Литература / Albert_Izbiratelnaya_toxichnost_Tom_2_1989

Рис. 10.6. Шаровые модели катионов 9-амииоакридииа (две проекции слева) и его 1,2,3,4-тетрагидропроизводиого (справа).

от дифенила [Karle, Brockway, 1944] имеет совершенно плоскую

молекулу, поэтому возникло предположение, что введение сти­

рильной группы в 4-аминохинолин с образованием соединения

( 10.20) может привести к получению чрезвычайно активного

антибактериального препарата. Это было подтверждено экспе­ риментально (см. табл. 10.10). Введение двух стирильных групп

в молекулу 4-аминопиридина также привело к хорошим ре­

зультатам [Albert et al., 1949].

Следует отметить, что все соединения от (10.16) до (10.20) полностью ионизированы при рН 7. Слабоионизированные ана­

логи соединения (10.20) не обладают антибактериальной актив­ ностью. В конденсированных системах, имеющих достаточно большую плоскую поверхность (например, в молекуле акриди­ на), важным лимитирующим фактором является катионная

ионизация; в менее крупных системах (таких как хинолин и пи­

ридин) лимитирующим фактором служит минимальная величи­

на плоской поверхности молекулы.

На рис. 10.6 с помощью пространственных моделей, точно

воспроизводящих межатомные и ван-дер-ваальсовы расстояния,

изображены катионы 9-аминоакридина (10.16) и его тетрагид­ ропроизводного (10.19). Некопланарность тетрагидропроизвод­ ного особенно хорошо видна сбоку.

Почему так важен именно размер плоской поверхности этих молекул? Очевидно, что увеличение числа атомов в молекуле

повышает ее способность адсорбироваться на рецепторе. Это

объясняется тем, что слабые ван-дер-ваальсовы силы, связы­

вающие каждый атом агента с каждым атомом рецептора, в со­

вокупности становятся действительно мощной силой, если во

взаимодействии с обеих сторон участвует большое число ато­ мов. Этой силе противостоит кинетическая энергия движения

молекул, которая не увеличивается при возрастании размеров

молекул. Ионные пары, образованные катионом (лекарственное вещество) и анионом рецептора, существовали бы очень недол­ го в отсутствие этих дополнительных связей (разд. 8.0). Для

рассматриваемой серии веществ особенно важно копланарное

расположение атомов лекарственного вещества. Это означает,

что атомы биологической поверхности, с которыми они вступают

во взаимодействие, также располагаются в одной плоскости. Можно ли получить эффективные антибактериальные сред­

ства акридинового типа (т. е. воздействующие и на грамполо­

жительные и на грамотрицательные бактерии при большом раз­ бавлении без ослабления эффекта в присутствии белка) из всех молекул с достаточной степенью катионной ионизации и плос­ костью поверхности? К подобным веществам относится метиле­ новый синий, имеющий плоскую молекулу и высокую •степень ионизации. Однако его окислительно-восстановительныи потен­

циал так высок, что катионы метиленового синего восст_анав­

ливаются продуктами метаболизма большинства бактерии, на­ пример Е. coli; метиленовый синий токсичен для родственного

штамма Aerobacter aerogenes, не способного восстанавливать

его катионы (продукт восстановления не ионизируется при

рН 7). Однако число плоских гетероароматических соединений, способных образовывать сильно ионизированные аминопроиз­

водные, очень ограничено, поскольку введение добавочного ге­

тероатома приводит к резкому снижению основности [Albert,

Goldacre, Phillips, 1948; Albert, 1968].

Это можно преодолеть, введя короткую высокоосновную боковую цепь в плоское ароматическое ядро с площадью по­ верхности 3,8 нм2 таким образом, чтобы боковая цепь и арома­

тический цикл находились в сопряжении. Такой боковой цепью может быть остаток гуанидина или дигуанида. В этом случае необязательно, чтобы цикл был гетероароматическим: пригоден

ароматический углеводород подходящих размеров (например,

антрацен). Осуществляя эту гипотезу на практике, мы обнару­ жили соединения, обладающие истинной антибактериальной ак­

тивностью акридинового типа, не содержащие гетероцикла; при­

мерами могут служить два производных антрацена, представ­

ленные в табл. 10.10 [Albert, Rubbo, Burvill, 1949].

Удивительно сходство биохимического действия аналогов

акридина с действием самих акридинов. Так, например, этидиум

и профлавин, ингибируют одни и те же ДНК-зависимые поли­

меразы, а именно синтезирующие как ДНК, так и (менее эф­

фективно) РНК (в обоих слуrчаях они соединяются с ДНК,мат­

рицей) [Elliott, 1963; Waring, 1965].

Б. Механизм связывания акридинов и их аналогов с нуклеи­

новыми кислотами. В экспериментах in vitro было продемонст­ рировано, что связывание профлавина (10.7) (3,6-диаминоакри­ дин) с ДНК идет по двум механизмам: во-первых, по реакции первого порядка, в которой равновесие достигается при соотно­ шении 4 или 5 нуклеотидов на одну молекулу профлавина, и, во-вторых, в результате более медленной реакции высокого порядка, в которой одна молекула профлавина связывается с

одной молекулой нуклеотида [Peacocke, Skerrett, 1956]. Второй

процесс заключается в неупорядоченной адсорбции дополни­

тельных молекул акридина на внешней стороне спирали ДНК.

Н ,,,NH

(ХХУN-C#'"NH2

2-Антрилгуанидин

2-Антрилдигуанид

(10.22)

Этндий

(10.23)

В 1961 г. Lerman предположил, что молекулы 3,6-аминоак­

ридина более прочно присоединяются к ДНК, благодаря интер­

каляции между двумя слоями пар азотистых оснований, при этом первичные аминогруппы связываются ионной связью с двумя остатками фосфорной кислоты в спирали Уотсона - Кри­ ка, а плоский скелет акридинового цикла удерживается на мо­

лекулах пурина и пиримидина ван-дер-ваальсовыми силами

[Lerman, l 964a]. На рис. 1О.7 представлена эта структура (вид

сбоку). Необходимость большой плоскости поверхности и высо­

кой степени ионизации у молекул, обладающих антибактери­ альным действием, очевидно, и объясняется образованием этой

структуры.

По данным рентгеноструктурного анализа слои азотистых оснований ДНК обычно связаны между собой сверху и снизу

10!

Рис. 10.7. Схема вторичной структуры нор­

мальной ДНК (слева) и ДНК, включающей

интеркалироваиные молекулы профлавина (справа). Спираль рассматриваетси с отдален­

ной точки под таким уг.~ом, что видны лишь

боковые проекции пар азотистых оснований и интеркалированиых молекул профлавина,

а фосфорибозильный остов выrлидит как регу-

лирная спираль.

ван-дер-ваальсовыми силами. Расстояние между центрами ато­

мов соседних пар оснований в цепи составляет 0,336 нм. Это

означает, что молекулы аминоакридинов, имеющие точно такую

же толщину, что и пуриновые и пиримидиновые основания,

могут проникать в оставшиеся 0,336 нм (Gт общего расстояния 0,672 нм). Это пространство может образоваться за счет не­ большого раскручивания двойной спирали (угол поворота

варьируется для каждого вещества; так для этидиума он со­

ставляет 26° [Wang, 1974], для профлавина и алкалоида эллип­

тицина он несколько меньше [Kohn et al., 1975]).

Теперь рассмотрим, как Lerman пришел к теории интерка­

ляции. При взаимодействии профлавина с ДНК происходит трехкратное увеличение вязкости. Это объясняли тем, что внед­

ряющиеся молекулы не только вытягивают спираль, но и дела­

ют ее жесткой и спрямленной. Было установлено, что комплекс

ДНКпрофлавин имеет более низкий коэффициент седимен­ тации, чем свободная ДНК. Это происходит за счет потери

массы на единицу длины (ОММ профлавина составляет менее

половины массы равного объема ДНК). Эти результаты были

получены в разбавленном водном растворе. Было также обна­

ружено, что нити, вытягиваемые из комплекса, дают значитель­

но более простые рентгенограммы, чем получаемые для чистой

ДНК. Меридианальный рефлекс, соответствующий расстоянию 0,34 нм между соседними слоями, сохраняется, но новые поло­

жения первых экваториальных рефлексов свидетельствуют о

том, что каждая молекула ДНК теперь имеет более плотную

упаковку, а следовательно, и меньший диаметр, чем молекула

неподвижного раствора согласуется с представлением о перпен­

дикулярном расположении молекул акридина по отношению

к оси спирали. Затем он обнаружил резкое падение скорости

диазотирования первичных аминогрупп профлавина в присутст­

вии ДНК. Это означало, что ДНК защищает аминогруппы от действия азотистой кислоты [Lerman, 1964]. Было замечено, что

для денатурации ДНК после образования комплекса с 9-амино­

акридином требуется более высокая температура [Lermaп,

1964Ь] (ер. Chambroп, ниже).

Теория интеркаляции была подтверждена данными, получен­

ными другими методами. Так, радиоавтография ДНК (содер-

жащих [3Н]тимин), выделенной из Т2-колифага, проводилась

до и после погружения в разбавленный раствор профлавина.

При этом было показано, что аминоакридин удлиняет молекулу

ДНК от 45 до 75 мкм [Cairns, 1962]. Столь же убедителен был

и тот факт, что благодаря интеркаляции профлавина темпера­

тура плавления (Тm) ДНК повышалась на 20°, а при «расплав­

комплексов пяти моноаминоакридинов с ДНК методами линей­

ного и кругового дихроизма подтвердило, что катионы акриди­

на лежат в плоскостях, параллельных тем, в которых находятся

пары оснований [Jackson, Mason, 1971]. И наконец, было обна­

ружено, что свободная энергия связывания аминоакридинов

с ДНК близка энергии, характерной для процессов интеркаля­

ции, но слишком высока для любого другого вида связывания

на внешней стороне цепей ДНК [J ordaп, 1968].

С точки зрения электростатических взаимодействий область ДНК, доступная для интеркаляции, несет высокий отрицатель­

ный заряд, образующийся не только за счет фосфат-анионов,

пуриновых и пиримидиновых оснований (за исключением аде­

нина) и частичных отрицательных зарядов атомов кислорода

дезоксирибозы. Именно в это отрицательно заряженное прост­

ранство и втягиваются катионы лекарственного вещества, поч­

ти полностью нейтрализуя избыточный отрицательный заряд. Последующее образование ван-дер-ваальсовых связей с основа­ ниями ограничивает дальнейшее продвижение молекулы и обес­ печивает относительную устойчивость комплекса. На рис. 10.8

показана интеркаляция профлавина в молекулу ДНК (изобра­

жение построено по данным рентгеноструктурного анализа).

Согласно расчетам, средняя площадь пары оснований в спирали ДНК или РНК составляет около 0,5 нм2, что превышает пло­

щадь молекулы акридина (0,385 нм2 ), рассчитанную мето­

дом, показанным на рис. 10.5. Однако в любой одноцепочечной

модели небольшая часть каждой молекулы акридина будет вы­ пячиваться наружу. Липофильные аналоги, такие как акриди­ новый оранжевый (3,6-бисдиметиламиноакридин), не только

интеркалируют, но и прочно прикрепляются к внешней стороне

ДНК.

В. Другие соединения, интеркалирующие в ДНК. Как это

часто случается с новыми идеями, концепция интеркаляция по­

началу не получила должного признания. Однако вскоре, и это

106

,,,,,,,,,........---

/

/

/

1

1

1

\

)

/

Рис. t0.8. Интеркаляция 3,6-диамииоакридииа между слоями пар оснований

ДНК. Левое кольцо акридина противостоит почти точно над цнтозииом, а пра­

вое кольцо - почти точно над пиримидиновым циклом гуанина: облас~ь ван­

дер-ваальсовых связей молекулы акридина обозначена сплошиои линиеи [Ler• rnan, 1964Ь].

тоже не редкость, после ее признания очень многим лекарствен­ ным веществам самых разных типов стали приписывать имени~

этот механизм действия. Для проверки подобных утверждении

был введен специальный тест на интеркаляцию, показывающий,

вызывает ли исследуемое вещество локальное раскручивание

двойной спирали суперспирализованной кольцевой ДНК, напри­

мер ДНК колифага [Waring, 1970]. При первичном добавлени~

аминоакридина количество правозакрученных суперспиралеи

равномерно уменьшается; при достижении критического соотно­

шения добавленных молекул суперспирали исчезают и ДНК

превращается в раскрученное открытое кольцо, имеющее благо­ даря интеркаляции большой диаметр. По мере дальнейшеr~

добавления лекарственного вещества нарастание напряжении

в кольце ДНК снова приводит к появлению суперспиралей, но

теперь уже левозакрученных. Так как суперспирали более ком­

пактны, чем раскрытые кольца, они быстрее осаждаются, что

позволяет судить о ходе процесса по изменению коэффициента

седиментации, проходящего через минимум [Waring, 1970].

Применение этого метода позволило установить, что меха­

низм интеркаляции характерен для некоторых аминофенантри­

мицина, даунорубицина и актиномицина D (4.38) (разд. 4.0).

Однако для хлорпромазина и диэтиламида лизергиновой кисло­

ты (ЛСД) такого подтверждения получено не было, хотя ранее

им приписывали интеркаляционный механизм действия. Было

обнаружено, что спермин, стрептомицин, диминазен и митрами­

цин активно взаимодействуют с ДНК, но не образуют интерка­

лятов [W aring, 1970].

107

Рассмотрим другие, не менее важные примеры интеркаля­

ции. Парафуксин (10.5), краситель трифенилметанового ряда,

полипептидную цепь, с которой связаны два хиноксалиновых цикла, далеко отстоящие друг от друга. Эти циклы одновре­ менно интеркалируют в разные участки ДНК. Происходящее вследствие этого раскручивание и удлинение спирали в два

раза превышает то, которое вызывается действием аминоакри­

динов[Wаring, Wakelin, 1974].

Путем введения акридиновых циклов в молекулы путресци­ на ( 11.6) и спермина (11.4) были получены синтетические ана­

логи, способные ингибировать ДНК-зависимую РНК-полимера­

зу и повышать температуру плавления ДНК сильнее чем сами

аминоакридины [Canellakis et al., 1976]. Противорак~вое дейст­

вие соединений, образующих двойные интеркаляты, рассмат­

ривается в разд. 10.3.4.

Биологические свойства лекарственных веществ, действие

которых основано на интеркаляции, обсуждаются в обзоре

[Schwartz, 1979].

Почему же аминоакридины и соединения с подобным меха­

ни~мом действия обладают такой высокой избирательностью

деиствия по отношению к бактериям и практически не дейст­

вуют на клетки млекопитающих? Установлено, что для серии амиuноакридинов характерно наличие антибактериальных своиств,0высокая степень ионизации и интеркаляционный меха­

низм деиствия [Jackson, Mason, 1971]. Избирательность их дей­

ствия обусловлена, по-видимому, двумя факторами: доступ­

ностью одиночных хромосом бактерий (разд. 5.3), а также тем что эти лекарственные вещества действуют преимущественн~

на кольцевые ДНК [Wariпg, 1970]. Кроме избирательного дей­ ствия на бактерии, аминоакридины действуют избирательно

и на другие кольцевые ДНК: они способны отщеплять бактери­

альные плазмиды [Bouaпchaud et al., 1968], а также вызывать

наследственные изменения у дрожжей путем подавления репли­

Рассчитано, что, поскольку эти лекарственные вещества

умебньшают суперспирализацию кольцевой ДНК, выделение

сво одной энергии повышает сродство к агенту, в то время как

108

10.3.3. Катионные и анионные антибактериальные средства

с другим типом действия

Многие антибактериальные средства действуют также в фор­

ме катионов, но механизм их действия отличается от акридино­

вого, для которого характерно следующее: а) бактериостатиче­

.ское действие на многие разновидности и грамположительных,

и грамотрицательных бактерий (и при большом разбавлении) н б) неизменность антибактериального действия в присутствии

.сывороточных белков.

Трифенилметановые красители, например, парафуксин (10.5),

кристаллический фиолетовый, бриллиантовый зеленый и мала­ хитовый зеленый представляет собой катионные антибактери­

альные средства особого химического типа (разд. 10.2). Равно­

весие между катионом и его основанием (в действительности -

псевдооснованием) устанавливается очень медленно. Поэтому

.следует учитывать и константу равновесия, и константу иониза­

ции, которые были определены Goldacre и Phillips (1949). Из

табл. 2.6 (том 1) видно, что антибактериальное действие соеди­

нений этого ряда непосредственно связано со степенью иониза­

на грамполжительные бактерии сильно подавляется сывороточ­

ным белком [Goldacre, Phillips, 1949]. Трифенилметановые

псевдооснования жирорастворимы и легко проникают в клетки.

Молекулы этих псевдооснований не имеют жесткой структуры,

тогда как их катионы жесткие и совершенно плоские. Эти

катионы легко образуют ковалентные связи с нуклеофильными реагентами любого тип3.

Алифатические амины (включая и четвертичные аммоние­ вые основания) также обладают антибактериальным действи­ ем, совершенно отличным от действия акридинов. Они вызыва­

ют лизис клеточной мембраны (разд. 14.3) и поэтому бактери­

цидное действие достигается быстро, тогда как акридины

действуют медленно и применяются в основном как бактерио­

статические средства. Алифатические амины, молекулы которых

содержат боковые цепи с двенадцатью и более атомами углеро­ да, обладают сильным литическим действием. Молекулы таких соединений нежесткие и легко адсорбируются кислотными груп­

пами сывороточных белков, эту адсорбцию можно легко сни­

зить, превращая амины в четвертичные производные, содержа­

щие по меньшей мере один объемный заместитель, например

бензильную группу, в бензалконийхлорид. Хорошо известен

такой представитель класса четвертичных аминов, как бромид

цетилтриметиламмония. В этой серии соединений также отме­ чается повышение активности при возрастании рН, хотя лекар­

ственное вещество остается постоянно ионизированным lBlu-

baugh, Botts, Gerwe, 1940; Gershenfeld, Molanick, 1941].

Соли и эфиры некоторых алифатических сульфокислот, со-

1G9

держащие цепи с двенадцатью и более атомами углерода (на­

пример тетрадецилсульфат), обладают умеренной антибактери­

альной активностью. Они действуют в виде анионов [Gershen-

дигуанидогексан] применяют для дезинфекции кожи и слизи­

стых. Этот препарат высокоэффективен при больших разведе­

ниях по отношению к грампо1дожительным и грамотрицатель­

ным организмам и сохраняет-бактерицидные свойства в крови.

Подробнее см. разд. 14.3.

Х.лороrексидин

(10.24)

10.3.4. Противораковые препараты

Аминакрин (9-аминоакридин) обладает, хотя и слабым, из­ бирательным действием на опухолевые клетки. У 9-анилиноак­

ридина это действие усиливается, хотя катионная ионизация

при рН 7 сохраняется. Исходя из этого, группа новозеландских

исследователей во главе с В. Саiп в результате долгой работы

синтезировала широко применяемый в клинике препарат амса­

крин ( 10.25), 4- (9-акридиниламино) метансульфон-мета-анизи­

дид. Он эффективен при лейкозе и обладает высоким терапев­

тическим индексом [Legho et al., 1979].

Вместо присутствующих в молекуле амсакрина заместителей

можно ~водить и целый ряд других групп. Варьирование заме­

стителеи не приводит к потере антилейкозной активности до тех пор, пока сохраняется катионная ионизация и определен­

ная невысокая липофильность, что подтверждается при изме­

р_ении коэффициента распределения [Denny, Atwell, Cain, 1979j.

"Установление количественной зависимости между силой связы­

вания с ДНК и эффективной дозой лекарственного вещества

(т. е. ~озой,uнеобходимой для удлинения на 40% времени жизни

мыш~и с леикозом L1210) показало, что местом действия соеди­

нении этого ряда является ДНК [Baguley et al., 1981]. Силу

связывания с ДНК определяли флуориметрически по количест­ ву этидиума ( 10.23), вытесняемого из вилочковой железы те­

ленка.

Амсакрин действует на ДНК довольно быстро (разрывая ее

цепи, что приводит к изменениям в расщеплении хромосом при

митозе и посл~дующей гибели клетки [Baguley et al., 1981j.

Сильное воздеиствие амсакрина на костный мозг препятствует

его использованию для лечения солидных опухолей. Baguley

и сотр. обнаружили, что введение двух заместителей в поло-

110

жения 5 и 6 акридинового цикла подавляет этот эффект, не вызывая уменьшения цитотоксического действия.

Наличие сопряжения между акридиновым и анилиновым циклами амсакрина впоследствии было подтверждено данными

рентгеноструктурного анализа, свидетельствующими о том, что

атом углерода С-9 связан с анилиновым атомом азота частич­ но двойной связью. Акридиновый цикл интеркалирует между слоями оснований ДНК, а анилцновое кольцо располагается в

Нитракрин ( 10.26), созданный группой польских исследова­

телей во главе с Ledбchowski, не оказывает действия на кост­

ный мозг. Применение этого препарата в клинике при послеопе­

рационном лечении рака толстой кишки показало, что он обла­ дает сильным карциностатическим действием. У тридцати боль­

ных, принимавших нитракрин, в течение пяти лет не наблюд_али

рецидивов [Bratcowska-Seniбw et al., 1976]. Этот лекарствен­ ный препарат имеет рКа 6,2 (ядро) и 9,7 (боковая цепь), ер. 7,9

и 10,5 для мепакрина. Полагают, что действие нитракрина осу­

ществляется посредством восстановления нитрогруппы в гидр­

оксиламинную, которая сшивает ДНК [Konopa, Koldej, Pawlak, 1976; Ledбchowski, 1976]. Единственным недостатком этого

препарата, предположительно имеющего высокий терапевтиче­

ский индекс, является раздражение, появляющееся на месте

инъекции.

Подробные сведения об использовании акридинов для лече­

ния рака можно найти в работе Deпny и сотр. (l 983).

Эллиптицин - алкалоид, выделяемый из тропического веч­

соединение имеет планарную циклическую структуру и способ­

но интеркалировать в ДНК Эллиnтицин проходит клинические

испытания на больных лейкозом. Эхиномицин, химическая структура которого обсуждалась в разд. 10.3.2, проявляет вы­

сокую эффективность при лимфоцитарном лейкозе и меланоме

у мышей, но не оказывает заметного действия при других фор­

мах рака [Carter, Sakurai, Umezawa, 1981]. Молекула антибио­

тика карцинофилина А содержит сложную бициклическую си­ стему, образованную с помощью эфирной и сложноэфирной

111

связей, основного атома азота и двух нафталиновых циклов.

Последние интеркалируют в ДНК, а остальная часть молеку­ лы занимает малую бороздку ДНК. Кроме того, содержащиеся

в молекуле карцинофилина А азиридиновые циклы алкилируют гуаниновые группы ДНК после того, как антибиотик занимает

окончательное положение. Этот лекарственный препарат при­ меняют для лечения рака в Японrш с начала 60-х годов, одна­

ко его использование огранич,ено сильным токсическим дейст­

вием на нормальные клeткI,J/[Lown, Haпstock, 1982].

N,N'-(9,9'-диакридинил)!l,6-диаминогексан относится к акри­

динам, способным интеркалировать в ДНК двумя фрагментами (разд. 10.3.2); в настоящее время он проходит клинические ис­ пытания. Соединения этого типа так прочно интеркалируют в

ДНК, что свободное вещество не удается обнаружить [Kuhl-

mann, Mosher, 1981].

Доксорубицин (4.27) и родственный ему даунорубицин ши­

роко применяют в клинике для лечения солидных опухолей и лейкозов соответственно. Они являются сильными интеркалято­

рами и действуют в форме катионов благодаря наличию ами­

ногруппы, связанной с углеводородной частью молекулы. Одна­

ко механизм действия этих соединений до конца не изучен

(разд. 4.0.4). Обзор Schwartz (1979) посвящен противоопухо­

левому действию веществ, способных интеркалировать в ДНК.

10.3.5. Препараты для лечения протозойиых инфекций

Многие эффективные биоцидные средства, обладающие из­ бирательным действием на простейших, представляют собой соли сильных органических оснований, а один из трипаноцид­ ных препаратов является солью сильной органической кислоты.

А. Жгутиковые. Потребление огромного количества пищи

трипаносомами, необходимое для их постоянного движения, всегда обращало на себя внимание исследователей (разд. 4.9).

Именно на эту «ахиллесову пяту» и воздействуют трипаноцид­

ные препараты, содержащие мышьяк, особенно меласопрол

(13.3). Однако эти препараты применяют в основном на позд­

них стадиях болезни. Другой путь для избирательного воздей­ ствия рассматривался в разд. 10.3.2, а именно способность ами­

ноакридинов и аминофенантридинов изменять и, в конечном

счете, подавлят.ь кинетопласт этих жгутиковых путем соедине­

ния с их кольцевой ДНК. Кинетопласт несет информацию для

создания митохондрий в альтернативной форме паразита, су­

ществующей в насекомых-переносчиках (мухах). Эти лекарст­

венные препараты, воздействуя на кинетопласт, эффективно

препятствуют передаче его вторичному организму-хозяину.

прекращая таким образом распространение эпидемии, но не оказывают помощи зараженному больному. Лечебное действие

катионных лекарственных средств определяется их способно­

стью либо воздействовать на ядрышки, рибосомы и лизосомы.

.-rовлено, что сурамин (6.8) сначала повреждает структуру ри­ босом, а затем подавляет деление клетки. Этидиум ( 10.23) и

хинапирамин ( 10.29) поражают кинетопласт и подавляют деле­

ние клеток. Пентамидин ( 10.27) в основном подавляет глико­

лиз, но также повреждает кинетопласт (ДНК) и ядрышки

(РНК) [Williamson, Macadam, Dixon, 1975].

Пентамидин быстро поглощается трипанс~сом~ми и сразу ж_е

проявляет трипаностатическое,действие как ш v1tro, так и ш v1vo [Hawking, 1944]. Через н,,есколько дней паразиты погибают

лод действием защитных сил организма. Данные о распределении ~тих и других аминов в трипаносомах можно найти в работе Williamson, Macadam ( 1965). Излечению с~поо~бс-гвует еще один косвенный фактор. Паразиты, выжившие после непосредствен­ ного воздействия лекарственного вещества, сохраняют инфек­

дионность, но при этом они содержат множество гранул с лекар­

,етвенным веществом. Когда некоторые из них погибают, высво­

бождается лекарственное вещество, а также антиген, стимули­

рующий выработку адекватного количества антител организ­

мом-хозяином. Такой опосредованный процесс объясняет замед­ }lенное развитие лечебного действия диамидиновых лекарствен­ ных средств и их пролонгированный профилактический эффект fFulton, Grant, 1965]. Если блокировать ~ммунную реакцию у

крысы удалением селезенки или инъекциеи меди, то трипаносо­

моз поддается лечению стильбамидином, сурамином и хинапи­

рамином (Ormerod, 1961]. В настоящее время жителям тропиче­ ских областей Африки с целью профилактики трипаносомоза де­

.лают инъекции пентамидина или сурамина через каждые 3 мес.

Ни пентамидин, ни диминазен не интеркалируют [Waring,

1970j, но оба они способны связываться в малой бороздке

кольцевых спиралей ДНК кинетопластов, причем сшивка осу­ ществляется путем присоединения каждой амидиновой группы

к фосфатному аниону [Festy, Sturm, Daune, 1975]. Еще более

J3ажную роль при лечении играет их способность избирательно

тормозить метаболизм углеводов посредством ингибирования

а-глицерофосфатдегидрогеназы, даже при разбавлении 2 мкМ fFairlamb, Bowman, 1975], благодаря противодействию ко­ ферментному эффекту спермидина (11.5) [Bacchi, 1981].

Алифатические полиамины, так же как и диамидины, отно­

.сятся к соединениям, действующим на ДНК. Как показали ре­

зультаты рентгеноструктурного анализа, спермин, широко рас­

пространенный в природе [Cohen, 1971J, соединяется с ДНК,

.стягивая двойную спираль по малой бороздке и образуя ион­

ные связи с фосфатными анионами [Suwalsky et al., 1969].

Расстояние между фосфатными группами составляет 1,0 нм в

малой бороздке и 2,0 нм в большой. Исключительная прочность ~юнных связей, образуемых амидинами, обсуждалась в разд. 8.4.

Кроме трипаносомоза, диамидины применяют для лечения

других протозойных болезней крупного рогатого скота, особен­

но группы «пироплазмозов», вызываемых простейшими видами

J14

Babesia и Theileria. Помимо пентамидина и диминазена хоро­ шие результаты получены при использовании амикарбалида

[N,N'-ди0 (3-амидинофенил)мочевина] и родственного ему ими­

докарба. Диамидины также успешно применяют. для лечения

лейшманиозов человека, которые не поддаются деиствию препа­

ратов сурьмы.

Возвращаясь к трипаносомозу и широко используемому ани­

онному трипаноцидному препарату сурамину (6.8), следует от­

метить, что особенность структуры этого лекарственного веще­

ства заключается в том, что удаление двух метильных групп

приводит к полной потере его активности. Тем не менее, поли­ анионы совершенно иной природы, например декстрансульфат, обладают сильным трипаноцидным действием, хотя и недоста­ точно широко используются в медицине. Уже давно известно, что сурамин подавляет инфекционность тfипаносом, не влияя при этом на их подвижность [Roehl, 1926Ь . С помощью элект­

ронного микроскопа удалось установить, что это лекарственное

вещество избирательно поражает рибосомы паразитов, утрачи­

вающие вследствие этого полисомальный характер и образую­

щие «цитоплазматические гранулы», строение которых было

описано ранее. По-видимому, атака в основном направлена на

РНК-полимеразу; ядра, ядрышки и кинетопласт остаются не­

затронутыми, и синтез ДНК продолжается [Macadam, William-

son, 1974].

При онхоцеркозе после ослабления диэтилкарбамазином (6.35, б) микрофилярий макрофилярии легко поражаются су­

рамином.

Б. Споровики. В сравнении со жгутиковыми эти простейшие

ведут более спокойное существование, однако имеют более сложный жизненный цикл. Род Plasmodium вызывает различ­

ные виды малярии.

Акридины приобретают высокую антималярийную актив­

ность при введении в их молекулу в положение 9 боковой цепи

основного характера. Акридины, содержащие четвертичный атом азота, неактивны. Акрихин ( 10.30) был первым акридино­

вым противомалярийным средством, получившим широкое рас­

пространение. Более подробно о зависимости между строением

Акрихин, применявшийся с 1933 г., не получил такого широ­

кого распространения, как значительно менее активный хинин,

из-за побочного эффекта - способности придавать коже жел­

тую окраску. В начале 1940-х годов был получен более простой

бесцветный аналог акрихина - хингамин (10.31) (7-хлоро-4-сr­ диэтиламино-а-метилбутиламинохинолин). В настоящее время его широко применяют при лечении малярии, хотя и в более вы­

соких дозах, чем акрихин, кщ:орый до сих пор выпускается про­

мышленностью. Эти противомалярийные препараты не облада­

ют трипаноцидным действием, а трипаноциды не проявляют

противомалярийной активности.

В то время как противомалярийные препараты, нарушаю­

щие метаболизм фолиевой кислоты (пириметамин, сульфади­

азин, бигумаль см. разд. 9.3.3) поражают шизонтов только на

стадии их деления, лекарственные вещества, соединяющиеся с

нуклеиновыми кислотами (особенно акрихин, хингамин), и хи­ нин уничтожают шизонтов на любой стадии [Josephson et al., 1953] при условии, что эти препараты попадают в эритроциты. Благодаря высокой избирательности, акрихин и хингамин в

дозах, эффективно поражающих шизонтов, находящихся в

эритроцитах (трофозоитов), не приносят вреда организмам-хо­ зяевам (млекопитающим и птицам). К сожалению, они не дей­

ствуют на шизонтов, находящихся вне эритроцитов или на спо­

роrенных стадиях. Причина этих различий, по-видимому, за­

ключается в том, что эритроциты, содержащие паразитов, кон­

центрируют эти препараты в тысячу раз больше. Так при лече­

нии хингамином в крови больного находится только 1О-6 этого препарата, но в 10-з М больше внутри эритроцитов [ер. Macom-

ber, O'Brien, Hahn, 1966].

Принято считать, что противомалярийное действие акрихи­ на и хингамина в основном обусловлено их способностью со­ единяться с ДНК паразита. Плоский ароматический цикл (в обоих случаях) интеркалирует, и основная группа образует

ионную связь с фосфатной группой ДНК [O'Brien, Olenick,

Hahn, 1966; Waring, 1970]. Lerman (1963) показал, что интер­

каляция акрихина происходит в ДНК так же легко, как и у простых акридинов (разд. 10.3.2). Об аналогичной интеркаля­

ции хингамина свидетельствует понижение скорости седимента­

ции, увеличение вязкости и повышение температуры плавления

ДНК. Хингамин плохо реагирует с одноцепочечной ДНК [Alli-

ет включение фосфора.

Боковая цепь акрихина и хингамина, содержащая два ато­

ма азота, разделенных четырьмя атомами углерода, напомина­

ет путресцин ( 1,4-диаминобутан), который вырабатывается ор­

нитиндекарбоксилазой малярийных паразитов.

ф~ N

Хинин

(10.33)

СFз

СFз

Мефлокин

(10.34)

Хингамин обладает сильным ингибирующим действием на

этот фермент, декарбоксилирующий орнитин ( 10.32)_-Это сво~­ ство может быть важным для терапевтического деиствия [Ko-

Боковая цепь, являющаяся важной частью молекул акрихи­

на и хингамина, связывается с двумя смежными (по вертика­

ли) фосфатными анионами одной и той же цепи ДНК. Более

простые диамины, например этилендиамин, прочно связывают­

ся (и придают жесткость) с одноцепочечными полинуклеотида­

ми, а также со спиралью ДНК. Длины дикатиона этилендиами­

на достаточно для связывания соседних анионов (расстояние

между ними 0,7 нм), но мало для связывания двух цепей двой­

ной спирали ДНК через малую бороздку (1,0 нм) [Gabbay,

1968j. Расстояние между атомами азота боковой цепи хингами­

на по данным рентгеноструктурного анализа 0,554 нм [Preston, Steward, 1970j; расстояние в молекуле акрихина лишь слегка

отличается.

Ионизационные свойства боковой цепи акрихина также свя­

заны с его активностью. рКа атома азота на свободном конце

боковой цепи составляет 10,48, а на фиксированном конце­

только 7,9 (при 20°, ер. 10,1 и 7,0 для этилендиамина). Оба 1,онца боковой цепи ионизированы при рН 7 (см. табл. 10.3).

При любом укорачивании боковой цепи более низкое значение

рКа значительно понижается, в результате чего и степень иони­

зации и эффективность противомалярийного действия резко уменьшаются [Albert, 1966j. Такое понижение обусловлено ку-

лоновским эффектом (сила отталкивания между одноименныма

зарядами изменяется обратно пропорционально квадрату рас­

стояния).

Хинин ( 10.33) до сих пор применяют для лечения разных

видов малярии, устойчивых к действию хингамина. Хинин очень. незначительно интеркалирует в ДНК, механизм его действия на

паразитов до сих пор не установлен, но он отличен от механиз-­

его часть окисляется (в положении 2) печенью больного, а про­

дукт реакции не обладает противомалярийным действием.

Этот дефект удалось устранить путем введения в положение 2

заместителей, не поддающихся окислению. Особенно удачным

препаратом такого типа оказался мефлохин (10.34); однократ­

ный прием этого препарата (в дозе 0,5 г) может привести к

клиническому излечению больного, жизни которого угрожало.

за~олевание, вызванное Plasmodium falciparum, устойчивыми к

деиствию хинrамина. Это лекарственное вещество не взаимо­

действует с ДНК [Davilson et al., 1977].

Период полураспада мефлохина в человеческом организме в

среднем 15 дней. В противоположность хинину мефлохин име­ ет высокий терапевтический индекс. Интенсивные клинические

исследования показали, что мефлохин безопасен и эффективен при лечении малярии, вызванной и falciparum и vivax, несмот­

ря на то, что они устойчивы к действию хингамина. Поскольку

слишком беспорядочное употребление мефлохина может приве­ сти к вырабатыванию устойчивости к этому препарату, мефло­

хин успе';?но применяют для лечения видов малярии, вызван­

ных устоичивыми к хингамину штаммами Plasmodium. В про­

филактических целях его назначают в комбинации с парой ле­

карственных препаратов пириметамин - сульфадоксин для то­

го, чтобы понизить вероятность развития устойчивости к мефло­

хину (в соответствии с принципами, изложенными в разд. 6.5) _

Подр?бнее о клиническом использовании мефлохина см.

Schm1dt и сотр. ( 1978); полные сведения о мефлохине можно

найти в материалах WHO (1983).

При переходе от хинина (10.33) к мефлохину (10.34) про­

исходит заметное упрощен:~е фармакологически активной груп­

пы -O-C-C-N-, своиства которой уже обсуждались в разд. 7.2; однако возможны и дальнейшие упрощения в соответ­

ствии с принципами, изложенными в разд. 7.3. Ученые, создав­

шие препарат мефлохин, провели исследования с целью упро­

шения боковой цепи и ядра молекулы препарата с сохранени­

ем его противомалярийной активности. Размыкание пипериди­

нового цикла с образованием диалкиламинометильной группы

привело к соз~анию такого препарата, как W,R 30090, представ­

ляющего собои хинолиновый аналог соединения ( 10.36) и об­

ладающего высокой противомалярийной активностью (что под­

твердили клинические испытания).

118

/CH 2N(C7H1s)2

НО-СН

h

~-~

)=I\J

Br

Наличие подобных боковых цепей придает и негетероцикли4

ческим соединениям противомалярийные свойства. Хорошие ре­

зультаты были получены при лабораторн~х и полевых испыта­

ниях против инфекций вызванных Pl. falc1parum, таких фенант­

реновых препаратов, ~ак WR 33063 (10.35) [Canfield, Rozman,

1974] и W1R 122455, 3,6-бис(трифторметил-~, 2-пипеоидил-9-фе­

нантренметанол) [,Rinehart, Arnold, Canf1eld, 1976]. Хинолин

также можно заменить нафталином, так как 3-(дибутилами­

но (-5,7-дихлор-1-на фтил-3- (пара-хлорфени~) пропан-! •ОЛ ( 10.36)

высокоактивен по отношению к Pl. berghe1 у мышеи и терапев­

тически эквивалентен хинолиновому препарату с аналогичными

заместителями [ShamЬlee, Gillespie, 1979].

10.3.6. Фармакодинамические средства

АХ (7.4), важнейший медиатор, передающий нервн~й им­

пульс, представляет собой алифатический четвертичныи амин

и поэтому он полностью ионизирован при любых условиях. Ак­ тивная форма никотина (7.26), имитирующая действи~ АХ на

некоторых участках, является катионом, так как его иодмети­

лат (кватернизированный атом азота пирролидиновоrо цикла)

не менее активен [Barlow, Hamilton, 1962J. Катион ареколина (12.80) также обладает сильными АХ-подобными свойствами

(разд. 12.6). В экспериментах на подвздошной кишке морских

свинок (рН 6,0-9,36) активность нейтральных молекул ареко­

лина составляла 2% активности катионов [Burgen, 1965].

Подавляющее большинство алкалоидов, местных анестети­ ков, барбитуратов и нейролептиков имеет величины рКа в пре­ делах от 6 до 8, поэтому при физиологических значениях рН ионы и нейтральные молекулы находятся в равновесии. Эти ве­

щества будут рассмотрены в разд. 10.4 и 10.5. Из всех алка­

лоидов выделяются высокой степенью ионизации атропин

(7.16) (рКа 10) и тубокурарин (2.6). Тубокурарин - четвер­

тичный амин и поэтому полностью ионизирован при всех значе­

Антигистаминные препараты и антидепрессанты обычно име­ ют величину рКа около 9. Ионизация норадреналина и его

N-алкильных гомологов рассматривается в разд. 12.4.

Хотя многие химиотерапевтические лекарственные средства действуют в виде анионов, среди фармакодинамических средств.

таких немного. Однако бутадион (10.37, а), применяемый при

лечении подагры (он резко снижает количество мочевой кисло­

ты в крови), действует в форме аниона. Величина рКа бута­

диона составляет 4,4, а рН мочи - 4,8 или выше, поэтому кон­

центрация аниона в мочевом тракте и в моче ниже оптималь­

ной. Этот недостаток был устранен в препарате сульфинпира­ зоне (10.37, б), имеющем более низкое значение рКа (2,8), что

обусловливает повышение концентрации аниона в моче и, сле­

ных связей). Эти лекарственные вещества блокируют всасыва­

ние мочевой кислоты в цилиндрических клетках почечного эпи­

телия.

(10.37)

10.4. Вещества, менее активные в ионизированном

состоянии

Неионизированные вещества могут обладать очень сильным

физиологическим действием. Это относится, например, к таким

соединениям, как эфир, хлороформ, и к мощным лакримато­ рам - бромацетону и а-хлорацетофенону. В 1921 г. Vermast

обнаружил, что многие слабые кислоты наиболее полно прояв­

ляют биологическую активность при тех значениях рН, при ко­ торых они наименее ионизированы. В этом можно убедиться на примере ингибирования деления клеток яиц иглокожих са­

лициловой кислотой [Н. Smith, 1925]. Из рис. 10.9 можно ви­ деть, что эта кислота наиболее активна при рН 5. В этом слу­

чае количество недиссоциированной салициловой кислоты

(рКа 3,0) составляет 0,99%, что значительно больше, чем при

любом более высоком рН (разд. 17.0). Самое простое объясне­

ние заключается в том, что нейтральные молекулы, а не анио­

ны, салициловой кислоты ингибируют деление клеток. Можно

ожидать, что при более низких значениях рН салициловая кис­

лота будет более сильным ингибитором, так как в этих услови-

Рис. 10.9. Влияние рН на суммарную коице~трацию

11оиов и иеионизированиых мол~кул са~нциловои кис:~о­

ты необходимой для роста Echшarachшus parva [Sm1th,

о

ях отношение концентрации неионизирован­

ных молекул к концентрации ионов повыша­

ется. Однако при попытках снизить рН воз- ~ 1

никает ряд трудностей: во-первых, организм ~

может проявлять чувствительность к измене- !

нию рН, во-вторых, снижение рН может при- !а!

вести к изменению ионизации рецептора и со- ·~2

производные азотистой кислоты, попадающие в организм чело­

века с табачным дымом и консервированным мясом, возможно,

реагируют в желудке с вторичными аминами, образуя нитрозо­

амины, обладающие канцерогенными свойствами (см. разд.

мом желудка.

Изучая действие слабых кислот на биологические объекты,

нетрудно заметить, что количество вещества, необходимое для

достижения эффекта, остается постоя~ным независимо от рН

среды при условии, что рН по меньшеи мере на одну единицу

ниже, чем рКа, что обеспечивает отсутствие ионизации токсич­

ного агента. Этот вывод подтверждается графиками (рис. 10.10),

наглядно свидетельствующими о влиянии рН на концентрацию

фенола и уксусной кислоты, необходимой для прекращения ро­

ста различных плесневых грибов. В изученных пределах рН

(от 2 до 6) количество фенола остается постоянным, а количе­

ство уксусной кислоты уменьшается при снижении рН. Это

объясняется тем, что рКа фенола 9,9 и, следовательно, в ука­

занных пределах рН он не ионизирован, тогда как рКа уксус-

121