ПЕПТИДНЫЕ АГОНИСТЫ РЕЦЕПТОРОВ ЭРИТРОПОЭТИНА Владимир Фокин

Откуда в головном мозгу эритропоэтин? 1) Нейроны и астроциты синтезируют ЭПО в небольших количествах; 2) Ишемия/гипоксия и другие факторы, могут нарушать целостность ГЭБ, способствуя проникновению ЭПО в головной мозг. 3) Размер молекулы 34 кДа, что несколько больше того, что должно пересекать ГЭБ, но Брайнс с коллегами показал в 2000-ом году, что это возможно. Источник: Noguchi et al, 2007. Role of erythropoietin in the brain

Наличие в клетках ЭПО и его рецепторов Нейроны Есть ЭПО; Есть рецепторы ЭПО Источник: Hugo H. Marti 2004, Erythropoietin and the hypoxic brain; Nagai et al 2001 Erythropoietin and Erythropoietin Receptors in Human CNS Neurons, Astrocytes, Microglia, and Oligodendrocytes Grown in Culture Астроциты Есть ЭПО; Есть рецепторы ЭПО Микроглиа In vitro нет ЭПО In vitro есть рецепторы ЭПО Олигодендриты Находили только у эмбрионов мышей Эндотелий с самим ЭПО неясно есть рецепторы ЭПО

Локализация рецепторов ЭПО Височная доля Источник: Hugo H. Marti 2004, Erythropoietin and the hypoxic brain; Миндалевидное тело Гиппокамп

Локализация рецепторов ЭПО Источник: Hugo H. Marti 2004, Erythropoietin and the hypoxic brain; Височная доля Миндалевидное тело Гиппокамп Эксплицитная память (к которой мы обращаемся произвольно и сознательно); Речь; Аудиальная и визуальная перцепция Память; Принятие решений; Эмоции; Страх; Тревога; Секс; Агрессия Даже политические взгляды Часть Default Mode Network; Память (в том числе краткосрочная) Нейропластичность Ответ на раздражение Навигация

Default Mode Network • Медиальная префронтальная кора; • Миндалина; • Гиппокамп; • Задняя поясная кора; Отделы мозга более метаболические активные в состоянии покоя Отделы-фильтры с большим количеством белого вещества, через них обмениваются сигналами крупные «основные» отделы – (краник нашего восприятия у Олдоса Хаксли в литературных образах)

«Воровство» осознанности миндалиной Концепция “amygdala hijack” Дэниэела Гоулмана • Сенсорный стресс активирует миндалину; • Миндалина активирует ось гипоталамус-гипофиз-надпочечники; • Человек ведет себя эмоционально, иррационально и деструктивно; В этой концепции нам интереснее всего гиппокамп и миндалина как области более значимые для связки страха и эмоций.

Внутриклеточный сигналинг ЭПО Ключевые сигнальные пути: Янус киназа; signal transducer and activator of transcription (STAT); NF-kβ; ERK (Extracellular signal-regulated kinase) Фосфоинозитид-3-киназа (PI-3K); forkhead transcription factor O3 (FOXO3a); Akt (протеин киназа B); p53; Гликоген синтаза киназа 3 (GSK-3); цитохром с Источник: Ponce et al, 2012. Erythropoietin Neuroprotection with Traumatic Brain Injury

Нейропротекторные эффекты ЭПО • Защита от смерти нейронов; • Нейротрофный эффект; • Ангиогенез; • Противовоспалительный эффект; • Анти-оксидативный эффект; • Защита от эксайтотоксичности; • Защита от Aβ-отложений; Источник: Subiros, 2012. Erythropoietin: still on the neuroprotection road

Потенциал применения эритропоэтина Инсульт и любые ишемии мозга (например, асфиксия) Неврологические последствия аутоиммунных заболеваний: Например, рассеянный склероз Черепно-мозговые травмы, субарахноидальное кровоизлияние Возрастное снижение умственных способностей, расстройствам памяти, болезнь Альцгеймера Психические и поведенческие расстройства

Потенциал применения эритропоэтина Инсульт и любые ишемии мозга (например, асфиксия) Неврологические последствия аутоиммунных заболеваний: Например, рассеянный склероз Черепно-мозговые травмы, субарахноидальное кровоизлияние Возрастное снижение умственных способностей, расстройствам памяти, болезнь Альцгеймера Психические и поведенческие расстройства Что нам делать с гематопоэзом и риском тромбозов?

ЭПО без гематопоэза Пептидные фрагменты эритпропоэтина метаболизм за счет гидролиза до амино-кислот; небольшой молекулярный вес – возможность подкожного или даже сублингвального введения Сложности: нет оценки efficacy & safety Рекомбинантный эритропоэтин без эффектов гематопоэза Минусы: большой молекулярный вес Дороговизна производства Интраназальный эритропоэтин самостоятельно, или вместе с ИФР-1, или вместе с тренионином Сложности: нет оценки efficacy & safety; экстраполяция доз с мышей на человека затруднительная (500 МЕ/кг) Производные ЭПО карбамилированный эритропоэтин Минусы: большой молекулярный вес; может не быть части цитопрокторных эффектов из-за плохой аффинитивности рецептором ЭПО

Интраназальный эритропоэтин? # Исследование Заболевание Эффективность 1 12 µl, 100U, 3 приема Дистрофия сетчатки Рост гематокрита, хотя и ниже, чем в в/в группе; Восстановление популяции S и M колбочек; Увеличивалась толщина сетчатки и параметры зрения; 2 100 U EPO 1000 ng IGF-1 разово Инсульт (окклюзия средней мозговой артерии) Лучшие неврологические скоринги были у групп ИФР-1 + ЭПО; Гематокрит не оценивался. 3 100 U Тренионин 4 недели Неврологические осложнения алкогольной интоксикации Улучшение моторных дефицитов, нервной проводимости, эмоциональных альтераций (миндалевидное тело и гиппокамп); Активация Nrf2 1. Tao et al, 2019, Intranasal administration of erythropoietin rescues the photoreceptors in degenerative retina: a noninvasive method to deliver drugs to the eye; 2. Fletcher et al, 2009, Intranasal delivery of erythropoietin plus insulin-like growth factor–I for acute neuroprotection in stroke; 3. Xuedan Nie et al, 2018, Intranasal erythropoietin ameliorates neurological function impairments and neural pathology in mice with chronic alcoholism by regulating autophagy-related Nrf2 degradation

Интраназальный эритропоэтин? # Исследование Заболевание Эффективность 1 12 µl, 100U, 3 приема Дистрофия сетчатки Рост гематокрита, хотя и ниже, чем в в/в группе; Восстановление популяции S и M колбочек; Увеличивалась толщина сетчатки и параметры зрения; 2 100 U EPO 1000 ng IGF-1 разово Инсульт (окклюзия средней мозговой артерии) Лучшие неврологические скоринги были у групп ИФР-1 + ЭПО; Гематокрит не оценивался. 3 100 U Тренионин 4 недели Неврологические осложнения алкогольной интоксикации Улучшение моторных дефицитов, нервной проводимости, эмоциональных альтераций (миндалевидное тело и гиппокамп); Активация Nrf2 1. Tao et al, 2019, Intranasal administration of erythropoietin rescues the photoreceptors in degenerative retina: a noninvasive method to deliver drugs to the eye; 2. Fletcher et al, 2009, Intranasal delivery of erythropoietin plus insulin-like growth factor–I for acute neuroprotection in stroke; 3. Xuedan Nie et al, 2018, Intranasal erythropoietin ameliorates neurological function impairments and neural pathology in mice with chronic alcoholism by regulating autophagy-related Nrf2 degradation Проблема повышения гематокрита никак не решается Способ введения и дозировки вызывают очень много вопросов Есть терапевтический эффект, можно говорить об эффективности интраназального способа введения ЭПО

ЭПО без гематопоэза Рекомбинантный эритропоэтин без эффектов гематопоэза Минусы: большой молекулярный вес Дороговизна производства Интраназальный эритропоэтин самостоятельно, или вместе с ИФР-1, или вместе с тренионином Сложности: нет оценки efficacy & safety; экстраполяция доз с мышей на человека затруднительная (500 МЕ/кг) Производные ЭПО карбамилированный эритропоэтин Минусы: большой молекулярный вес; может не быть части цитопрокторных эффектов из-за плохой аффинитивности рецептором ЭПО Пептидные фрагменты эритпропоэтина метаболизм за счет гидролиза до амино-кислот; небольшой молекулярный вес – возможность подкожного или даже сублингвального введения Сложности: нет оценки efficacy & safety Вывод Пептидные агонисты рецепторов эритропоэтина без эффектов гематопоэза являются самым перспективным и безопасным направлением исследования нейропротекторных эффектов ЭПО.

ARA290 (CibinetideTM) pyr-Glu-Gln-Leu-Glu-Arg-Ala-Leu-Asn-Ser-Ser-OH (pyr – остаток пироглутаминовой кислоты)

Что такое цибинетид (ARA290) Цибинетид – одобренное FDA лекарство регенерации малых нервных волокон и снижении боли от нейропатии при сакраидозе. Орфанное заболевание – более простая процедура одобрения заявки от FDA. Производитель Araim Pharmaceuticals на этом не останавливается

Текущие исследования по цибинетиду

Некоторые эффекты цибинетида Выживание транспланта Восстановление небольших переферийных нервных волокон Снижение провоспалительных цитокинов ФНОα и IL-1β Защита от ишемии ткани (почки, сетчатка и другие) Снижение воспаления при синдроме раздраженного кишечника (IBD) Диабетическая нейропатия, повреждения роговичного нерва Лечение депрессии Ангиогенез Снятие болей Улучшение чувствительности к инсулину

Цена как главная проблема цибинетида Курс при саркаидозе – 28 дней по 4 мг; Это от 15 до 20+ тысяч долларов за курс пептида; Даже если мы снизим цену в 10 раз за счет локального производства, то цена за курс будет в районе 140 тысяч рублей;

Эпобис Asn-Glu-Asn-Ile-Thr-Val-Pro-Asp-Thr-Lys-Val-Asn-Phe-Tyr-Ala-Trp-Lys-Arg

Что такое эпобис? У ЭПО 4 α-спирали (A-D); Эпобис – пептидный фрагмент ЭПО из 18 амино- кислот AB-петли; На картинке слева Эпобис выделен красным, а ЭПО желтым; По структуре тетраметрический дендример; K(d), константа диссоциации – 60 ± 19 nM; Выводы: - потенциал интраназального и сублингвального способов применения (за счет дендримерной структуры); - K(d) сравнима с самим ЭПО, что говорит о возможном терапевтическом потенциале. Источник: Pankratova et al, 2012. A new agonist of the erythropoietin receptor, Epobis, induces neurite outgrowth and promotes neuronal survival

Эпобис in vitro Эпобис способствовал аксоногенезу и пролиферации нейронов гиппокампа (а) и мозжечка (с) на фоне острого дефицита калия и интоксикации цитотоксичной каиновой кислотой; Активация транскрипторного фактора STAT5 (сразу видим группу риска – пациенты с лейкемией) Источник: Pankratova et al, 2012. A new agonist of the erythropoietin receptor, Epobis, induces neurite outgrowth and promotes neuronal survival

Эпобис in vivo (крысы) Защита от аутоиммунного энцефаломиелита (модель рассеянного склероза) Снижение ФНОα из активированных макрофагов и микроглии Длительное улучшение кратковременной памяти Улучшение социальной памяти (крысы лучше распознавали через трое суток самцов, которых видели 4 минуты) Источник: Dmytriyeva et al 2016, Epobis is a Nonerythropoietic and Neuroprotective Agonist of the Erythropoietin Receptor with Anti-Inflammatory and Memory Enhancing Effects

Выводы по эпобису Хорошее Эпобис пересекает гемато- энцефалический барьер; Является агонистом EPOR со схожей с EPO аффинитивностью; Обладает необходимыми нам эффектами нейропротекции, противовоспалительными эффекта; а также эффектами на психику; Не обладает эффектами гематопоэза Неизвестное Нет производства (решено, идет НИР по синтезу эпобиса в России); Доза для крыс – 10 мг на 1 кг веса, прямая экстраполяция на человека делает эпобис астрономически дорогим; Нужно понять эффективность и безопасность для человека, эффективную дозу для человека, способ администации, продолжительность курса, краткосрочные и долгосрочные эффекты.

СПАСИБО! Владимир Фокин