Гипометилирующие агенты

Гипометилирующие агенты — это класс противоопухолевых лекарственных препаратов, которые ингибируют ферменты, катализирующие процесс метилирования ДНК, в первую очередь ДНК-метилтрансферазы. В результате их действия снижается уровень метилирования цитозиновых оснований в CpG-динуклеотидах генома, что приводит к реактивации генов-супрессоров опухолевого роста, подавленных в результате аберрантного метилирования (эпигенетического сайленсинга). Гипометилирующие агенты относятся к категории эпигенетических препаратов и применяются в терапии миелодиспластических синдромов (МДС), острых миелоидных лейкозов (ОМЛ) и некоторых других гематологических заболеваний.

История открытия и разработки

Первые исследования, связывающие метилирование ДНК с развитием рака, были проведены в 1980-х годах. Было установлено, что в опухолевых клетках часто наблюдается гиперметилирование промоторных областей генов-супрессоров, что приводит к их инактивации. Это открытие положило начало поиску веществ, способных обратить данный процесс вспять.

Первыми гипометилирующими агентами, одобренными для клинического применения, стали аналоги нуклеозидов — азацитидин (5-азацитидин) и децитабин (5-аза-2'-дезоксицитидин). Азацитидин был впервые синтезирован в 1964 году в Чехословакии, а его противоопухолевая активность была продемонстрирована в 1970-х годах. Децитабин был синтезирован в 1968 году. Долгое время эти препараты исследовались в высоких дозах как цитостатики, но их эффективность была ограничена из-за высокой токсичности. В 1990-х годах была пересмотрена концепция их применения: было показано, что низкие дозы азацитидина и децитабина способны эффективно ингибировать метилирование ДНК без значительной цитотоксичности, что привело к их повторному клиническому изучению.

В 2004 году азацитидин был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) для лечения миелодиспластического синдрома. В 2006 году FDA одобрило децитабин для той же нозологии. В России оба препарата зарегистрированы и применяются в клинической практике.

Механизм действия

Основной механизм действия гипометилирующих агентов связан с ингибированием ферментов семейства ДНК-метилтрансфераз (DNMT1, DNMT3A, DNMT3B). Эти ферменты катализируют перенос метильной группы на 5-й углерод цитозина в составе CpG-динуклеотидов.

Особенности механизма для аналогов нуклеозидов

Азацитидин и децитабин являются аналогами цитидина, которые после фосфорилирования внутри клетки включаются в ДНК (децитабин) или в РНК и ДНК (азацитидин) в процессе репликации. Включение этих аналогов в ДНК приводит к образованию ковалентной связи между атомом углерода в положении 5 аналога и ферментом DNMT1. Это приводит к необратимой инактивации фермента и его последующей деградации. В результате в дочерних клетках после каждого цикла деления уровень метилирования ДНК снижается, так как DNMT1 не может восстанавливать паттерн метилирования.

Эффекты на клеточном уровне

Снижение метилирования ДНК приводит к реактивации генов, которые были эпигенетически подавлены. Ключевыми из них являются:

• Гены-супрессоры опухолевого роста (например, p15INK4b, p16INK4a, CDKN2B).
• Гены, участвующие в апоптозе (например, DAPK1, CASP8).
• Гены репарации ДНК (например, MLH1, MGMT).
• Гены, регулирующие клеточную дифференцировку.

Помимо реактивации генов, гипометилирующие агенты могут вызывать и другие эффекты, включая активацию эндогенных ретровирусных элементов, что приводит к иммуногенному ответу (так называемый вирусная мимикрия), и индукцию клеточного старения.

Классификация

Гипометилирующие агенты можно классифицировать по химической структуре и механизму действия:

Аналоги нуклеозидов

Наиболее изученная и широко применяемая группа. Включает:

• Азацитидин (5-азацитидин) — препарат, встраивающийся в РНК и ДНК.
• Децитабин (5-аза-2'-дезоксицитидин) — препарат, встраивающийся преимущественно в ДНК.
• Гуадецитабин (SGI-110) — пролекарство децитабина, обладающее улучшенной фармакокинетикой и устойчивостью к дезаминированию.

Не-нуклеозидные ингибиторы

Эта группа находится на стадии клинических и доклинических исследований. Они не встраиваются в ДНК, а напрямую ингибируют активность DNMT. Примеры:

• RG108 — низкомолекулярный ингибитор, связывающийся с активным центром DNMT1.
• Наномицин A — природный продукт, ингибирующий DNMT1.
• Гидроксицитрат — ингибитор DNMT1, проявляющий активность в некоторых моделях.

Применение в медицине

Миелодиспластические синдромы

Гипометилирующие агенты являются стандартом первой линии терапии для пациентов с миелодиспластическими синдромами (МДС) высокого риска, особенно при наличии делеции 5q или избытка бластов. Азацитидин и децитабин демонстрируют способность улучшать показатели крови, снижать риск трансформации в острый миелоидный лейкоз (ОМЛ) и увеличивать общую выживаемость.

Острый миелоидный лейкоз

Применяются у пациентов с ОМЛ, особенно у пожилых (старше 65 лет) и/или с сопутствующими заболеваниями, которые не могут перенести интенсивную химиотерапию. Децитабин и азацитидин одобрены для лечения ОМЛ с низким риском и в качестве монотерапии.

Другие гематологические заболевания

Исследуется эффективность гипометилирующих агентов при:

• Хроническом миеломоноцитарном лейкозе (ХММЛ).
• Миелофиброзе.
• Некоторых лимфомах (например, Т-клеточных лимфомах кожи).

Солидные опухоли

Эффективность гипометилирующих агентов при солидных опухолях (рак легкого, рак молочной железы, колоректальный рак) оказалась значительно ниже, чем при гематологических заболеваниях. Это связано с особенностями фармакокинетики и метаболизма препаратов в тканях, а также с наличием у солидных опухолей множества других механизмов резистентности. Ведутся исследования по комбинированию гипометилирующих агентов с другими препаратами (например, ингибиторами контрольных точек иммунного ответа).

Побочные эффекты и токсичность

Гипометилирующие агенты, особенно аналоги нуклеозидов, обладают рядом побочных эффектов, связанных как с их действием на нормальные клетки, так и с метаболизмом препаратов.

• Миелосупрессия: наиболее частое и значимое побочное действие. Проявляется снижением уровня нейтрофилов (нейтропения), тромбоцитов (тромбоцитопения) и гемоглобина (анемия). Это может приводить к инфекциям, кровотечениям и анемическому синдрому.
• Гастроинтестинальные токсические эффекты: тошнота, рвота, диарея, запор, стоматит.
• Гепатотоксичность: повышение уровня печеночных ферментов (АЛТ, АСТ), билирубина.
• Нефротоксичность: редко, но может наблюдаться при высоких дозах.
• Общие реакции: слабость, утомляемость, лихорадка, кожные сыпи.

Резистентность

Несмотря на эффективность, у многих пациентов развивается резистентность к гипометилирующим агентам. Механизмы резистентности включают:

• Снижение активности дезоксицитидинкиназы (DCK): фермента, необходимого для фосфорилирования аналогов нуклеозидов.
• Повышение активности цитидиндезаминазы (CDA): фермента, инактивирующего препараты.
• Активация альтернативных путей метилирования.
• Мутации в генах DNMT3A.
• Эпигенетическая гетерогенность опухоли.

Исследования и перспективы

Современные исследования в области гипометилирующих агентов направлены на:

• Разработку новых, более селективных и менее токсичных ингибиторов DNMT (не-нуклеозидных).
• Комбинированную терапию: сочетание гипометилирующих агентов с ингибиторами гистондеацетилаз (HDAC), ингибиторами контрольных точек иммунного ответа (анти-PD-1/PD-L1), ингибиторами PARP, таргетными препаратами (например, венетоклакс).
• Использование гипометилирующих агентов для ресенсибилизации опухолей к другим видам терапии (например, к химиотерапии или иммунотерапии).
• Изучение роли гипометилирующих агентов в активации эндогенных ретровирусов и усилении противоопухолевого иммунитета.

Источники

1. Issa, J. P. (2004). DNA methylation as a therapeutic target in cancer. Clinical Cancer Research, 10(1 Pt 2), 389S-395S.
2. Kantarjian, H., et al. (2006). Decitabine improves patient outcomes in myelodysplastic syndromes: results of a phase III randomized study. Cancer, 106(8), 1794-1803.
3. Fenaux, P., et al. (2009). Efficacy of azacitidine compared with that of conventional care regimens in the treatment of higher-risk myelodysplastic syndromes: a randomised, open-label, phase III study. The Lancet Oncology, 10(3), 223-232.
4. Jones, P. A., & Baylin, S. B. (2007). The epigenomics of cancer. Cell, 128(4), 683-692.
5. Stresemann, C., & Lyko, F. (2008). Modes of action of the DNA methyltransferase inhibitors azacytidine and decitabine. International Journal of Cancer, 123(1), 8-13.
6. Oki, Y., & Issa, J. P. (2006). Epigenetic therapy in cancer. Current Opinion in Oncology, 18(6), 580-586.
7. Клинические рекомендации «Миелодиспластические синдромы» (Минздрав РФ, 2020).
8. Инструкции по медицинскому применению лекарственных препаратов «Азацитидин» и «Децитабин» (Государственный реестр лекарственных средств РФ).