Специфическая антитоксическая иммунотерапия: использование в медицинской практике и перспективы

Полный текст

Известно, что при определенных условиях специфические антитела способны участвовать в нейтрализации высокомолекулярных биологически активных соединений. Эти факты являются смыслом проведения специфической антитоксической иммунотерапии, основанной на реализации на практике двух принципиальных возможностей – пассивной иммунотерапии, предусматривающей введение в том или ином виде специфических к целевому токсиканту антител, и активной иммунотерапии, предусматривающей использование соответствующих вакцинных препаратов со специфичностью к целевому токсиканту.

Антитоксические эффекты антител при пассивном переносе (как технология специфической антитоксической иммунотерапии) впервые были установлены лауреатами Нобелевской премии (впервые присужденной за открытия в области физиологии и медицины) E. Bering и S. Kitasato (1890) [1]. Полученные от животных-доноров содержащие антитела к дифтерийному и столбнячному токсинам антисыворотки были использованы данными клиническими специалистами для лечения тяжелых клинических случаев столбняка и дифтерии у людей. Пассивная иммунизация антисыворотками оказалась успешной, и до сих пор очищенные различными методами специфические гетерологичные иммуноглобулины широко применяют при лечении инфекционных болезней (в особенности у детей с кишечными инфекциями), в патогенезе которых значимы токсические эффекты продуцируемых токсогенными штаммами возбудителей бактериальных экзотоксинов, а также для специфической иммунопрофилактики стобняка при загрязненных ранах. Обсуждаются (более того, в этом направлении проводятся углубленные научные исследования) возможности пассивной иммунизации (введение пациентам гетерологичных антисывороток, человеческих иммуноглобулиновых препаратов) в нейтрализации самого опасного токсина белковой природы – ботулинического токсина при отравлениях этим ядом потерпевших [2]. Случаи отравления токсином ботулизма редки, однако протекают крайне тяжело и до сих пор встречаются в медицинской практике. Причинами являются: пищевые отравления загрязненными спорами грамположительных анаэробных спорообразующих микроорганизмов – Clostridium botulinum, атипичных штаммов других видов рода Clostridium (например, таких как Clostridium butyricum и Clostridium baratii) [3], случаи младенческого ботулизма из-за кишечной колонизации спорами этих грампозитивных микроорганизмов, случаи ятрогенного ботулизма, в основном связанных с учащающейся практикой использования в косметике поддельных и плохо откалиброванных ботулотоксинов, случаев ингаляционного ботулизма у работников лабораторий в результате случайных выбросов спор с ботулиническим токсином в виде аэрозоля и у наркоманов после интраназального употребления загрязненного спорами кокаина и раневом ботулизме после инъекций наркотиков [2].

Сегодня в медицинской практике также широко используют полиспецифичные гетерологичные антисыворотки или гамма-глобулиновую фракцию антисывороток (крайне редко – моноклональные антитела узкой специфичности) в качестве противоядий при лечении пострадавших от укусов ядовитых змей и насекомых, а также пострадавших от воздействия ядов морских кишечно-полостных и моллюсков, токсинов водорослей и растений. При лечении пострадавших с целью предотвращения летальных исходов и обширных некрозов мягких тканей в месте укуса или локального воздействия токсиканта многократно и в достаточных количествах вводят парентерально (чаще внутривенно) антисыворотки и иммуноглобулиновые препараты (в основном гетерологичные поли-, а не моноспецифические) против ядов змей (гадюковые змеи, аспиды) и насекомых (ядовитые пауки родов Latrodectus [семейство Тheridiidae, в частности различные виды каракуртов], Ctenus, Dendryphantes и отдельные виды ядовитых пауков [например коричневый паук-отшельник]).

Яды всех перечисленных биообъектов, как правило, имеют сложный состав, а их токсичность обусловлена относительно высокомолекулярными белками или пептидами со свойствами нейро-, кардио-, гемо- и цитотоксинов, а также ферментов [4]. Вклад в токсичность вносят и другие, содержащиеся в этих биотоксинах субстанции – кининоподобные вещества, гистаминолибераторы, ингибиторы ферментов, коагулянты и антикоагулянты.

В настоящее время известно более 100 иммунных противоядий подобного типа, и эти биопрепараты активно совершенствуются с использованием современных биотехнологий для уменьшения побочных явлений их применения. Отсутствие существенного прогресса этого направления иммунотерапии связано с крайне высокой ценой современных биотехнологий и их продуктов. Поэтому наиболее широко в качестве противоядий против змей используются имеющие побочные эффекты, но более дешевые гетерологичные антисыворотки от крупных животных – доноров антител.

Комментируя эффективность этого направления антитоксической иммунотерапии, необходимо заметить, что яды змей являются сложносоставными и многокомпонентными ядами. Ядовитым началом секретируемых змеями веществ являются высокоактивные ферменты и токсичные белки, обладающие относительно большой молекулярной массой и высокой иммуногенностью, что имеет следствием возможность получения от животных-доноров (обычно лошадей или коз) специфических антисывороток или препаратов иммуноглобулинов. Очевидно, что возможность использования антител со специфичностью к ядам определенного типа с задачей нейтрализации их активности при острых (в том числе летальных) отравлениях путем пассивной иммунизации пострадавших гетерологичными антисыворотками или гамма-глобулинами сыворотки – объективно установленный факт.

Попытки реализации аналогичного подхода применительно к другим биологически активным и лекарственным соединениям (в большинстве своем низкомолекулярным) для нейтрализации их токсических эффектов не оказались столь успешными. При изучении возможности их реализации установлено, что предварительно полученные от животных доноров специфические (поликлональные) или же от линий иммунных клеток-продуцентов (моноклональные) антитела при их использовании путем пассивной иммунизации в качестве иммуноглобулиновых препаратов или очищенных антител могут изменять биологические эффекты и распределение в организме целевых соединений: морфина и барбитуратов, производных фенотиазина, фентанила, фенциклидина, дигоксина, колхицина, атропиноподобных холиноблокаторов, ингибиторов холинэстеразы [5, 6, 7, 8]. При этом нейтрализующие активность низкомолекулярных токсикантов эффекты специфических антител являются лишь одним из вариантов их активности, возможны и другие эффекты использования антител, в частности увеличение продолжительности токсических или фармакологических эффектов низкомолекулярных лигандов и изменение спектра их биологической активности [7, 8].

Для некоторых низкомолекулярных лекарственных соединений проводимые разработки вышли за рамки экспериментальных исследований и сегодня иммунные противоядия применяют в клинической практике для борьбы с тяжелыми интоксикациями дигоксином, дигитоксином, колхицином и трициклическими антидепрессантами [10, 11, 12]. Например, гетерологичные Fab-фрагменты антител, специфичные к сердечному гликозиду дигоксину, успешно использованы для лечения летальных отравлений людей, включая детей, дигоксином, а также дигитоксином [12, 13, 14, 15] и рядом других структурно родственных соединений (например, летальных отравлений кардиотоксинами олеандра и ядовитой жабы Bufo spallanzani). Эффективность технологии лечения летальных интоксикаций препаратами наперстянки подтверждена результатами многоцентровых клинических исследований [13].

Таким образом, сегодня специфическая антитоксическая иммунотерапия – это одно из перспективных направлений иммунотоксикологии, в котором применяют иммунные молекулы, прежде всего, препараты специфических иммуноглобулинов и их фрагментов в качестве противоядий.

Принципиальная возможность использования принципов вакцинации – активная иммунизация как технология специфической антитоксической иммунотерапии для борьбы с интоксикациями высоко- и низкомолекулярными ядами, лекарствами, наркотиками и возможность модификации их биологической (фармакологической) активности при использовании данного подхода установлена достаточно давно. Наиболее успешный опыт использования принципов активной иммунизации в качестве технологии специфической антитоксической терапии связан с практикой использования анатоксинов.

Анатоксины – это биопрепараты, содержащие экзотоксины бактерий, которые лишены токсических свойств экзотоксинов, но сохранили их специфическую антигенность и иммуногенность. Фактически анатоксины являются молекулярными вакцинами, используемыми для профилактики риска заболеваемости и лечения хронических форм инфекций (столбняк, ботулизм, дифтерия, холера, брюшной тиф, дизентерия, токсинемическая стафилококковая инфекция), возбудители которых секретируют высокоактивные экзотоксины – столбнячный нейротоксин (тетаноспазмин), ботулинический нейротоксин (ботулотоксин), дифтерийный экзотоксин, экзотоксин Cl. perfringens и экзотоксины других спорообразующих бактерий рода Clostridium, холерный экзотоксин (холероген – СТ), экзотоксин сибиреязвенной палочки (Bacillus anthracis), цитотоксины бактерий рода Shigella (токсин Шига, другие Шига-подобные токсины), мембранно- и цитотоксические (стафилолизины, эксфолиативные токсины, лейкоцидин Пантона–Валентина, относящийся к экзотоксинам S. aureus). При этих токсинемических инфекциях для профилактики и в процессе лечения используют активную иммунизацию соответствующими анатоксинами или же активную иммунизацию комплексными вакцинами, в состав которых входят анатоксины [16, 17, 18]. Для иммунизации против токсинемических инфекций с целью увеличения их иммуногенности обычно применяют анатоксины, адсорбированные на гидрате окиси алюминия и фосфате алюминия в качестве адъювантов (например, в российскую комбинированную вакцину «Пентаксим» входят адсорбированные дифтерийный, столбнячный и коклюшный анатоксины).

В медицинской практике нашли также применение: очищенный адсорбированный дифтерийный анатоксин, очищенный адсорбированный столбнячный анатоксин, очищенный адсорбированный стафилококковый анатоксин, адсорбированный дифтерийно-столбнячный анатоксин (АДС и АДС-М). Столбнячный и дифтерийный анатоксины входят в состав ассоциированной вакцины АКДС, холероген-анатоксин входит в состав холерной вакцины. Концентрированный адсорбированный анаэробный полианатоксин, включающий столбнячный анатоксин, несколько типов гангренозного и ботулинического анатоксинов (всего 7 антигенов) и обладающий хорошими иммуногенными свойствами, был разработан в СССР и внедрен в медицинскую практику в далеком 1959 году. Применяется также брюшнотифозная вакцина с секста(тетра)анатоксином. Эта вакцина содержит О- и Vi-антигены брюшнотифозных бактерий и очищенные анатоксины возбудителей столбняка, газовой гангрены и ботулизма.

Достаточно высокая иммуногенность анатоксинов с возможностью активации как конституционного, так и адаптивного иммунитета стала основанием для их использования в качестве макромолекулярных носителей гаптенов-аналогов наркотических веществ – перспективного направления в наркологии, при реализации которого создан ряд экспериментальных молекулярных и комбинированных вакцин опиатов, метамфетамина, кокаина, никотина [19], которые в настоящее время могут быть расценены как новое направление специфической антитоксической иммунотерапии – вариант борьбы с наркотической зависимостью путем вакцинации наркозависимых лиц.

Практически все наркотические вещества в той или иной степени способны вызывать болезненное пристрастие к их использованию – наркотическую зависимость. Расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ, существенно, а в ряде случаев критично влияют на центральную нервную систему (ЦНС) наркозависимых лиц. Постоянный прием наркотических веществ вызывает патологические изменения в ЦНС, которые при их прогрессии приводят к летальному исходу, суициду или же к смерти в результате передозировки наркотиков [20]. Как наркотики наиболее опасны психоактивные соединения группы опиатов (природный опий, морфин и его производные, например, метилморфин – кодеин, героин), кокаин, амфетамины (амфетамин, метамфетамин), LSD, некоторые синтетические психотропные вещества (дизайнерские наркотики) и никотин.

Так как частота рецидивов наркомании достаточно высока, поиск новых подходов к лечению и профилактике страдающих болезненной зависимостью от наркотиков в настоящее время особенно актуален. Перспективы разработки новых подходов видят в возможностях активной иммунизации – вакцинации соответствующими конъюгированными антигенами и пассивной иммунизации – введении специфических сывороток или препаратов специфичных антител различным контингентам наркозависимых лиц. Иммунопрофилактика наркоманий, или вакцинация от наркотической зависимости расценивается как перспективное направление в наркологии, имеющее важное практическое значение и до сих пор не потерявшее актуальность [21, 22, 23, 24, 25, 26, 27].

Практическим смыслом этого методологического подхода является предупреждение дальнейших рецидивов зависимости (вторичная профилактика наркомании) путем вакцинации. В принципе вакцинация может обеспечить долговременный эффект, эффективна в отсутствии мотивации пациента на лечение, не имеет тех побочных эффектов в отношении ЦНС, которые характерны для общепринятых фармакотерапевтических методов лечения наркоманий [25]. Дополнительные перспективы имеет введение препаратов антител (например, гуманизированных моноклональных антител) – пассивная иммунизация для борьбы с летальными передозировками наркотиков [25, 28].

Как активная, так и пассивная иммунизации возможны, и их эффективность испытывается в отношении наркотиков различной структуры и разной биологической активности (опиаты, в частности героин; кокаин, метамфетамин, никотин и фенциклидин) [24, 25, 26, 27], но данные методологические подходы являются строго специфичными, т. е. их необходимо реализовывать к каждой группе наркотических препаратов. Следует особо подчеркнуть, что разные наркотические вещества имеют различную химическую структуру биоактивной молекулы, а следовательно, различаются иммунодоминантностью и иммунохимической специфичностью гаптенов-аналогов в составе конъюгированных антигенов – молекулярных вакцин наркотиков [19]. Различной будет и специфичность образующихся при иммунизации подобными вакцинами антител.

Вероятно, профилактика путем активной иммунизации вакцинами наркотиков имеет перспективы стать самым эффективным медицинским способом искоренения наркотической зависимости. Однако реализация данного способа профилактики представляет собой достаточно сложную техническую задачу. Данное направление исследований сформировалось на основе изучения способности специфических антител при активной и пассивной иммунизации модифицировать фармакологические эффекты биоактивных лигандов, изменяя пути и скорость их биораспределения в организме, а также метаболизм [5, 6, 7, 8, 22, 23, 24, 29, 30, 31, 32, 33, 34]. Продемонстрированные в экспериментах на животных при активной иммунизации конъюгатами опиатов возможность существенной модификации биораспределения опиатов в организме животных и изменение периода их полувыведения послужили основанием для предположения об эффективном связывании наркотиков in vivo специфичными антителами с изменением характера их фармакологической активности, что и было частично подтверждено экспериментально [35]. Изменение концентрации лиганда в плазме активно иммунизированных соответствующими конъюгатами крыс и уменьшение накопления действующего лиганда в ткани головного мозга было экспериментально показано для другого вызывающего зависимость психоактивного вещества – никотина [30].

Результаты этих исследований позднее вылились в значительные практические усилия по созданию вакцин к наркотическим веществам: опиатам, метамфетамину, кокаину, никотину [29, 33, 34, 35]. На основе обладающих достаточной иммуногенностью конъюгированных антигенов с доминантными эпитопами гаптенов-аналогов наркотических веществ удалось создать экспериментальные образцы вакцин, пригодные для иммунизации людей с целью вторичной профилактики и борьбы с наркотической зависимостью [36, 37].

Очевидно, что при активной иммунизации (вакцинации) конъюгатами с гаптенами-аналогами наркотиков отобранных в исследование контингентов наркозависимых лиц будет активироваться система иммунитета с развитием гуморального иммунного ответа и продукцией специфичных к гаптенам-аналогам антител. При образовании по ходу развития гуморального иммунного ответа достаточного количества специфических антител и достижении их высокого сродства к целевому наркотику может быть обеспечена достаточно высокая связывающая способность этих антител, что приведет к связыванию циркулирующего в кровотоке наркотического вещества. Наркотик не достигнет локализованных в ЦНС структур-мишеней, эффект активации которых и является основой формирования наркотической зависимости.

Успех иммунологического подхода к инактивации наркотика путем активной иммунизации зависит от многих параметров. Например, возможность обеспечения in vivo достаточной концентрации образующихся при гуморальном иммунном ответе специфичных антител определяется иммуногенностью используемой вакцины. В то время как высокое сродство антител к целевому соединению – аффинность антител и сила связывания наркотика в иммунном комплексе в большей степени будет определяться структурой гаптена-аналога в составе используемого для иммунизации конъюгированного антигена. Следовательно, возрастания сродства (специфичности) к целевому лиганду образующихся в процессе вакцинации сывороточных иммуноглобулинов можно добиться, моделируя структуру применяемых для вакцинации конъюгированных антигенов, в частности путем использования в образцах вакцин различных по строению гаптенов-аналогов. Возможна модификация структуры не только гаптенной детерминанты, но и строения всей молекулы конъюгированного антигена – дизайна конъюгата: молекулярная масса носителя, эпитопная плотность гаптена, длина и тип химической связи между гаптеном и носителем. Наконец, возможно управлять характеристиками гуморального иммунного ответа (например, продолжительностью и интенсивностью ответа к различным частям комплексной антигенной молекулы), используя различные схемы иммунизации животных конъюгированными антигенами [19].

После получения обнадеживающих экспериментальных данных по эффективности активной иммунизации на следующем этапе независимыми группами исследователей в клинических условиях была изучена эффективность вакцин различных наркотиков с привлечением для проведения клинических испытаний (I, II, III фазы) суммарно внушительного числа наркоманов-добровольцев [25, 26, 38]. Наилучшие результаты вакцинации были достигнуты при клинических испытаниях вакцин, предполагаемых к использованию в отношении никотиновой зависимости (III фаза клинических испытаний) [25]. Испытанные образцы вакцин продемонстрировали ограниченную эффективность. Явный позитивный эффект иммунизации отмечен максимум у трети испытуемых, и ни одна из испытанных вакцин до сих пор не одобрена к использованию по назначению [22, 25, 26].

Пригодные для реального клинического использования и эффективные образцы вакцин опиатов, кокаина или метамфетамина до сих пор не созданы, а полученные образцы экспериментальных вакцин находятся в процессе предклинических и одиночных клинических исследований (II фаза клинических испытаний) [25].

Об авторах

В. К. Козлов

Автор, ответственный за переписку.
Email: kvk52@mail.ru

д.м.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории биохимической токсикологии и фармакологии 

Список литературы

Дополнительные файлы