Thymosin Alpha-1: Det thymiske immunpeptidet i forskningsoversikt
Dr. Sieglinde Klaus
Vitenskapelig redaksjon · Bergdorf Bioscience
Dr. Sieglinde Klaus
Vitenskapelig redaksjon · Bergdorf Bioscience
Thymosin Alpha-1 (Tα1, INN: Thymalfasin) er et 28 aminosyrer langt, N-terminalt acetylert peptid fra thymus, som i forskningen studeres som et immunmodulerende peptid og en biologisk responsmodifikator. Det ble opprinnelig isolert fra kalvethymus og fastsatt i sin sekvens (Goldstein et al., 1977). Den syntetiske legemiddelformen bærer varemerket Zadaxin.
Thymosin Alpha-1 er et thymisk polypeptid som i 1977 ble isolert fra kalvethymus og fullstendig sekvensert av Goldstein og kolleger (Goldstein et al., 1977). Stoffet består av 28 aminosyrerester og tilhører klassen av immunmodulerende peptider, som i immunologien klassifiseres som biologiske responsmodifikatorer. Karakteristisk er den N-terminale acetyleringen: Det endestående serinet bærer en acetylgruppe som bidrar med om lag 42 Da til molekylmassen og som skiller den modne formen fra den ikke-acetylerte forløperen (Liu et al., 2013).
Den syntetiske, farmasøytisk standardiserte formen bærer den internasjonale fellesbetegnelsen Thymalfasin og føres under varemerket Zadaxin. I den historiske gjennomgangen beskrives Tα1 som et av de lengst utforskede thymuspeptidene, hvis undersøkelse strekker seg over flere tiår (Camerini & Garaci, 2015). Tα1 er et varmestabilt, sterkt surt molekyl hvis fysikalsk-kjemiske egenskaper allerede ble dokumentert i førstebeskrivelsen (Goldstein et al., 1977).
Viktig for klassifiseringen: Thymosin Alpha-1 er ikke et vevsreparasjons- eller angiogenesepeptid, men betraktes i forskningen primært som en modulator av grenseflaten mellom medfødt og ervervet immunitet (Dominari et al., 2020).
Aminosyresekvensen til Thymosin Alpha-1 omfatter 28 rester og lyder i énbokstavskode Ac-SDAAVDTSSEITTKDLKEKKEVVEEAEN, altså acetylert serin ved N-terminalen, etterfulgt av den fullstendige kjeden frem til det endestående asparaginet (Goldstein et al., 1977). Iøynefallende er den høye andelen sure aminosyrer som aspartat og glutamat, som gir molekylet dets sterkt sure karakter.
Molekylmassen til den modne, N-acetylerte formen ligger på om lag 3108 til 3109 Da; en massespektrometrisk karakterisering angir 3108,79 Da (Liu et al., 2013). Den ikke-acetylerte varianten har med rundt 3065 Da en lavere masse; acetylgruppen tilføyer de nevnte om lag 42 Da. Denne N-terminale acetyleringen er ifølge tilgjengelig litteratur strukturelt viktig for full biologisk aktivitet og forbedrer samtidig stabiliteten mot nedbrytning ved aminopeptidaser, ettersom acetyleringen forlenger halveringstiden sammenlignet med den frie aminoformen (Liu et al., 2013).
For laboratoriepraksis betyr dette at renhet og korrekt acetylering er avgjørende kvalitetskjennetegn. Forskere bør kontrollere lotspesifikke analysesertifikater, som typisk angir renhetsgrader på 98 prosent eller høyere samt bekreftelse av den N-terminale acetyleringen. Varmestabiliteten til molekylet ble allerede fremhevet i førstebeskrivelsen som et bemerkelsesverdig kjennetegn (Goldstein et al., 1977).
Thymosin Alpha-1 beskrives i forskningen som en pleiotrop immunmodulator som primært griper inn ved grenseflaten mellom medfødt og ervervet immunitet (Romani et al., 2007). En sentral virkningsmekanisme forløper via Toll-like-reseptorer: Studier tyder på at Tα1 signaliserer via TLR2 på myeloide dendrittiske celler og via TLR9 på plasmacytoide dendrittiske celler, nemlig via den MyD88-avhengige signalveien, som aktiverer IRF7 og munner ut i interferon-effektorbanen (IFN-α og IFN-γ) (Dominari et al., 2020).
På cellulært nivå fremmer Tα1 ifølge litteraturen modningen og differensieringen av dendrittiske celler og favoriserer en Th1-polarisering. Dette ledsages av en forsterket funksjon hos T-celler (CD4+ og CD8+) samt NK-celler og kan i immunkompromitterte tilstander heve senkede celletall igjen (Dominari et al., 2020). Ledsagende stimuleres cytokiner som IFN-γ og IL-2.
Et særlig interessant aspekt er den duale reguleringen: Tα1 induserer i dendrittiske celler indolamin-2,3-dioksygenase (IDO) og dermed tryptofan-katabolismen, hvorved det oppstår et regulatorisk miljø som balanserer betennelse og toleranse (Romani et al., 2007). I forskningen beskrives Tα1 derfor som en endogen regulator av betennelse, immunitet og toleranse, som forsterker effektive immunresponser og samtidig kan dempe en overaktivering.
I den tilgjengelige kliniske og farmakologiske litteraturen er standardregimet godt dokumentert. Det etablerte skjemaet ser for seg 1,6 mg subkutant to ganger ukentlig, noe som tilnærmet tilsvarer 900 µg per kvadratmeter kroppsoverflate; anvendelsen strakte seg i undersøkelsene typisk over seks til tolv måneder (Dominari et al., 2020). For pediatriske eller lavvektige studiedeltakere under 40 kg beskrives i litteraturen en vektjustert dose på 40 µg per kilogram.
De formelle farmakokinetiske undersøkelsene doserte likeledes på grunnlag av kroppsoverflaten med 900 µg/m² (Rost et al., 1999). Med hensyn til toleransen for høyere doseringer foreligger det data som i undersøkelser på mennesker ikke viste noen uønskede reaksjoner opp til 16 mg to ganger ukentlig over fire uker (Rost et al., 1999).
For den beregningsmessige planleggingen av hettestørrelser, rekonstitusjonsvolum og resulterende injeksjonsmengder kan peptidet avbildes i Bergdorf-verktøyet: Beregn Thymosin Alpha-1 i peptidkalkulatoren. Slik kan man for eksempel etterspore hvordan det av en 1,6-mg-hette ved et rekonstitusjonsvolum på 1 ml fremkommer en konsentrasjon på 1,6 mg/ml, og hvilken skalamarkering på en insulinsprøyte som tilsvarer en 1,6-mg-dose. Alle nevnte verdier stammer utelukkende fra forsknings- og faginformasjonslitteraturen og er ikke å forstå som en anvendelsesanbefaling på mennesker.
Etter subkutan injeksjon resorberes Thymosin Alpha-1 raskt og nesten fullstendig, noe som tyder på en høy biotilgjengelighet (Rost et al., 1999). Den maksimale plasmakonsentrasjonen (Tmax) nås om lag én til to timer etter injeksjonen. Topp-konsentrasjonene (Cmax) lå ved doseringen på 900 µg/m² i området rundt 30 til 80 µg/L (Rost et al., 1999).
Distribusjonsvolumet angis til om lag 5 til 8 L, noe som tilsvarer det ekstracellulære rommet; som et lite, sterkt surt peptid har Tα1 en lav plasmaproteinbinding. Eliminasjonen skjer ved proteolytisk nedbrytning via vevsstående og sirkulerende aminopeptidaser, hvorved den renale gjenfinningen utgjør 31 til 60 prosent av dosen (Rost et al., 1999). Den terminale plasmahalveringstiden ligger ifølge preparatomtalen til Thymalfasin på om lag 2 timer; den formelle farmakokinetiske studien av tre subkutane formuleringer rapporterer en eliminasjonshalveringstid på mindre enn 3 timer (Rost et al., 1999).
Bemerkelsesverdig er at serumnivåene vender tilbake til utgangsverdien innen 24 timer, og at det ved gjentatt tilførsel ikke oppstår noen akkumulering (Rost et al., 1999). Nettopp på grunn av denne korte halveringstiden ble det utviklet halveringstidsforlengede fusjonsvarianter for å øke den ellers korte oppholdstiden til det native peptidet (Camerini & Garaci, 2015).
Den terminale plasmahalveringstiden på om lag 2 timer er litteraturstøttet og underbygges både i preparatomtalen til Thymalfasin og uavhengig av den formelle farmakokinetiske studien, som fastsatte en eliminasjonshalveringstid på mindre enn 3 timer ved en Tmax på én til to timer (Rost et al., 1999). Denne forholdsvis korte systemiske oppholdstiden forklarer to sentrale observasjoner fra litteraturen: fraværet av en akkumulering ved gjentatt tilførsel og serumnivåenes tilbakevending til utgangsverdien innen 24 timer.
For studiedesignet har dette konkrete konsekvenser. Det i forskningen vanlige skjemaet med en subkutan tilførsel to ganger ukentlig står i en iøynefallende kontrast til den korte plasmahalveringstiden. Dette antyder at den biologiske virkningen til Tα1 ikke primært er koblet til vedvarende plasmanivåer, men til etterfølgende immunologiske effekter, slik som den utløste modningen av dendrittiske celler og Th1-polariseringen som tilskrives stoffet (Romani et al., 2007).
Nettopp dette funnet har motivert utviklingen av halveringstidsforlengede konstrukter, slik som Tα1-Fc-fusjonsproteiner, som ble målrettet konstruert fordi halveringstiden til det native Tα1 er kort (Camerini & Garaci, 2015). Den som ønsker å etterspore eliminasjonsprofilen beregningsmessig, kan bruke halveringstiden på om lag 2 timer som inngangsstørrelse for clearance-betraktninger.
Det kommersielle, lyofiliserte Thymalfasin tilbys som pulver til rekonstitusjon. Ifoløge produktinformasjonen lagres det markedsførte preparatet kjølig ved 2 til 8 °C; rekonstitusjonen skjer med det medfølgende sterile vannet henholdsvis fortynningsmiddelet umiddelbart før den subkutane injeksjonen. Disse lagringsangivelsene stammer fra preparatomtalen, og forskere bør alltid ta hensyn til de lotspesifikke analysesertifikatene.
Interessant er den tilsynelatende motsetningen mellom den iboende varmestabiliteten til molekylet og kjølekravet til det ferdige legemiddelet. Selve peptidet er av natur varmestabilt og sterkt surt, slik det allerede ble dokumentert i førstekarakteriseringen (Goldstein et al., 1977). Som et lyofilisert farmasøytikum oppbevares det likevel ved 2 til 8 °C, noe som skyldes stabiliteten til den samlede formuleringen og ikke alene den kjemiske robustheten til aminosyrekjeden.
For laboratoriepraksis kan det av dette utledes klare grunnprinsipper: Det lyofiliserte pulveret hører hjemme i kjøleskapet ved 2 til 8 °C; etter rekonstitusjonen bør løsningen brukes raskt. Den N-terminale acetyleringen bidrar til stabiliteten mot aminopeptidaser og øker kjedens motstand mot enzymatisk nedbrytning (Liu et al., 2013). Konkrete lagringstemperaturer og brukstidsfrister fremgår av det respektive analysesertifikatet, ettersom disse kan variere fra parti til parti.
I den oppsummerende litteraturen anses Thymosin Alpha-1 som generelt svært godt tolerert. På tvers av mer enn 2.000 behandlede pasienter ble uønskede erfaringer beskrevet som sjeldne og milde (Dominari et al., 2020). De rapporterte effektene omfatter lokale reaksjoner på injeksjonsstedet som rødhet eller ubehag samt en forbigående muskelatrofi, polyartralgi i betydningen multiple leddsmerter og en håndhevelse med hudutslett.
En plausibel forklaringstilnærming for den gunstige toleransen ligger i den farmakokinetiske profilen: Den manglende akkumuleringen ved gjentatt tilførsel og den korte halveringstiden på om lag 2 timer bidrar ifølge litteraturen til toleransen, ettersom peptidet ikke anrikes i organismen (Rost et al., 1999). Serumnivåene vender tilbake til utgangsverdien innen 24 timer, slik at det ikke oppstår noen kontinuerlig systemisk eksponering.
Toleransedataene refererer til de doseringene og anvendelsesskjemaene som er undersøkt i litteraturen. Selv i doseeskaleringsundersøkelser på mennesker ble opp til 16 mg to ganger ukentlig over fire uker tolerert uten uønskede reaksjoner (Rost et al., 1999). Disse angivelsene tjener utelukkende den vitenskapelige klassifiseringen i forskningssammenheng og utgjør ingen uttalelse om en anvendelse på mennesker utenfor kontrollerte studier.
Til tross for den felles navnebestanddelen tilhører Thymosin Alpha-1 og Thymosin Beta-4 ulike peptidfamilier med forskjellige sekvenser, størrelser og funksjoner. Tα1 er et 28 aminosyrer langt, N-acetylert immunmoduleringspeptid som virker via TLR2 og TLR9 samt signalaksen til dendrittiske celler og T-celler (Dominari et al., 2020). Thymosin Beta-4, som TB-500 utgjør et fragment av, er derimot et 43 aminosyrer langt, G-aktin-sekvestrerende peptid som styrer den cytoskelettale aktindynamikken, cellemigrasjon, angiogenese og vevsreparasjon. Målstrukturen (Toll-like-reseptorer og IDO i motsetning til aktin) og den undersøkte hovedretningen (immunrestaurering i motsetning til sårtilheling) skiller seg grunnleggende.
Også BPC-157 avgrenser seg tydelig: Det dreier seg om et syntetisk, 15 aminosyrer langt molekyl betegnet som et stabilt gastrisk pentadekapeptid, som er avledet fra et magesaftprotein. Dets egenskaper som diskuteres i forskningen, gjelder cytoprotektion, angiogenese samt sene-, ligament- og tarmregenerering, ofte i forbindelse med VEGFR2- og eNOS-baner. Dermed er BPC-157 et regenererings- og cytoprotektionspeptid og ikke et thymisk immunmoduleringspeptid; opprinnelse, lengde (15 i motsetning til 28 aminosyrer) og mekanisme avviker tydelig fra Tα1. Tα1 klassifiseres derimot som en endogen regulator av betennelse, immunitet og toleranse (Romani et al., 2007).
KPV er et tripeptid av tre aminosyrer (lysin-prolin-valin) og tilsvarer den C-terminale delen av α-MSH-hormonet. I forskningen tilskrives KPV en betennelsesdempende virkning, som overveiende formidles gjennom undertrykkelsen av proinflammatoriske NF-κB- og cytokinsignaler. KPV virker dermed som en nedregulator av betennelsesprosesser.
Thymosin Alpha-1 forfølger en motsatt primær hovedretning: Som et 28 aminosyrer langt peptid forsterker og rebalanserer det den ervervede immuniteten, særlig gjennom Th1-priming via aktiveringen av Toll-like-reseptorer og dendrittiske celler (Romani et al., 2007). Mens KPV demper betennelse, gjenoppretter Tα1 immunreaktiviteten og koordinerer den. Også størrelse og målstruktur skiller seg betraktelig: Tre aminosyrer og en NF-κB-formidlet mekanisme på KPV-siden i motsetning til 28 aminosyrer og en TLR2/TLR9-akse på Tα1-siden.
Denne sammenstillingen tydeliggør at den enkle tilordningen av begge peptider til kategorien immunaktive stoffer ville være villedende. KPV demper en eksisterende overaktivering, mens Tα1 ifølge tilgjengelig litteratur rebalanserer en svekket eller feilregulert immunrespons og adresserer den duale balansen mellom effektorimmunitet og toleranse via IDO-induksjonen (Dominari et al., 2020).
Nei. Thymosin Alpha-1 og Thymosin Beta-4 (utgangspeptidet til TB-500) deler bare navnebestanddelen, men tilhører ulike peptidfamilier. Tα1 er et 28 aminosyrer langt immunmoduleringspeptid som virker via Toll-like-reseptorer, mens Thymosin Beta-4 er et 43 aminosyrer langt, aktinbindende peptid med tilknytning til vevsreparasjon (Dominari et al., 2020).
Den terminale plasmahalveringstiden utgjør ifølge preparatomtalen om lag 2 timer, og den formelle farmakokinetiske studien rapporterer mindre enn 3 timer. Serumnivåene vender tilbake til utgangsverdien innen 24 timer, og ved gjentatt tilførsel oppstår det ingen akkumulering (Rost et al., 1999).
Acetylgruppen ved N-terminalen tilføyer om lag 42 Da til massen og er ifølge litteraturen strukturelt viktig for full biologisk aktivitet. Samtidig forbedrer den stabiliteten mot nedbrytning ved aminopeptidaser og forlenger dermed halveringstiden sammenlignet med den frie aminoformen (Liu et al., 2013).
Det lyofiliserte ferdige legemiddelet lagres ifølge produktinformasjonen kjølig ved 2 til 8 °C og rekonstitueres umiddelbart før bruk. Selve peptidet er iboende varmestabilt (Goldstein et al., 1977), kjølingen gjelder stabiliteten til den samlede formuleringen; partispesifikke krav fremgår av analysesertifikatet.
Det i litteraturen etablerte skjemaet lyder 1,6 mg subkutant to ganger ukentlig, noe som tilsvarer om lag 900 µg per kvadratmeter kroppsoverflate (Dominari et al., 2020). For lavvektige studiedeltakere under 40 kg beskrives en vektjustert dose på 40 µg per kilogram. Disse angivelsene tjener utelukkende forskningsformål.
Kun for forskningsformål. Ikke ment for konsum hos mennesker. Vitenskapelig redaksjon: Dr. Sieglinde Klaus