Систематический анализ фундаментальных и клинических исследований лигнана 7-гидроксиматаирезинола

Рис. 1. Результаты фармакокинетического исследования 7-ГМР: А – после однократного приема 36 мг; Б – после приема 36 мг/сут в течение восьми недель (p = 0,006); B – после приема 72 мг/сут в течение восьми недель (p = 0,004)

Рис. 2. Подавление лигнаном 7-ГМР ФНО-альфа-индуцированной экспрессии белков ICAM-1 (A) и VCAM-1 (Б) в эндотелиальных клетках аорты

Рис. 3. Подавление лигнаном 7-ГМР ФНО-альфа-индуцированной адгезии моноцитов к эндотелиальным клеткам аорты

Рис. 4. Подавление лигнаном 7-ГМР фосфорилирования и ядерной транслокации фактора NF-κB p65 в эндотелиальных клетках. Клетки предварительно обрабатывали 7-ГМР (50, 100 мкМ) в течение четырех часов и затем стимулировали ФНО-альфа (20 нг/мл) в течение двух

Рис. 5. Снижение частоты приливов при приеме 72 мг/сут 7-ГМР в течение восьми недель

Рис. 6. Химические структуры 7-ГМР (А), матаирезинола (Б) и нортрахелогенина (В)

Рис. 7. Химиопрофилактическая активность 7-ГМР на модели аденоматозной полипозной кишечной неоплазии у мышей, получавших в течение пяти недель диету с высоким содержанием жиров, с добавлением 2,5% инулина, 2,5% инулина + 10% ржаных отрубей или 2,5% инулин

Рис. 8. Возможная схема профилактического назначения 7-ГМР в перименопаузальный период

Введение

Лигнан 7-гидроксиматаирезинол (7-ГМР) был найден в составе экстрактов ели (Picea abies), пихты белой (Abies alba), дугласовой пихты (Pseudotsuga menziesii) и других хвойных деревьев. 7-ГМР также является основным лигнаном зерновых (пшеницы, овса, ячменя, проса), отрубей кукурузы и цельного зерна амаранта [1]. В норвежских хвойных деревьях содержание гидроксиматаирезинола достигает 84% от общего количества лигнанов [2]. 7-ГМР и другие лигнаны растений (матаирезинол, сециолаларицирезинол, ларицирезинол, изоларицирезинол, сирингарезинол, медирезинол, пинорезинол, сезамин, сезамолинол) характеризуются антиоксидантными [3], противовоспалительными, противомикробными и противоопухолевыми свойствами [4, 5].

Ранее нами был проведен хемореактомный анализ свойств молекулы 7-ГМР в сравнении с контрольными молекулами (17-эстрадиолом, фитоэстрогеном, бета-ситостеролом, эпигаллокатехин-3-галлатом) [6]. Это позволило сформулировать молекулярные механизмы некоторых эффектов молекулы 7-ГМР:

• противовоспалительного (ингибирование 5-липоксигеназы, матриксной металлопротеиназы 2, митоген-активируемой киназы p38-альфа, рецептора лейкотриена B4, рецептора простаци­клина);
• противоопухолевого (антиоксидантный эффект за счет ингибирования гемоксигеназы 2, ингибирование циклинзависимых киназ 3 и 4, фактора роста эпидермиса, белка mTOR);
• вазодилататорного (ингибирование адренорецепторов и ренина);
• антибактериального и противовирусного (ингибирование вирусных протеаз 3C).

Несмотря на широкий спектр возможных фармакологических эффектов 7-ГМР, обнаруженных в результате хемореактомного анализа, по данным литературы, были изучены лишь некоторые из них. База данных Embase содержит более 200 публикаций по исследованиям 7-ГМР, база данных PubMed – 57 публикаций. В настоящей работе представлены результаты систематического анализа всех имеющихся научных публикаций по исследованиям биологических и биомедицинских эффектов молекулы 7-ГМР, последовательно рассмотрены результаты экспериментальных и клинических исследований 7-ГМР, в том числе фармакокинетика, токсичность, противовоспалительные и противоопухолевые свойства. Отдельно проанализирован вопрос о потенциальных проэстрогенных свойствах молекулы.

Фармакокинетика

Фармакокинетика, биодоступность и влияние 7-ГМР на клинические симптомы в постменопаузе изучались у женщин, не получавших заместительную гормонотерапию (n = 22). Участницы принимали 7-ГМР по 36 мг/сут (низкая доза) либо 72 мг/сут (высокая доза) в течение восьми недель. Согласно фармакокинетическому анализу, максимальная концентрация 7-ГМР в крови составила 757 нг/мл, а время ее достижения – один час (рис. 1А). К восьмой неделе исследования уровень 7-ГМР в плазме крови достоверно увеличился при приеме 7-ГМР в обеих дозах (p < 0,05, рис. 1Б и В) [7]. Известно, что под воздействием кишечной флоры 7-ГМР трансформируется в энтеролактон – основной продукт биотрансформации растительных лигнанов в организме. На фоне применения 7-ГМР в течение восьми недель уровни энтеролактона в плазме крови увеличились в 1,5 раза в обеих группах, отмечалось снижение частоты приливов. 7-ГМР в дозе до 72 мг/сут, принимаемый на протяжении восьми недель, был безопасным и хорошо переносился [7].

Токсичность

В экспериментальном исследовании хронической токсичности 7-ГМР в форме ацетата калия крысы ежедневно получали 7-ГМР в дозах 160, 640 и 2600 мг/кг/сут в течение 13 недель. 7-ГМР существенно не влиял на какие-либо внешние клинические симптомы, результаты офтальмоскопии или двигательную активность крыс. В подгруппе самцов применение максимальной дозы ассоциировалось с некоторым уменьшением массы тела на протяжении всего исследования и увеличением относительной массы почек. На фоне использования 7-ГМР в высоких дозах наблюдался рост количества тромбоцитов у самок и количества лейкоцитов у самцов. У самок также было отмечено некоторое удлинение менструального цикла. Уровень триглицеридов плазмы дозозависимо снижался при всех трех дозировках. Таким образом, при длительном приеме 7-ГМР в дозе 160 мг/кг/сут не выявлялось никаких неблагоприятных эффектов [8].

В исследовании с участием здоровых добровольцев-мужчин не установлено каких-либо побочных эффектов от однократного приема 7-ГМР в дозе до 1350 мг [9].

Токсикология 7-ГМР была исследована на беременных крысах, которые получали дотации 7-ГМР в дозах 140–180, 460–740 и 1190–2930 мг/кг/сут с 0-го по 21-й день гестации. У животных изучались стандартные параметры репродуктивной функции (индексы плодовитости и беременности, наличие или отсутствие желтого тела, имплантации яйцеклетки, потери яйцеклетки до и после имплантации, количество ранних и поздних резорбций эмбрионов, количество живых и мертвых плодов, вес репродуктивных органов). У плодов оценивались внешние, висцеральные и скелетные изменения. Оказалось, что 7-ГМР не влияет на репродуктивную функцию и не приводит к тератогенезу. Уменьшение массы тела самок и объема потребляемой пищи наблюдалось во всех группах в течение первых трех дней беременности вследствие снижения вкусовой привлекательности корма, поскольку 7-ГМР имеет характерный горьковатый вкус [10].

Таким образом, 7-ГМР был по существу нетоксичным при назначении крысам (2000 мг/кг/сут в течение 28 суток) и собакам (665 мг/кг/сут в течение 28 суток), несмотря на то что 7-ГМР хорошо всасывается (> 50% дозы) и быстро элиминируется [9].

Противовоспалительные свойства

Лигнан 7-ГМР характеризуется выраженной противовоспалительной активностью и эффективно ингибирует специфические воспалительные реакции с участием клеток, регулирующих процессы воспаления, – моноцитов и гранулоцитов. В моноцитах линии ТНР-1 7-ГМР дозозависимо ингибирует синтез/секрецию фактора некроза опухоли (ФНО) альфа, а в гранулоцитах – снижает уровни активных форм кислорода и провоспалительного интерлейкина 8 [11].

Эндотелиальное воспаление преобладает в патогенезе многих сердечно-сосудистых заболеваний. Показано, что в эндотелиальных клетках аорты 7-ГМР ингибирует индуцированную ФНО-альфа экспрессию белков клеточной адгезии ICAM-1 и VCAM-1 (рис. 2). Это приводит к снижению ФНО-альфа-индуцированной адгезии моноцитов к эндотелиальным клеткам (рис. 3) и более низкой активации провоспалительного фактора транскрипции NF-κB, значительно снижая ФНО-альфа-индуцированное фосфорилирование NF-κB по аминокислотному остатку серин-536 (на 30–80%) [12].

По данным другого исследования, 7-ГМР тормозит ФНО-альфа-опосредованные воспалительные процессы именно за счет ингибирования фосфорилирования провоспалительного фактора NF-κB (ФНО-альфа-связанного ядерного фактора κB, рис. 4) и ингибирования транслокации белка NF-κB внутрь клеточного ядра. В результате блокировки активности NF-κB 7-ГМР подавлял экспрессию мРНК и белка провоспалительных медиаторов ФНО-альфа (молекулы адгезии сосудистых клеток 1, интерлейкина 6, индуцибельной синтазы оксида азота) [13].

Кроме того, 7-ГМР дозозависимо тормозил ФНО-альфа-индуцированное фосфорилирование внеклеточной сигнально-регулируемой киназы 1/2 ERK (MAPK) и Akt, что важно для замедления роста опухолевых клеток, снижал уровни активных форм кислорода за счет индуцирования экспрессии ферментов антиоксидантной защиты супероксиддисмутазы и гемоксигеназы 1, повышал экспрессию эритроидного ядерного фактора 2, который активирует экспрессию ферментов антиоксидантной защиты [13].

Потенциальные эстрогенные свойства

Вопрос существования про- или антиэстрогенных  эффектов 7-ГМР достаточно спорный. В цитируемом ранее клиническом исследовании с участием здоровых женщин в постменопаузе 7-ГМР быстро абсорбировался и метаболизировался до энтеролактона микробиотой кишечника. Клинически это сопровождалось статистически достоверным снижением частоты приливов на 50% от исходного уровня (p = 0,025, в течение восьми недель, рис. 5) [7]. На основании этого результата некоторые исследователи предположили, что 7-ГМР якобы обладает проэстрогенным  действием. Однако данный вывод совершенно не обоснован. Рассмотрим более подробно патофизиологию приливов.

Приливы – вазомоторные симптомы, наиболее часто встречающиеся при менопаузе и гормональных расстройствах репродуктивной системы. Более 80% женщин в менопаузе страдают от приливов, и более чем у 10% из них эти симптомы значительно снижают качество жизни. Считается, что заместительная гормональная терапия эстрогенными  препаратами – одно из наиболее эффективных средств устранения приливов [14].

Хотя применение эстрогенов приводит к уменьшению остроты и частоты приливов в 80–90% случаев, осторожность при назначении эстрогенных препаратов следует соблюдать у всех женщин, страдающих раком молочной железы, яичников [15], раком матки [16], венозной тромбоэмболией или имеющим семейную историю рака груди [17]. Кроме того, извест­ны нежелательные эффекты эстрогенной терапии, такие как головная боль, избыточная задержка жидкости, болезненность молочных желез, маточные кровотечения и др. [18].

Важно отметить, что устранение приливов на фоне приема 7-ГМР вовсе не является аргументом в пользу предполагаемого «проэстрогенного» действия 7-ГМР. Дело в том, что приливы возникают вследствие по крайней мере трех патофизиологических механизмов: вегетативного (нарушения регуляции вегетативной нервной системы), абстинентного и гормонально-нейротрансмиттерного (влияние на терморегуляторное ядро гипоталамуса) [19].

Действие эстрогенов связано, по всей видимости, именно с абстинентным механизмом, то есть приливы рассматриваются как проявление своеобразной «абстиненции» эстроген-чувствительных нейрональных систем, находившихся долгое время в условиях высокого содержания эстрогенов. В самом деле, существует определенная схожесть симптоматики менопаузы и симптоматики при абстинентном синдроме в случае болезней зависимости. Косвенно подтверждает возможность абстиненции к эстрогенам провокация приливов при использовании заместительной гормональной терапии у пациенток с первичной аменореей [14].

В то же время влияние того или иного препарата на патофизиологию приливов может осуществляться и по другим механизмам. В медиальной преоптической области гипоталамуса содержится терморегуляторное ядро, активирующее механизмы для поддер­жания температуры тела в нормальном диапазоне, называемом терморегуляторной зоной. У женщин с приливами границы терморегуляторной зоны уже по сравнению с женщинами, которые не испытывают приливов, что обусловлено избытком катехоламинов и недостатком серотонина [19].

Например, молекула бета-аланин ни в коей мере не может считаться «проэстрогенной», однако бета-аланин эффективен в терапии эстроген-зависимых приливов [20]. Бета-аланин и синтезируемый из него карнозин облегчают симптоматику приливов благодаря антигистаминному эффекту [21]. Бета-аланин необходим для синтеза ацетилкоэнзима А – центрального кофермента биохимических путей, вовлеченных в метаболизм жиров, белков и углеводов. По данным биоинформационного и хемореактомного анализов, ингибирование бета-аланином активности глициновых и NMDA-рецепторов может быть важным механизмом терапевтического эффекта препарата при приливах [19, 22]. Таким образом, влияние на патофизиологию приливов, установленное в рамках того или иного клинического исследования, не может быть доказательством влияния 7-ГМР на рецепторы эстрогенов.

Другой механизм возможного «проэстрогенного» эффекта 7-ГМР заключается в воздействии на уровни эндогенных эстрогенов. Предполагается, что прием растительных лигнанов благотворно сказывается на метаболизме эстрогенов. Например, прием в течение месяца многокомпонентной добавки для профилактики опухолей молочной железы, содержащей 7-ГМР, индол-3-карбинол, глюкарат кальция, экстракты расторопши, крапивы, значительно увеличивал концентрацию 2-гидроксиэстрогена в моче [23]. Однако этот эффект не исследовался отдельно для 7-ГМР, так что вопрос остается открытым.

В целом, все имеющиеся аргументы в защиту предполагаемых «проэстрогенных» эффектов 7-ГМР косвенны. Опубликованных исследований, в которых демонстрировалось бы непосредственное связывание лигнанов и рецепторов эстрогенов, не найдено. По причине отсутствия прямых данных о взаимодействии 7-ГМР и других растительных лигнанов с рецепторами эстрогенов имеющиеся косвенные результаты достаточно противоречивы и зависят от применявшегося метода исследования. Например, при использовании первичных гепатоцитов линий клеток RTH-149 и ZF-L для скрининга эстрогенной активности лигнановых экстрактов in vitro эстрогенную активность измеряли как секрецию белка вителлогенина (эстроген дозозависимо индуцирует секрецию вителлогенина). В результате эстрогенная активность лигнана 7-ГМР не была подтверждена [24].

В другом исследовании потенциальную «эстрогенность» 7-ГМР и энтеролактона оценивали по другой методике: изучалось влияние различных веществ на рост и апоптотические маркеры в клеточной линии MCF-7, чувствительной к эстрогенам. Обнаружено, что испытуемые вещества (7-ГМР, энтеролактон, эстрадиол) увеличивали процент клеток MCF-7 в S-фазе клеточного цикла, причем эффекты 7-ГМР и энтеролактона были снижены в присутствии антагониста рецептора эстрогена (тамоксифена) [25]. Выводы этого эксперимента, проведенного на культуре клеток, тем не менее недостаточно обоснованны. Во-первых, рост клеток линии MCF-7 может происходить не только из-за предполагаемых «проэстрогенных» эффектов 7-ГМР, но и по другим причинам. Во-вторых, тамоксифен может влиять на рост клеток, не только взаимодействуя с рецепторами эстрогенов (например, влиять на апоптоз белков Bcl-2, Bax и др.). В-третьих, не получено прямых доказательств связывания 7-ГМР с рецепторами эстрогенов.

Следует отметить, что при анализе взаимодействий лигнана 7-ГМР со стероидными рецепторами in vitro в концентрациях менее 1,0 мкМ для 7-ГМР не установлено никакой антиандрогенной, эстрогенной или антиэстрогенной активности [26]. Таким образом, молекулярные механизмы влияния 7-ГМР на патофизиологию приливов требуют отдельного изучения.

Противоопухолевые свойства

7-ГМР характеризуется выраженными противоопухолевыми свойствами (профилактика образования опухолей, замедление роста уже имеющихся опухолей). 7-ГМР и его метаболит энтеролактон ингибируют рост модели опухоли молочной железы [27], индуцированной 7,12-диметилбензантраценом. Противоопухолевый эффект 7-ГМР наблюдается уже при использовании достаточно низкой дозы – 4,7 мг/кг/сут [28]. Важно отметить, что противоопухолевый эффект характерен именно для 7-ГМР и матаирезинола, но не для схожей с ними молекулы нортрахелогенина (рис. 6). В отличие от 7-ГМР нортрахелогенин не ингибировал рост индуцированных диметилбензантраценом опухолей молочной железы и не метаболизировался до энтеролактона [27]. Данный результат представляет существенный интерес для установления потенциальных молекулярных механизмов противоопухолевого воздействия 7-ГМР.

В эксперименте 7-ГМР и его метаболит энтеролактон уменьшали рост и метастазы клеток опухоли печени, привитых подкожно крысам (клеток гепатомы линии AH109A). Значение 50%-ной ингибирующей концентрации для пролиферации клеток гепатомы составило 200 мкМ, а для инвазии клеток гепатомы – 144 мкМ. 7-ГМР и энтеролактон подавляли пролиферацию клеток гепатомы, удлиняя время деления клеток гепатомы и увеличивая скорость апоптоза [29].

Противоопухолевый эффект 7-ГМР продемонстрирован на модели рака предстательной железы (ксенотрансплантаты онкоклеток у мышей c резекцией тимуса). Через три дня после инъекций опухолевых клеток мыши начали получать либо стандартную диету, либо стандартную диету, дополненную 7-ГМР (0,15% от общей массы). Затем в течение девяти недель наблюдали скорость роста опухоли. По сравнению с контролем прием 7-ГМР ассоциировался с меньшим объемом опухоли, более медленным темпом ее роста и большей интенсивностью апоптоза опухолевых клеток [30].

В эксперименте показано, что 7-ГМР позволяет осуществлять эффективную профилактику опухолей матки, вызванных однократным воздействием канцерогена N-этил-N'-нитро-N-нитрозогуанидина на крыс в 11-недельном возрасте. После чего осуществлялись дотации 7-ГМР (200 или 600 мг/кг в составе соевой диеты) до возраста 15 месяцев. Заболеваемость аденокарциномой матки была значительно снижена уже при приеме 200 мг/кг 7-ГМР (11%) (доля заболевших в контрольной группе – 50%, р < 0,05). 7-ГМР метаболизировался главным образом в энтеролактон и гидроксиэнтеролактон [31].

7-ГМР в дозе 30 мг/кг/сут статистически значимо ингибировал рост опухоли молочной железы крыс, индуцированной диметилбензантраценом, уменьшал образование полипов и предотвращал накопление бета-катенина в ядре (патофизиологическая метка образования полипов) [9].

Химиопрофилактическая активность 7-ГМР также была показана на модели аденоматозной полипозной кишечной неоплазии у мышей. Среднее число аденом в тонком кишечнике у мышей, получавших 7-ГМР, было значительно ниже (26,6 ± 11,0, р < 0,05) по сравнению с мышами в группе плацебо (инулин, 39,6 ± 8,9, рис. 7). 7-ГМР приводил к нормализации уровня бета-катенина в ткани аденомы, следовательно, 7-ГМР опосредует химиопрофилактический эффект через бета-катениновый сигнальный путь. Заметим, что прием 7-ГМР позволил восстановить внутриядерный уровень бета-катенина в ткани аденомы (0,41 ± 0,25 у.е.) до уровня, обнаруженного в неизмененных клетках окружающей слизистой оболочки (0,36 ± 0,28 у.е.) [32].

В России проведены первые исследования действия 7-ГМР. Так, наблюдение за 30 женщинами, перенесшими миниинвазивное хирургическое лечение по поводу удаления доброкачественных и злокачественных опухолей матки и яичников, показало, что использование в реабилитационном периоде 7-ГМР (препарат Лигнариус) в дозе 30 мг/сут в течение 60 дней позволило достоверно улучшить качество регенерации, повысить антиоксидантный статус пациенток и улучшить переносимость химио- и радиотерапии [33]. 

Заключение

В перименопаузальный период отмечается нестабильность темпа деления клеток репродуктивной системы, возрастает риск опухолей молочной железы, яичников, рака толстого кишечника, легких. Кроме того, повышается уровень неспецифического системного воспаления, связанного не только с опухолями, но и с сердечно-сосудистыми и цереброваскулярными заболеваниями. Гиперпролиферативный потенциал эстрогенов и их производных, используемых при проведении заместительной гормональной терапии в постменопаузальный период, усугубляет риск возникновения опухолевых заболеваний и тромбоэмболических состояний. При анамнезе, отягощенном по опухолевым заболеваниям, тромбоэмболии, системному воспалению, эффективная и безопасная профилактика жизненно важна. Пероральный прием лигнанов растительного происхождения, характеризующихся крайне низкой токсичностью, – перспективное направление такой профилактики (рис. 8).

Результаты систематического анализа исследований лигнана 7-ГМР указали на его специфические противовоспалительные (ингибирование белка NF-κB, повышение экспрессии ферментов антиоксидантной защиты супероксиддисмутазы и гемоксигеназы 1) и противоопухолевые свойства (инги­бирование роста гепатомы, опухолей молочной железы, матки, предстательной железы и аденоматозной полипозной кишечной неоплазии), обусловленные нормализацией темпа деления клеток.

Таким образом, 7-ГМР – перспективное средство химиопрофилактики рака в перименопаузальный период и адъювантного сопровождения терапии эстроген-содежащими препаратами на основе эстрадиола, эстрадиола валерата, эстриола, этинилэстрадиола, гексэстрола, полиэстрадиола фосфата, фосфэстрола и особенно конъюгированных эстрогенов.

Работа выполнена при поддержке РФФИ: грант 18-07-00944