Противораковые молекулы атаковали малярию сразу на двух этапах

Экспериментальные соединения подавляли Plasmodium falciparum в крови и одновременно били по форме паразита, которая передаёт инфекцию комарам

Малярийный паразит — необычная мишень для лекарства. В течение жизненного цикла он несколько раз меняет форму и среду обитания. Поэтому препарат, способный остановить болезнь у одного человека, не обязательно столь же эффективно препятствует дальнейшему распространению инфекции.

Исследование учёных Университета Сан-Паулу показывает потенциально интересный способ атаковать сразу обе задачи. Причём отправной точкой стали молекулы, которые изначально разрабатывались вовсе не против инфекции, а для противоопухолевых исследований.

Зачем искать новые лекарства, если против малярии уже есть терапия

Малярия остаётся одной из наиболее тяжёлых паразитарных инфекций в мире. По оценке Всемирной организации здравоохранения, в 2024 году произошло около 282 млн случаев заболевания и 610 000 смертей.

Одна из проблем — лекарственная устойчивость. Plasmodium falciparum, вид малярийного паразита, ответственный за основную часть смертей, способен приобретать устойчивость к препаратам. История с хлорохином уже показала, насколько серьёзно это может ограничить эффективность терапии, а сегодня особое беспокойство вызывает распространение частичной устойчивости к производным артемизинина — основе современных схем лечения.

Поэтому поиск новых противомалярийных мишеней — это не попытка заменить работающие препараты просто более новыми. Нужны дополнительные механизмы атаки на паразита, особенно такие, которые потенциально способны действовать на устойчивые штаммы и на разные стадии его жизненного цикла.

Именно здесь исследователи обратились к классу молекул, уже изучавшемуся в совершенно другой области медицины.

Что общего оказалось у раковой клетки и малярийного паразита

Речь идёт о производных 6-анилинопурина, которые ранее создавались для противоопухолевых исследований. В новой работе исследователи проверили 14 таких соединений против P. falciparum.

Идея основана не на внешнем сходстве рака и малярии, а на гораздо более глубоком клеточном механизме.

Одной из мишеней этих молекул являются гистоновые деацетилазы — HDAC. Это ферменты, участвующие в регулировании активности генов. Чтобы понять их роль, полезно представить ДНК не как свободную длинную нить, а как материал, упакованный вместе с белками-гистонами в хроматин.

Химические изменения гистонов влияют на то, насколько доступными становятся разные участки ДНК для считывания. HDAC удаляют с белков определённые химические группы — ацетильные — и тем самым участвуют в управлении экспрессией генов.

Такой механизм важен не только для человеческих клеток.

У P. falciparum есть собственные HDAC, в том числе фермент PfHDAC1, участвующий в процессах развития паразита. Поэтому молекула, первоначально созданная для вмешательства в работу HDAC при опухолевых заболеваниях, теоретически может воздействовать и на клеточную систему малярийного паразита.

Исследователи решили проверить эту возможность экспериментально.

Что произошло с паразитом в лаборатории

Сначала соединения испытали на бесполых стадиях P. falciparum, размножающихся внутри эритроцитов.

Именно этот этап особенно важен для заболевшего человека. После выхода паразита из печени он проникает в красные клетки крови, размножается в них, разрушает их и заражает новые эритроциты. С этим циклом связаны основные клинические проявления малярии.

Большинство исследованных производных подавляли размножение как лабораторного штамма 3D7, так и устойчивого к хлорохину штамма Dd2 при наномолярных концентрациях.

Это важная деталь: устойчивость к хлорохину сама по себе не устранила чувствительность паразита к исследуемым соединениям.

Но затем учёные проверили другой этап жизненного цикла — и именно здесь работа становится особенно интересной.

Лечить заболевшего и одновременно мешать передаче — разные задачи

Не все паразиты в крови продолжают бесполое размножение. Часть превращается в гаметоциты — половые формы P. falciparum.

Для самого человека они имеют другое значение, чем активно размножающиеся кровяные формы. Зато именно гаметоциты позволяют инфекции перейти к следующему хозяину.

Когда комар Anopheles пьёт кровь заражённого человека, он может захватить эти клетки. В организме комара жизненный цикл паразита продолжается, после чего насекомое получает возможность заразить другого человека.

Получается принципиальное различие.

Уничтожить бесполые кровяные формы — значит бороться с инфекцией внутри пациента.

Уничтожить зрелые гаметоциты — значит потенциально оборвать следующий шаг передачи.

Исследованные молекулы оказались способны делать и то и другое.

Одна из молекул оставила около 10% зрелых гаметоцитов

Исследователи подвергли зрелые гаметоциты IV–V стадий воздействию соединений в концентрации 5 микромолей на литр в течение 72 часов.

Из 14 протестированных соединений 13 снижали выживаемость гаметоцитов. Особенно выделилось соединение 15 — производное с заместителями 3-Cl и 4-F.

После 72 часов при концентрации 5 микромолей на литр выживаемость зрелых гаметоцитов составляла около 10,5%.

Более того, действие этого соединения заметно усиливалось со временем. IC50 — концентрация, при которой наблюдается 50-процентное подавление исследуемого эффекта, — составляла примерно 1,84 микромоля через 24 часа, 212 наномолей через 48 часов и 56,7 наномоля через 72 часа.

Именно здесь находится один из наиболее интересных результатов исследования: одна химическая серия способна воздействовать и на размножающиеся кровяные формы паразита, и на зрелые формы, обеспечивающие передачу инфекции.

Это не означает, что найден препарат, способный остановить распространение малярии. Но для разработки лекарства сочетание двух типов активности представляет особый интерес.

Мишень нашли не только с помощью компьютерной модели

Следующий вопрос очевиден: действительно ли соединения воздействуют на предполагаемую мишень — PfHDAC1?

Исследователи сначала моделировали взаимодействие молекул с ферментом, а затем непосредственно проверили два соединения — 12 и 15 — в биохимическом эксперименте с рекомбинантным PfHDAC1.

Оба подавляли активность фермента.

Это усиливает гипотезу о том, что ингибирование PfHDAC1 действительно участвует в противомалярийном действии этой серии соединений.

Однако здесь появляется важное ограничение.

Те же молекулы воздействовали и на исследованные человеческие HDAC. В использованных концентрациях эксперимент не позволил установить селективность ингибирования фермента паразита относительно человеческих HDAC1 и HDAC8.

Поэтому формула «мы нашли специфическую кнопку паразита и теперь можем выключить только её» была бы слишком сильным упрощением.

Вероятнее, перед разработчиками стоит более сложная задача: изменить структуру молекул так, чтобы сохранить действие на паразита и одновременно увеличить различие между воздействием на паразитарные и человеческие клетки и ферменты.

Небольшое изменение молекулы резко меняло результат

Именно сравнение 14 близких по строению соединений даёт исследованию дополнительную ценность.

Химически похожие молекулы вели себя по-разному. Одни лучше подавляли бесполые формы паразита, другие эффективнее действовали на гаметоциты, а некоторые демонстрировали более благоприятное соотношение между противопаразитарной активностью и токсичностью для исследованных человеческих клеток.

Например, соединение 15 оказалось особенно сильным против зрелых гаметоцитов. Соединение 14 показало один из лучших индексов селективности в клеточных экспериментах, а соединение 12 экспериментально подтвердило ингибирование PfHDAC1.

Замена отдельных химических групп могла заметно ухудшить активность.

Для разработки лекарств это очень полезная информация. Исследователи получают не просто список «работает — не работает», а карту зависимости между структурой молекулы и её биологическими свойствами.

Проще говоря, следующую молекулу уже можно проектировать не вслепую.

Почему из этих результатов ещё нельзя сделать лекарство

Все ключевые противомалярийные результаты этой работы получены in vitro — в лабораторных культурах клеток и паразитов.

Это огромная дистанция до терапии человека.

Молекула может прекрасно уничтожать P. falciparum в чашке с клеточной культурой и оказаться бесполезной в организме. Она должна всасываться, достигать нужной концентрации, достаточно долго сохраняться в крови и тканях, не разрушаться слишком быстро и при этом не вызывать неприемлемой токсичности.

Для ингибиторов HDAC это особенно существенная проблема.

Авторы прямо отмечают ограничения, связанные с фармакокинетикой этого класса: недостаточной биодоступностью, метаболической нестабильностью и воздействием на нежелательные мишени. Полноценные исследования ADME/PK — того, как вещество всасывается, распределяется, метаболизируется и выводится из организма, — в эту работу не входили.

Есть и проблема токсичности. У части соединений исследователи наблюдали цитотоксическое действие на человеческие клетки HEK293T. Для некоторых молекул токсичность в пределах исследованных концентраций определить не удалось, что выглядит более благоприятно, но ещё не доказывает безопасность.

Следующий необходимый этап — оптимизация наиболее перспективных структур и эксперименты in vivo, то есть в живом организме.

Перепрофилирование лекарства не означает, что старый препарат получил новую инструкцию

Термин drug repurposing — перепрофилирование лекарств — иногда создаёт ложное впечатление, будто можно просто взять существующий противораковый препарат и начать лечить им другую болезнь.

Здесь происходит не это.

Учёные используют накопленные знания о химическом классе, его молекулярных мишенях и структуре, чтобы найти новую терапевтическую возможность. Исходные молекулы становятся отправной точкой для дальнейшей оптимизации.

Это может экономить время на ранних этапах поиска: биология соединений уже частично известна, а химики понимают, какие участки молекулы можно изменять.

Но весь путь доказательства эффективности, безопасности, фармакокинетики и оптимальной дозировки никуда не исчезает.

Следующей мишенью может стать другой малярийный паразит

Работа посвящена P. falciparum, но исследователи планируют проверить подход и против Plasmodium vivax.

Это особенно интересно из-за другой биологии этого вида. P. vivax способен формировать в печени гипнозоиты — покоящиеся формы паразита, которые могут сохраняться после первоначальной инфекции и позднее вызывать рецидивы.

Однако нынешнее исследование не показывает, что 6-анилинопуриновые производные способны уничтожать гипнозоиты или вообще эффективно действовать против P. vivax. Это отдельный вопрос, который ещё предстоит проверить.

Именно поэтому главный результат работы пока не новый препарат от малярии.

Он фундаментальнее: противоопухолевые исследования привели к химическому каркасу, который можно целенаправленно перестраивать для атаки на эпигенетические механизмы малярийного паразита — причём сразу на нескольких стадиях его жизненного цикла.