Цитокины и вопросы экстренной ранней терапии лучевых поражений человека

Л.М.Рождественский
ФГУП Государственный Научный Центр - Институт биофизики Федерального медико-биологического агентства, Россия, Москва

Реферат

Основу консенсусной схемы лечения лучевых поражений в клинике составляют: поддерживающая терапия (асептика, антибиотики широкого спектра, переливание тромбо- и эритромассы, гамма-глобулина) и миелостимулирующая терапия комбинациями цитокинов.
В отечественных радиобиологических исследованиях акцент был сделан на использовании в ранний постлучевой период высокомолекулярных соединений разной химической структуры и разного природного происхождения, названных впоследствии индукторами цитокинов. Западные исследователи, также начав с аналогичных соединений, постепенно перешли исключительно на использование цитокинов - гемопоэтических ростовых факторов (колоние-стимулирующих факторов) в виде многодневных курсов. Приготовленные по генноинженерной биотехнологии рекомбинантные препараты цитокинов показали свое преимущество по многим параметрам над индукторами цитокинов, прежде всего, как препараты двойного назначения.
В настоящее время в отечественной радиобиологии развивается направление по экстренной терапии лучевых поражений, реализацией которого стал цитокин интерлейкин-1 бета (отечественный препарат беталейкин), разрешенный к применению при радиационных авариях. Есть и другие цитокины экстренного действия, перспективные для исследования. В то же время, в арсенале разрешенных к использованию средств ранней терапии остаются  индукторы цитокинов. Рекомендуется постепенная замена индукторов цитокинов на рекомбинантные цитокины.
В области радиобиологических исследований необходима апробация новых перспективных цитокинов экстренного противолучевого действия, в первую очередь, - тромбопоэтина. Нуждается в экспериментальной проверке совместимость в схеме лечения лучевых поражений цитокинов экстренного действия и цитокинов длительного курсового применения.

Cхемы лечения лучевых поражений

В настоящее время существует консенсусная схема лечения лучевых поражений человека [1]. Основу ее составляет поддерживающая терапия, включающая в себя асептические условия содержания пострадавшего, использование антибиотиков широкого спектра действия против бактерий, грибков и вирусов, введение гамма-глобулина. Для предупреждения геморрагического синдрома применяется переливание тромбомассы, при развитии анемии - переливание эритромассы. В случае тяжелого кишечного синдрома предусмотрено переливание солевых растворов, переход на парентеральное питание. Все эти мероприятия направлены на поддержание нарушенных функций организма и приносят успех только в случае спонтанного восстановления гемо- и иммунопоэза. Однако, такой в сущности пассивной тактикой лечение лучевых поражений, особенно тяжелых, не ограничивается. Существует и активная компонента лечения в виде гемо- и имуностимулирующей терапии и хотя бы временного замещения выбитых собственных стволовых кроветворных клеток (СКК) аллогенными.
Пересадка СКК (конкретно CD 34+ клеток ) в составе либо аллогенного костного мозга, либо обогащенных ими мононуклеаров крови, к сожалению, не дала положительного эффекта почти во всех случаях применения. Особенно наглядно это проявилось при лечении пациентов чернобыльской аварии [1]. Причина неудачи заключалась в разыгрывавшемся конфликте между иммунокомпетентными клетками донора и хозяина, приводившем либо к раннему отторжению трансплантата, либо к развитию «вторичной болезни» с драматическим исходом.
Определенные успехи достигнуты на пути использования гемо- и иммуностимулирующей терапии с помощью цитокинов [7]. В западной радиобиологии и радиационной медицине утвердился подход, связанный с использованием, главным образом, длительных курсовых введений колоние-стимулирующих факторов (КСФ) – грануоцитарного (Г-КСФ) и гранулоцитарно-макрофагального (ГМ-КСФ). Эти КСФ пока еще не производятся у нас в стране, поэтому представлены импортными препаратами: Г-КСФ – нейпоген, филграстим, ГМ-КСФ – лейкомакс.
Г-КСФ, ГМ-КСФ и интерлейкин (ИЛ)-3 уже находили применение в клинической практике лечения пациентов, получивших в производственных условиях облучение в больших дозах – аварии в Израиле, СССР и Японии [2-4].
И хотя при этом некоторым из пострадавших производили, кроме того, пересадку донорского костного мозга, во всех случаях было признано стимулирующее влияние использованных цитокинов на восстановление, прежде всего, гранулопоэза.
В радиобиологической литературе уже давно развивались представления о необходимости раннего вмешательства в ход первичных радиационых процессов на молекулярно-клеточном уровне. Эти представления были связаны с развитием теории восстановительных процессов и пониманием некоторой протяженности процессов развития и закрепления необратимого радиационного поражения на клеточном уровне, прежде всего в отношении СКК. Такие возможности вмешательства были реализованы в эксперименте посредством высокомолекулярных соединениий разного происхождения – липополисахаридов, глюканов, деградированной ДНК, хитозана. Особенно впечатляющие результаты были получены с хитозаном (препараты РС-10, РС-11) [5]. Со временем выяснилось, что все указанные соединения действуют опосредованно, через эндогенные полипептидные молекулы, являющиеся регуляторами процессов клеточной пролиферации, дифференциации и функционирования. Эти полипептиды получили общее наименование цитокинов, а индуцирующие их образование высокомолекулярные соединения – индукторов цитокинов.
Особенно широкое развитие направление поиска высокомолекулярных индукторов цитокинов получило в отечественной радиобиологии. Отражением этого является то, что в недавно вышедшем труде по Радиационной медицине именно индукторы цитокинов представлены как приоритетные средства лечения лучевых поражений [6]. Среди выдвинутых возражений против перспективности применения цитокинов как противолучевых средств есть не только мифические, но и правдоподобные, заслуживающие объективного рассмотрения.  Некоторые (но далеко не все) цитокины действительно позиционируются как узкоспецифические (точнее линиеспецифические) средства, стимулирующие какой-то определенный росток кроветворения (например, эритроидный или гранулоцитарный). Странно считать это качество недостатком, скорее это достоинство, позволяющее гибко варьировать комбинации применяемых цитокинов для лечения различных нозологических форм патологии. Далее, цитокины действительно дороже индукторов цитокинов, но это оправдано их более высоким качеством – несравнимо большей однородностью, чистотой препаратов (следовательно, отсутствием побочных эффектов), которую дает более сложная генноинженерная биотехнология производства цитокинов. Кроме того, надо учитывать не только цену лекарства, но и рентабельность его производства. Цитокины как раз относятся к препаратам двойного (радиационная и вся остальная медицина) назначения, в отличие от большинства индукторов цитокинов. Поэтому дешевые индукторы цитокинов постепенно снимаются с производства, а дорогие цитокины остаются рентабельными.
Наконец, часто противопоставляют однократность введения индукторов цитокинов и многодневные курсы лечения цитокинами. Последнее, однако, касается далеко не всех цитокинов, а главным образом, колоние-стимулирующих факторов (точнее, так называемых гемопоэтических ростовых факторов). Именно это свойство (быть ростовыми факторами) используется в процессе длительного восстановления депрессивного кроветворения не только после радиационного (аварийного) воздействия, но и после химиотерапии цитостатиками онкологических заболеваний. В то же время выяснилось, что среди цитокинов есть группа полипептидов, обладающих свойствами средств раннего лечения лучевых поражений. Эта группа оказалась представленной провоспалительными цитокинами, к которым относятся интерлейкин (ИЛ)-1 (альфа и бета), туморнекротический фактор (ТНФ), фактор стволовой клетки, ИЛ-6. Кроме способности оказывать раннее лечебное действие при лучевых поражениях, у них было обнаружено свойство оказывать противолучевое действие при отсроченном введении до облучения [7-8].  На сегодняшний день – их наиболее продвинутым представителем стал ИЛ-1 бета (препарат Беталейкин производства Института особо чистых биопрепаратов, С.-Петербург).

Экстренное применение цитокинов

Впервые эффективность экстренного (в пределах 1-3 ч после облучения) применения лечебного средства была продемонстрирована в опытах на облученных в смертельных дозах собаках и крысах на препарате РС-10 [5]. При использовании других средств раннего лечения (высокомолекулярных соединений разного природного происхождения) срок применения был сдвинут в сторону больших значений (12- 24 ч после облучения). Объяснение такого сдвига сводилось к ссылке на тактико-технические требования для проведения лечебных мероприятий, которые существовали в 70-80-е годы.
Для цитокинов эффективность экстренного применения после облучения была продемонстрирована на рекомбинантном человеческом беталейкине в опытах на облученных мышах и собаках [9-11]. В опытах на мышах было показано, что свойством экстренного противолучевого действия при однократном введении обладают, кроме ИЛ-1, интерферон-гамма, ТНФ и не обладают колоние-стимулирующие факторы, Г- и ГМ-КСФ [9]. На собаках было показано, что в интервале постлучевого подкожного или внутривенного введения беталейкина от 15 мин до 2 ч противолучевая эффективность беталейкина существенно не изменяется [12].
На рисунке 1 приведены данные о лечебной эффективности беталейкина в сравнении с эффективностью таких индукторов цитокинов как дезоксинат (препарат из деградированной ДНК молоки осетровых рыб) и транслам (глюкан из морских водорослей). Даже с учетом неоптимальных, по-видимому, сроков применения индукторов цитокинов очевидно, что беталейкин, как минимум не уступает им по своей противолучевой эффективности. Во всяком случае, на сегодняшний день именно с помощью беталейкина удалось спасти от гибели часть животных при дозе, существенно превышающей ЛД-95, когда интенсивная антибиотикотерапия оказывается несостоятельной.


 
Рисунок 1. Влияние средств поддерживающей, ранней и экстренной терапии на выживаемость облученных в разных дозах собак. (Цифры возле точек – число использованных собак).

Моментом, сдерживающим прогресс в поиске средств ранней противолучевой терапией, оказывается  все еще бытующее правило обязательного контроля облучения, т.е. группы облученных собак без какого-либо лечения. Западные исследователи от такого подхода отказались. Контролем в опытах на крупных лабораторных животных, как правило, служат животные с поддерживающей терапией в острый период, включающей в себя, как минимум, введение системных антибиотиков и переливание тромбоцитарной массы. Это позволяет осуществлять целенаправленный поиск, например, наиболее важных для спасения жизни при массивных дозах облучения стимуляторов гранулопоэза без потери животных от геморрагического синдрома, от которого такие средства заведомо не помогают. Именно такой подход позволил особенно показательно выявить миелостимулирующее действие беталейкина (рисунок 2).

1 – контроль (антибиотики ампициллин и гентамицин 2 р в день, начиная с 8-х сут. после облучения).
2 – беталейкин в дозе 1 мкг/кг через 1 ч после облучения и антибиотики в интервале 8-24 сут.
3 – 2 контрольные собаки с атипично высоким уровнем лейкоцитов в интервале 7-17 сут. (антибиотики с 8-х сут.)
4 – собака, получившая беталейкин, с атипично ранним и мощным восстановлением числа лейкоцитов после 14-х сут. (антибиотики с 8-х сут.)

Рисунок 2. Усредненная кинетика числа лейкоцитов у облученных в дозе 4,4 Гр собак разных групп.

На этом рисунке видно, что основное различие кривых кинетики лейкоцитов в контрольной и беталейкиновой группе проявляется в период разгара ОЛБ на 14-17 сутки и заключается в приостановке спада, а затем и начале восстановления лейкоцитов в группе с беталейкином. В обеих группах выделены собаки с нетипичной кинетикой лейкоцитов. В контрольной группе у 2-х собак (кривая 3) несмотря на  выраженный абортивный подъем числа лейкоцитов на 10 сутки и
 длительное поддержание довольно высокого числа лейкоцитов, отсутствие истинного восстановления с уровня стволовых клеток привело в конце концов к глубокой лейкопении и гибели животных. Собака, получившая беталейкин (кривая 4), несмотря на глубокую лейкопению вначале, продемонстрировала раннее и мощное восстановление числа лейкоцитов, которое трудно объяснить чем-то иным кроме позитивного влияния беталейкина на пул СКК.
На основании экспериментальных и клинических исследований беталейкина, а также данных литературы было выдвинуто предложение об использовании беталейкина как средства экстренной терапии (в пределах 2 ч после тотального или субтотального воздействиях ионизирующего излучения в дозах, превышающих примерно 1 Гр) при аварийных облучениях человека [13].  Это предложение было одобрено Комитетом иммунобиологических препаратов и утверждено Министерством здравоохранения РФ в 2003 г.
 Почти одновременно с результатами исследований беталейкина появились данные о том, что сходным с беталейкином экстренным противолучевым действием обладает рекомбинантный человеческий тромбопоэтин [14]. Было установлено, что ТПО обладает способностью ингибировать радиационный апоптоз, что может лежать в основе его противолучевого действия [15].

Организация ранней доврачебной и врачебной помощи пострадавшим при радиационных авариях.

В настоящее время медицинскую помощь в ранние пострадиационные сроки регламентируют документы, разработанные Федеральным медико-биологическим агентством, ГНЦ-Институтом биофизики и ВЦМК «Защита» (16-17). В целом, вырисовывается следующая последовательность применения разных лекарственных препаратов в ранний постлучевой период.
В первые 30 мин после облучения рекомендуется прием через рот таблеток индралина (препарат Б-190) -  в том случае, если  лучевое воздействие не прекращается, а также прием в случае техногенной аварии на атомных производствах таблеток йодида калия и ферроцина (затрудняющих аккумуляцию радиоактивных йода, цезия и т.д.).
Следующий постлучевой временной период охватывает сроки от 0,5 до примерно 3 ч. Здесь рекомендуется в течение первых 2 ч применение противорвотных и беталейкина (противопоказание к применению – наличие комбинированных радиационно-термических повреждений). При однократном
подкожном введении беталейкина очень вероятна умеренная пирогенная реакция
(если она становится чрезмерной - выше 40o, для ее ослабления рекомендуются противовоспалительные нестероидные препараты). В отношении беталейкина должно быть четкое разграничение его применения как средства экстренной терапии при радиационной аварии и как гемостимулятора в процессе борьбы с лейкопениеями, возникшими после радио- химиотерапии онкологических заболеваний. При использовании беталейкина как гемостимулятора в онкоклинике применяется 5-дневный курс капельных внутривенных введений, причем нередко рекомендуется предварительная инъекция нестероидных противовоспалительных препаратов (например, диклофенака) для купирования пирогенной реакции, особенно выраженной при внутривенных введениях этого препарата. Эту практику безусловно нельзя распространять на использование беталейкина как средства экстренной противолучевой терапии.  Пирогенная реакция должна рассматриваться как важный компонент общей реакции мобилизации защитных сил организма (так называемого острофазового ответа), инициируемой беталейкином (5) и снимать  ее без учета выраженности и без проведения соответствующих контрольных исследований в эксперименте было бы довольно опрометчивым шагом.
Далее, в интервале 12-24 ч рекомендуется использование дезоксината, лейкинферона и Г-КСФ. При этом применение Г-КСФ и лейкинферона рассматривается как начало длительного курса, который должен быть продолжен в специализированной клинике. Вопрос о целесообразности эстафетного применения через 2 ч беталейкина, а через 12-24 ч дезоксината или гранулоцитарного колоние-стимулирующего фактора (Г-КСФ) требует конечно же серьезного исследования в эксперименте.

Дальнейшее развитие исследований в области экстренного патогенетического лечения острых лучевых поражений.

В настоящее время цитокины и в ранний и в отдаленный период становятся основой патогенетического лечения лучевых поражений иммуногемопоэтической системы. Вытеснение высокомолекулярных индукторов цитокинов это всего лишь вопрос времени.
Не возникает сомнений, что надо расширять список препаратов экстренной терапии, и первым кандидатом на апробацию и получение соответствующего разрешения здесь значится, конечно, тромбопоэтин. При этом, учитывая возможность селективного действия ТПО на стволовой кроветворный пул, необходимо проверить эффективность совместного одновременного применения
в самые ранние (до 2-х ч) сроки после радиационного воздействия комбинации ТПО и беталейкина.
Возникает вопрос о целесообразности применения через 12-24 ч после облучения препаратов ранней терапии, реально – препарата дезоксинат. Однако, остается невыясненным, насколько совместимо применение в эстафетной временной последовательности сначала беталейкина, а затем дезоксината. Здесь возникает дилемма: проверять эффективность последовательной комбинации беталейкина и дезоксината либо комбинации беталейкина с Г-КСФ.  Дело в том, что прямым конкурентом дезоксинату через 24 ч после облучения является, в первую очередь, Г-КСФ (во вторую, такие цитокины как ИЛ-3 и ГМ-КСФ), но нельзя уйти и от вопроса конкуренции беталейкину со стороны все того же Г-КСФ. Ведь в обобщающей работе американских авторов по проблеме лечения лучевых поражений человека рекомендуется применение Г-КСФ как можно раньше после лучевого воздействия (18).

Список литературы

1. Advances in the treatment of radiation injuries. Eds.: T.J.MacVittie, J.F.Weiss, D.Browne. Pergamon 1996. 350 pp.
2. Nagler A., Naparstek E., Drakos P., Slavin S. The role of hematopoietic growth factors following bone marrow transplantation in an acute radiation accident: a case report. In: Advances in the Biosciences, Vol. 94, pp.311-320, 1994. Pergamon, Elsevier Science Ltd. Great Britain, 1996
3. Baranov A.E., Selidovkin G.D., Butturini A., Gale R.P.  Hematopoietic recovery after 10-Gy acute total body radiation. Blood 1994; 83:596-599
4. Chiba S., Saito A., Ogawa S. et al. Allogeneic peripheral blood stem transplantation for victim of the criticality accident in Nakai-mura.. In: Proceedings of the International Symposium on The Critical Accident in Tokaimura. 14-15 December 2000, Chiba, Japan. NIRS:Chiba, 2001, pp. 212-218
5. Горизонтов П.Д., В.А.Разоренова, М.Ф.Сбитнева и др. О лечебном действии РС-10 на собак при остром лучевом поражении. Бюл. радиац. мед. 1965. № 3. С. 147-152.
6. Радиационная медицина. Теоретические основы радиационной медицины. М.: Изд. АТ, 2004. Т 1. 992 с.
7. Кетлинский С.А., А.С. Симбирцев, А.А. Воробьев. Эндогенные иммуномодуляторы. Изд. Гиппократ, С.-Петербург 1992. 256 с.
8. Neta R. Modulation with Cytokines of Radiation Injury: Suggested Mechanisms of Action. Environmental Health Perspectives 1997. V. 105. Suppl.6.  P. 1463-1465.
9. Neta R., J.J.Oppenheim. Cytokines in Therapy of Radiation Injury.  Blood 1988. V. 72. No 3. P. 1093-1095.
10. С.А.Рогачева, А.С.Симбирцев, К.Н.Муксинова. Колониестимулирующая активность сыворотки крови и динамика некоторых показателей кроветворения у облученных собак, влияние интерлейкинов. Всерос. конф. «Действие ионизирующей радиации на иммунную и кроветворную системы». Тезисы. М.1995. С. 23-24.
11. Rozhdestvensky L.M., A.N.Sernichenko. IL-1β and its possible inductor as means to accelerate early hemopoietic restoration in lethally irradiated dogs. Experimental Hematol. 1995. V. 23. N 8. Absract No 452.
12. Рождественский Л.М.. Радиобиологические аспекты применения интерлейкина-1 бета как средства скорой помощи при остром радиационном воздействии. Труды Междунар. симпозиума “Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии” 1997. Дубна. Т. 2. С. 15-22
13. Л.М.Рождественский, М.В.Кончаловский, А.Е.Баранов и др. Возможность применения препарата беталейкин (интерлейкин-1β) для экстренной терапевтической помощи при остром аварийном облучении человека. V Российский национальный конгресс «Человек и лекарство». Тезисы докладов, М. 21-25 апреля 1998 г. C. 454.
14. Neelis K.J., S.C.C. Hartong, T. Egeland et al. The Efficacy of Single-Dose Administration of Thrombopoietin with Coadministration of Either Granulocyte/Macrophage or Granulocyte Colony Stimulating Factor in Myelosuppressed Rhesus Monkeys. Blood 1997. V. 90. No 7. P. 2565-2573.
15. Mouthon M-A, Van der Meeren A, Gaugler M-H, et al. Thrombopoietin promotes hematopoietic recovery and survival after high-dose whole body irradiation.  Internatl J Radiat Oncol Biol Phys Phys. 1999. V. 43(4). Р. 867–875.
16. Организация санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий при радиационных авариях. Руководство. М.: ФГУ «ВЦМК «Защита» Росздрава», 2005. 524 с.
17. Протоколы работы медицинского персонала на этапах оказания медицинской помощи пораженным при радиационных авариях. Рекомендации. ФУ «Медбиоэкстрем». ГНЦ – Институт биофизики. Рукопись. М. 2004. 56 с.
18. Dainiak Nicholas, Jamie K. Waselenko, James O. Armitage et al. The Hematologist and Radiation Casualties. Hematology 2003. V.1. P.1-473.