Prospects for the creation of new drug candidates with antidepressant activity among thietanes

Irina L. Nikitina; Никитина Ирина Леонидовна; Gulnara G. Gaisina; Гайсина Гульнара Галиевна; Elena E. Klen; Клен Елена Эдмундовна; Galina A. Rozit; Розит Галина Анатольевна; Alexander V. Samorodov; Самородов Александр Владимирович

doi:10.17816/KMJ346694

Перспективы создания новых драг-кандидатов с антидепрессивной активностью в ряду тиетанов

Авторы: Никитина И.Л.¹, Гайсина Г.Г.¹, Клен Е.Э.¹, Розит Г.А.¹, Самородов А.В.¹
Учреждения:
1. Башкирский государственный медицинский университет
Выпуск: Том 104, № 5 (2023)
Страницы: 741-749
Тип: Обзоры
URL: https://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/346694
DOI: https://doi.org/10.17816/KMJ346694
ID: 346694

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В статье приведены результаты систематических исследований по поиску новых биологически активных молекул с антидепрессивной активностью в ряду тиетан-содержащих гетероциклических соединений и 3-замещённых тиетандиоксидов. Описана использованная стратегия поиска антидепрессивных веществ, базирующаяся на фармакологическом скрининге in vivo в сочетании с in silico методами математического моделирования и токсико-фармакокинетической оценки. Исследования биологической активности тиетан-содержащих продуктов реакций азолов с тииранами выполнены в рядах тиетанилимидазолов, титани¬ксантинов, тиетанилтриазолов, тиетанилтриазолонов и 3-замещённых тиетан-1,1-диоксидов (изучено более 300 соединений). Приведены основные результаты доклинической оценки перспективных драг-кандидатов с антидепрессивной активностью — 3-метокситиетан-1,1-диоксида и 3-этокситиетан-1,1-диоксида. Оба 3-замещённых тиетан-1,1-диоксида характеризуются низкой токсичностью при внутрибрюшинном введении мышам (IV класс «малотоксичные»), отсутствием токсических рисков (мутагенной, канцерогенной, репродуктивной токсичности, местно-раздражающего действия), высоким фармацевтическим потенциалом (соответствие правилу пяти Липинского), широким диапазоном действия и выраженной антидепрессивной активностью, не уступающей препарату сравнения амитриптилину (10 мг/кг), подтверждённой на высоковалидных моделях депрессивноподобных состояний in vivo (хронический мягкий стресс и резидент-интрудер). В тестах нейрофармакологического взаимодействия установлено, что предполагаемый механизм действия 3-замещённых тиетан-1,1-диоксидов связан со стимуляцией 5-HT1A-рецепторов, блокадой 5-HT2A/2C-рецепторов и/или α2-адренорецепторов. Обоснована необходимость проведения дальнейших исследований с целью создания на их основе отечественных «first in class» антидепрессантов.

Ключевые слова

тиетаны, антидепрессивная активность, тест подвешивания за хвост, тест принудительного плавания, хронический мягкий стресс

Полный текст

На протяжении двух десятилетий исследования в области разработки драг-кандидатов в Башкирском государственном медицинском университете (БГМУ) сосредоточены на поиске биологически активных веществ внутри одного из наиболее интенсивно развивающихся новых классов — тиетанов. Представители тиетанов обладают различной биологической активностью: противовоспалительной [1], седативной [1], антидепрессивной [2, 3], аналгетической [4], иммуномодулирующей [5].

Среди многообразия фармакологических эффектов тиетанов особый интерес представляют их антидепрессивные свойства, которые в контексте мультимодальности действия могут выгодно отличать тиетан-содержащие соединения среди других антидепрессантов [6]. Необходимость поиска новых средств для лечения депрессий обусловлена высокой заболеваемостью среди людей трудоспособного возраста, а также дефицитом безопасных антидепрессантов с хорошей переносимостью [7].

Депрессивные расстройства бывают одной из наиболее часто регистрируемых форм психопатологии, выявляемой у пациентов с соматическими и неврологическими заболеваниями. Тяжёлые последствия депрессивных расстройств — ранняя смертность от соматических заболеваний, высокая нетрудоспособность (инвалидизация), повышенный риск суицидальных попыток, наряду с неблагоприятной прогностической оценкой Всемирной организации здравоохранения в отношении бремени болезни — весомые предпосылки для проведения исследований в области поиска новых способов лечения депрессий [8–10].

Оправданность поиска новых антидепрессантов обусловлена и резким подъёмом частоты тревожно-депрессивных расстройств во всём мире: за время пандемии COVID-19 (от англ. COronaVIrus Disease 2019 — коронавирусная инфекция 2019 г.) распространённость депрессий возросла на 27,6%, преимущественно за счёт дополнительных 53,2 млн случаев большого депрессивного расстройства. Кроме того, было установлено, что психические расстройства — независимый фактор риска тяжёлого течения и неблагоприятного исхода COVID-19 [11–14].

Исследования биологической активности тиетан-содержащих продуктов реакций азолов с тииранами были начаты в БГМУ в 1996 г. [15]. Основой поиска был классический подход, базирующийся на скрининговых методах, позволяющих найти активные молекулы. Накопленный на этапе скрининга массив данных о биологической активности был использован для разработки математических моделей зависимостей «структура–активность», способных прогнозировать антидепрессивную активность новых тиетанов, синтез которых ещё не был осуществлён, но был теоретически возможен.

В дальнейшем молекулы с прогностической активностью тестировали in vivo (используя скрининговые методы на антидепрессивную активность и определяя параметры острой токсичности), что позволило найти ряд перспективных тиетанов с высокой антидепрессивной активностью. In siliсo для токсико-фармакокинетической характеристики новых молекул рассчитывали риск органотоксичности и фармацевтический потенциал («Osiris Data Warrior» [16] и «Osiris property explorer» [17]). Психотропная активность была изучена в рядах тиетанилимидазолов, титаниксантинов, тиетанилтриазолов, тиетанилтриазолонов и 3-замещённых тиетан-1,1-диоксидов (более 300 соединений).

Все исследования проведены в рамках плана научно-исследовательских работ БГМУ по проблеме «Изыскание и изучение новых лекарственных средств» (гос. рег. №01200702369).

Скрининг проводили на неинбредных мышах-самцах 2–3-месячного возраста в тестах подвешивания за хвост и принудительного плавания, обладающих высокой предиктивной валидностью, чувствительностью и надёжностью [18]. Параллельно для исключения ложноположительных результатов все молекулы исследовали в тесте открытое поле [19]. Поведение животных регистрировали с помощью программы BrainTest (свидетельство о государственной регистрации №2008610170) [20].

Исследование продуктов реакций азолов с тииранами считают перспективным направлением разработки новых молекул с биологической активностью [21]. Поскольку химия тииранов отличается разнообразием протекающих процессов, закономерно, что вероятность получения новых потенциально биологически активных продуктов раскрытия тииранового цикла, производных тиирана и тиетана, а также продуктов их дальнейших превращений при взаимодействии гетероциклов с тииранами довольно высока [22–27].

В ряду продуктов реакций азолов с тииранами особый интерес представляют классы тиетанилазолов, что связано с наличием в их структуре хорошо изученных гетероциклических соединений (ксантинов, имидазолов, триазолов) и нового, как с точки зрения химии, так и фармакологии, класса тиетанов [28]. Развитие исследований в этом направлении связано с изучением различных классов гетероциклических соединений в реакциях с моно- и полифункциональными тииранами, исследованием механизмов протекающих реакций и установлением закономерностей, влияющих на строение конечных продуктов, с синтезом новых классов биологически активных производных гетероциклов.

Учитывая, что лекарственные средства, созданные на основе комбинации веществ с известной фармакологической активностью и новых химических структур, могут приобретать более выраженную фармакологическую активность или проявлять совершенно иные биологические свойства, поиск в их ряду новых молекул-кандидатов в лекарства теоретически оправдан [29]. Это было подтверждено исследованиями, выполненными в БГМУ: установлено, что тиетан-содержащие гетероциклические соединения обладают гипотензивной [30], противовоспалительной [31], иммунотропной [32], гипогликемической [33], гемореологической [34], антиагрегационной [35], антиоксидантной [36], гепатопротективной активностью [37, 38].

Для оценки психотропной активности были синтезированы ряды тиетанилазолов: 7-(тиетанил-3)ксантины [39–42], 1-(тиетанил-3)-1,2,4-триазолы [43–47], 2-(тиетанил-3)-1,2,4-триазол-3-оны [48, 49], 1-(тиетанил-3)имидазолы [50, 51]. Проведённый скрининг продемонстрировал их перспективность.

В каждом из изученных рядов тиетанилгетероциклов были обнаружены молекулы с антидепрессивной активностью разной степени выраженности [39–51]. Структура наиболее перспективных молекул была защищена патентами РФ: гидразида 2-[3-метил-7-(тиетанил-3)-1-этилксантинил-8-тио]уксусной кислоты, 5-бром-2,4-дигидро-2-(тиетанил-3)-1,2,4-триазол-3-она, калиевой соли 2-бром-1-(тиетанил-3)имидазол-4,5-дикарбоновой кислоты, 1-(1,1-диоксотиетан-3-ил)-4-(2-оксо-2-фенилэтил)-1,2,4-триазол-4-ий бромида. Позднее для изучения зависимости «структура–антидепрессивная активность» в рядах тиетанилазолов были синтезированы 3-замещённые тиетаны, не содержащие гетероциклы, и исследована их собственная психотропная активность [52–56]. Результаты скрининговых тестов тиетанилазолов и 3-замещённых тиетанов были использованы для анализа зависимости «структура–антидепрессивная активность» [57].

На основе выявленных в программе SARD-21 закономерностей был построен ряд математических моделей для прогноза антидепрессивной активности (с уровнем распознавания >80%) и проведён прогноз активности 55 новых производных 1,2,4-триазола и тиетан-1,1-диоксида, ранее не изучавшихся в эксперименте. С помощью алгоритма «геометрия» было отобрано 12 соединений с потенциально высокой антидепрессивной активностью.

Верификацию данных прогноза провели в условиях in vivo в тестах принудительного плавания/подвешивания за хвост на мышах, которые получали соединения внутрибрюшинно однократно. Было показано соответствие результатов прогноза эксперименту на уровне 83%, наибольшую активность проявляли 3-метокситиетан-1,1-диоксид, 3-(2-изопропокси-5-метилфенокси)тиетан-1,1-диоксид и 3-фенилсульфонилтиетан-1,1-диоксид [53].

Антидепрессивный эффект и механизм действия этих веществ затем были изучены на мышах (батарея поведенческих тестов и тестов нейрофармакологического взаимодействия), исследованы их острая токсичность, коэффициент кумуляции и диапазон действующих доз [52, 53]. Дополнительно с помощью «Osiris property explorer» был оценён фармацевтический потенциал молекул с использованием алгоритма «подобия лекарству» («drug-likeness») и спрогнозированы их общетоксические свойства: мутагенность, канцерогенность, раздражающее действие и репродуктивная токсичность.

Объединённый показатель «drug score», рассчитанный на основе 4 показателей токсических рисков и 4 показателей подобия лекарству (растворимость, липофильность, молекулярная масса и «drug-likeness»), позволил сделать общий вывод о высоком фармацевтическом потенциале оценённых соединений. Все 3-замещённые тиетан-1,1-диоксиды имели низкие значения «drug-likeness», что, вероятно, связано с отсутствием лекарственных средств, содержащих тиетановый цикл. В то же время «drug-score» соединений были высокими из-за отсутствия токсических рисков в совокупности с положительными показателями липофильности и молекулярной массы [54].

В минимально эффективной антидепрессивной дозе они не изменяли ориентировочно-исследовательскую, двигательную активность и эмоциональную тревожность животных, не проявляли анксиогенного эффекта и превосходили по безопасности трициклические антидепрессанты и флуоксетин, характеризуясь низкой токсичностью [55]. В тестах нейрофармвзаимодействия было установлено, что механизм антидепрессивного эффекта изученных тиетан-1,1-диоксидов реализуется за счёт активации норадренергической и/или дофаминергической нейротрансмиссии и, возможно, серотонинергической передачи, а для 3-фенилсульфонилтиетан-1,1-диоксида — ГАМК-эргической1 нейротрансмиссии, что, может быть связано с блокадой пресинаптических α2-адренергических ауто- и гетерорецепторов [52].

Антидепрессивная активность 3-метокситиетан-1,1-диоксида подтверждена на высоковалидной модели депрессии у крыс «хронический мягкий стресс». Эта модель обладает высокой предиктивной, наглядной и конструктивной валидностью, чувствительна к хроническому введению антидепрессантов, пригодна для оценки латентного периода антидепрессивного действия, а также приводит к развитию одного из наиболее характерных для депрессии симптомов — ангедонии. 3-Метокситиетан-1,1-диоксид эффективно корригировал негативные последствия модели «хронический мягкий стресс» сравнимо с референтным препаратом флуоксетином (по показателям «ангедония», «дефицит массы тела») или превосходило его по способности коррекции «дефицита самоухода» [53].

Антидепрессивный эффект 3-метокситиетан-1,1-диоксида также охарактеризован на модели «резидент-интрудер» — депрессивноподобном состоянии, возникающем в результате зоосоциального взаимодействия (конфронтации животных) и базирующемся на развитии хронического стрессового состояния у крыс-интрудеров. Модель обладает высокой предиктивной, наглядной и конструктивной валидностью и позволяет оценивать как психотропные эффекты новых соединений (влияние на поведение и когнитивные функции), так и метаболизм и гомеостаз животных.

3-Метокситиетан-1,1-диоксид и препарат сравнения флуоксетин, стимулируя активные формы защитного поведения интрудеров, вызывали антидепрессивный эффект, при этом 3-метокситиетан-1,1-диоксид, снижая агрессивность животных, повышал защитное поведение за счёт пассивных форм защиты, снижал коммуникативность и исследовательскую активность животных, оказывая действие, противоположное по направленности флуоксетину [56, 58]. Таким образом, на фоне социального стресса интрудеров 3-метокситиетан-1,1-диоксид оказывал антидепрессивное действие с психоседативным компонентом [56].

Дальнейший синтез молекул в ряду 3-замещённых тиетан-1,1-диоксидов (8 молекул) и токсико-фармацевтическое прогнозирование показали, что новые тиетаны не должны оказывать негативного влияния на репродуктивную функцию и обладать онкогенными, мутагенными и раздражающими свойствами [59], а оценка острой токсичности синтезированных производных in vivo при однократном внутрибрюшинном введении мышам-самцам позволяет отнести их к малотоксичным или практически нетоксичным веществам (IV–V классы опасности).

Ранее нами было показано, что наиболее выраженный антидепрессивный эффект в ряду новых тиетан-1,1-диоксидов был выявлен у 3-этокситиетан-1,1-диоксида, который при внутрибрюшинном введении мышам-самцам значимо снижал индекс депрессивности в тесте принудительного плавания при однократном введении (2 мг/кг) [59], длительность иммобилизации и индекс депрессивности в тесте принудительного плавания при длительном введении (2 мг/кг), проявлял антидепрессивные свойства в широком диапазоне доз (0,9–22,8 мг/кг) [60], а его терапевтический индекс превосходит референтные препараты амитриптилин и флуоксетин в 11 и 8 раз соответственно.

В тестах нейрофармакологического взаимодействия было выявлено, что механизм антидепрессивного эффекта 3-этокситиетан-1,1-диоксида не связан с ингибированием обратного нейронального захвата моноаминов или моноаминоксидазы, а реализуется, подобно атипичным антидепрессантам, посредством стимуляции 5-HT1A-рецепторов и/или блокады серотониновых 5-HT2A/2C-рецепторов, и/или α2-адренорецепторов [61–63].

Антидепрессивный эффект 3-этокситиетан-1,1-диоксида подтверждён и охарактеризован на двух моделях депрессивноподобного состояния у крыс («резидент-интрудер» [64] и «резерпиновая депрессия» [65]). 3-Этокситиетан-1,1-диоксид проявлял антидепрессивные свойства, устраняя последствия социального стресса: повышал исследовательскую, социальную и двигательную активность интрудеров, долю активных форм защитного поведения и снижал долю пассивных форм защитного поведения в ходе взаимодействия «резидент-интрудер», а также уменьшал длительность иммобилизации в тесте принудительного плавания [64].

Также мы изучили антидепрессивную активность 3-этокситиетан-1,1-диоксида на модели резерпиновой депрессии у белых неинбредных крыс-самцов [65]. Резерпин (0,5 мг/кг внутрибрюшинно) вводили ежедневно с 0-х по +6-е сутки, 3-этокситиетан-1,1-диоксид (2 мг/кг внутрибрюшинно) и референтный препарат амитриптилин (10 мг/кг внутрибрюшинно) — ежедневно с 0-х по +11-е сутки. На +12-е сутки проводили тест принудительного плавания, на +13-е сутки — тесты «открытое поле» и «приподнятый крестообразный лабиринт». Также на 0-е, +6-е и +12-е сутки оценивали внешний вид животных, потребление и предпочтение сахарозы; ежедневно регистрировали массу тела крыс.

По окончании эксперимента методом иммуногистохимического окрашивания определяли содержание маркёров апоптоза (GFAP, Bcl-2) в гиппокампе. 3-Этокситиетан-1,1-диоксид корректировал депрессивноподобные симптомы у крыс: снижал длительность иммобилизации в тесте принудительного плавания до уровня интактных животных, устранял ангедонию и дефицит самоухода на +12-е сутки, препятствовал резерпин-индуцированному снижению массы тела крыс в динамике, а также снижал апоптоз в гиппокампе, проявляя нейропротективные свойства (снижал плотность иммуногистохимического окрашивания GFAP и увеличивал количество Bcl-2+-клеток).

Таким образом, выполненные исследования продемонстрировали перспективность класса тиетанов для разработки кандидатов в лекарства с психотропной активностью. В ряду 3-замещённых тиетан-1,1-диоксидов найдены и изучены 3-метокситиетан-1,1-диоксид и 3-этокситиетан-1,1-диоксид, характеризующиеся низкой токсичностью (IV класс «малотоксичные»), широким диапазоном действия и выраженной антидепрессивной активностью, подтверждённой на высоковалидных моделях депрессивноподобных состояний in vivo, которые перспективны для создания на их основе оригинальных отечественных «first in class» антидепрессантов. Предполагаемый механизм действия 3-замещённых тиетан-1,1-диоксидов связан со стимуляцией 5HT5-HT1A-рецепторов, блокадой 5HT5-HT2A/2C-рецепторов и/или α2-адренорецепторов.

Участие авторов. И.Л.Н. и Е.Э.К. — разработка идеи, проведение исследований, руководство работой, подготовка статьи; Г.Г.Г. и Г.А.Р. — проведение исследований, сбор и анализ результатов; А.В.С. — участие в разработке статьи.
Источник финансирования. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект №23-25-00144), гранта в форме субсидий в области науки из бюджета Республики Башкортостан для государственной поддержки молодых учёных.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии интересов по предоставленной статье.