Таксол (паклитаксел): механизм действия, фармакок

ТАКСОЛ (ПАКЛИТАКСЕЛ): МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ,
ФАРМАКОКИНЕТИКА И ВЗАИМООТНОШЕНИЯ С ДРУГИМИ ПРЕПАРАТАМИ

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

Таксол (паклитаксел) является первым таксановым производным, обладающим противоопухолевой активностью. Впервые активное вещество, названное впоследствии паклитакселом, было выделено из коры тихоокеанского тиса Taxus brevifolia в 1967 г., а в 1971 г. была расшифрована его химическая структура (рис.1) [1].

Рис. 1. Химическая структура паклитаксела

В настоящее время в клинической практике используется полусинтетический паклитаксел, выпускаемый компанией Бристол-Майерс Сквибб под названием Таксол.

По химическому строению Таксол является дитерпеном, имеет химическую формулу C47H51NO14 и молекулярный вес 853,9 Да.

По своей биологической сути это антимитоген, основной точкой приложения которого в клетке являются микротрубочки. Напомним, что микротрубочки - это обязательный структурный элемент всех эукариотических клеток. Они находятся в цитоплазме и, являясь компонентом цитоскелета, необходимы для реализации многих клеточных функций во время интерфазы: это поддержание пространственной формы клетки и обеспечение ее подвижности, прикрепление клетки к субстрату и внутриклеточный транспорт, регуляция взаимодействия факторов роста с рецепторами на поверхности клетки и передача трансмембранных сигналов, регулирующих пролиферативную активность клетки.

Структура микротрубочек хорошо известна: они представляют собой цилиндры с наружным диаметром 24 нм и внутренним каналом 15 нм в диаметре. Длина их варьирует от одного до нескольких микрометров. Микротрубочки являются полимерами тубулина и находятся в динамичном равновесии с его гетеродимерами, каждый из которых состоит, в свою очередь, из двух белковых единиц, а и b, имеющих молекулярный вес около 55 кДа.

Димер тубулина имеет два нуклеотид-связывающих участка. Один из них быстро распадается с образованием свободного GTP (гуанозин 5'-трифосфата), второй делает это значительно медленнее или не распадается вовсе [2]. GTP быстро распадающегося участка требуется для образования микротрубочек и роста и в процессе полимеризации гидролизуется до гуанозин 5'-дифосфата (GDP). С микротрубочками ассоциированы также различные протеины (MAPs - microtubule-associated proteins), необходимые в процессе полимеризации тубулина и связывающиеся по всей длине микротрубочки. Микротрубочковые центры (MTOCs - microtubule-organizing centers), включающие центриоли, осуществляют "пространственный" контроль над микротрубочками в процессе жизнедеятельности клетки.

Образование и распад микротрубочек зависят от потребности клетки. Равновесное состояние между димерами тубулина и микротрубочками поддерживается с помощью сигналов, генерируемых в процессе клеточного цикла с участием GTP, кальция и Других внутриклеточных медиаторов [З]. In vitro перед началом полимеризации тубулин находится в виде свободных димеров и олигомерных колец [2]. Процесс полимеризации начинается с Разрыва колец с образованием коротких протофиламентов, которые соединяются друг с другом "конец в конец" или "бок в бок . Одновременно с этим к протофиламентам и их агрегатам присоединяются свободные димеры. Когда число протофиламентов достигает 13, образуется цилиндрическая микротубулярная структура, которая в дальнейшем дополняется с обеих сторон димерами, причем с одной стороны этот процесс идет быстрее. В устойчивом состоянии с обеих сторон постоянно происходят реакции полимеризации и деполимеризации.

К моменту появления Таксола уже были известны вещества антимитотическая активность которых обусловлена действием на микротрубочковый аппарат клетки. К таким веществам относятся, например, колхицин и винкаалкалоиды (винбластин и винкристин), которые ингибируют полимеризацию микротрубочек, тормозя процесс митоза и другие клеточные функции. В противоположность этим веществам Таксол является первым из известных препаратов, вызывающих гибель клеток, наоборот, стимулируя сборку большого количества аномальных микротрубочек и стабилизируя их.

Уникальный механизм действия Таксола был впервые описан Horwitz с соавт. в 1979 г, [4]. С помощью очищенного тубулина было показано, что Таксол:

• стимулирует сборку микротрубочек in vitro;
• сдвигает равновесие между димерами и полимерами тубулина в сторону полимеров;
• вызывает снижение критической концентрации тубулина, необходимой для сборки микротрубочек;
• повышает скорость и степень полимеризации тубулина и стабилизирует сформировавшиеся микротрубочки.

В дополнение к перечисленным выше эффектам микротрубочки, образовавшиеся в присутствии Таксола, содержат только 12 протофиламентов и имеют диаметр 22 нм (в отличие от 24 нм в норме), устойчивы к действию низких температур (4°С) и хлорида кальция, которые являются наиболее активными стимуляторами деполимеризации,

Синтез микротрубочек под влиянием Таксола не требует присутствия эндогенных факторов (GTP и MAPs), необходимых для этого процесса в естественных условиях [5,6]. Добавление Таксола к микротрубочкам, находящимся в равновесном состоянии, приводит как к удлинению уже существующих, так и образованию новых.

Уже на ранних этапах изучения было показано, что участки связывания различны для Таксола, винкаалкалоидов и колхицина [7]. Таксол связывается ковалентно преимущественно с b-субъединицей тубулина в соотношении 1 моль Таксола на 1 моль полимеризованных димеров тубулина, при этом способность препарата связываться с микротрубочками выше, чем у димеров тубулина [3,8,9].

В эксперименте было показано, что Таксол обладает способностью ингибировать репликацию человеческих клеток линии Hela и мышиных фибробластов в концентрациях, вызывающих минимальное угнетение синтеза ДНК, РНК и белков [3,10]. Под воздействием Таксола клетки Hela накапливались в G2 и М фазах клеточного цикла.

Таксол в клинически значимых концентрациях (0,1-10 мкмоль/мл), достигаемых при длительной инфузии, оказывает двоякий эффект в отношении микротрубочек [3]. Во-первых, под влиянием Таксола в клетке синтезируется чрезмерное количество аномальных микротрубочек, которые выстраиваются параллельными рядами и образуются в течение всех фаз клеточного цикла. Эти комплексы аномальных микротрубочек не способны распадаться и образовывать нормальное митотическое веретено, что имеет катастрофические последствия для процесса деления клетки. Во-вторых, Таксол индуцирует образование большого количества аномальных звездчатых структур во время митоза. В норме в процессе митоза MTOCs с центриолями мигрируют к противоположным полюсам клетки, образуя фигуру митотического веретена, включающую микротрубочки. Под воздействием Таксола в клетке образуется чрезмерное количество аномальных звездчатых структур, не требующих для своего развития MTOCs. Эти структуры (до 20 в клетке), по-видимому, не взаимодействуют с хромосомами, что приводит к хаосу в клетке, и это также имеет фатальные последствия для клеточного деления. Аномальные звездчатые структуры исчезают по окончании воздействия Таксола.

В то время как морфологические изменения свидетельствуют о губительном воздействии Таксола на микротрубочки во время митоза и в период интерфазы, точный механизм гибели клеток остается пока неясным.

Один из возможных механизмов действия, который мог бы частично объяснить ингибирующий эффект препарата в отношении немитотической фазы, предполагает нарушение процесса демонтажа цитоскелета в период интерфазы и/или повреждение тубулиновой клеточной мембраны [3]. Это может нарушить многие клеточные функции, такие как движение, внутриклеточный транспорт, передача пролиферативных трансмембранных сигналов. Кстати, показано, что Таксол способен ингибировать движение клеток и изменять их форму, что может быть связано с инвазивным и метастатическим потенциалом [3]. Все эти эффекты, вероятно, являются следствием нарушения равновесного состояния микротрубочкового аппарата.

Кроме того, сообщается, что Таксол стимулирует выделение макрофагами туморонекротического фактора и интрелейкина-1, и эти эффекты также могут объяснить противоопухолевую активность препарата [11,12].

Дальнейшие исследования позволили приблизиться к пониманию взаимосвязи между митотическим арестом, апоптозом и клеточной гибелью, показав, что митотический арест сам по себе, возможно, не является основным механизмом противоопухолевой активности Таксола [13]. Milross с соавт. продемонстрировали in vivo, что апоптоз, естественный и индуцированный паклитакселом, четко коррелирует с клеточной гибелью и противоопухолевым эффектом, при этом, однако, не было выявлено взаимосвязи между противоопухолевым эффектом и митотическим арестом. Таким образом, было показано принципиальное значение индуцированного Таксолом апоптоза в механизме действия препарата. Эти данные были подтверждены и другими исследованиями, в частности, с использованием клеточных линий рака предстательной железы [14].

Интересно, что апоптоз способны индуцировать значительно меньшие концентрации препарата, чем те, которые необходимы для сколько-нибудь заметных изменений микротубулярной структуры [153.

Таксол индуцирует форфорилирование с последующей программируемой клеточной гибелью bcl-2-экспрессирующих клеточных линий, но не оказывает влияния на клетки, лишенные bcl-2. Препарат также активизирует raf-l MCF-7 клеток, и имеющиеся сегодня данные позволяют предположить, что стимулируемый паклитакселом процесс форфорилирования bcl-2 клеток определяется активацией raf-l. Оба процесса зависят от дозы и времени [16]. Наряду с этим, исследования in vivo с использованием клеток HeLA показали, что митотический арест сопровождается вступлением клеток в аномальную фазу клеточного цикла и инициацией апоптоза [17]. Существование этого процесса было подтверждено также видеосъемками на микроскопическом уровне [18].

Таксол, таким образом, имеет более сложный спектр биологических эффектов, чем это представлялось ранее. Однако даже сегодня, когда накоплена значительная информация об отдельных звеньях его действия, приходится с сожалением констатировать, что на молекулярном уровне механизмы взаимодействия Таксола с микротрубочками и митотического блока остаются малопонятными процессами [19].

ФАРМАКОКИНЕТИКА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ДРУГИМИ ПРЕПАРАТАМИ

Напомним некоторые фармакокинетические параметры Таксола, которые помогут понять особенности его взаимодействия с другими препаратами.

При внутривенном введении пик концентрации в плазме достигается сразу же по окончании инфузии; в дальнейшем процесс распределения в тканях и распада носит характер трехфазной экспоненциальной кривой с периодами полужизни t1/2 (a) - 0,2 ч, t1/2 (b) - 1,9 ч и t1/2 (y) - 20,7 ч, что отражает, соответственно, фазу распределения препарата в органах и тканях (а), быструю фазу выведения (b)) и конечную фазу выведения (у) и свидетельствует о пролонгированной циркуляции препарата в крови [20].

Распределение препарата в организме зависит от дозы и продолжительности инфузии. Так, при 24-часовой инфузии Таксола в дозах, не превышающих 300 мг/м2, зависимость между дозой и AUC (area under curve) носит линейный характер; при 6-часовой инфузии и дозах свыше 250 мг/м2 зависимость приобретает нелинейный характер; наконец, при короткой 3-часовой инфузии малых доз (менее 125 мг/м2) клиренс Таксола снижается по мере увеличения дозы, также свидетельствуя о нелинейной фармакокинетике. Этот феномен относится также к максимальной концентрации препарата в плазме (Смакс.), которая растет экспоненциально дозе [21].

После попадания в организм 88-98% препарата связывается с сывороточными белками. In vitro выявлен высокий аффинитет Таксола к человеческому альбумину и a1-кислому гликопротеину. Особенности фармакокинетики в значительной степени определяются присутствием растворителя Кремофора EL, который индуцирует диссоциацию сывороточных липопротеинов, приводя к образованию не идентифицированных пока соединений, усиливающих связывание Таксола с белками плазмы, что может приводить к снижению циркулирующей в крови свободной фракции препарата [20].

В организме лабораторных животных Таксол накапливается преимущественно в желчи, печени, тонкой кишке, легких, почках, селезенке и миокарде. В ткани мозга, цереброспинальной жидкости и яичках, наоборот, концентрации препарата незначительны.

Основной метаболизм Таксола осуществляется в печени: с фекалиями выделяется около 70% препарата; около 15% выводится с мочой, и только 5% препарата выделяется в неизмененном виде [22]. Билиарная экскреция и метаболизм Таксола, происходящие, скорее всего, с участием цитохром-P450-III-A4 оксидазной системы, могут в значительной степени объяснить особенности распределения препарата [23,24,25,26]. Сегодня известны по крайней мере 11 метаболитов Таксола; охарактеризованы пока только 6a-гидроксипаклитаксел (в него превращается примерно 26% введенного паклитаксела), 3'-р-гидроксипаклитаксел, 6а,3'-р-дигидроксипаклитаксел, баккатин III и IV. Метаболиты обладают меньшей цито- и миелотоксичностью по сравнению с исходным препаратом. Концентрация метаболитов достигает пика спустя несколько минут после окончания инфузии и возрастает по мере увеличения разовой дозы Таксола. Более высокая концентрация метаболитов регистрируется при комбинации с доксорубицином и у лиц с нарушением функции печени [27,28].

Эффективная противоопухолевая химиотерапия предполагает использование комбинации двух и более цитостатиков. Возможное взаимодействие препаратов, участвующих в комбинации, может менять фармакокинетические и фармакодинамические характеристики отдельных компонентов, приводя к ослаблению или, наоборот, усилению противоопухолевого эффекта и токсичности.

Например, при изучении влияния последовательности введения Таксола и цисплатина было отмечено, что в случае введения цисплатина перед Таксолом нейтропения имела большую продолжительность. Фармакокинетический мониторинг показал, что различия, скорее всего, обусловлены снижением на 25% клиренса Таксола. Этот показатель был равен 321±4 мл/мин. при введении после цисплатина и 405±65 мл/мин. при введении перед цисплатином [29,30,31,32].

Наряду с цисплатином сегодня широко используется и другое платиновое производное - карбоплатин, обладающий меньшими нефро-, нейротоксичностью и эметогенностью. В отличие от цисплатина, для карбоплатина не было отмечено каких-либо фармакокинетических особенностей взаимодействия с Таксолом при использовании 3-часовой инфузии последнего. Карбоплатин не оказывал влияния на метаболизм Таксола не только при различной последовательности введения, но и при повышении дозы. Вместе с тем было отмечено, что при введении Таксола в виде 24-часовой инфузии в 1-й день, а карбоплатина - во 2-й день частота эпизодов глубоких тромбоцитопений была меньше, чем ожидалось от введения одного карбоплатина (без Таксола) [33].

Антрациклины изучались в комбинации с инфузиями Таксола различной продолжительности и при различной последовательности введения препаратов [34,35]. Было установлено, что Таксол, находясь в сыворотке крови одновременно с доксорубицином, способен влиять на распределение и элиминацию последнего, снижая печеночный клиренс основного метаболита доксорубицинола.

По мнению ряда исследователей именно влияние Таксола на элиминацию метаболитов доксорубицина, в значительной степени зависящее от временного промежутка между введениями препаратов и длительности инфузии Таксола, лежит в основе , усиления кардиотоксичности комбинации [36]. С этих позиций между введением доксорубицина и инфузией Таксола должен быть интервал (не менее 4 ч), необходимый для полной элиминации доксорубицина. В дальнейшем предполагается также изучить преимущества пролонгированных инфузии Таксола с отсроченным по времени введением доксорубицина, что теоретически может уменьшить ингибирующий эффект Таксола на опосредуемый Р-гликопротеином билиарный метаболизм антрациклинов [37].

При совместном использовании эпирубицина с Таксолом (последний вводился в дозе 175 мг/м2 в виде 3-часовой инфузии перед эпирубицином) также было отмечено изменение метаболизма эпирубицина, заключавшееся в увеличении AUC его метаболитов: в 1,7 раза для 7-деоксидоксорубицинона и в 2,2 раза для эпирубицинола [38].

Влияние последовательности введения Таксола (Т) (24-часовая инфузия) и цитоксана (С) изучено в рамках I фазы клинических исследований у 27 больных. Была предусмотрена эскалация доз (для Таксола от 135 до 250 мг/м2, для циклофосфана - от 750 до 1250 мг/м3), а также поддержка колониестимулирующими факторами. Лечение проводилось в течение двух дней. Максимальная глубина падения числа нейтрофилов была более выраженной для последовательности Т=>С по сравнению с последовательностью С=>Т (абсолютное число нейтрофилов в период максимального падения - 551 и 1546 соответственно, р<0,05). Авторы предполагают, что причиной такой разницы в гематологической токсичности являются особенности воздействия на гемопоэтические клетки-предшественницы, однако это различие может не распространяться на опухолевые клетки [38].

Сегодня мы располагаем также данными о взаимодействии Таксола с другими, в том числе новыми цитостатиками, вошедшими в клиническую практику в течение последнего десятилетия. Исследования, проведенные пока на небольших группах больных, не выявили существенных признаков взаимодействия Таксола с топотеканом [39], митомицином [40], гемцитабином [41], а также UFT в сочетании с лейковорином [42].

При использовании Таксола в комбинации с иринотеканом (иринотекан в дозе 50 мг/м2 вводился в виде 90-минутной инфузии в 1, 8 и 15-й дни, а Таксол - в суточной дозе 135 мг/м2 в виде 3-часовой инфузии во 2-й день) было отмечено существенное повышение концентрации в плазме иринотекана и его активного метаболита SN-38 после введения Таксола (эффект "рикошета"). Авторы отмечают, что поскольку основное взаимодействие препаратов пришлось на последнюю фазу элиминации иринотекана, клинические последствия этого не были существенными. Авторы не исключают также влияния растворителя, входящего в лекарственную форму, на эффект взаимодействия препаратов [43].

Несколько слов о возможном взаимодействии Таксола с веществами других групп.

Антагонисты H2-рецепторов, используемые в качестве стандартной премедикации, оказывают различное влияние на функции P450, чт0 теоретически может изменять фармакологический профиль, а следовательно, токсический и противоопухолевый эффекты препарата [44]. Slichenmeyer с соавт. сообщили об отсутствии фармакокинетического взаимодействия между Таксолом, вводившимся в виде 24-часовой инфузии, и антагонистами H2-рецепторов циметидином и фамотидином [45].

В другом исследовании 70 больным, получавшим повторные курсы лечения Таксолом (24-часовые инфузии), на одном из курсов вводился циметидин в высокой дозе (100 мг/м2), так что каждый из пациентов был сам для себя контролем. При этом не было выявлено каких-либо значительных изменений концентрации Таксола, что практически исключает реальную возможность влияния циметидина на метаболизм препарата.

Кетоконазол, являющийся потенциальным ингибитором P450-III-A4 системы, снижает образование двух метаболитов Таксола in vitro [46]. Сопутствующее назначение кетоконазола приводило in vivo к умеренному повышению содержания Таксола и существенному снижению его билиарной экскреции. Флюконазол оказывал сходный эффект, но обладал примерно в 10 раз меньшей активностью [46].

На метаболизм Таксола, осуществляемый преимущественно в печени, могут воздействовать и другие вещества, ингибирующие изоэнзимы CYP2C (например, бензодиазепины, барбитураты или толбутамид) или CYP3A (например, циклоспорин, эритромицин, макролиды, тестостерон, винкаалкалоиды или тамоксифен). Барбитураты, в частности, повышают образование метаболитов Таксола [25].

Ранее было показано, что верапамил способен усиливать цитотоксические свойства некоторых противоопухолевых агентов в культуре MDR-клеточных линий предположительно за счет торможения элиминации этих агентов из клеток [47]. При введении Таксола в сочетании с верапамилом было отмечено усиление гематологической и неврологической токсичности по сравнению с монотерапией Таксолом (без верапамила).

Фармакокинетический анализ результатов перекрестного исследования показал, что при сочетании с верапамилом клиренс Таксола снижается [47].

Выше уже упоминалось о существенной роли растворителя Cremophor EL, являющегося составной частью лекарственной формы, Сегодня известны по меньшей мере 4 механизма, которые могут объяснить влияние этого вещества на фар мако кинетику и фармакодинамику Таксола:

• модуляция множественной лекарственной резистентности, ассоциированной с Р-гликопротеином;
• усиление цитотоксической активности Таксола в культуре опухолевых клеток;
• нелинейная зависимость распределения Таксола в организме мышей;
• взаимодействие с липопротеинами и усиление связывания Таксола белками плазмы.

Потенциальное взаимодействие Таксола с другими препаратами должно обязательно учитываться в повседневной практике. Однако сегодня в официальной инструкции по применению препарата имеется лишь упоминание о взаимодействии Таксола с цисплатином и кетоконазолом. Вероятно, в дальнейшем эти рекомендации будут расширены.