Д.Б. Корман
ХИМИЧЕСКИЕ МУТАГЕНЫ В РАЗРАБОТКЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ ПРЕПАРАТОВ1
Известно, что почти все современные противоопухолевые препараты обладают мутагенными свойствами, а некоторые из них могут быть отнесены к супермутагенам - это в первую очередь производные этиленимина (тиофосфамид, дипин, имифос и др.) и нитрозомочевины (нитрозоалкилмочевины).
Однако мутагенность таких препаратов установили уже после того, как обнаружили их противоопухолевую активность. Нитрозометилмочевина (НММ), супермутагенность которой впервые выявил и детально изучил И.А. Рапопорт, - первое и, вероятно, пока единственное эффективное противораковое средство, изучать которое стали, исходя из его мутагенной активности.
Первые эксперименты по изучению противоопухолевых свойств нитрозометилмочевины начались по инициативе И.А. Рапопорта в конце 1962 г. Тогда Н.М. Эмануэль организовал в Институте химической физики АН СССР лабораторию по изучению противоопухолевой эффективности и механизмов действия различных химических соединений, в первую очередь ингибиторов свободно-радикальных процессов (антиоксидантов). Активную роль в организации и работе этой лаборатории играл проф. Е.М. Вермель, один из основоположников отечественной противоопухолевой химиотерапии. Е.М. Вермель был хорошо знаком с И.А. Рапопортом еще с конца 40-х годов, они часто обсуждали различные биологические проблемы. В одной из таких встреч и родилась идея искать новые эффективные противоопухолевые препараты среди супермутагенов. В то время Рапопорт очень активно занимался производными нитрозомочевины, и именно с этой группы было решено начать поиски.
С таким предложением И.А. Рапопорт и Е.М. Вермель пришли к Н.М. Эмануэлю, который сразу одобрил идею и выделил для работы группу сотрудников. Первые же опыты на 45 крысах с перевиваемой саркомой показали очень высокую активность НММ: опухоли даже больших размеров полностью рассасывались почти у всех животных. С этих экспериментов началось систематическое исследование алкильных производных нитрозомочевины - метил-, этил-, пропил-, диметилнитрозомочевины.
В результате большой серии сравнительных опытов по изучению противоопухолевой активности, токсичности, химиотерапевтических индексов, кумулятивных свойств и пр. для последующих клинических исследований была выбрана нитрозометилмочевина. На основе испыта-
1 Опубликована ранее в журнале "Природа" (1997. № 1. С. 12-16).
169
ний в ведущих онкологических клиниках страны, проводившихся в 1965 г., была установлена эффективность этого препарата при ряде опухолей. В 1973 г. Фармакологический комитет МЗ СССР рекомендовал НММ для медицинского применения и промышленного производства.
Группа нитрозоалкилмочевин в современной противоопухолевой химиотерапии представлена кроме НММ еще рядом препаратов. Значительная часть их создана в США также в начале 60-х годов, в ходе проводившегося тогда тотального скрининга на противоопухолевую активность всех известных химических соединений. В 1963 г. после проверки нитрозометилмочевины также обнаружили ее высокую активность и, что особенно привлекло внимание, эффективность при интрацеребрально перевитых опухолях, что в те годы было уникальным для противоопухолевых препаратов.
Однако сотрудники Национального ракового института США, получившие эти результаты, не стали проводить широких предклинических испытаний НММ. Позднее они рассказывали, что понимали бесперспективность коммерциализации у них известного химического соединения ввиду невозможности его патентования как нового вещества, а значит, и невозможности заинтересовать в нем фармацевтические фирмы. Поэтому они синтезировали на основе НММ ряд хлорэтильных производных нитрозомочевины, в том числе бисхлопэтилнитрозомочевину (BCNU), циклогексилхлорэтилнитрозомочевину (CCNU), быстро провели с ними все необходимые предклинические исследования и в 1966 г. приступили к клиническим испытаниям. В середине 70-х годов было получено разрешение на медицинское использование этих препаратов. В 70-80-х годах в разных странах (СССР, США, Япония, Франция) было синтезировано и изучено большое число различных производных нитрозомочевины, часть из них также вошла в арсенал современной противоопухолевой химиотерапии.
В настоящее время нитрозоалкилмочевины составляют одну из основных групп препаратов для химиотерапии больных злокачественными опухолями2.
Отличиенитрозоалкилмочевинотдругихпротивоопухолевыхсредств обусловлено своеобразием их физико-химических свойств и механизмов действия, сочетающих реакции алкилирования и карбамилирования. Среди характерных особенностей можно выделить широту спектра противоопухолевой активности в отношении экспериментальных опухолей; способность интенсивно проникать через гематоэнцефалический барьер и воздействовать на опухоли центральной нервной системы; циклонеспецифичность, т.е. летальное действие как на делящиеся (пролиферирующие), так и на покоящиеся клетки опухолей; отсутствие перекрестной резистентности с противоопухолевыми препаратами других классов.
Широту спектра действия препаратов этой группы характеризует, в частности, большое число экспериментальных опухолей различного гистогенеза и происхождения, высокочувствительных к нитрозоалкилмо-
2Эмануэль Н.М, Карман Д.Б., Островская Л.А. и др. Нитрозоалкилмочевины - новый класс противоопухолевых препаратов. М., 1978.
170
чевинам. Так, эффективность НММ выявлена по отношению к 30 различным типам экспериментальных опухолей, включая спонтанные и индуцированные.
Значительная активность нитрозоалкилмочевин при опухолях мозга определяется, очевидно, их высокой растворимостью в липидах, что позволяет легко проникать через клеточные мембраны и гематоэнцефалический барьер. Установлено, что некоторые нитрозоалкилмочевины, в том числе и НММ, после системного (внутрибрюшинного или внутривенного) введения накапливаются в ткани головного мозга преимущественно в опухолевых участках. Вероятно, именно с этим связана высокая эффективность таких препаратов при интрацеребральных трансплантированных и индуцированных опухолях головного мозга.
Важная фундаментальная особенность биологического действия нитрозоалкилмочевин - их циклинеспецифичность. Для большинства цитостатиков (веществ, подавляющих деление клеток) характерно преимущественное действие на растущие клетки и устойчивость к ним покоящихся клеток опухоли. Нитрозоалкилмочевины способны оказывать летальное воздействие не только на пролиферирующие клетки, но и на покоящиеся.
Высокой чувствительностью покоящихся опухолевых клеток к нитрозоалкилмочевинам, очевидно, объясняется активность этих соединений при медленно растущих экспериментальных опухолях, а также при опухолях большого размера, значительную часть клеток которых составляют покоящиеся. Например, для разных генераций спонтанного рака молочной железы у специальной линии мышей СЗН, отличающихся интенсивным ростом клеточной популяции, установлена обратная зависимость между исходным пролиферативным пулом опухоли и чувствительностью к НММ. Наибольшая активность препарата наблюдалась в случаях, когда фракция размножающихся клеток не превышала 20%. Эту же зависимость характеризует обнаруженное на некоторых перевиваемых опухолях возрастание активности НММ с увеличением размеров опухоли.
Важное свойство нитрозоалкилмочевин, впервые обнаруженное для НММ, - индукция в растущих опухолевых клетках длительно существующих (остаточных) структурных повреждений хромосом. В нормальных клетках хромосомные аберрации быстро удаляются. Например, у мышей с перевитым асцитным раком Эрлиха хромосомные аберрации в клетках костного мозга, индуцированные введением терапевтической дозы НММ, исчезают через 48-72 часа после введения препарата, тогда как в опухолевых клетках высокий уровень хромосомных аберраций сохраняется спустя 7-10 суток. Следует отметить, что существует прямая линейная корреляция между уровнем остаточных цитогенетических повреждений в популяции пролиферирующих опухолевых клеток и противоопухолевым эффектом соединений, вызывающих эти изменения.
На большом числе опухолевых штаммов показано, что опухолевые клетки с приобретенной устойчивостью к действию алкилирующих агентов, антифолиевых препаратов, антагонистов пуринов и пиримидинов, ингибиторов синтеза ДНК - чувствительны к нитрозоалкилмочевинам. Это послужило основанием для разработки терапевтических схем, где сочетаются Нитрозоалкилмочевины с другими цитостатиками.
171
Совместное применение НММ с препаратами разных групп (циклофосфан, метотрексат, 5-фторурацил, блеомицин, адриамицин, цисплатин и др.) дало усиленный положительный эффект.
В современной клинической противоопухолевой химиотерапии нитрозоалкилмочевины - одна из основных и широко используемых групп в лечении ряда злокачественных опухолей3.
За время, прошедшее с момента начала клинических испытаний НММ, препарат был применен более чем у 10 тыс. больных различными опухолями. В настоящее время его назначают в случаях лимфогранулематоза, лимфосаркомы, меланомы, мелкоклеточного рака легкого.
Результаты лечения больных лимфогранулематозом НММ позволяют считать ее одним из наиболее эффективных терапевтических средств при этом заболевании. Применение ее в виде монохимиотерапии у 48 больных лимфогранулематозом IIБ-IVБ стадий привело к выраженному объективному улучшению у 38 (79%) больных, при этом у 12 больных отмечены полные ремиссии, продолжающиеся в среднем 6,5 месяца, а у отдельных больных несколько лет. Особого внимания заслуживает тот факт, что НММ одинаково эффективна как у больных, ранее не получавших химиотерапию, так и у больных, многократно леченых разными препаратами и облучением и ставших к ним резистентными. Эти клинические данные подтверждают заключение, сделанное на основании экспериментальных исследований, об отсутствии перекрестной резистентности между НММ и цитостатиками других классов.
Разработаны и испытаны различные схемы комбинированной химиотерапии лимфогранулематоза, включающие НММ. Согласно обобщенным данным ряда исследований применение таких схем у 163 больных привело к полным ремиссиям у 73 (45%) больных и частичным ремиссиям (уменьшению размеров опухолевых узлов более чем на 50%) - у 42 (26%). Полные ремиссии в результате такой комбинированной химиотерапии продолжались в среднем 1,5 года, у ряда больных - более 5-15 лет.
Близкая эффективность нитрозометилмочевины отмечена при лечении больных лимфосаркомой. И в этом случае отсутствует перекрестная резистентность с другими препаратами, применяемыми для лечения этой опухоли.
Важное значение имеет положительное действие НММ при лечении больных меланомой. Эта опухоль нечувствительна практически ко всем современным препаратам, и потому ее терапия представляет в настоящее время серьезную проблему. Применение НММ у 81 больного с генерализованной меланомой кожи привело к объективному эффекту у 19 больных, в том числе у 7 (9%) отмечено полное исчезновение всех проявлений заболевания. Различные схемы комбинированной химиотерапии, включающие меланомы, сопровождались полной (924 больных) и частичной (46 больных) ремиссией. Несмотря на, казалось бы, скромные цифры, на самом деле они свидетельствуют о значительной ценности НММ для современной противоопухолевой химиотерапии, посколь-
3Дементьева Н.П. Нитрозометилмочевины в клинической химиотерапии злокачественных опухолей // Вопросы онкологии. 1988. № 1. С. 8-17.
172
ку для этого контингента больных практически не было иного способа лечения. Для больных мелкоклеточным раком легкого НММ - также один из наиболее активных препаратов как в монохимиотерапии, так и в различных комбинациях с другими препаратами.
Клиническое применение НММ подтвердило высокую способность препарата проникать через гематоэнцефалический барьер и воздействовать на опухоли центральной нервной системы. Описано довольно много случаев эффективного действия НММ при метастатическом поражении головного и спинного мозга у больных лимфогранулематозом, лимфосаркомой, мелкоклеточным раком легкого, меланомой. Терапевтический эффект заключается в купировании или значительном уменьшении клинических проявлений поражения ЦНС, вплоть до ликвидации параличей и парезов.
Многие аспекты клинического применения нитрозометилмочевины требуют дальнейших исследований. Необходимы специальное изучение эффективности НММ при первичных опухолях головного мозга, разработки новых схем комбинированной химиотерапии опухолей с уже доказанной чувствительностью к препарату, поиски дозовых и временных режимов применения препарата с учетом данных, полученных при экспериментальных исследованиях последних лет.
Более 30 лет прошло с того времени, когда И.А. Рапопорт предложил применять супермутагены в качестве противоопухолевых средств. Вплоть до последних дней жизни он активно интересовался, как идут дела с исследованием нитрозометилмочевины, с внедрением препарата в практику. Годы не только подтвердили справедливость и перспективность выдвинутой им идеи, но и принесли реальную пользу сотням больных людей, что, как мне кажется, И.А. Рапопорт считал одним из главных своих достижений, хотя прямо об этом никогда не говорил.
Ю.А. Ревазова
МУТАГЕНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ1
Химический мутагенез зародился еще в 1932 г., и это не оговорка: В.В. Сахаров, М.Е. Лобашев впервые продемонстрировали способности химических веществ, таких как уксусно-кислый свинец, йодистый калий и ряд других, вызывать мутации на классическом генетическом объекте - дрозофиле2. И хотя эффекты были невелики (превышающие спонтанный темп мутирования в 2-3 раза), тем не менее у ионизирующей радиации появился соперник. Достойным этот соперник стал много поз-
1 Ранее опубликована в журнале "Природа" (1997. № 1. С. 35-39).
2Лобашев М.Е., Смирнов Ф.А. К природе действия химических агентов на мутационные процессы у Drosophila melanogaster // ДАН СССР. 1934. Т. 3. Вып. 3. С. 307; Сахаров В.В. Йод как химический фактор, действующий на мутационный процесс у Drosophila melanogaster // Биол. журнал. 1932. Т. 1. С. 1-8.
173