Препарат против рака укрепил кости после менопаузы — и уменьшил жировую ткань

Экспериментальная молекула CADD522 дала неожиданный двойной эффект у мышей, заставив учёных по-новому посмотреть на связь между костями и обменом веществ

Всё началось вовсе не с остеопороза

CADD522 создавали не как средство для укрепления костей. Молекулу исследуют прежде всего как потенциальный противоопухолевый препарат.

Её мишень — RUNX2, транскрипционный фактор, то есть белок, который помогает управлять активностью целого набора генов. RUNX2 особенно интересен тем, что играет важную роль сразу в нескольких биологических процессах.

Во время развития организма он критически необходим для формирования скелета. Но повышенная или патологическая активность RUNX2 обнаруживается и при некоторых опухолевых процессах, где этот белок может участвовать в программах, связанных с ростом и распространением раковых клеток.

Именно поэтому исследователи начали разрабатывать соединения, способные подавлять RUNX2. Одним из них стал CADD522.

Однако в предыдущих экспериментах с опухолевыми моделями произошло нечто неожиданное: исследователи заметили, что CADD522 уменьшал повреждение костей, связанное с раком.

Возник совершенно другой вопрос. А что произойдёт, если проверить эту молекулу не при раке, а при потере костной ткани после снижения уровня эстрогенов?

Как учёные смоделировали изменения после менопаузы

Для основного эксперимента использовали 32 самки мышей. У половины животных удалили яичники — это распространённая экспериментальная модель, позволяющая воспроизвести часть изменений, возникающих при дефиците эстрогенов после менопаузы.

Животных разделили на четыре группы по восемь мышей: с операцией или без неё и с CADD522 или контрольным раствором.

CADD522 вводили в дозе 25 мг на килограмм трижды в неделю в течение восьми недель.

После этого исследователи изучали структуру большеберцовой кости с помощью микрокомпьютерной томографии, измеряли маркеры костного обмена, исследовали костный мозг и жировую ткань.

Результат оказался достаточно необычным, чтобы авторы исследования заговорили о потенциально новом подходе к лечению остеопороза.

Кость не просто разрушалась медленнее — появились признаки её образования

У мышей после удаления яичников CADD522 увеличивал объём костной ткани и сохранял число трабекул.

Трабекулы — это тонкие костные перекладины, образующие внутреннюю сетчатую архитектуру губчатой кости. При остеопорозе эта сеть постепенно редеет: отдельные элементы исчезают, связи между ними нарушаются, и кость становится механически слабее.

На микрокомпьютерных изображениях в исследовании видно, что у животных, получавших CADD522, эта внутренняя структура сохранялась лучше.

Но особенно интересными оказались биохимические показатели.

В крови вырос уровень P1NP — маркера образования нового коллагена первого типа и, соответственно, активности формирования костной ткани.

При этом βCTX — маркер разрушения костного коллагена — существенно не изменился.

Это важная деталь.

Многие препараты против остеопороза работают прежде всего как антирезорбтивные средства: они замедляют разрушение старой кости. Здесь картина выглядела иначе. Полученные данные согласуются скорее с усилением формирования костной ткани и изменением самого баланса ремоделирования, чем с простым подавлением её разрушения.

Самый странный результат связан с самим RUNX2

Именно здесь исследование становится особенно интересным.

RUNX2 считается одним из ключевых регуляторов формирования остеобластов — клеток, создающих новую костную ткань. Без нормальной работы RUNX2 развитие скелета нарушается.

Логично было бы предположить:

если RUNX2 помогает строить кость, его блокирование должно этой кости мешать.

Эксперимент показал противоположное.

У взрослых животных с дефицитом эстрогенов ингибирование RUNX2 улучшало некоторые характеристики костной ткани.

Это не означает, что прежнее понимание RUNX2 оказалось ошибочным. Скорее исследование подчёркивает важное свойство биологии: один и тот же регулятор может выполнять разные функции на разных этапах жизни и в разных состояниях ткани.

RUNX2 необходим развивающемуся скелету. Но его активность в зрелой кости, находящейся в условиях патологически изменённого ремоделирования, может играть другую роль.

Авторы предполагают, что подавление RUNX2 не просто «выключает» костный обмен, а меняет его динамику и помогает восстановить более благоприятный баланс между образованием и перестройкой кости.

Именно этот парадокс — блокирование известного регулятора формирования скелета улучшило кость взрослого животного — пожалуй, главный научный результат работы.

Но затем исследователи обнаружили второй эффект

После удаления яичников мыши ожидаемо становились тяжелее и накапливали больше жировой ткани.

CADD522 частично менял эту картину.

Получавшие препарат животные с удалёнными яичниками весили меньше. У них была меньше масса подкожной паховой жировой ткани и меньше жировых клеток в костном мозге.

Причём исследователи не смогли объяснить снижение массы просто уменьшением аппетита.

Они также проверили другую очевидную гипотезу: возможно, препарат активирует бурую жировую ткань и заставляет организм интенсивнее расходовать энергию в виде тепла.

Для этого изучили UCP1 — белок, тесно связанный с термогенезом бурого жира. Признаков того, что CADD522 действует через этот механизм, не обнаружили.

Следовательно, история оказалась сложнее, чем «мыши меньше ели» или «мыши начали больше сжигать калорий».

Кость и жир оказались частью одной биологической истории

Это и есть второй момент, меняющий взгляд на исследование.

После менопаузы увеличение жировой массы и потерю костной ткани легко представить как два параллельных последствия снижения эстрогенов.

Но кость — не пассивная конструкция вроде внутреннего каркаса тела. Это метаболически активная ткань. Клетки костного мозга, предшественники остеобластов и жировых клеток, гормональные сигналы и энергетический обмен образуют тесно связанную систему.

CADD522 воздействовал сразу на несколько её элементов.

У мышей улучшалась трабекулярная структура кости, уменьшалось накопление жировых клеток в костном мозге и сокращалась периферическая жировая ткань.

Исследователи обнаружили и изменения липидного обмена.

Они проанализировали жирные кислоты в мозге животных и увидели, что некоторые изменения, возникшие после удаления яичников, под действием CADD522 смещались обратно в сторону профиля контрольных животных.

Особенно заметными были изменения некоторых длинноцепочечных насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот.

При этом омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты, включая DHA, существенно не изменялись.

Однако здесь особенно важно не сделать лишнего вывода. Липидомный анализ проводился всего на трёх животных из каждой группы. Исследование не изучало когнитивные функции и не доказывает, что препарат каким-либо образом защищает мозг после менопаузы.

Авторы рассматривают эти результаты прежде всего как направление для дальнейшей работы.

Почему CADD522 пока нельзя называть препаратом от остеопороза

Несмотря на привлекательность результатов, между этим экспериментом и лекарством для женщин после менопаузы лежит огромная дистанция.

Основное исследование эффективности проведено всего на 32 мышах и только в одной модели — после удаления яичников.

Эксперимент продолжался восемь недель.

Неизвестно, сохранится ли эффект при длительном лечении. Главное — исследование вообще не проверяло, уменьшает ли CADD522 риск переломов.

А именно предотвращение переломов, а не красивое изображение кости на микротомографии, является одной из главных клинических целей терапии остеопороза.

Не установлен окончательно и механизм метаболического эффекта. Авторы подтвердили, что CADD522 непосредственно взаимодействует с RUNX2, но какие именно последующие изменения активности генов приводят одновременно к изменениям кости и жировой ткани, пока неизвестно.

Поэтому говорить о «лекарстве одновременно от остеопороза и лишнего веса» сейчас было бы преждевременно.

Первые испытания безопасности тоже пока только на животных

Исследователи сделали ещё один важный шаг: изучили фармакокинетику CADD522 у мышей, крыс и собак.

Соединение могло всасываться при приёме через рот. У собак средняя биодоступность после перорального введения составила около 67,5%.

Но обнаружилась потенциальная проблема: CADD522 довольно быстро исчезает из кровотока. Авторы называют быстрый системный клиренс одним из основных препятствий для дальнейшей разработки препарата.

В коротких токсикологических экспериментах высокие дозы у мышей в целом переносились удовлетворительно, однако были отмечены лёгкое снижение числа лейкоцитов и некоторые изменения лабораторных показателей, включая щелочную фосфатазу и холестерин.

Это не позволяет судить о безопасности препарата для человека.

Даже эксперименты на собаках были крайне небольшими: фармакокинетику изучали всего у двух животных.

Интересно другое: в экспериментах с печёночными микросомами CADD522 оказался метаболически стабильнее в человеческом материале, чем в материале грызунов. Теоретически это означает, что поведение вещества у человека может отличаться от наблюдаемого у мышей.

Но проверить это можно будет только в исследованиях на людях.

Что это исследование действительно меняет

Главная ценность работы пока заключается не в появлении нового лечения, а в появлении новой гипотезы о биологии постменопаузальных изменений.

RUNX2 долго рассматривали прежде всего как важнейший регулятор развития костной ткани и одновременно как потенциальную мишень при некоторых опухолях.

Теперь появляется ещё одна возможность: в зрелом организме этот фактор может участвовать в системе, связывающей ремоделирование кости с метаболизмом жировой ткани.

Если последующие исследования подтвердят эту связь, потенциальной терапевтической мишенью окажется не отдельный процесс разрушения кости и не отдельный процесс накопления жира, а один из регуляторов более общей метаболической перестройки.

Но сначала необходимо воспроизвести результаты в других моделях, понять механизм, улучшить фармакокинетику CADD522, провести полноценные исследования токсичности и лишь затем решать, оправдан ли переход к клиническим испытаниям.