Artemisinin и неговите синтетични производни като възможна терапия за рак

1. Въведение

Artemisinin е съединение, произведено от китайското растение Artemisia annua , известно още като Цинхао или сладък пелин. Растението е описано преди повече от две хиляди години в китайската медицина поради възможността за намаляване на температурата. През 70-те години на 20-ти век д-р Youyou Tu започва да изследва антипадуктичните ефекти на това съединение [ 1 , 2 ]. През 1986 г. са синтезирани производни на артемизинин, артестенат, артеинер и артеметер, което показва по-добра орална бионаличност и по-малко нежелани ефекти. Досега са синтезирани много други производни, включително SM735, SM905, SM933, SM934 и SM1044. Тези нови лекарства показват по-висока активност от своите предшественици [ 3]. Тези лекарства се оказаха ефективни срещу мерозоит и гаметоцитни форми на плазмодиевия паразит [ 4 , 5 ].

Освен антипаулудната активност, през последните двадесет години са проведени проучвания за оценка на потенциала на артемизинин и неговите производни да инхибира растежа и пролиферацията на раковите клетки. Показано е, че те селективно убиват туморните клетки. Тази специфичност се дължи на определени характеристики на туморните клетки, като повишен метаболизъм, повишена концентрация на желязо и трансферин и чувствителност към реактивни кислородни видове (ROS) [ 6 , 7 , 8]. Освен това, поради минималната токсичност и неблагоприятните ефекти, текущите проучвания оценяват възможността за използване на артезизинин или неговите производни като антинеопластични лекарства.

Целта на тази статия е да прегледа и обобщи историята и събитията, довели до намирането на лекарството и неговите производни. Както и как тези съединения са открили, че притежават антинеопластични способности и да обобщи някои от настоящите доказателства и клинични изпитания, при които лекарството е било използвано за ефективно лечение на рак.

2. Методи

Документите и информацията, използвани в тази работа, са получени чрез онлайн платформите Pubmed и Google Scholar. В Pubmed са се появили 579 статии при търсене на термините „артемизинин и рак“, 200 статии за „артестанция и рак“ и 898 статии за термина “ Artemisia annua „. В Google Scholar 22 300 статии се появиха при търсене на термините „артемизинин и рак“, 10 900 статии за „artesunate и рак“ и 55 700 за “ Artemisia annua „. В тази работа са включени общо 65 статии.

3. История и произход

Артемизининът се получава от китайското растение Artemisia annua . Това растение, известно също като сладък пелин или Qinghao, е единственият вид (от повече от шест), който съдържа клинично значимо количество артемизинин [ 1 ]. Смята се, че първоначално е била описана от китайците по време на династията Джин около 317-420 г.д.Хр. поради неговите лечебни свойства, специално за намаляване на температурата. Клиничният сценарий ще бъде по-късно идентифициран като малария, която е инфекциозно заболяване, причинено от плазмодиевия паразит [ 2].

Въпреки, че записите показват, че маларията е била лекувана повече от две хиляди години с това съединение, едва през 1969 г. се търсят алтернативни лечения, тъй като резистентността се развива срещу хлорохина и хинолоните [ 2 ]. Д-р Youyou Tu беше поръчан от китайското правителство да намери алтернативно лечение за малария. До 1972 г. за първи път са проведени клинични опити с артемизинин върху хора. Тридесет пациенти, заразени с малария, се излекуват с екстракта, без да показват признаци на повишена температура или паразити в кръвта [ 2 ]. Д-р Youyou Tu и нейният изследователски екип изолират и откриват артемизинин и неговата химична структура през същата година ( Фигура 1 ).

През 1986 г. са открити и развити дихидроартемисинин и неговите първи синтетични производни – artemether, artesunate и arteether [ 2 ]. Тези производни показват по-добра ефикасност, поносимост и орална бионаличност от артемизинин, както и минимални неблагоприятни ефекти [ 5 ]. Наскоро бяха синтезирани няколко други производни на артемизинин. Те се наричат ​​SM и са последвани от конкретен номер, който ги идентифицира ( Фигура 2 ).

През 2015 г. д-р Youyou Tu получава наградата за Нобелова награда по медицина и физиология за откритията си за нова терапия срещу маларията [ 10 ]. Тези лекарства се оказаха ефективна профилактична и лечебна терапия, тъй като те засягат както асексуалната мерозоитна форма на Plasmodium, така и гаметоцитната форма на Plasmodium [ 4 , 5 ].

4. Химически и фармакологични характеристики

Определянето на химичната структура на съединението се постига чрез рентгенова кристалография, спектрофотометрия, масспектроскопия и полиаритметичен анализ. Доктор Ту заключава, че молекулата е сескитерпен, която съдържа ендопероксидна група с молекулно тегло 282 g / mmol [ 2].

Що се отнася до фармакокинетиката, Аштън и колегите сравняват ефикасността на съединението през оралния и ректалния път. Ефикасността е сходна и при двете администрации [ 11 ]. Десет години по-късно те демонстрират, че концентрацията на артемизинин може да се увеличи бързо, обаче механизмите за автоиндукция са способни да намалят полуживота и концентрация по ефективен начин [ 12 ].

По отношение на възможните нежелани ефекти Лай и колегите му изследваха токсичността на артемизинин при плъхове чрез прилагане на дози от 8 mg / kg в продължение на 40 седмици. В края на проучването не е открит плъх с тежки нежелани ефекти [ 13 ]. Джао и колегите съобщават, че артемизинин има цитотоксични ефекти срещу ретинобластомни клетъчни линии с незначително въздействие върху нормалните ретинови клетъчни линии [ 14 ].

Метаанализ, съставен от Ribeiro и колеги, съобщава, че от 108 клинични пътеки, изследвали терапията с артемизинин, никой не е описал сериозни или животозастрашаващи странични ефекти [ 15 ]. Ju и колеги съобщават за цялостна антитуморна ефикасност без признаци на токсичност при мишки в проучване с комбинация от даунорубицин и дихидроартемизинин [ 16]. Кониг и колегите му оценяват възможността за ототоксичност при пациенти с рак на гърдата, лекувани с артестант плюс продължаващо онкологично лечение в продължение на четири седмици. От 23 пациенти в проучването четирима пациенти проявяват световъртеж. Нито едно от тях не заслужава спирането на лечението. Докато един от пациентите е получил тежък световъртеж, той е напълно обратим след преустановяване на лечението [ 17 ].

Guo и колеги описаха, че артемизид, синтетично производно на артемизинин, не предизвиква токсичност, когато на мъжки плъхове е приложена доза от 10 mg / kg за 14 дни. При прилагане на доза от 50 mg / kg в продължение на 14 дни, обаче, те наблюдават загуба на тегло, намалена подвижност, некоординирана походка, обезцветяване на изпражненията и пилоерекция [ 18 ].

Въпреки че са докладвани леки нежелани реакции (гадене, замайване и анорексия) [ 15 ], те са по-чести при поява на артезизин като двойна терапия с лекарства, като мефлоквин, а не артезинин при монотерапия [ 19 ].

5. Начин на действие

Въпреки че има много предложения начини на действие, чрез които артемизинин и неговите производни могат да окажат противораков ефект, всички те акцентират върху способността на съединението да задържа клетъчния растеж или да разруши стъпките в клетъчния цикъл чрез пролиферативни пътища [ 6 ].

Един от най-тествани хипотези е, че ендопероксид мост на структурата на артемизинин реагира с или хем групи или вътреклетъчен желязо, следователно получаване на цитотоксични радикали с алкилиращ капацитет [ 20 , 21 , 22 ].

Освен това, за да се оцени ролята на интрацелуларното желязо в селективната токсичност на неопластичните клетки, проучванията показват, че увеличаването на концентрацията на вътреклетъчно желязо може да увеличи 100-кратно артеизининовата цитотоксичност, ако раковите клетки са натоварени с желязо или желязо-наситен холотрансферин [ 23 ]. Раковите клетки значително повишават изискванията за желязо, както и степента на метаболизма на желязото и експресията на трансфериновите рецептори в сравнение с нормалните здрави клетки, което ги прави по-чувствителни към цитотоксичността на артемизинин [ 7 , 24 , 25 , 26 , 27 ]. Cazzola и колеги съобщават, че мишките с дефицит на желязо имат по-бавно нарастващи тумори от тези, които не са дефицитни [ 8 ].

Du и колеги предполагат, че ниски дози артестенатна индуцирана клетъчна смърт, подобна на онкоза, характеризираща се с цитоплазмен оток и вакуолизация, дезорганизирани митохондрии, разширяване на ядрото и клетъчен лизис. Въпреки това при по-високи дози те откриват, че предизвикват апоптоза [ 28 ].

Изследванията, проведени in vitro, също установяват, че артемисзинин може да причини клетъчна смърт чрез натрупване във вътрешността на лизозомите и митохондриите ( Фигура 3 ) [ 29 , 30 , 31 ].

Янг и колегите демонстрират, че артемизининът се натрупва в лизозомите и поощрява сглобяването на лизозомен вакуоларен тип Н ⁺ -АТФаза (V-ATPase), което води до лизозомна киселинност и разграждане на протеини, което води до клетъчна смърт. Те съобщават също, че артемизинин подобрява лизозомната протеолиза и може самостоятелно да увеличи автофогето [ 30 ].

Някои от пролиферативните пътища, инхибирани от лекарството, включват Wnt бета сигнален път (Wnt / Бета) катенин, аденозин монофосфат (AMP) и втори вестители, участващи във вътреклетъчното сигнализиране (ядрен фактор kappa-light-enhancer на активирани В клетки ), MYC, CREB свързващ протеин (CREBBP), механична мишена на рапамицин (mTOR)), както и ангиогенезни фактори [ 16 ]. Установено е също, че артемизинин намалява експресията на циклини и циклин-зависими кинази [ 32 ].

Съществуват съобщения, които твърдят, че артемизинин и неговите производни могат да индуцират различни молекулярни пътища, които водят до апоптоза и некроптоза [ 31 , 33 , 34 , 35 ]. Hooft van Huijsduijnen и колеги заключават, че артемизинин, дихидроартемизинин и артемизон индуцират апоптоза чрез вътрешния път, включващ каспаза-3 и каспаза-9 [ 36 ]. Tilaoui и колегите демонстрираха, че артемизинин индуцира апоптоза в клетки на миши мастоцитом (Р815) in vitro [ 37 ]. Джанг и колегите демонстрираха, че артестенатът индуцира апоптоза в клетъчни линии на човешки рак на стомаха in vitro [ 38]. Лиу и колегите съобщават за способността на artesunate да индуцира апоптоза в човешки езофагеални ракови клетки, както in vivo, така и in vitro [ 39 ].

Друг предложен начин на противоракова активност е чрез инхибиране на метастази. Weifeng и колеги заключават, че artemisinin предотвратява метастазите чрез увеличаване на адхезията на клетките към клетките чрез засилена експресия на Cdc42 и повишена активност на E-кадхериновия протеин [ 40 ]. Изследвайки възможния начин на действие, Ju и колегите демонстрираха, че модифицираните с октадетид липозоми, съдържащи даунорубицин и дихидроартемизинин, блокират миграцията на туморни клетки in vitro чрез регулиране на Е-кадхерин, а5р1-интегрин, трансформиращ растежен фактор бета 1 (TGF- съдов ендотелен растежен фактор (VEGF) и матрична металопротеиназа-2/9 (ММР2 / 9) в клетки на рак на гърдата [ 16 ].

Въпреки, че различните извлечени от артемизинин съединения са изследвани, за да открият цитотоксичния си капацитет, и докато всички от тях показват известна антинеопластична активност, изглежда, че най-мощното съединение е дихидроартемизинин, както твърдят Woerdenbag и колеги [ 41 ].

6. Artemisinin като лечение за рак

Още от откриването на антинеопластичните способности на артемизинин и неговите производни, са започнали изследвания за оценка на възможността за използване на това съединение и екстраполирането му от лабораторията на пациента. За да се определи ефективността на лекарството срещу раковите клетки, са проведени няколко клинични изпитвания с неопластични клетъчни култури, животни и хора [ 42 , 43 , 44 , 45 , 46 , 47 , 48 , 49 , 50 , 51 , 52 , 53 , 54 ].

Националният онкологичен институт проведе проучване с 55 различни ракови клетъчни линии, за да оцени техния отговор на in vitro лечение с артеунтата. В това проучване няколко ракови клетки демонстрират чувствителност към съединението, включително клетки на гърдата, простатата, яйчниците, дебелото черво, бъбреците, централната нервна система и меланома [ 42 ]. Humphreys и колеги съобщават за податливостта на линия от неопластични клетки на пикочния мехур към производни на артемизинин [ 43]. Джао и колегите му са изследвали артеметер в проучване с дифузни големи клетки от В-клетъчен лимфом. Нямаше предишни доклади за артемизинин или за производни с тези видове клетки. Те заключиха, че артеметер инхибира пролиферацията на раковите клетки, арестува ги във фаза G0 / G1 и с повишена концентрация на лекарството успяват да предизвикат апоптоза [ 44 ].

В подобно проучване Ченг и колеги също установиха, че артемизинин и дериват SM1044 ефективно индуцират апоптоза и разграждат протеина на survivin в дифузни B-клетъчни лимфомни клетки [ 45 ]. Morrissey и колеги също установили, че лечението с 2Py, синтетичен димер, който те произвеждали, води до загуба на протеина на survivin в клетъчните линии на рак на простатата [ 46]. Лиу и колегите са използвали SM1044 за лечение на ракови клетки Kasumi-1 in vitro. Те наблюдават, че SM1044 индуцира апоптоза чрез каспази и заключава, че честотата на апоптозата е пряко пропорционална на концентрацията на SM1044 [ 47 ].

За да се оцени както антинеопластичната активност, така и възможните нежелани ефекти, Rutterman и колеги проведе проучване с 23 кучета с хирургично невъзстановими тумори. Изследването също така оценява in vivo реакцията на раковите клетки към артестена, както и in vitro отговор с четири ракови клетъчни линии. Култури на първична ракова клетъчна линия се прилагат или артестенат, или дихидроартемизинин. От четирите неопластични клетъчни линии, те всички са чувствителни към лечението, докато една от клетъчните линии е по-податлива на лечение с дихидроартемизинин. В същото проучване, 23 кучета бяха третирани с 651-1178 mg / m ²на artesunate за 7-385 дни. Нито един от тях не е показал кардиотоксичност или невротоксичност. Седем кучета не показват никакви признаци на токсичност или нежелани ефекти, докато 16 кучета са развили висока температура, преходна стомашна токсичност или хематологична токсичност [ 48 ].

Отчетените клинични проучвания при хора включват пациенти с рак на гърдата, рак на шийката на матката, хепатоцелуларен карцином, недребноклетъчен карцином на белия дроб и плоскоклетъчен ларингеален карцином, които са лекувани с производно на артемизинин [ 49 , 50 , 51 ]. Сингх и Верма съобщиха за случай на пациент със склетъчен ларингеален карцином. Пациентът е лекуван в продължение на петнадесет дни с дневна доза от 60 mg артесунат, последвана от 50 mg орален артезинин, в продължение на девет месеца. След два месеца лечение те съобщават за 70% намаляване на тумора, както и драстично подобряване на дисфагията и дисфонията на пациента [ 49].

В клинично проучване, проведено от Джанг и колегите му, бяха изследвани 121 пациенти с недребноклетъчен рак на белия дроб. Една група получи конвенционалното лечение на винорелбин с цисплатин, втората група получи по-горе споменатото лечение плюс интравенозен артесунат за осем дни. Те наблюдават повишен контрол на заболяването в групата, които са получили конвенционално лечение заедно с артемизинин (88,2%) в сравнение с групата, която е получила конвенционалното лечение (72,7%) [ 50 ].

Дженсън и колегите му се фокусираха върху изучаването на ефектите на дихидроартемизинин, наричан още артеимол-R, срещу цервикален карцином при десет жени. След три седмици лечение голямото мнозинство от пациентите показаха подобрение на признаците и симптомите на цервикален карцином, включително вагинално изпускане и болка без данни за тежка токсичност. Освен това, тези пациенти са намалили експресията на рецепторите на епидермалния растежен фактор (EGFR) и на Ki-67 онкогени. След приключването на четириседмичната терапия само шест пациента претърпяха рецидив в следващите шест месеца и двама от тях умряха. Останалите четири пациенти, които са имали рецидив, са подложени на същото лечение, основано на дихидроартемизинин, за още четири седмици. Шест месеца след завършване на лечението, всички останали пациенти са били в ремисия [ 51].

7. Дискусии и заключения

Настоящата статия представя някои от актуалните доказателства за цитотоксичния капацитет на артемизинин и неговите синтетични съединения. Въпреки че няма одобрен протокол за лечение на рак с артезизинин или негови производни в монотерапия, клиничните изпитвания и проучвания показват ефективността на лекарството за селективно елиминиране на раковите клетки както in vitro, така и in vivo, синергична активност, когато се комбинира с редовни химиотерапевтични режими и минимална токсичност.

Докато предишни клинични проучвания са обещаващи, тези проучвания са проведени с малък брой пациенти. Трябва да се направят нови клинични проучвания при значителен брой пациенти, за да бъдат валидирани резултатите и да бъдат взети под внимание. Минималните неблагоприятни ефекти и токсичността на лекарството биха представлявали нова парадигма при лечението на рак, тъй като текущите режими на химиотерапия водят до тежки странични ефекти и токсичност. Освен това трябва да се извършат проучвания и за оценка на възможните взаимодействия с многобройните други антинеопластични лекарства, които се използват в днешно време за лечение на рак и за да се осигури ефективността и безопасността на артемисзина. Въпреки това е постигнат напредък и има надежда, че в близко бъдеще artemisinin ще бъде стандартно лекарство за лечение на рак.