Тимозин Алфа-1: тимусният имунен пептид в научен обзор
Dr. Sieglinde Klaus
Научна редакция · Bergdorf Bioscience
Dr. Sieglinde Klaus
Научна редакция · Bergdorf Bioscience
Тимозин Алфа-1 (Tα1, INN: Thymalfasin) е N-терминално ацетилиран пептид от 28 аминокиселини, произхождащ от тимуса, който се изследва като имуномодулиращ пептид и биологичен модификатор на отговора. Първоначално е изолиран от телешки тимус и е определена неговата последователност (Goldstein et al., 1977). Синтетичната лекарствена форма носи търговското наименование Zadaxin.
Тимозин Алфа-1 е тимусен полипептид, който през 1977 г. е изолиран от телешки тимус от Goldstein и колеги и е напълно секвениран (Goldstein et al., 1977). Веществото се състои от 28 аминокиселинни остатъка и принадлежи към класа на имуномодулиращите пептиди, които в имунологията се класифицират като биологични модификатори на отговора. Характерна е N-терминалната ацетилация: крайният серин носи ацетилна група, която добавя около 42 Da към молекулната маса и отличава зрялата форма от неацетилираната предшественица (Liu et al., 2013).
Синтетичната, фармацевтично стандартизирана форма носи международното непатентно наименование Thymalfasin и се предлага под търговското име Zadaxin. В историческия обзор Tα1 се описва като един от най-дълго изследваните тимусни пептиди, чието проучване обхваща няколко десетилетия (Camerini & Garaci, 2015). Tα1 е термостабилна, силно кисела молекула, чиито физикохимични свойства са документирани още в първоначалното описание (Goldstein et al., 1977).
Важно за класификацията: Тимозин Алфа-1 не е пептид за възстановяване на тъкани или ангиогенеза, а в изследванията се разглежда предимно като модулатор на пресечната точка между вродения и придобития имунитет (Dominari et al., 2020).
Аминокиселинната последователност на Тимозин Алфа-1 обхваща 28 остатъка и в едно-буквен код гласи Ac-SDAAVDTSSEITTKDLKEKKEVVEEAEN, тоест ацетилиран серин в N-края, последван от пълната верига до крайния аспарагин (Goldstein et al., 1977). Прави впечатление високият дял на кисели аминокиселини като аспартат и глутамат, който придава на молекулата нейния силно кисел характер.
Молекулната маса на зрялата, N-ацетилирана форма е около 3108 до 3109 Da; масспектрометрична характеристика посочва 3108,79 Da (Liu et al., 2013). Неацетилираният вариант има по-малка маса от около 3065 Da; ацетилната група добавя споменатите около 42 Da. Според наличната литература тази N-терминална ацетилация е структурно значима за пълната биологична активност и същевременно подобрява стабилността срещу разграждане от аминопептидази, тъй като ацетилацията удължава полуживота в сравнение със свободната амино-форма (Liu et al., 2013).
За лабораторната практика това означава, че чистотата и правилната ацетилация са решаващи качествени характеристики. Изследователите следва да проверяват специфичните за партидата сертификати за анализ, които обикновено посочват степени на чистота от 98 процента или по-висока, както и потвърждение на N-терминалната ацетилация. Термостабилността на молекулата беше подчертана като забележителна характеристика още в първоначалното описание (Goldstein et al., 1977).
В изследванията Тимозин Алфа-1 се описва като плейотропен имуномодулатор, който действа предимно в пресечната точка между вродения и придобития имунитет (Romani et al., 2007). Един централен механизъм на действие протича чрез Toll-подобни рецептори: проучвания посочват, че Tα1 сигнализира чрез TLR2 върху миелоидни дендритни клетки и чрез TLR9 върху плазмацитоидни дендритни клетки, и то по MyD88-зависимия сигнален път, който активира IRF7 и води до интерфероновия ефекторен път (IFN-α и IFN-γ) (Dominari et al., 2020).
На клетъчно ниво, според литературата, Tα1 насърчава съзряването и диференциацията на дендритните клетки и благоприятства Th1-поляризация. Това върви заедно със засилена функция на T-клетките (CD4+ и CD8+), както и на NK-клетките, и може да възстанови понижените клетъчни бройки при имунокомпрометирани състояния (Dominari et al., 2020). Съпътстващо се стимулират цитокини като IFN-γ и IL-2.
Особено интересен аспект е двойната регулация: Tα1 индуцира в дендритните клетки индоламин-2,3-диоксигеназата (IDO) и заедно с това триптофановия катаболизъм, при което възниква регулаторна среда, която балансира възпалението и толерантността (Romani et al., 2007). Затова в изследванията Tα1 се описва като ендогенен регулатор на възпалението, имунитета и толерантността, който засилва ефективните имунни отговори и същевременно може да потиска свръхактивацията.
В наличната клинична и фармакологична литература стандартният режим е добре документиран. Установената схема предвижда 1,6 mg подкожно два пъти седмично, което приблизително съответства на 900 µg на квадратен метър телесна повърхност; приложението в проучванията обикновено се простираше в продължение на шест до дванадесет месеца (Dominari et al., 2020). За педиатрични или нискотегловни участници в проучвания под 40 kg в литературата се описва адаптирана спрямо теглото доза от 40 µg на килограм.
Формалните фармакокинетични проучвания също дозираха на базата на телесната повърхност с 900 µg/m² (Rost et al., 1999). По отношение на поносимостта на по-високи дози са налице данни, които в проучвания при хора при до 16 mg два пъти седмично в продължение на четири седмици не показаха нежелани реакции (Rost et al., 1999).
За изчислителното планиране на размери на флакони, обем на разтваряне и произтичащи количества за инжектиране пептидът може да бъде представен в инструмента на Bergdorf: Изчисли Тимозин Алфа-1 в калкулатора за пептиди. Така например може да се проследи как от флакон от 1,6 mg при обем на разтваряне от 1 ml се получава концентрация от 1,6 mg/ml и коя маркировка на скалата на инсулинова спринцовка съответства на доза от 1,6 mg. Всички посочени стойности произхождат изключително от научната и специализираната информационна литература и не следва да се разбират като препоръка за приложение при хора.
След подкожна инжекция Тимозин Алфа-1 се резорбира бързо и почти напълно, което сочи към висока бионаличност (Rost et al., 1999). Максималната плазмена концентрация (Tmax) се достига около един до два часа след инжектирането. Пиковите концентрации (Cmax) при дозата от 900 µg/m² бяха в диапазона от около 30 до 80 µg/L (Rost et al., 1999).
Обемът на разпределение се посочва като около 5 до 8 L, което съответства на извънклетъчното пространство; като малък, силно кисел пептид Tα1 показва ниско свързване с плазмените протеини. Елиминирането става чрез протеолитично разграждане от тъканни и циркулиращи аминопептидази, като реналното възстановяване възлиза на 31 до 60 процента от дозата (Rost et al., 1999). Терминалният плазмен полуживот според специализираната информация за Thymalfasin е около 2 часа; формалното фармакокинетично проучване на три подкожни формулировки съобщава елиминационен полуживот от по-малко от 3 часа (Rost et al., 1999).
Забележително е, че серумните нива се връщат към изходната стойност в рамките на 24 часа и при повторно приложение не настъпва акумулация (Rost et al., 1999). Именно поради този кратък полуживот бяха разработени варианти на сливане с удължен полуживот, за да се увеличи иначе краткото време на престой на нативния пептид (Camerini & Garaci, 2015).
Терминалният плазмен полуживот от около 2 часа е подкрепен с литература и се потвърждава както от специализираната информация за Thymalfasin, така и независимо от формалното фармакокинетично проучване, което установи елиминационен полуживот от по-малко от 3 часа при Tmax от един до два часа (Rost et al., 1999). Това сравнително кратко системно време на престой обяснява две централни наблюдения от литературата: липсата на акумулация при повторно приложение и връщането на серумните нива към изходната стойност в рамките на 24 часа.
За дизайна на проучванията това има конкретни последици. Обичайната в изследванията схема на подкожно приложение два пъти седмично е в подчертан контраст с краткия плазмен полуживот. Това подсказва, че биологичното действие на Tα1 е свързано не предимно с устойчиви плазмени нива, а с последващи имунологични ефекти, например с предизвиканото съзряване на дендритните клетки и Th1-поляризацията, които се приписват на веществото (Romani et al., 2007).
Именно тази находка мотивира разработването на конструкти с удължен полуживот, например Tα1-Fc-сливни протеини, които бяха целенасочено конструирани, тъй като полуживотът на нативния Tα1 е кратък (Camerini & Garaci, 2015). Който иска да проследи изчислително елиминационния профил, може да използва полуживота от около 2 часа като входна величина за разглеждания на клирънса.
Търговският, лиофилизиран Thymalfasin се предлага като прах за разтваряне. Според продуктовата информация предлаганият на пазара препарат се съхранява в хладилни условия при 2 до 8 °C; разтварянето става с приложената стерилна вода, съответно разтворител, непосредствено преди подкожната инжекция. Тези данни за съхранение произхождат от специализираната информация, а изследователите следва винаги да съблюдават специфичните за партидата сертификати за анализ.
Интересно е привидното противоречие между присъщата термостабилност на молекулата и изискването за охлаждане на готовия лекарствен продукт. Самият пептид по природа е термостабилен и силно кисел, както е документирано още в първоначалната характеристика (Goldstein et al., 1977). Като лиофилизиран фармацевтичен продукт той въпреки това се съхранява при 2 до 8 °C, което се дължи на стабилността на цялостната формулировка, а не само на химичната устойчивост на аминокиселинната верига.
За лабораторната практика от това могат да се изведат ясни принципи: лиофилизираният прах принадлежи в хладилник при 2 до 8 °C; след разтварянето разтворът следва да се използва своевременно. N-терминалната ацетилация допринася за стабилността срещу аминопептидази и повишава устойчивостта на веригата срещу ензимно разграждане (Liu et al., 2013). Конкретните температури на съхранение и срокове на употреба следва да се вземат от съответния сертификат за анализ, тъй като те могат да варират в зависимост от партидата.
В обобщаващата литература Тимозин Алфа-1 се счита за като цяло много добре поносим. При повече от 2 000 лекувани пациенти нежеланите събития бяха описани като редки и леки (Dominari et al., 2020). Докладваните ефекти включват локални реакции на мястото на инжектиране като зачервяване или дискомфорт, както и преходна мускулна атрофия, полиартралгия в смисъл на множество ставни болки и подуване на ръката с кожен обрив.
Едно правдоподобно обяснение за благоприятната поносимост се крие във фармакокинетичния профил: според литературата липсата на акумулация при повторно приложение и краткият полуживот от около 2 часа допринасят за поносимостта, тъй като пептидът не се натрупва в организма (Rost et al., 1999). Серумните нива се връщат към изходната стойност в рамките на 24 часа, така че не възниква продължителна системна експозиция.
Данните за поносимостта се отнасят за изследваните в литературата дозировки и схеми на приложение. Дори в проучвания за ескалация на дозата при хора до 16 mg два пъти седмично в продължение на четири седмици се понасяха без нежелани реакции (Rost et al., 1999). Тези данни служат изключително за научна класификация в изследователски контекст и не представляват изявление относно приложение при хора извън контролирани проучвания.
Въпреки общата съставка в наименованието, Тимозин Алфа-1 и Тимозин Бета-4 принадлежат към различни пептидни семейства с различни последователности, размери и функции. Tα1 е N-ацетилиран имуномодулиращ пептид от 28 аминокиселини, който действа чрез TLR2 и TLR9, както и чрез сигналната ос на дендритните клетки и T-клетките (Dominari et al., 2020). Тимозин Бета-4, от който TB-500 представлява фрагмент, за разлика от това е G-актин-секвестриращ пептид от 43 аминокиселини, който управлява цитоскелетната актинова динамика, клетъчната миграция, ангиогенезата и възстановяването на тъканите. Целевата структура (Toll-подобни рецептори и IDO срещу актин) и изследваната насока на действие (имунно възстановяване срещу зарастване на рани) се различават фундаментално.
Също и BPC-157 ясно се отграничава: става дума за синтетична молекула от 15 аминокиселини, обозначавана като стабилен стомашен пентадекапептид, която е производна на стомашен сок протеин. Обсъжданите в изследванията негови свойства засягат цитопротекцията, ангиогенезата, както и регенерацията на сухожилия, връзки и черва, често във връзка с VEGFR2- и eNOS-пътищата. С това BPC-157 е регенеративен и цитопротективен пептид, а не тимусен имуномодулиращ пептид; произход, дължина (15 срещу 28 аминокиселини) и механизъм се отклоняват значително от Tα1. Tα1, за разлика от това, се класифицира като ендогенен регулатор на възпалението, имунитета и толерантността (Romani et al., 2007).
KPV е трипептид от три аминокиселини (лизин-пролин-валин) и съответства на C-терминалния участък на α-MSH хормона. В изследванията на KPV се приписва противовъзпалително действие, което се медиира предимно чрез потискане на провъзпалителни NF-κB- и цитокинови сигнали. По този начин KPV действа като понижаващ регулатор на възпалителните процеси.
Тимозин Алфа-1 следва противоположна първична насока на действие: като пептид от 28 аминокиселини той засилва и ребалансира придобития имунитет, по-специално чрез Th1-прайминг посредством активиране на Toll-подобни рецептори и дендритни клетки (Romani et al., 2007). Докато KPV потиска възпалението, Tα1 възстановява имунната реактивност и я координира. Също размерът и целевата структура се различават значително: три аминокиселини и NF-κB-медииран механизъм от страна на KPV срещу 28 аминокиселини и TLR2/TLR9-ос от страна на Tα1.
Това съпоставяне изяснява, че простото причисляване на двата пептида към категорията на имуноактивните вещества би било подвеждащо. KPV потиска съществуваща свръхактивация, докато Tα1, според наличната литература, ребалансира отслабен или нарушено регулиран имунен отговор и адресира двойния баланс между ефекторния имунитет и толерантността чрез индукцията на IDO (Dominari et al., 2020).
Не. Тимозин Алфа-1 и Тимозин Бета-4 (изходният пептид на TB-500) споделят само съставката в наименованието, но принадлежат към различни пептидни семейства. Tα1 е имуномодулиращ пептид от 28 аминокиселини, който действа чрез Toll-подобни рецептори, докато Тимозин Бета-4 е актин-свързващ пептид от 43 аминокиселини, свързан с възстановяването на тъканите (Dominari et al., 2020).
Терминалният плазмен полуживот според специализираната информация е около 2 часа, а формалното фармакокинетично проучване съобщава по-малко от 3 часа. Серумните нива се връщат към изходната стойност в рамките на 24 часа и при повторно приложение не настъпва акумулация (Rost et al., 1999).
Ацетилната група в N-края добавя около 42 Da към масата и според литературата е структурно значима за пълната биологична активност. Същевременно тя подобрява стабилността срещу разграждане от аминопептидази и така удължава полуживота в сравнение със свободната амино-форма (Liu et al., 2013).
Лиофилизираният готов лекарствен продукт според продуктовата информация се съхранява в хладилни условия при 2 до 8 °C и се разтваря непосредствено преди употреба. Самият пептид е присъщо термостабилен (Goldstein et al., 1977), охлаждането засяга стабилността на цялостната формулировка; специфичните за партидата изисквания следва да се вземат от сертификата за анализ.
Установената в литературата схема гласи 1,6 mg подкожно два пъти седмично, което съответства на около 900 µg на квадратен метър телесна повърхност (Dominari et al., 2020). За нискотегловни участници в проучвания под 40 kg се описва адаптирана спрямо теглото доза от 40 µg на килограм. Тези данни служат изключително за изследователски цели.
Само за изследователски цели. Не е предназначено за консумация от хора. Научна редакция: Dr. Sieglinde Klaus