Современные проблемы развития мультирезистентности туберкулеза и основные направления поиска новых противотуберкулезных препаратов

АННОТАЦИЯ

Цель работы: обозначить основные проблемы развития мультирезистентности туберкулеза, рассмотреть основные направления поиска и разработки новых противотуберкулезных препаратов в настоящее время. На основе обширной репрезентативной выборки современных литературных источников удалось установить, что проводимые на современном этапе исследования направлены на изучение патогенетических механизмов развития мультирезистентности Mycobacterium tuberculosis, провоцируемых проводимой противотуберкулезной терапией. Определено, что в основе резистентности микобактерии туберкулеза лежат мутации целевых генов, кодирующих ферментативную систему бактериальной клетки. В качестве эффективных противотуберкулезных препаратов при мультирезистентном туберкулезе рассматриваются ингибиторы синтеза миколиновой кислоты, шикимат киназы, реакции эпимеризации арабинозы и изменение макрофагальной активности.

Ключевые слова: Mycobacterium tuberculosis, мультирезистентный туберкулез,

противотуберкулезные препараты, множественная лекарственная устойчивость, широкая лекарственная устойчивость.

Туберкулез, не смотря на достигнутые успехи, остается глобальной проблемой мирового сообщества. Так, в 2012 году было зарегистрировано 8,2 млн. случаев первичного туберкулеза и 450 тыс. случаев туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью, при этом около 9,6% из этих случаев оценивается как широкая лекарственная устойчивость [1]. На основании генетического анализа более 250 современных штаммов установлено, что Mycobacterium tuberculosis, как оппортунистическая внутриклеточная бактерия, возникла тысячи лет назад и ее происхождение непрерывно связано с эволюцией самого человека, с его развитием [2].

Как правило, в случае чувствительного штамма, полная излечиваемость достигается при следующей схеме лечения: применение в течение первых 2-х месяцев изониазида, рифампицина, 16

пиразинамида и этамбутола («интенсивная фаза») и в последующие 4 месяца - изониазида и рифампицина («фаза продолжения») [3].

В настоящее время применяемые противотуберкулезные препараты (ПТП) являются весьма эффективными при лечении чувствительных штаммов Mycobacterium tuberculosis. Однако отмечается возрастание числа резистентных штаммов микобактерии туберкулеза (МБТ) к существующим антибиотикам, что приводит к развитию множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), широкой лекарственной устойчивости (ШЛУ) и полной лекарственной устойчивости (ПЛУ) [4, 5].

Как известно, в лечении МЛУ-ТБ и ШЛУ-ТБ используются препараты, которые являются более дорогими и токсичными, требующими более длительных курсов лечения и обладающими более низким уровнем клинической эффективности по сравнению с препаратами, применяемыми при лечении химиочувствительных штаммов [6, 7].

Туберкулез МЛУ-ТБ устанавливается при условии, что МБТ проявляет устойчивость хотя бы к двум самым эффективным противотуберкулезным антибиотикам 1 ряда - рифампицину и изониазиду. При туберкулезе ШЛУ-ТБ отмечается устойчивость МБТ к одному из препаратов 2 ряда инъекционных ПТП: амикацину, капреомицину или канамицину и к одному из фторхинолонов, например, офлоксацину, левофлоксацину или моксифлоксацину [8].

Так, собственно проводимая противотуберкулезная терапия провоцирует мутации микобактерии. В докладе ВОЗ в 2014 г. подсчитано, что 3,5% новых и 20,5% ранее пролеченных случаев МЛУ-ТБ вызывается микобактериями туберкулеза, устойчивыми к двум самым мощным противотуберкулезным препаратам - рифампицину и изониазиду [9].

Основным механизмом развития резистентности микобактерии туберкулеза являются мутации целевых генов Mycobacterium tuberculosis [10]. Так, в 90% случаев микобактерии проявляют устойчивость к рифампицину, которая связана с мутацией гена rpoB, кодирующего РНК-полимеразную субъединицу [11].

При развитии устойчивости к изониазиду в 50-94% случаев развивается мутация в katG- ген, кодирующего пероксидазу, в 10-35% случаев - мутация inhA промотора и в 10-40% - мутация в oxyR-ahpC [11, 12]. Итак, развитие устойчивости у микобактерий связывают исключительно с мутациями в хромосомах бактериальной клетки [13].

В связи с этим резко возросла необходимость в разработке новых ПТП и протоколов лечения для дальнейшего предупреждения распространения туберкулеза с МЛУ [14].

Известно, что Mycobacterium tuberculosis имеет сложную архитектонику клеточной стенки, обеспечивающую сложный каскад функций бактериальной клетки. Именно с клеточной стенкой связывают особенности бактериальной физиологии и патогенеза развития туберкулезного процесса [15]. Например, изониазид - препарат в терапии первой линии, подавляет биосинтез миколиновой кислоты - важного компонента клеточной стенки. Другой препарат в терапии первой линии - этамбутол - также ингибирует синтез клеточной стенки [16]. Так, в качестве потенциальных мишеней ПТП рассматриваются ферменты, участвующие в биогенезе и/или функции клеточной стенки.

К настоящему времени с 1960 года Европейским агентством по лекарственным средствам зарегистрировано два новых препарата, обладающих определенной эффективностью при МЛУ и ШЛУ - Деламанид (Delamanid) и Бедаквалин (Bedaquiline) [17].

Деламанид (Delamanid) - дигидро-имидазооксазол поступает в продажу под торговым названием Deltyba ™ Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd (Tokyo, Japan). Механизм действия Деламанида связывают с ингибированием синтеза миколиновой кислоты, в частности, АТФ (аденозин-5'-трифосфат) синтазы - фермента необходимого для заключительной стадии в продукции АТФ путем окислительного фосфорилирования [18]. Механизм действия Деламанида основан также на способности вызывать мутацию генов F420 (Rv3547, fgd, fbiA, fbiB, fbiC) [19]. Эффективная терапевтическая доза Деламанида составляет 100 мг два раза в день. При этом, абсолютная биодоступность неизвестна, по оценкам, находится в диапазоне от 25% до 47%, имеет большой объем распределения (Vz/F 2100 L) и период полураспада составляет 30-38 часов. Выделяется преимущественно с калом и менее 5% с мочой. Метаболизируется альбумином печени в цитохромоме P450, в первую очередь CYP3A4. Идентифицированы в плазме крови четыре основных метаболита (М1-М4), обладающих ограниченной антимикобактериальной активностью [20].

Бедаквалин (Bedaquiline) (TMC207, diarylquinoline) из группы хинолинов блокирует субъединицу "C" протонного насоса АТФ-синтазы - фермента, катализирующего поток протонов через мембрану бактериальной клетки при синтезе АТФ [21].

В настоящее время в качестве потенциальных противотуберкулезных препаратов рассматриваются ингибиторы шикимат киназы (Mt SK), катализирующие передачу фосфата от АТФ к шикимату с образованием шикимат-3-фосфата и АДФ. У микобактерии Mt SK кодируется aroK, имеющий важное значение для выживания микобактерии. Шикиматные пути используются у различных микроорганизмов и, в том числе у Mycobacterium tuberculosis, для производства хоризмата, предшественника ароматических аминокислот и других ароматических соединений. Следует отметить, что у млекопитающих нет шикимат киназы [22, 23].

Как известно, низкая эффективность противотуберкулезной терапии обусловлена тем, что все используемые антибиотики не одинаково активны при аэробных и анаэробных условиях среды. Mycobacterium tuberculosis устойчива внутри туберкулезной гранулемы, где, как известно, формируется анаэробная и более кислая среда, и, напротив, находясь в макрофагах, микобактерия выделяет ингибирующие вещества, препятствующие подкислению фагосом, то есть Mycobacterium tuberculosis способна сохраняться при различных диапазонах рН. Рассмотрена эффективность мефлохина (мефлохин (+) эритро-мефлохином) из группы хинолинов, применяемого в качестве профилактики малярии. Мефлохин (+) эритро-мефлохином сохраняет высокую активность внутри фагоцитов, что можно рассматривать как благоприятный признак в качестве потенциального противотуберкулезного соединения [24].

Установлена противотуберкулезная активность 1,4-азаиндола при 4-х недельном лечении хронической туберкулезной инфекции, вызванной мультирезистентным штаммом. Бактериальная нагрузка в легких достоверно снижалась при внутрижелудочном введении дозы 300 мг/кг массы тела и отмечалась статистически значимая дозозависимая эффективность. Патогеническим механизмом 1,4-азаиндола является ингибирование 1-декапренилфосфорил-в—рибоза-2‘- эмпимеразы (DprE1), катализирующей реакцию эпимеризации арабинозы, участвующей при синтезе бактериальной клеточной стенки микобактерии. Кроме того, получено два соединения 1,4- азаиндола, протестированные в комбинации с различными ПТП первого и второго ряда (изониазид, рифампицин, этамбутол, стрептомицин, моксифлоксацин, имипенем, меропенем, BTZ043, бедаквалин) и в результате не было выявлено антагонистических взаимодействий при любой комбинации с используемыми ПТП. При этом, наблюдалась синергия при использовании ПТП 2 ряда и 1,4-азаиндола [25].

Экспериментально обоснованы перспективы карбоксамидных соединений как перспективных противотуберкулезных препаратов [26].

Растения являются ценным источником при создании новых ПТП. Установлено, что ряд фитохимических соединений: сапонины, стероиды, дубильные вещества, терпены, антрахиноны, флавоны обладают противотуберкулезной активностью [27]. В частности, экстракты листьев бобовых Kingiodendron pinnatum Rox., Humboldtia brunonis Wall., Indigofera cassioides Rottl.ex DC., Derris scandens Benth рассматриваются в качестве потенциальных источников при разработке противотуберкулезных средств [28].

Таким образом, на основе обширной репрезентативной выборки современных литературных источников удалосьустановить, что проводимые на современном этапе исследования направлены на изучение патогенетических механизмов развития мультирезистентности Mycobacterium tuberculosis, провоцируемых проводимой противотуберкулезной терапией. Определено, что в основе резистентности микобактерии туберкулеза являются мутации целевых генов, кодирующих ферментативную систему бактериальной клетки. В качестве потенциально эффективных противотуберкулезных препаратов при мультирезистентном туберкулезе рассматриваются ингибиторы синтеза миколиновой кислоты, шикимат киназы, реакции эпимеризации арабинозы и изменение макрофагальной активности.

ЛИТЕРАТУРА

1. World Health Organization (WHO) Global tuberculosis report 2013. WHO/HTM/TB/2013.11. Geneva, Switzerland: 2014. - http://www.who.int/tb/publications/global_report/en/.
2. Warner D.F., Mizrahi V. Complex genetics of drug resistance in Mycobacterium tuberculosis // Nat. Genet. - 2013. - 45. - Р.1107-1108.
3. Espinal M.A., Kim S.J., Suarez P.G., Kam K.M., Khomenko A.G. Migliori Standard shortcourse chemotherapy for drug-resistant tuberculosis: treatment outcomes in 6 countries // JAMA, 2000. - 283. - Р. 2537-2545.
4. Mitchison D.A. The diagnosis and therapy of tuberculosis during the past 100 years // Am J. Respir. Crit. Care. Med. - 2005. - 171(7). - Р.699-706.
5. World Health Organization. Multidrug and extensively drug-resistant TB (M/XDR-TB): 2010 global report on surveillance and response. Geneva: World Health Organization; 2010. Accessed June 13, 2014. // http://whqlibdoc.who.int/publications/2010/9789241599191_eng.pdf.
6. Ahuja S.D., Ashkin D., Avendano M., et al. Multidrug resistant pulmonary tuberculosis treatment regimens and patient outcomes: an individual patient data meta-analysis of 9,153 patients // PLoS Med. - 2012. - 9 (8):e1001300.
7. Blumberg H.M., Burman W.J., Chaisson R.E., et al. American Thoracic Society, Centers for Disease Control and Prevention and the Infectious Diseases Society American: treatment of tuberculosis // Ther. Clin. Risk Manag. - 2014. - 10. - Р.597-602.
8. World Health Organization WHO global task force outlines measures to combat XDR-TB worldwide 2006 //http://www.who.int/mediacentre/news/notes/2006/np29/en/.
9. World Health Organization Global tuberculosis report 2014. http://www.who.int/tb/publications/ global_report/en/.
10. Aslan G., Tezcan S., Serin M.S., Emekdas G. Genotypic analysis of isoniazid and rifampin resistance in drug-resistant clinical Mycobacterium tuberculosis complex isolates in southern Turkey // Jpn. J. Infect. Dis. - 2008. - 61. - Р.255-260.
11. Sekiguchi J., Miyoshi-Akiyama T., Augustynowicz-Kopec E., Zwolska Z., Kirikae F., Toyota E., et al. Detection of multidrug resistance in Mycobacterium tuberculosis // J. Clin. Microbiol. - 2007. - 45. - Р.179-192.
12. Banerjee A., Sugantino M., Sacchettini J.C., Jacobs W.R. The mabA gene from the inhA operon of Mycobacterium tuberculosis encodes a 3-ketoacyl reductase that fails to confer isoniazid resistance // Microbiology 1998. - 144 (Pt 10). - Р.2697-2704.
13. Koser C.U., Feuerriegel S., Summers D.K., Archer J.A., Niemann S. Importance of the genetic diversity within the Mycobacterium tuberculosis complex for the development of novel antibiotics and diagnostic tests of drug resistance // Antimicrob Agents Chemother. - 2012. - Р.56. - Р.6080-6087.
14. Tripathi R.P., Tewari N., Dwivedi N., Tiwari V.K. Fighting tuberculosis: An old disease with new challenges // Med. Res. Rev. - 2005. - 25. - Р.93-131.
15. Hett E.C., Rubin E.J. Bacterial growth and cell division: a mycobacterial perspective // Microbiol. Mol. Biol. - 2008. - 72. - Р.126-156.
16. Jackson M., McNeil M.R., Brennan P.J. Brennan P.J. Progress in targeting cell envelope biogenesis in Mycobacterium tuberculosis // Future Microbiol. - 2013. - 8. - Р.855-875.
17. Zumla A.I., Gillespie S.H., Hoelscher M., et al. New antituberculosis drugs, regimens, and adjunct therapies: needs, advances, and future prospects // Lancet Infect Dis. - 2014. - 14. -Р.327-340.
18. Matsumoto M.,Hashizume H., Tomishige T., et al. OPC-67683, a nitro-dihydro-imidazooxazole derivative with promising action against tuberculosis in vitro and in mice // PLoS Med. - 2006. - 3 (11):e466.
19. Assessment report Deltyba, Procedure No.: EMEA/H/C/002552. European Medicines Agency, Committee for Medicinal Products for Human Use, 2013. http:/ /www.ema.europa.eu/ docs/en_GB/ document_library/EPAR_Public_assessment_report/human/002552/WC500166234.pdf.
20. Deltyba EPAR Product Information, Annex I summary of product characteristics. European Medicines Agency, Committee for Medicinal Products for Human Use; 2014//J.Pharmacol. Pharmacother. - 2014. - 5 (3). - Р.222-224.
21. Diacon A.H., Pym A., Grobusch M., et al. The diarylquinoline TMC207 for multidrug-resistant tuberculosis // The New England Journal of Medicine. - 2009. - 360(23). - Р.2397-2405.
22. Bentley R. The shikimate pathway - a metabolic tree with many branches // Biochem. Mol. Bio. - 1990. - 25. - Р.307-384.
23. Parish T., Stoker N.G. The common aromatic amino acid biosynthesis pathway is essential in Mycobacterium tuberculosis // Microbiology. - 2002. - 148. - Р.3069-3077.
24. Mefloquine and Its Enantiomers Are Active against Mycobacterium tuberculosis In Vitro and in Macrophages//Tuberc.Res.Treat.-2011:530815. Published online 2014 Dec 11. doi: 10.1155/2014/530815.
25. Chatterji M., Shandil R., Manjunatha M. R., Solapure V. Ramachandran et al. 4-Azaindole, a Potential Drug Candidate for Treatment of Tuberculosis //Antimicrob Agents Chemother. - 2014. -58 (9). - P. 5325-53311.
26. Ugwu D.I., Ezema B.E., Ugwuja D.I.Synthesis and Structural Activity Relationship Study of Antitubercular Carboxamides//J.Med. Chem.- 2014: 614808. Published online 2014 Dec 30. doi: 10.1155/2014/614808.
27. Gautam R., Saklani A., Jachak S.M. Indian medicinal plants as a source of antimycobacterial agents // J. Ethnopharmacol. 2007. - 110. - Р.200-234.
28. Komal Kumar J., Devi Prasad A.G. and V. Chaturvedi Phytochemical screening of five medicinal legumes and their evaluation for in vitro anti-tubercular activity //Ayu. - 2014. - 35 (1). - Р.98-102.