А. Противобактериальные сульфаниламидные препараты.
К открытию сульфахризоидина (3.30) (пронтозила) Герхард Домагк пришел необычным путем. При изучении фагоцитоза стрептококков печеночными клетками Купфера ему понадобилось ослабить патогенность бактерий.
Он решил использовать методику Эрлиха и стал выбирать подходящий препарат из ряда азокрасителей. Среди прочих он исследовал и пронтозил, синтезированный Mietzsch и Klarer для других целей. Обнаружив, что обработанные красителем стрептококки не действуют на мышей, Домагк проверил эффект пронтозила на зараженных стрептококками мышах и получил положительный результат [Domagk, 1935]. Однако его коллеги довольно сдержанно встретили это открытие: слишком много потенциально активных веществ, в том числе и азокрасителей, оказывались неэффективными при системном введении.Но тут вмешался случай. Маленькая дочь Домагка случайно уколола себе руку иголкой. Ее сразу же доставили в больницу, однако, несмотря на применение самых лучших методов лечения, рука вскоре воспалилась и у девочки началась сильная лихорадка. Через четыре дня развился стрептококковый сепсис, и она была на грани смерти, что в те времена было достаточно частым явлением. Домагк добился разрешения ввести ей пронтозил: и врачи были поражены скоростью, с которой наступило выздоровление [Domagk, 1936]. Впервые в клинической практике пронтозил применили в Англии для лечения послеродового сепсиса [Colebrook, Kenny, 1936].
Биография Домагка: Deutsch, med. Woch., 1948, v. 73, p. 350; Munch, med. Woch., 1965, v. 15, p. 739; Chemiker Ztg., 1964, v. 88, p. 395.
В 1935 г. Trefouel и сотр. обнаружили, что пронтозил не действует на бактерии in vitro и становится активным в присутствии восстановителя. Постановка этого опыта была подсказана работами Эрлиха по активированию соединений пятивалентного мышьяка (разд. 6.1). Позднее им удалось показать, что в организме млекопитающих пронтозил восстанавливается с образованием сульфаниламида (стрептоцида) (2.13) оказавшегося при бактериальных заражениях не менее активным, чем пронтозил (и значительно более растворимым).
Если бы не это открытие французских исследователей, то работы по изысканию новых сульфаниламидных препаратов, вероятно, еще долго проводились бы методом проб и ошибок, и громадные средства были бы затрачены на поиски новых окрашенных сульфаниламидов [Trefouel et al., 1935].Эффективность стрептоцида при данной дозе может индивидуально варьировать, так как она зависит от концентрации препарата в крови — этот важный вывод Marshall (1937) положил начало аналитическому контролю за уровнем лекарственных препаратов в крови. Правда, вскоре выяснилось, что активность некоторых препаратов (например, акрихина) не всегда пропорциональна их концентрации в крови больного.
Механизм действия сульфаниламидов был установлен Woods (1940). В гное, бактериях, экстрактах тканей и особенно дрожжей было обнаружено устойчивое к нагреванию низкомолекулярное вещество, способное ингибировать действие сульфаниламидных препаратов на бактерии [Stamp, 1939]. Woods, сопоставив эти факты с известными данными ингибирования ферментов веществами, химически и стерически сходными с их субстратами (разд. 9.3.1), выдвинул гипотезу: ингибирующее вещество, найденное в дрожжах, является субстратом широко распространенного в природе фермента и по химической структуре сходно с сульфаниламидом. Он установил, что действующее начало концентрируется в щелочерастворимой фракции дрожжевого экстракта, и активность его тем больше, чем выше интенсивность цветного теста на ароматическую аминогруппу. Активность исчезала при этерификации и ацетилировании, восстанавливалась после гидролиза и снова пропадала после обработки азотистой кислотой [Woods, 1940]. Эти данные указывали на то, что активное вещество является ароматической аминокислотой. Поскольку пара-аминобензойная кислота (ПАБ) (2.12) наиболее сходна со стрептоцидом, то именно ее Woods и испытал в качестве возможного ингибитора бактериостатической активности стрептоцида. Он обнаружил, что одна молекула ПАБ может подавить активность от 5000 до 25 000 молекул стрептоцида.
1 Сульфаниламид был синтезирован в 1908 г. Gelmo, однако считалось, что биологической активностью он не обладает.
Вслед за этим ПАБ была выделена в виде бензоильного производного из дрожжей [Rubbo, Gillespie, 1940] и было установлено, что она служит фактором роста бактерий (Clostridium acetobutylicum), т. е. также жизненно важна для бактерий, как витамины для людей. В последующие годы было найдено, что ПАБ необходима многим семействам и родам микроорганизмов, в том числе и малярийным плазмодиям; большинство микроорганизмов не нуждается во внешних источниках ПАБ, так как способно синтезировать ее. Антагонистическое действие ПАБ in vivo было показано Selbie (1940), обнаружившим, что одновременное введение ПАБ и стрептоцида приводило к полной потере последним терапевтического действия при стрептококковой инфекции у мышей.
Знание об антагонизме между сульфаниламидами и ПАБ, работы Voegtlin по механизму действия препаратов мышьяка (разд. 13.0) и собственные исследования соединений ртути позволили Fildes (1940а) сформулировать более рациональный подход к химиотерапии. Он пришел к выводу, что действие лекарственного вещества на паразита сходно с ингибированием фермента чужеродным соединением и что многие из наиболее активных ингибиторов ферментов являются аналогами их субстратов. Эти положения были уже общепризнанными в фармакодинамике (разд. 2.1 и 9.2). Fildes считал, что моделями действия лекарственных веществ могут служить два основных типа инактивации ферментов: а) ингибитор соединяется с ферментом, вытесняя при этом сходный с ним по структуре субстрат или кофермент; б) ингибитор соединяется с субстратом или коферментом.
Подобное отождествление некоторых рецепторов с ферментами подтолкнуло биохимиков к исследованию бактериальных ферментов и установлению строения их субстратов для синтеза похожих молекул, но в отличие от природных субстратов, нарушающих действие ферментов. Продолжая аналогию Fischer о том, что ферменты и их субстраты относятся друг к другу как ключ к замку, можно считать, что химиотерапевтические препараты — это такой ключ, который входит в замок и выводит его из строя (разд. 9.1). Были синтезированы бесчисленные аналоги природных метаболитов, однако подавляющее большинство оказалось одинаково токсично для паразита и хозяина (см. главу 9).