uнеобходим такои избы­

ток лекарственного вещества, которыи может оказаться опас­

ным для жизни больного.

Примером использования метода последовательного блоки­ рования может служить совместное применение сульфазина·