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Auf der Suche nach neuen Entzündungshemmern

25.11.2002
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Mainzer Forum

Auf der Suche nach neuen Entzündungshemmern

von Christina Hohmann, Mainz

Entzündungen sind komplexe Geschehen, bei denen eine ganze Reihe verschiedener Mediatoren eine Rolle spielt. Daher ergeben sich zahlreiche Angriffspunkte für eine antiinflammatorische Therapie. Welche Ansätze in Zukunft von Bedeutung sein könnten, erklärten Experten auf dem 10. Mainzer Forum für medizinische Chemie.

„Strategies beyond Cyclooxygenase-Inhibition“ so das Motto der diesjährigen Konferenz am Institut für Pharmazie der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz, auf der Wissenschaftler auf Forschung und Industrie neueste Ergebnisse aus der Arzneistoffentwicklung vorstellten.

Phospholipase A2

Entzündungen lassen sich beispielsweise über die Phospholipase A2 (PLA2) stoppen, erklärte Dr. Steve Connolly von AstraZeneca, Loughborough, Großbritannien. Diese Esterasen setzen die an Membranlipide gebundene Arachidonsäure durch Spaltung der Esterbindung frei. Diese wird zu einer Reihe weiterer proinflammatorischer Botenstoffe wie Leukotrienen und Prostaglandinen umgewandelt. Daher sei es sinnvoll, bereits die intrazelluläre Freisetzung der Arachidonsäure zu verhindern.

Obwohl dieser Ansatz eine viel versprechende Möglichkeit ist, die Inflammation zu hemmen, gibt es trotz wissenschaftlicher Anstrengungen bislang keine geeigneten Wirkstoffe, so Connolly. Er nannte verschiedene Gründe: Das In-vitro-Screening nach geeigneten Inhibitoren ist äußerst problematisch. Da das Substrat des Enzyms ein Membranlipid ist, wird die Aktivität der PLA2 üblicherweise an Mizellen, also Vesikeln oder Doppelmembranen, getestet. Alle diese Screening-Assays können nicht zwischen einer spezifischen Hemmung über Blockade des katalytischen Zentrums und einer unspezifischen Hemmung durch Lösen des Enzyms von der Membranoberfläche unterscheiden.

Zudem ist bisher unklar, welche der vielen bekannten PLA2 das biologische Ziel darstellt. Lange waren nur Enzyme mit geringem Molekulargewicht bekannt, die von der Zelle sezerniert und deshalb als sPLA2 bezeichnet wurden. Ausgehend vom Substrat der Phospholipasen entwickelte Connollys Arbeitsgruppe einen potenten Inhibitor gegen sPLA2 vom Typ II. In Zellversuchen erwies sich die Substanz allerdings als wenig wirksam. Er ging deshalb davon aus, dass das ausgewählte Enzym nicht für die Freisetzung der Arachidonsäure in der Zelle verantwortlich ist.

In den frühen 90er-Jahren entdeckte man eine zweite Klasse von PLA2, die im Cytosol vorkommen und daher als cPLA2 bezeichnet wurden. Die Eigenschaften dieser Enzyme deuten darauf hin, dass die Katalysatoren für die intrazelluläre Freisetzung der Arachidonsäure verantwortlich sind. Dies wird auch von den Arbeiten zweier Arbeitsgruppen unterstützt. Die Forscher konnten zeigten, dass cPLA2-Knockout-Mäuse sehr viel geringere Mengen an Eicoanoiden produzieren. Auch gegen dieses Enzym entwickelten die AstraZeneca-Forscher ausgehend von einem spezifischen Substrat einen potenten Inhibitor. Dieser erwies sich in Zellversuchen als der bisher effektivste Inhibitor überhaupt und soll nun in weitergehenden Prüfungen eingehen.

Stickstoffmonoxid schützt den Darm

Auf Grund der zum Teil beträchtlichen gastrointestinalen Nebenwirkungen der NSAR wird bereits seit langem nach magenschonenden Alternativen gesucht. Die Schädigungen des Magen-Darm-Trakts gehen auf verschiedene Mechanismen zurück, erklärte Professor Dr. John L. Wallace vom Health Science Center in Alberta, Kanada. Die Leukozytenzahl in den kleinen Gefäßen der Darmschleimhaut nimmt stark zu, während die Mikrozirkulation abnimmt. Dadurch können sich Neutrophile an den Endothelien anlagern, wo sie die berüchtigten Blutungen verursachen.

Da Stickstoffmonoxid (NO) sowohl die Fließgeschwindigkeit des Blutes ankurbelt als auch die Anlagerung der Leukozyten verhindern kann, wird dem Molekül eine protektive Wirkung zugesprochen, sagte Wallace. Daher könnte eine an das NSAAR angehängte NO-Gruppe die Toxizität der Antirheumatika senken. Es sei bereits gelungen, einige Substanzen wie ASS, Diclofenac und Naproxen an NO-freisetzende Gruppen zu koppeln, erklärte Wallace, der bereits seit 12 Jahren auf diesem Gebiet forscht. Die ersten Ergebnisse mit NO-ASS seien sehr zufrieden stellend. In klinischen Studien der Phase I beobachtete man keinerlei Schäden im Gastrointestinaltrakt. Auch erste Versuche an Ratten mit Magenulcera seien durchaus viel versprechend. So habe die Gabe von Diclofenac die Heilung der Läsionen zwar nicht gestört, aber die NO-Variante des NSAR (Nitrofenac) aber die Heilung beschleunigt.

Eine ganze Reihe von klinischen Studien seien mittlerweile angelaufen, um die Wirksamkeit und Sicherheit verschiedener NO-NSAR am Menschen zu testen. Eine Substanz von AstraZeneca befindet sich bereits in Phase II der klinischen Prüfung. Auf den Einwand aus dem Publikum, warum man nicht einen lang anhaltenden NO-Donor mit einem NSAID in fester Kombination anbieten könnte, statt aus ihnen ein neues Molekül zu bauen, erklärte Wallace: „Es gibt keinen Grund, dies nicht zu tun“.

Früh eingreifen

Um an den Ort der Entzündung gelangen und dort Abwehrreaktionen auslösen zu können, müssen Leukozyten die Blutgefäße verlassen und ins Gewebe eindringen können. An diesem komplexen Prozess sind eine ganze Reihe verschiedener Zelladhäsionsmoleküle beteiligt, erklärte Dr. Deborah Slee von der Ontogen Corporation in Carlsbad, Kalifornien. Diese Moleküle könnten geeignete Ansatzpunkte zur Therapie von Krankheiten mit überschießenden oder chronischen Immunreaktionen wie etwa Asthma oder rheumatoide Arthritis sein.

Die Einwanderung von Leukozyten aus dem Blutstrom ins Gewebe verläuft in mehreren Stufen: Zunächst vermitteln Selektine, eine Familie von Adhäsionsmolekülen, das erste Andocken der Leukozyten an die Gefäßwand. Die Blutzellen beginnen über die Endotheloberfläche zu „rollen“, was sie verlangsamt. Dadurch gelangen sie mit Signalstoffen des Endothels in Kontakt, die weitere Zelladhäsionsmoleküle auf den Leukozyten, die Integrine, aktivieren. Durch die Bindung dieser Moleküle an ihre Liganden, Mitglieder der Immunglobulin-Superfamilie, heften sich die Blutzellen fest an die Gefäßwand an. Die so adhärierten Leukozyten können sich gezielt fortbewegen und durch die Endothelschicht schließlich ins Gewebe zum Entzündungsherd eindringen.

Es ergeben sich also drei Angriffspunkte für die Entzündungshemmung: Wirkstoffe, die die Selektine, Integrine oder Immunglobuline (Ig) blockieren. Trotz intensiver Forschung sind allerdings noch keine entsprechenden Substanzen auf dem Markt, fasste Slee zusammen. Einige Selektin-Inhibitoren überzeugten allerdings in vitro. Als erstes wurden Inhibitoren auf Kohlenhydrat-Basis entwickelt, berichtete die Referentin. Ein Vertreter, der Wirkstoff Cyclexin der Firma Epimmune, schaffte es bis in Phase II und III der klinischen Entwicklung. Später scheiterte der Kandidat allerdings auf Grund seiner mangelhaften Wirksamkeit.

Die Mannose-haltige Substanz Bimosiamose schnitt dagegen laut Slee in klinischen Studien mit Asthmapatienten gut ab. Mit Hilfe eines Hochdurchsatz-Screenings konnten zudem mehrere Imidazolderivate identifiziert werden, die ebenfalls als Selektininhibitoren in Frage kommen. Auch unter den Integrin-Inhibitoren befinden sich einige Kandidaten in der Pipeline, zum Teil schon in der klinischen Prüfung.

Zytokinproduktion verhindern

Ein weiteres „alternatives Target in der Behandlung der rheumatoiden Arthritis“ stellte Dr. Randall Hungate von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Firma Amgen in Thousand Oaks, Kalifornien, vor: die p38-MAP-Kinase (mitogen activated protein kinase). Dieses Enzym habe eine Schlüsselfunktion im Entzündungsgeschehen, da es die Produktion wichtiger proinflammatorischer Zytokine wie TNF-a, Interleukin-1b (Il-1b) und Interleukin-6 (Il-6) reguliere, so Hungate. Daher könnten MAP-Kinase-Inhibitoren in Zukunft eine wichtige Rolle in der Behandlung von chronischen Entzündungen spielen.

Die bisher bekannten TNF-a-Inhibitoren seien ausschließlich parenteral verfügbar, weshalb sich Hungate und seine Arbeitsgruppe auf die Suche nach peroralen Zytokin-Inhibitoren machte. Abgeleitet von ihrem ursprüngliche Screening-Treffer, einem Hydroxy-Pyrimidin, hat Amgen mehrere Substanzen entwickelt, die bei In-vitro-Untersuchungen gut abschnitten. Eine Reihe anderer Pharmaunternehmen habe ebenfalls Kandidaten in der Pipeline, erklärte Hungate.

Matrix-Metalloproteinase-Inhibitoren

Patienten mit Osteoarthritis leiden an einem Verlust des Knorpelgewebes, der soweit führen kann, dass Gelenke ihre Funktion verlieren. An der Pathophysiologie dieser Erkrankung sind verschiedene Matrix-Metalloproteasen (MMP) beteiligt, erklärte Dr. Hans Matter von Aventis, Frankfurt am Main. Die MMP bilden eine Familie von Endopeptidasen, die alle eine Zink-Bindestelle besitzen und die extrazelluläre Matrix von Bindegewebe abbauen.

Für die krankhafte Degradation des Knorpels bei der Osteoarthritis sind vermutlich drei Enzyme der Familie verantwortlich: MMP-1, -3 und -8. Bislang steht für die Behandlung der Erkrankung, die hauptsächlich Knie und Oberschenkel betrifft, keine kausale Therapie zur Verfügung. Spezielle Inhibitoren gegen einzelne Kollagenasen könnten aber den Krankheitsprozess aufhalten: eine Aufgabe für die rationale Arzneistoffentwicklung, so Matter.

Da sich die MMP stark ähneln, ist es ausgesprochen schwierig, spezifische Inhibitoren zu entwickeln. Die stärksten Unterschiede bestehen zwischen den Bindungsstellen, mit denen die Enzyme an ihr Substrat binden, den so genannten Spezifitätstaschen. Für diese Tasche des MMP-8 versuchen Matter und seine Kollegen von Aventis anhand der bekannten Struktur des Enzyms nun gezielt Inhibitoren zu kreieren. Hierfür analysierten sie auch die Struktur der Bindungstasche genauestens. Ein auf den verschiedenen Strukturdaten basierendes Computerprogramm kann nun die optimale Geometrie für potenzielle Inhibitoren vorhersagen. Da die meisten Substanzen in der klinischen Prüfung auf Grund ihrer schlechten Bioverfügbarkeit scheitern, entwickelte Matter ein weiteres Computerprogramm, das anhand der räumlichen Struktur der Moleküle die Bioverfügbarkeit vorhersagen kann.

Die Bedeutung von oxidativem Stress

Die Rolle von Antioxidantien in der Behandlung von Entzündungskrankheiten ist umstritten, erklärte Professor Dr. Yves E. Henrotin vom Institut für Pathologie in Liége, Belgien. Die gefürchteten reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) hätten neben den bekannten schädlichen Effekten (Lipidperoxidation, DNA-Schäden) durchaus auch physiologische Funktionen. So schreibt man den beiden im menschlichen Organismus gebildeten ROS, Stickstoffmonoxid (NO) und dem Superoxid-Anion (O2-), eine Aufgabe als „second messenger“, also als intrazellulären Botenstoff zu. Sie regulieren vermutlich neben weiteren Faktoren die Genexpression einer Zelle in Antwort auf proinflammatorische Botenstoffe wie Zytokine.

Während die meisten Untersuchungen darauf hinweisen, dass ROS den Entzündungsprozess vorantreiben, beschreiben andere Arbeiten eine antiinflammatorische Wirkung. So wird zurzeit der Nutzen von NO-freisetzenden NSAR getestet.

Trotz dieser widersprüchlichen Ergebnisse geht man heute davon aus, dass ROS Entzündungen verstärken und Antioxidantien daher antiinflammatorisch wirkt. Der genaue Mechanismus ist allerdings noch unbekannt, so Henrotin. Vermutlich senken die reaktiven Sauerstoffspezies die Produktion verschiedener inflammatorischer Mediatoren wie Zytokine, Zelladhäsionsmoleküle und Eicosanoide, die dafür benötigt werden, Leukozyten zum Entzündungsherd zu schleusen. Verschiedene klinische Studien sollten diesen Effekt nachweisen, scheiterten aber oder lieferten widersprüchliche Ergebnisse. Top

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