Вклад П. Эрлиха в химиотерапию
Начало работы П. Эрлиха в химиотерапии принято датировать 1899 г.; до этого он занимался приложением химии к биологии, и проблема избирательности занимала центральное место в его исследованиях.
Сначала он изучал распределение свинца в тканях млекопитающих и показал, что последний накапливается преимущественно в ЦНС, затем появились еговыдающиеся работы по гистологическому окрашиванию. Метод дифференциальной окраски лейкоцитов и разделение их на эозинофилы^ базофилы, нейтрофилы и агранулоцити, предложенные П. Эрлихом, применяются до сих пор. В этот же период им были рйцработаны способы прижизненного окрашивания тканей (с помощью метиленового синего и нейтрального красного) и выявлены различия окислительных способностей разных тканей. \
Однако наиболее выдающиеся открытия были сделаны П. Эрлихом в иммунохимии. Он показал, что нейтрализация токсина антитоксином и антигена антителом представляет собой реакцию взаимодействия только этих соединений и не требуют наличия живой материи. Это были первые иммунологические эксперименты in vitro в мире. На их основе Эрлих создал теорию боковых цепей, являющуюся химической интерпретацией иммунных процессов. Согласно этой теории, антиген имеет две активные области: гаптофор и токсофил, а клетки млекопитающих имеют «боковые цепи», на которых расположены рецепторы, т. е. группы или участки, комплементарные гаптофору, и поэтому захватывающие, фиксирующие их подобно якорю. Само по себе такое соединение безвредно, однако при этом токсофил настолько приближается к клетке, что может ее отравить. Эрлих считал, что нормальной функцией рецепторов является связывание с молекулами питательных веществ [подробнее об антителах см. Nisonoff, Hopper, Spring (1975)].
На основе экспериментальных иммунологических исследований, Начатых им в 1893 г., он создал точный метод стандартизации дифтерийного антитоксина.
Эрлих ставил своей,.задачей научиться лечить инфекционные заболевания низкомолекулярными веществами столь избирательными, чтобы они, подобно «магическим пулям», поражали только паразита. Он считал совершенно естественным, что если существуют простые вещества, по-разному действующие на различные ткани человека, то можно синтезировать другие столь же простые вещества, по-разному действующие на человека и паразита. Говоря о низкомолекулярных веществах, он тем самым подчеркивал разницу между иммунотерапией и химиотерапией. Он считал задачей иммунотерапии усиление защитных сил организма, тогда как цель химиотерапии видел в прямой атаке на паразита.В 1901 г. Эрлих приступает к работе над созданием низкомолекулярных противораковых препаратов, но через несколько лет прекращает свои исследования, поняв, что наука еще не готова к решению этой приблемы.
Первые работы Эрлиха в химиотерапии были связаны с использованием красителей. В качестве основной экспериментальной модели он избрал трипаносомоз мышей и пробовал лечить его акридиновыми, трифенилметановыми и азо-красителями и получил положительные результаты.
В 1904 г. Эрлих и Shiga добились излечения мышей, зара-? женных трипаносомами, применив для этого полиазокраситель трипановый красный (6.1), ставший, таким образом, первым химиотерапевтическим препаратом, созданным руками человека; однако на людях трипановый красный оказался неэффективным. После этого Эрлих обратился к органическим соединениям мышьяка. /
В начале века о действии соединений мышьяка на инфекционные болезни уже было кое-что известно. В 1902 г. Laveran, Mesnil ввели мышам, зараженным трипаносомами, мышьяковистую кислоту (HAsO2). Все мыши умерли, но «здоровыми», т. е. мышьяк уничтожил и трипаносом. В то время это было расценено как большой успех. В 1906 г. Thomas, Breinl показали, что препарат мышьяка атоксил, пара-аминофениларсоно- вая кислота (6.2), оказывает слабое лечебное действие при трипаносомозе у людей.
Это открытие побудило Эрлиха начать систематические исследования мышьяксодержащих соединений и в 1910 г. был найден препарат для лечения сифилиса арсфенамин (сальварсан) (6.3), вещество с лабораторным номером 606 [Ehrlich, Hata, 1910]. Краткая история этого открытия такова: в 1905 г. Schaudinn открыл возбудителя сифилиса — подвижную бактерию спирохету, названную им Treponema pallidum. Затем Hata (Япония) нашел метод заражения этой болезнью кроликов, что сделало доступной лабораторную модель сифилиса. (Следует отметить, что успехи химиотерапии во многом связаны с разработками подходящих экспериментальных моделей различных заболеваний.) Совместно с Hata П. Эрлих перешел от работы с простейшими (Trypanosoma) к работе с бактерией (Treponema), учитывая то общее, что есть между этими двумя видами: оба представляют собой высокоподвижные организмы, существование которых полностью зависит от протекающего с большой скоростью метаболизма. Treponema оказалась чувствительной к действию мышьяксодержащих препаратов и в результате изучения большого ряда органических соединений мышьяка был открыт арсфенамин.Арсфенамин, синтез которого был описан в работе Ehrlich, Bertheim (1912), был освоен промышленностью и выпущен в продажу под названием сальварсан. Недостатком этого препа- рата бьі^о то, что он с легкостью окислялся кислородом воздуха до более токсичного продукта (6.4). Впоследствии он был. заменен оксофенарсином (6.4)—значительно более избирательным и удобным для применения лекарственным веществом
(разд. 6.2), однако в те годы неконтролируемое окисление сальварсана приводило к смертельным исходам. Поэтому каждая доза препарата выпускалась в запаянной ампуле, из которой был откачан кислород. Была опубликована инструкция по приготовлению растворов на стерильной дистиллированной воде, их нейтрализации и немедленному внутривенному введению. К сожалению, эти указания далеко не всегда выполнялись врачами, а возникающие вследствие этого несчастные случаи подрывали доверие к препарату.
Позднее Эрлих разработал более растворимое производное — неоарсфенамин (препарат № 914).Сегодня нет сомнений в том, что, несмотря на все недостатки арсфенамина, его появление было первым выдающимся достижением в химиотерапии и открыло новую эру в лечении инфекционных болезней. В этом успехе основную роль сыграл разработанный Эрлихом количественный подход к оценке действия лекарственных веществ.
При поиске лекарственных веществ, избирательно поражающих паразита, а не хозяина, П. Эрлих ввел понятие химиотерапевтического индекса, определил его как отношение минимальной действующей дозы к максимально переносимой. Так, вещество, которое излечивает трипаносомоз у мышей в дозе 2 мг/кг и не обладает летальным действием в дозах ниже 50 мг/кг, имеет индекс 1/25 [Ehrlich, 1911]. Таким образом, идея избирательной токсичности [11] приобрела возможность количественной оценки степени избирательности (см. разд. 6.2 о дальнейшем развитии количественных подходов).
Перейдя от работы с высокомолекулярными веществами к работе с низкомолекулярными, Эрлих использовал некоторые положения своей иммунологической гипотезы для объяснения действия химиотерапевтических веществ. Он предположил, что они тоже содержат гаптофорные и токсофильные группы и блокируют клеточные рецепторы, нормальной функцией/ которых является участие в питании и дыхании клетки [Ehjnich, 1908].
П. Эрлих считал, что действие лекарственного/вещества на клетку — это серия обычных химических реакцій (разд. 8.0). Концепция П. Эрлиха о существовании химически активных групп в молекулах лекарственных веществ и специфических для них химически активных рецепторов в клетках была значительным шагом вперед в развитии биологических наук. Его тезис, согласно которому наиболее эффективными лекарственными веществами должны быть низкомолекулярные соединения, получил впоследствии подтверждение: ОММ химиотерапевтических препаратов колеблется от 140 до 1400 (причем 1400 — необычно высокое значение). В то же время ^-глобулин, белок антител, имеет ОММ 200 000.
В 1909 г. П. Эрлих установил, что трипаноцидным действием in vitro обладают производные трехвалентного мышьяка и предположил, что если бы удалось сохранить трипаносомы в культуре живыми в течение времени, необходимого для восстановления пятивалентного мышьяка до трехвалентного, то они так же были бы активны in vitro. Однако доказать это экспериментально удалось лишь через 15 лет после смерти Эрлиха, когда были разработаны надежные методы культивирования трипаносом. Самому Эрлиху удалось показать, что соединения пятивалентного мышьяка проявляют активность in vitro, если их предварительно инкубировать в присутствии ткани печени, обладающей восстановительными свойствами, что объясняет активность этих соединений in vivo.
Гипотеза Эрлиха, согласно которой в основе механизма действия лекарственных веществ лежат химические взаимодействия, получила обоснование после того, как в его лабораториях была открыта резистентность к лекарственным веществам (разд. 6.5). П. Эрлих обнаружил, что трипаносомы, устойчивые к действию трипанового красного, не абсорбируют его, тогда как чувствительные к нему трипаносомы окрашиваются этим красителем в красный цвет. Это могло означать, что паразиты, приобретающие в результате отбора устойчивость, утратили химическую группировку, за счет которой осуществлялось взаимодействие с красителем. Позднее Эрлих обнаружил два штамма трипаносом, устойчивых к разным ароматическим соединениям мышьяка. Между этими штаммами не было перекрестной резистентности. Поскольку трипаносом, устойчивых к действию неорганических производных мышьяка (HOAs=O) обнаружить не удалось, Эрлих предположил, что: 1) резистентность связана с наличием определенных заместителей в бензольном ядре; 2) именно эти заместители (например, —NH2) обусловливают способность ароматических производных мышьяка накапливаться в организме паразита, и 3) за гибель паразита ответственна арсеноксидная группировка (—As=O).
В результате этих исследований удалось выяснить химическое строение раптофорной и токсофильной групп избирательно действующих органических соединений мышьяка, которыми являются только ароматические производные.
Биография Эрлиха: Muir (1921); Browning (1955); Himmel- weit (1956); а также «Paul Ehrlich Centennial» (1954), специальный выпуск «Annals of the N. Y. Academy of Sciences», t. 59, в котором различными учеными дана оценка работ Эрлиха и рассказано о развитии этих работ сегодня.
6.2.