- «Medical Express» Xalqaro tibbiy ixtisoslashtirilgan ilmiy va amaliy multimedia jurnali va assotsiatsiyasi
Yanira Riffo-Vasquez∗, Radhakrishnan Venkatasamy, Clive P. Page Sackler Institute of Pulmonary Pharmacology, Institute of Pharmaceutical Science, King's College London, UK
Глюкокортикостероиды широко применяются при лечении астмы и хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Однако существует растущая обеспокоенность по поводу побочных эффектов этой группы препаратов, в частности, увеличения риска пневмонии. За последние два десятилетия предпринимались многочисленные попытки найти препараты, позволяющие снизить дозу глюкокортикостероидов, включая ксантины, такие как теофиллин. Было показано, что ксантины уменьшают потребность в глюкокортикостероидах, хотя их узкий терапевтический диапазон ограничивает более широкое применение.
Доксофиллин — это другой ксантин, который оказался клинически полезным для пациентов с астмой или ХОБЛ, обладая при этом более широким терапевтическим окном по сравнению с теофиллином. В настоящем исследовании показано, что доксофиллин оказывает выраженный стероид-сберегающий эффект как в аллергической, так и в неаллергической модели воспаления легких. Таким образом, совместное применение низких доз доксофиллина и глюкокортикостероида дексаметазона (в дозах, которые по отдельности не оказывали эффекта) значительно снижало инфильтрацию эозинофилов в легкие у сенсибилизированных аллергеном мышей, а также инфильтрацию нейтрофилов, индуцированную липополисахаридом (ЛПС), что соответствовало эффекту более высоких доз каждого препарата по отдельности.
Наши результаты свидетельствуют о том, что доксофиллин обладает значительной противовоспалительной активностью в легких и может обеспечить существенный стероид-сберегающий эффект.
Глюкокортикостероиды широко применяются в лечении пациентов с астмой или хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) [1]. Однако эта группа препаратов обладает множеством побочных эффектов, что побудило к активному поиску фармакологических подходов, позволяющих снизить дозировку глюкокортикостероидов без потери эффективности.
Например, клинические данные показывают, что терапия анти-IL5 может снизить потребность в глюкокортикостероидах у пациентов с тяжелой астмой [2], а добавление длительно действующего β2-агониста к низкой дозе ингаляционного глюкокортикостероида приводит к лучшим клиническим результатам по сравнению с удвоением дозы ингаляционного ГКС [3]. Это объясняет успех комбинированных ингаляторов.
Ксантины — препараты, широко используемые при заболеваниях дыхательных путей, обладают как бронхорасширяющим, так и противовоспалительным действием [4]. Однако у теофиллина — типичного представителя ксантинов — очень узкий терапевтический диапазон, и он вызывает множество дозозависимых побочных эффектов [5,6]. Кроме того, его необходимо применять с осторожностью в сочетании с другими препаратами из-за множества возможных лекарственных взаимодействий.
Это привело к поиску новых препаратов с улучшенным профилем безопасности, включая энпрофиллин, бамифиллин и доксофиллин — так называемые «новофиллины» [7]. Согласно клиническим данным, доксофиллин обладает более широким терапевтическим окном по сравнению с теофиллином и вызывает меньше сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных побочных эффектов [7].
Недавние исследования показали, что это может быть связано с тем, что доксофиллин не обладает значительным антагонизмом к аденозиновым рецепторам и не ингибирует ферменты фосфодиэстеразы (особенно PDE3, которая экспрессируется в сердечно-сосудистой системе) [8,9].
Мы и другие исследователи продемонстрировали, что доксофиллин обладает выраженным противовоспалительным действием [10,11], включая снижение миграции лейкоцитов в дыхательные пути [12]. В то время как у теофиллина установлено наличие стероид-сберегающего эффекта [13,14], данные о таком действии у доксофиллина пока ограничены.
Учитывая недавние опасения по поводу увеличения риска пневмонии у пациентов с астмой [15] и ХОБЛ [16], а также ограниченную эффективность ГКС у многих пациентов с ХОБЛ, активно разрабатываются новые подходы, позволяющие снизить потребность в применении кортикостероидов. Поскольку доксофиллин уже показал противовоспалительное действие [12] и значимую клиническую пользу у детей и взрослых с астмой и ХОБЛ, мы исследовали его потенциальную способность уменьшать потребность в глюкокортикостероидах на моделях легочного воспаления у мышей.
Для исследования использовали самцов и самок мышей линии BALB/c в возрасте 6–8 недель (поставщик: Envigo, Великобритания). Эксперименты были одобрены Министерством внутренних дел Великобритании в соответствии с Законом о научных процедурах с животными (1986 г.), а также локальным этическим комитетом Королевского колледжа Лондона. Исследование проводилось в соответствии с рекомендациями ARRIVE.
Самцам мышей линии BALB/c вводили 10 мкг липополисахарида (ЛПС, из E. coli, Sigma, Великобритания) интраназально под легким наркозом с использованием изофлурана.
Самкам BALB/c вводили внутрибрюшинно 30 мкг яичного белка куриного яйца (OVA, тип V; Sigma, UK), адсорбированного на насыщенном растворе гидроксида алюминия (2,5 мг/мл; Sanofi, Бразилия). Контрольная группа получала только гидроксид алюминия. Иммунизацию повторяли на 5-й и 10-й дни. На 14–16 дни все животные подвергались воздействию аэрозоля с OVA (3%) по 25 минут ежедневно.
В некоторых экспериментах применяли комбинацию низкой дозы доксофиллина (0,1 мг/кг) или монтелукаста с низкой дозой дексаметазона.
Через 24 часа после введения ЛПС или последнего OVA-вызывающего воздействия мышей усыпляли, вводили канюлю в трахею и промывали легкие тремя порциями физиологического раствора (по 0,5 мл). Образцы анализировали на общее количество клеток, а также выполняли дифференциальный подсчет (нейтрофилы, эозинофилы и моноциты) после окраски препарата по методу Diff Quick.
Данные анализировали с помощью дисперсионного анализа (ANOVA) с последующим тестом Бонферрони. Значимыми считали различия при p < 0,05.
3.1. Миграция нейтрофилов в просвет легких, вызванная ЛПС
Общее количество клеток, подсчитанное в бронхоальвеолярной жидкости (BAL) у мышей, обработанных ЛПС, через 24 часа после интраназального введения, было значительно выше по сравнению с мышами, получившими физиологический раствор (LPS: 196,8 ± 10,3 × 10⁴ клеток/мл, n = 5 против Saline: 27,2 ± 3,2 × 10⁴ клеток/мл, n = 5; p < 0,05).
Это сопровождалось значительным увеличением количества нейтрофилов в дыхательных путях у мышей, получивших ЛПС (170,4 ± 8,7 × 10⁴ клеток/мл), по сравнению с контрольными животными (0,2 ± 0,1 × 10⁴ клеток/мл; δp < 0,0001, Рис. 1A).
Воспалительная реакция была значительно снижена у животных, получивших 1 мг/кг дексаметазона (p < 0,0001, n = 5) или 1 мг/кг доксофиллина (p < 0,01, n = 6), но не при применении меньших доз (0,1 мг/кг). Однако комбинация дексаметазона и доксофиллина в низкой дозе (0,1/0,1 мг/кг), которые по отдельности не давали эффекта, значительно подавляла миграцию нейтрофилов в легкие в ответ на 10 мкг ЛПС (Рис. 1B, p < 0,0001, n = 5).
3.2. Миграция эозинофилов в просвет легких, вызванная OVA
Общее количество клеток в BAL у мышей, сенсибилизированных OVA, через 24 часа после последнего аэрозольного вызова, было значительно выше по сравнению с контрольными (OVA: 33,5 ± 3,5 × 10⁴ клеток/мл, n = 10 против Saline: 11,8 ± 1 × 10⁴ клеток/мл, n = 10; p < 0,001).
При этом наблюдалось значительное увеличение количества эозинофилов в дыхательных путях у мышей, сенсибилизированных OVA (17,4 ± 2,9 × 10⁴ клеток/мл; αp < 0,001, Рис. 2A).
Интенсивность воспаления значительно снижалась у животных, получивших 1 мг/кг дексаметазона (p < 0,01, n = 5) или 1 мг/кг доксофиллина (p < 0,01, n = 5), но не при дозе 0,1 мг/кг.
Монтелукаст (0,1 или 0,3 мг/кг) и доксофиллин (0,1 мг/кг) по отдельности не снижали инфильтрацию эозинофилов. Однако комбинация дексаметазона и доксофиллина по 0,1 мг/кг значительно ингибировала миграцию эозинофилов в легкие (Рис. 2B, p < 0,0001, n = 6). Комбинация дексаметазона и монтелукаста в тех же дозах эффекта не дала (n = 5).
В данном исследовании мы показываем, что доксофиллин — ксантин, применяемый при заболеваниях дыхательной системы более 30 лет [7] — способен обеспечивать стероиды-сберегающий эффект в двух мышиных моделях воспаления легких. Мы продемонстрировали дозозависимое ингибирование доксофиллином нейтрофильного воспаления, вызванного ЛПС у здоровых животных (как и ранее сообщалось [12]), а также снижение эозинофильной инфильтрации у сенсибилизированных аллергеном мышей.
Эти данные расширяют ранее полученные доказательства противовоспалительного действия доксофиллина при легочных заболеваниях, таких как астма и ХОБЛ [12,25,26]. Также ожидаемо дексаметазон показал эффективность в обеих моделях, что соответствует его известным противовоспалительным свойствам.
Однако сочетание доксофиллина и дексаметазона в низких дозах, которые по отдельности не оказывали значимого действия, вызывало выраженное снижение лейкоцитарной инфильтрации в легкие — эффект был сопоставим с действием в 10 раз большей дозы дексаметазона. Это подтверждает потенциал доксофиллина как препарата, способного уменьшать потребность в кортикостероидах — что также показано в клинических исследованиях [27].
Ранее считалось, что теофиллин может усиливать действие кортикостероидов, взаимодействуя с гистонами-деацетилазами (HDAC), влияя на транскрипцию воспалительных генов [13]. Однако в наших предыдущих исследованиях мы не обнаружили подобного действия у доксофиллина [8], что делает маловероятным участие HDAC в его механизме.
Хотя ксантины иногда классифицируют как неспецифические ингибиторы фосфодиэстеразы (особенно PDE4), мы также не нашли подтверждений такому действию у доксофиллина [8]. Таким образом, точный механизм его стероиды-сберегающего действия пока не установлен.
Тем не менее, наши данные предоставляют научное обоснование для дальнейших клинических исследований доксофиллина как безопасного, эффективного и перорально активного препарата для лечения астмы и ХОБЛ. Более того, недавние исследования показывают, что при лечении доксофиллином пациенты реже нуждаются в кортикостероидах по сравнению с лечением теофиллином [30].
[1] S.P. Bergin, C.R. Rackley, Managing respiratory failure in obstructive lung disease, Clin. Chest Med. 37 (2016) 659–667. [2] E.H. Bel, S.E. Wenzel, P.J. Thompson, C.M. Prazma, O.N. Keene, S.W. Yancey, et al., Oral glucocorticoid-sparing effect of mepolizumab in eosinophilic asthma, N. Engl. J. Med. 371 (2014) 1189–1197. [3] B.F. Chauhan, C. Chartrand, M. Ni Chroinin, S.J. Milan, F.M. Ducharme, Addition of long-acting beta2-agonists to inhaled corticosteroids for chronic asthma in children, Cochrane database Syst. Rev. (2015) CD007949. [4] D. Spina, C.P. Page, Xanthines and phosphodiesterase inhibitors, Handb. Exp. Pharmacol. 237 (2017) 63–91. [5] S.R. Smith, M.J. Kendall, Potentiation of the adverse effects of intravenous terbu taline by oral theophylline, Br. J. Clin. Pharmacol. 21 (1986) 451–453. [6] T.A. Lee, G.T. Schumock, B. Bartle, A.S. Pickard, Mortality risk in patients receiving drug regimens with theophylline for chronic obstructive pulmonary disease, Pharmacotherapy 29 (2009) 1039–1053. [7] C.P. Page, Doxofylline: a "novofylline", Pulm. Pharmacol. Ther. 23 (2010) 231–234. [8] J. van Mastbergen, T. Jolas, L. Allegra, C.P. Page, The mechanism of action of doxofylline is unrelated to HDAC inhibition, PDE inhibition or adenosine receptor antagonism, Pulm. Pharmacol. Ther. 25 (2012) 55–61. [9] C.G.A. Persson, R. Pauwels, Pharmacology of anti-asthma xanthines, Pharmacol. Asthma Handb. Exp. Pharmacol. 98 (1991) 207–221. [10] J.S. Franzone, R. Cirillo, P. Biffignandi, Doxofylline exerts a prophylactic effect against bronchoconstriction and pleurisy induced by PAF, Eur. J. Pharmacol. 165 (1989) 269–277. [11] R. Cogo, A. Castronuovo, Effects of oral doxofylline on inflammatory changes and altered cell proliferation in chronic obstructive bronchitis, Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 4 (2000) 15–20. [12] Y. Riffo-Vasquez, F. Man, C.P. Page, Doxofylline, a novofylline inhibits lung in f lammation induced by lipopolysacharide in the mouse, Pulm. Pharmacol. Ther. 27 (2014) 170–178. [13] B.G. Cosio, A. Iglesias, A. Rios, A. Noguera, E. Sala, K. Ito, et al., Low-dose theo phylline enhances the anti-inflammatory effects of steroids during exacerbations of COPD, Thorax 64 (2009) 424–429. [14] S. Lim, A. Jatakanon, D. Gordon, C. Macdonald, K.F. Chung, P.J. Barnes, Comparison of high dose inhaled steroids, low dose inhaled steroids plus low dose theophylline, and low dose inhaled steroids alone in chronic asthma in general practice, Thorax 55 (2000) 837–841. [15] C.J. Qian, J. Coulombe, S. Suissa, P. Ernst, Pneumonia risk in asthma patients using inhaled corticosteroids: a quasi-cohort study, Br. J. Clin. Pharmacol. 83 (2017) 2077–2086. [16] S. Suissa, V. Patenaude, F. Lapi, P. Ernst, Inhaled corticosteroids in COPD and the risk of serious pneumonia, Thorax 68 (2013) 1029–1036. [17] K.N. Kornerup, G.P. Salmon, S.C. Pitchford, W.L. Liu, C.P. Page, Circulating pla telet-neutrophil complexes are important for subsequent neutrophil activation and migration, J. Appl. Physiol. 109 (2010) 758–767. [18] Y. Riffo-Vasquez, A. Somani, F. Man, R. Amison, S. Pitchford, C.P. Page, A non anticoagulant fraction of heparin inhibits leukocyte diapedesis into the lung by an effect on platelets, Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 55 (2016) 554–563. [19] R. Aul, J. Armstrong, A. Duvoix, D. Lomas, B. Hayes, B.E. Miller, et al., Inhaled LPS challenges in smokers: a study of pulmonary and systemic effects, Br. J. Clin. Pharmacol. 74 (2012) 1023–1032. [20] R. Aul, S. Patel, S. Summerhill, I. Kilty, J. Plumb, D. Singh, LPS challenge in healthy subjects: an investigation of neutrophil chemotaxis mechanisms involving CXCR1 and CXCR2, Int. Immunopharmacol. 13 (2012) 225–231. [21] L.G. Franciosi, Z. Diamant, K.H. Banner, R. Zuiker, N. Morelli, I.M. Kamerling, et al., Efficacy and safety of RPL554, a dual PDE3 and PDE4 inhibitor, in healthy volun teers and in patients with asthma or chronic obstructive pulmonary disease: find ings from four clinical trials, Lancet Respir. Med. 1 (2013) 714–727. [22] C. Kilkenny, W.J. Browne, I.C. Cuthill, M. Emerson, D.G. Altman, Improving bioscience research reporting: the ARRIVE guidelines for reporting animal research, PLoS Biol. 8 (2010) e1000412. [23] Y. Riffo-Vasquez, A.R. Coates, C.P. Page, D. Spina, Mycobacterium tuberculosis chaperonin 60.1 inhibits leukocyte diapedesis in a murine model of allergic lung inflammation, Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 47 (2012) 245–252. [24] Y. Riffo-Vasquez, D. Spina, C. Page, P. Tormay, M. Singh, B. Henderson, et al., Effect of Mycobacterium tuberculosis chaperonins on bronchial eosinophilia and hyper responsiveness in a murine model of allergic inflammation, Clin. Exp. Allergy 34 (2004) 712–719. [25] S.M. Margay, S. Farhat, S. Kaur, H.A. Teli, To study the efficacy and safety of doxophylline and theophylline in bronchial asthma, J. Clin. Diagn Res. 9 (2015) FC05–8. [26] D. Shukla, S. Chakraborty, S. Singh, B. Mishra, Doxofylline: a promising methyl xanthine derivative for the treatment of asthma and chronic obstructive pulmonary disease, Expert Opin. Pharmacother. 10 (2009) 2343–2356. [27] M.G. Rajanandh, A.D. Nageswari, K. Ilango, Assessment of various second-line medications in addition to inhaled corticosteroid in asthma patients: a randomized controlled trial, Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 41 (2014) 509–513. [28] D. Mokra, A. Drgova, J. Mokry, J. Bulikova, R. Pullmann, P. Durdik, et al., Combination of budesonide and aminophylline diminished acute lung injury in animal model of meconium aspiration syndrome, J. Physiol. Pharmacol. 59 (Suppl 6) (2008) 461–471. [29] M.G. Rajanandh, A.D. Nageswari, K. Ilango, Pulmonary function assessment in mild to moderate persistent asthma patients receiving montelukast, doxofylline, and tiotropium with budesonide: a randomized controlled study, Clin. Ther. 36 (2014) 526–533. [30] F.S. Mennini, P. Sciattella, A. Marcellusi, A. Marcobelli, A. Russo, A.P. Caputi, Treatment plan comparison in acute and chronic respiratory tract diseases: an ob servational study of doxophylline vs. theophylline, Expert Rev. Pharmacoecon Outcomes Res. (2017) 1–8