Противолучевые свойства интерлейкина-1


A. H. Гребенюк, В. И. Легеза





ПРОТИВОЛУЧЕВЫЕ СВОЙСТВА

ИНТЕРЛЕЙКИНА-1












Санкт-Петербург ФОЛИАНТ 2012

УДК 612.017.1
ББК 52.54



           Рецензенты:
           Профессор кафедры медицины катастроф Российской медицинской академии последипломного образования Минздравсоцразвития РФ заслуженный деятель науки РФ доктор медицинских наук профессор М. В. Васин
           Директор Государственного научно-исследовательского института особо чистых биопрепаратов ФМБА России доктор медицинских наук профессор А. С. Симбирцев

       Гребенюк А. Н., Легеза В. И. Противолучевые свойства интерлейкина-1. — СПб: ООО «Издательство ФОЛИАНТ», 2012.— 216 с. : ил.

ISBN 978-5-93929-227-6

В книге изложены современные представления о биологических свойствах интерлейкина-1 —одного из ключевых медиаторов защитных реакций организма, играющего важную роль в регуляции гемопоэза и иммунной системы. Представлены экспериментальные данные о радиозащитной и лечебной эффективности этого цитокина в условиях острого облучения, при пролонгированном и фракционированном радиационном воздействии, о его влиянии на течение и исход комбинированных, сочетанных и местных лучевых поражений. Приведены сведения о переносимости препарата рекомбинантного интерлейкина-1 в «Беталейкина» здоровыми людьми, о его способности модифицировать реакции клеточного и гуморального звеньев иммунной системы человека, развивающиеся после облучения проб периферической крови in vitro. Обсуждаются возможные механизмы реализации противолучевых свойств интерлейкина-1 и перспективы его применения в качестве средства медицинской противорадиационной защиты.
Книга предназначена для специалистов в области радиационной фармакологии, гематологии, иммунологии, безопасности жизнедеятельности и медицины катастроф. Она может быть рекомендована в качестве учебного пособия для студентов медицинских и биологических вузов, а также для слушателей циклов повышения квалификации при изучении вопросов радиобиологии и экстремальной медицины.









ISBN 978-5-93929-227-6

                                     ©А. Н. Гребенюк, В. И. Легеза, 2012
             © ООО «Издательство ФОЛИАНТ», 2012

            ОГЛАВЛЕНИЕ



Список сокращений................................................... 4
Предисловие......................................................... 5
Введение............................................................ 9
Глава 1. Основные биологические свойства интерлейкина-1............ 13
Глава 2. Радиопротекторная эффективность интерлейкина-1 при остром внешнем облучении.................................................. 29
Глава 3. Терапевтическая эффективность интерлейкина-1 при остром внешнем облучении.................................................. 51
Глава 4. Противолучевая эффективность интерлейкина-1 при других вариантах радиационного воздействия................................ 87
        4.1. Пролонгированное облучение............................ 87
        4.2. Фракционированное облучение........................... 94
        4.3. Местное (локальное) облучение (при участии Н. И. Заргаровой) 100
Глава 5. Противолучевая эффективность интерлейкина-1 при комбинированных и сочетанных радиационных поражениях 110
        5.1. Комбинированные радиационные поражения................111
        5.2. Сочетанные радиационные поражения от внешнего и внутреннего облучения....................................114
        5.3. Сочетанные радиационные поражения от внешнего общего и местного (локального) облучения
           (при участии Н. И. Заргаровой)..........................120
Глава 6. Влияние интерлейкина-1 на противолучевую эффективность средств профилактики радиационных поражений
        (при участии В. В. Зацепина)...............................129
        6.1. Препарат Б-190 и интерлейкин-1........................130
        6.2. Цистамин и интерлейкин-1..............................141
        6.3. Гепарин и интерлейкин-1 ..............................162
Глава 7. Оценка переносимости и противолучевой эффективности рекомбинантного интерлейкина-10 человека «Беталейкина» при его введении здоровым людям
        (при участии А. А. Тимошевского)...........................166
        7.1. Переносимость беталейкина.............................170
        7.2. Противолучевая эффективность беталейкина..............180
Заключение.........................................................190
Список литературы..................................................194

            СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ



        АЭС — атомная электрическая станция
        ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота
       Г-КСФ — гранулоцитарный колониестимулирующий фактор
      ГМ-КСФ — гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор
          ИЛ — интерлейкин
        ИФН — интерферон
          КБ — катионные белки
       КРМП — комбинированное радиационно-механическое поражение
       КРТП — комбинированное радиационно-термическое поражение
      КОЕ-Сд — колониеобразующие единицы на селезенке на 9-е сутки
     МАГАТЭ — Международное агентство по атомной энергии
        МДА — малоновый диальдегид
        МЛП — местное лучевое поражение
        МПО — миелопероксидаза
        НСТ — тест восстановления нитросинего тетразолия
        ОЛБ — острая лучевая болезнь
       ПУЭР — перекисная устойчивость эритроцитов
       РБТЛ — реакция бласттрансформации лимфоцитов
          РВ — радиоактивное вещество
СД50/30 — смертельная доза, при которой за 30 суток наблюдения погибает половина облученных биообъектов
        СОЭ — скорость оседания эритроцитов
        СПЖ — средняя продолжительность жизни погибших от облучения животных
        СРП — сочетанное радиационное поражение
      усл. ед. — условные единицы
        ФИД — фактор изменения дозы
       ФЛМП — формил-лейцин-метионил-пролин
        ФМА — форболмиристатацетат
        ФНО — фактор некроза опухолей
         ЩФ — щелочная фосфатаза
          CD — дифференцировочные антигены
        FITC — флюоресцеинизотиоционат (флюоресцентный краситель)
        PWM — митоген лаконоса

            ПРЕДИСЛОВИЕ



Ионизирующие излучения являются одним из наиболее серьезных факторов, влияющих на жизнь, здоровье и работоспособность человека в условиях применения ядерного оружия, радиационных аварий и катастроф мирного времени. Однако существующие в настоящее время средства и методы профилактики и оказания неотложной помощи при радиационных поражениях не позволяют полностью решить проблемы медицинской противорадиационной защиты и требуют дальнейшего совершенствования. В частности, самый ранний период после острого радиационного воздействия, когда имеются наибольшие возможности для модификации развивающегося лучевого поражения, остается практически без медикаментозного обеспечения. Определенные перспективы в решении этих проблем могут быть связаны с использованием в качестве медицинского средства противорадиационной защиты препаратов интерлейкина-1 (ИЛ-1).
   Почти 30 лет тому назад, в 1984 году C. A. Dinarello и его сотрудники открыли два интерлейкина — ИЛ-1а и ИЛ-10, что позволило ответить на вопрос: может ли единичный полипептид вызывать значительное число различных биологических эффектов? Эксперименты, проведенные после идентификации структур этих двух молекул, продемонстрировали, что ИЛ-1а и ИЛ-10 обладают множеством функций, направленных прежде всего на развитие воспалительных реакций в тканях и органах. Среди них можно отметить индукцию лихорадки, синтез острофазовых белков клетками печени, деградацию хряща, резорбцию костей и усиленную продукцию простагландина Е2, увеличение уровня адренокортикотропного гормона, активацию пролиферации эн-дотелиоцитов и остеобластов. Этот цитокин индуцирует хемотаксис нейтрофилов и макрофагов, стимулирует дифференцировку и пролиферацию B-клеток, высвобождение факторов, связанных с ростом и дифференцировкой миелоидной и лимфо

5

идной клеточных линий, усиливает ответы Т-лимфоцитов на антигены и митогены, играет важную роль в регуляции и транскрипции генов ряда интерлейкинов в определенных Т-клеточ-ных линиях. Вследствие этого ИЛ-1 обладает ярко выраженным иммуностимулирующим действием, а при его введении в малых дозах развивается защитная реакция организма, прежде всего от инфекционных заболеваний.
   В ходе дальнейших исследований удалось показать, что ИЛ-1 обладает способностью стимулировать миелоидные клетки к синтезу гемопоэтических ростовых факторов, среди которых ГМ-КСФ, Г- и М-КСФ, способствующие поддержанию необходимого уровня кроветворных клеток. Эти колониестимулирующие факторы играют важную роль в восстановлении костного мозга после воздействия на него различных повреждающих агентов, таких, например, как ионизирующая радиация, химические вещества или токсины.
   Наличие у этого цитокина вышеперечисленных свойств обосновало необходимость создания медицинского препарата «Бе-талейкин», который является лекарственной формой рекомбинантного интерлейкина-1бета (ИЛ-10) человека. Этот препарат был создан в Государственном научно-исследовательском институте особо чистых биопрепаратов Федерального медико-биологического агентства (Санкт-Петербург) с помощью генно-инженерных технологий, в результате чего он полностью соответствует эндогенному аналогу как по биохимическим характеристикам, так и по биологическому действию. В настоящее время беталейкин является единственным рекомбинантным препаратом ИЛ-10, разрешенным к применению в лечебной практике на территории РФ.
   Основным показанием к применению беталейкина в качестве иммуностимулятора являются вторичные иммунодефицитные состояния, развивающиеся после тяжелых травм, обширных хирургических вмешательств, в результате гнойно-септических и гнойно-деструктивных процессов, инфекционных заболеваний, а также при хронических септических состояниях. Иммуностимулирующее действие препарата реализуется путем повышения функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов, индукции дифференцировки предшественников иммунокомпетентных клеток, усиления пролиферации лимфоцитов, активации продукции цитокинов и увеличения антителообразования.

6

   Еще одним показанием к применению беталейкина является впервые выявленный туберкулез легких ограниченной протяженности с преобладанием продуктивного типа тканевой реакции (с деструкцией и без нее), а также туберкулез легких, при котором сохраняются средние размеры продуктивных фокусов в легочной ткани и «остаточные полости» на 4-5-м месяце лечения независимо от исходной формы туберкулеза.
   Кроме того, беталейкин применяют в качестве стимулятора лейкопоэза при токсической лейкопении II—IV степени, осложняющей химио- и лучевую терапию злокачественных опухолей, и как протектор нарушений лейкопоэза при необходимости проведения химиотерапии в условиях лейкопенического фона. В этом случае эффект препарата обусловлен его способностью инициировать вступление стволовых клеток в митотический цикл и их мобилизацию в кровь, усиливать выработку гемопоэтических ростовых факторов, включать механизмы общей и местной неспецифической резистентности.
   Еще одно важное свойство ИЛ-1 — его способность повышать радиорезистентность организма и стимулировать восстановительные процессы после различных вариантов радиационного воздействия. В настоящее время беталейкин рассматривается в качестве единственного в нашей стране средства экстренной противолучевой терапии при острых аварийных тотальных и субтотальных воздействиях ионизирующего излучения, не осложненных дополнительным термическим воздействием. Это показание к применению препарата было обосновано многочисленными экспериментальными и клиническими исследованиями.
   Изучение радиозащитной и лечебной эффективности препаратов ИЛ-1 проводилось во многих учреждениях (ГосНИИ особо чистых биопрепаратов, Институт биофизики, Южно-Уральский институт биофизики, Медицинский радиологический научный центр, Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины), но именно в Военно-медицинской академии и Институте военной медицины была дана наиболее полная и исчерпывающая характеристика противолучевых свойств этого цитокина. Основные результаты этой работы изложены в предлагаемой читателям монографии. Авторы этой книги — видные отечественные радиобиологи профессора А. Н. Гребенюк и В. И. Легеза — руководили творческими коллективами, в которых в течение двух десятилетий проводились планомерные исследования по оценке эффективности рекомбинантного ИЛ-10

7

при различных вариантах радиационных воздействий. За это время было изучено влияние профилактического и лечебного применения ИЛ-1 на течение радиационных поражений, вызванных внешним острым, пролонгированным и фракционированным облучением, показана возможность использования этого цитокина при местных лучевых поражениях кожи. Значительный интерес представляют приведенные в книге сведения об эффектах ИЛ-1 при комбинированных и сочетанных радиационных поражениях, а также авторские данные о влиянии препарата на противолучевую эффективность табельных средств профилактики радиационных поражений. Уникальный клиникоэкспериментальный материал, не имеющий аналогов, касается оценки переносимости и противолучевой эффективности бета-лейкина при его введении здоровым людям. В заключении авторы на основании данных литературы и результатов собственных исследований обосновывают основные возможные механизмы реализации противолучевых свойств ИЛ-1, а также обсуждают перспективы применения беталейкина в качестве средства медицинской противорадиационной защиты.
   Авторы рекомендовали свою монографию прежде всего специалистам в области радиобиологии, радиационной фармакологии, гематологии, иммунологии, безопасности жизнедеятельности и медицины катастроф. Хочется верить, что книга найдет своего внимательного читателя и среди студентов медицинских и биологических вузов, аспирантов и молодых ученых, совершающих первые шаги в интереснейшем мире медицинской науки. Благодаря этой книге, врачи и ученые смогут не только получить уникальную информацию о противолучевых свойствах ИЛ-1, но и понять всю сложность и многогранность создания, испытания и внедрения в клиническую практику новых фармакологических препаратов.


                                   Член-корреспондент РАМН профессор С. А. Кетлинский

            ВВЕДЕНИЕ



Все более расширяющееся (по сути, планетарное по распространенности и масштабам) использование ядерной энергии в различных сферах жизнедеятельности человека является неотъемлемой частью существования современного общества и необходимым условием дальнейшего научно-технического прогресса. Количество лиц, профессиональная деятельность которых связана с источниками ионизирующих излучений, постоянно возрастает, что неизбежно способствует не только увеличению радиационной нагрузки на население, но и созданию предпосылок для возникновения радиационных аварий и инцидентов с облучением человека. По данным МАГАТЭ (2003), не считая аварии на Чернобыльской АЭС, в мире произошло более 430 крупных радиационных инцидентов, в ходе которых не менее 3000 человек были значительно облучены, 133 из них со смертельным исходом. Наиболее значимыми радиационными авариями второй половины XX века стали Чернобыльская катастрофа (Украина, 1986), аварии в Гойянии (Бразилия, 1987), Сан-Сальвадоре (Сальвадор, 1989), Таммику (Эстония, 1994), Токай-Мура (Япония, 1999). К сожалению, эта печальная тенденция сохраняется и в XXI веке: аварии в Самарской области (Россия, 2000), Лиа (Грузия, 2001), Билыстоке (Польша, 2001) и др. Трагические и весьма грозные последствия повлекла за собой авария на японской АЭС Фукусима-1, пострадавшей в результате землетрясения и воздействия цунами в марте 2011 года.
   По данным регистра Федерального медицинского биофизического центра им. А. И. Бурназяна ФМБА России (2008), за время существования атомной энергетики на территории бывшего СССР и России произошло 349 радиационных инцидентов с серьезным облучением людей, при этом у 753 пострадавших имели место клинически значимые острые радиационные поражения, у 349 человек была диагностирована острая лучевая бо

9

лезнь, а 71 погиб в результате радиационного воздействия в первые 3-4 месяца после облучения. Только за последнее десятилетие на территории Российской Федерации произошло 36 аварийных ситуаций с источниками ионизирующих излучений с вовлечением в них более 80 человек, 48 из которых получили острые лучевые и комбинированные поражения.
   Следует также отметить, что, несмотря на очевидное потепление международных отношений, сохраняется вероятность применения ядерного оружия и других источников ионизирующих излучений в современных войнах, локальных вооруженных конфликтах, при террористических атаках. Наконец, весьма актуальной остается задача предотвращения лучевых поражений у экипажей длительных пилотируемых космических экспедиций и пациентов, подвергающихся тотальному или субтотальному радиационному воздействию в терапевтических целях.
   Все это свидетельствует о необходимости дальнейшего совершенствования системы медицинской противорадиационной защиты, важным компонентом которой являются лекарственные препараты, обладающие лечебно-профилактическим действием за счет вмешательства в ключевые звенья патогенеза лучевых поражений. Судя по данным литературы, к числу наиболее перспективных средств этой группы относятся цитокины.
   Цитокины представляют собой уникальную систему эндогенных полипептидных медиаторов, действующих путем связывания со специфическими рецепторами практически на все без исключения клетки организма, осуществляя регуляцию процессов индивидуального развития, различных физиологических функций и защитных реакций. Среди многочисленного семейства цитокинов одним из первых был открыт интерлейкин-1 (ИЛ-1), обладающий широким спектром биологической активности, связанной в первую очередь со стимуляцией защитных реакций организма.
   Как показывают результаты многочисленных исследований, ИЛ-1 принимает участие в механизмах развития острых и хронических воспалительных процессов, аутоиммунных состояний и различных проявлений аллергии, регенерации тканей и т. д. В настоящей монографии рассмотрен лишь один аспект биологического действия ИЛ-1, касающийся его радиозащитного и лечебного действия при радиационных поражениях.
   Несмотря на то, что к настоящему времени опубликовано значительное количество работ, посвященных этому вопросу, в

10

доступной литературе нам не удалось обнаружить трудов, в которых были бы обобщены и проанализированы данные, относящиеся к радиобиологическим эффектам этого цитокина. Изложению этих вопросов и посвящена настоящая монография.
   Первая ее глава содержит краткое описание основных биологических свойств ИЛ-1. В последующих четырех главах приводятся экспериментальные данные о влиянии профилактического и лечебного применения этого цитокина на течение и исходы радиационных поражений, вызванных общим кратковременным, пролонгированным, фракционированным и локальным облучением, а также комбинированным и сочетанным радиационным воздействием. Особое внимание обращено на изложение современных представлений о механизмах противолучевого действия ИЛ-1, и прежде всего его влиянии на гемопоэтическую и иммунную системы организма. В шестой главе рассмотрены вопросы, касающиеся возможности использования ИЛ-1 с радиопротекторами различного механизма действия. Седьмая, заключительная, глава посвящена оценке переносимости и радиоза-щитной эффективности ИЛ-1 у здоровых добровольцев. При этом использована оригинальная методика, основанная на изучении функционального состояния облученных in vitro лейкоцитов периферической крови у лиц, которым предварительно вводили цитокин в терапевтических дозах.
   В России углубленное экспериментальное и клиническое изучение ИЛ-1 стало возможным благодаря клонированию его генов и созданию на этой основе лекарственного препарата рекомбинантного ИЛ-1р человека «Беталейкина». В Военно-медицинской академии имени С. М. Кирова и Институте военной медицины* исследования противолучевых свойств этого препарата продолжаются почти двадцать лет. Анализируемые в данной книге материалы основаны в значительной степени на результатах, полученных авторами монографии и их учениками: доктором биологических наук Наталией Григорьевной Чигаревой, доктором медицинских наук Александром Анатольевичем Тимо-шевским, кандидатами медицинских наук Наталией Владимировной Аксеновой, Сергеем Николаевичем Бельским, Виктором Викторовичем Зацепиным, Вадимом Витальевичем Коневым, Кареном Галустовичем Саркисяном, Дмитрием Анатольевичем

   * В настоящее время — Научно-исследовательский испытательный центр (медико-биологической защиты) Научно-исследовательского испытательного института военной медицины Военно-медицинской академии имени С. М. Кирова.

11