Американские, датские и японские исследователи идентифицировали и охарактеризовали отрицательный аллостерический модулятор опиоидных рецепторов, который значительно повышает эффективность антагониста этих рецепторов налоксона при передозировке опиоидами. Отчет о работе опубликован в журнале Nature, ей также посвящен редакционный материал.
Опиоды представляют собой незаменимое средство для купирования острой сильной боли, однако имеют высокий потенциал зависимости и злоупотребления. Текущий опиоидный кризис, связанный с распространением на черном рынке мощных синтетических препаратов — фентанила и его производных, привел к тому, что передозировки, в том числе смертельные, приобрели масштабы эпидемии. Передозировка связана с чрезмерной активацией опиоидных мю-рецепторов (они же отвечают за обезболивание и эйфорию), которая подавляет дыхательный центр и угнетает дыхание вплоть до полной остановки.
Наиболее эффективным из имеющихся средств для помощи при ней служит антагонист опиоидных рецепторов налоксон, однако при тяжелом отравлении сильными и длительно действующими препаратами может потребоваться увеличение его дозы и количества введений, что не всегда удается предсказать. Кроме того, ортостерические агонисты (в том числе эндогенные) и антагонисты действуют на один и тот же сайт рецептора, за который могут конкурировать. Поэтому особый интерес представляют вещества с альтернативными механизмами действия на мю-рецепторы, к примеру аллостерические их модуляторы.
В поиске подобных средств нобелевский лауреат Брайан Кобилка (Brian Kobilka) из Стэнфордского университета с коллегами из Дании, США и Японии провели скрининг по кодируемым ДНК химическим библиотекам (DEL), включающим около 4,4 миллиарда соединений. Чтобы выявить отрицательные аллостерические модуляторы (ОАМ, NAM), ингибирующие активацию рецептора, в качестве мишени выбрали мю-рецептор, насыщенный налоксоном. С целью отсеять модуляторы со сродством к активированному рецептору или независимо от его конформации, в качестве антимишени в скрининг включили мю-рецептор, связанный с агонистом (мет-энкефалином) и Gi-белком. Наилучшим ОАМ по итогам скрининга оказалась молекула 10105-368-30-605, которую назвали соединением 368 и выбрали для дальнейшей работы.
Используя молекулярные (элиминацию ГТФ) и клеточные (TRUPATH) аналитические системы, авторы выяснили, что соединение 368 в высоких концентрациях ингибирует фармакологические эффекты различных опиоидов: эндогенного мет-энкефалина, растительного морфина и синтетического фентанила. В присутствии налоксона необходимая для этого концентрация 368 значительно снижалась, причем сила действия этого ортостерического антагониста увеличивалась в 7,6 раза, что свидетельствует о синергизме налоксона и соединения 368.
Исследование отдельных энантиомеров 368 продемонстрировало, что активным веществом служит S-изомер. Его использовали для дальнейшего моделирования методом молекулярного докинга и визуализации структуры с помощью криогенной электронной микроскопии. Выяснилось, что это соединение связывается с участком мю-рецептора, прилегающим к ортостерическому сайту, где оно напрямую контактирует с молекулой налоксона, а также стабилизирует неактивную конформацию рецептора. Это продлевает время связывания налоксона с рецептором и, возможно, укорачивает его для опиоидных агонистов.
В заключение исследователи протестировали 368 в экспериментах на мышах. Само по себе это соединение в адекватной дозировке не влияло на эффекты морфина и фентанила, однако значительно потенцировало действие налоксона — в дозах в 3–10 раз ниже минимальной терапевтической он устранял вызванные этими опиоидами обезболивание, гиперлокомоцию и угнетение дыхания. При этом добавление 368 существенно не усиливало проявления синдрома отмены при введении налоксона.
Полученные результаты демонстрируют возможность обратной аллостерической модуляции мю-рецепторов и ее способность существенно повысить эффективность налоксона при терапии передозировки опиоидами. Кроме того, они подтверждают действенность использованной прицельной стратегии скрининга, которую потенциально можно использовать для поиска низкомолекулярных аллостерических модуляторов других рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR), заключают авторы работы.
Ранее Кобилка с коллегами воспользовался основанным на молекулярной структуре компьютерным скринингом и разработал экспериментальный опиоид PZM21, который избирательно активирует обезболивающий сигнальный путь мю-рецептора, реализующийся через Gi-белок, но не бета-аррестиновый путь, с которым связаны побочные эффекты. С тех пор появились и другие экспериментальные препараты со схожим механизмом действия, такие как SHR9352, SR-17018 и TRV734.