Особенности антиаритмического действия соединения АЛМ-802

Введение. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) остаются одной из главных причин смерти во всем мире, ежегодно унося более 17 млн жизней. В связи с этим возникает актуальная задача — создание инновационных лекарств для борьбы с ССЗ. Одной из потенциальных мишеней для таких препаратов являются рианодиновые рецепторы 2 типа (RyR2), так как известно, что они играют важную роль в поддержании гомеостаза ионов Ca2+ в кардиомиоцитах, а их аномальная активность играет одну из ключевых ролей в генезе нарушений сердечного ритма.

Цель исследования — изучить механизмы, лежащие в основе антиаритмического действия АЛМ-802.

Методы. На первом этапе были проведены эксперименты in vivo с использованием моделей аконитиновой, хлоридкальциевой, хлоридбариевой и реперфузионных аритмий для оценки антиаритмического эффекта соединения АЛМ-802. На втором этапе исследования в электрофизиологических экспериментах, выполненных на клетках гиппокампа новорождённых крыс, оценивали влияние соединения AЛM-802 на потенциалзависимые трансмембранные ионные Na+–, К+– и Ca2+–каналы, а также его влияние на внутриклеточную концентрацию ионов Ca2+. В экспериментах, выполненных на изолированной полоске миокарда, оценивали влияние соединения АЛМ-802 на активность RyR2.

Результаты. В экспериментах in vivo соединение АЛМ-802 (2 мг/кг, в/в) на вышеприведённых моделях проявляет выраженную антиаритмическую активность, сопоставимую/превосходящую таковую, показанную для эталонных препаратов прокаинамид, верапамил и амиодарон. В экспериментах in vitro показано, что АЛМ-802 (69,8 µM) инициирует инактивацию ионных K+- и Na+-каналов и не влияет на активность ионных каналов Ca2+. Соединение АЛМ-802 эффективно предотвращает увеличение концентрации ионов Ca2+ в цитозоле во время деполяризации. Кроме того, в экспериментах на изолированной полоске миокарда показано, что соединение АЛМ-802 (5×10–5 М) блокирует RyR2.

Заключение. Таким образом, по спектру антиаритмической активности соединение АЛМ-802 сочетает в себе свойства антиаритмических лекарственных средств IA или IC и III классов по классификации Е.М. Vaughan Williams. Помимо этого, соединение АЛМ-802 проявляет антагонистическую активность в отношении RyR2. Последнее представляется также достаточно важным, поскольку известно, что в условиях патологии миокарда аномальная активность RyR2 инициирует диастолическую утечку ионов Са2+ из цистерн СПР, что влечёт за собой снижение инотропной функции левого желудочка сердца и значительно повышает риск развития злокачественных нарушений сердечного ритма.

1. Roth GA. Global, regional, and national age-sex-specific mortality for 282 causes of death in 195 countries and territories, 1980-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. 2018;392(10159):1736–1788. DOI: 10.1016/S0140-6736(18)32203-7.

2. Timmis A, Vardas P, Townsend N, et al. European Society of Cardiology: cardiovascular disease statistics 2021. Eur Heart J. 2022;43(8):716–799. DOI: 10.1093/eurheartj/ehab892.

3. Santulli G, Lewis D, des Georges A, et al. Ryanodine Receptor Structure and Function in Health and Disease. Subcell Biochem. 2018;87:329–352. DOI: 10.1007/978-981-10-7757-9_11.

4. Nakai J, Imagawa T, Hakamat Y, et al. Primary structure and functional expression from cDNA of the cardiac ryanodine receptor/calcium release channel. FEBS Lett. 1990;271(1-2):169–177. DOI: 10.1016/0014-5793(90)80399-4.

5. Fabiato A. Calcium-induced release of calcium from the cardiac sarcoplasmic reticulum. Am J Physiol. 1983;245(1):C1–14. DOI: 10.1152/ajpcell.1983.245.1.C1.

6. Bers DM. Cardiac excitation-contraction coupling. Nature. 2002;415(6868):198–205. DOI: 10.1038/415198a.

7. Benitah JP, Perrier R, Mercadier JJ et al. RyR2 and Calcium Release in Heart Failure. Front Physiol. 2021;12:734210. DOI: 10.3389/fphys.2021.734210.

8. Terentyev D, Viatchenko-Karpinski S, Valdivia HH, et al. Luminal Ca2+ controls termination and refractory behavior of Ca2+-induced Ca2+ release in cardiac myocytes. Circ Res. 2002;91(5):414–420. DOI: 10.1161/01.res.0000032490.04207.bd.

9. Крыжановский С.А., Лихошерстов А.М., Цорин И.Б. и др. Скрининг кардиотропной активности в ряду α, ω-диарилметильных производных бис-(ω-аминоалкил)аминов. Фармакокинетика и фармакодинамика. 2016;(2):10–13.

10. Мокров Г.В., Лихошерстов А.М., Барчуков В.В. и др. Исследование влияния положения метокси-группы на кардиотропную активность соединения АЛМ-802. Фармакокинетика и фармакодинамика. 2019;(1):6–11. DOI: 10.24411/2587-7836-2019-10033.

11. Hayashi H, Miyata H. Fluorescence imaging of intracellular Ca2+. J Pharmacol Toxicol Methods. 1994;31(1):1–10. DOI: 10.1016/1056-8719(94)90023-x.

12. Taylor CP, Meldrum BS. Na+ channels as targets for neuroprotective drugs. Trends Pharmacol Sci. 1995;16(9):309–316. DOI: 10.1016/s0165-6147(00)89060-4.

13. Gutser UT, Gleitz J. The alkaloid 6-benzoylheteratisine inhibits voltage-gated Na+ channels in rat brain synaptosomes. Neuropharmacology. 1998;37(9):1139–1146. DOI: 10.1016/s0028-3908(98)00114-2.

14. Наумов А.П., Негуляев Ю.А., Носырева Е.Д. Изменение сродства кислотной группы натриевого канала к ионам водорода при действии аконитина. Доклады АН СССР. 1979;244(1):229–32.

15. Гриценко И.И., Зубов А.Н., Наумов А.П. Модификация натриевых каналов мембран клеток нейробластомы аконитином. Цитология. 1982;24(6):658–666.

16. Галенко-Ярошевский П.А., Каверина Н.В., Камкин А.Г. и др. Методические рекомендации по доклиническому изучению антиаритмических лекарственных средств. / под ред. Миронов А.Н. Бунатян Н.Д. и др. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая. М.: Гриф и К; 2013:385–416.

17. Malinow MR, Batlle FF, Malamud B. Nervous mechanisms in ventricular arrhythmias induced by calcium chloride in rats. Circ Res. 1953;1(6):554–559. DOI: 10.1161/01.res.1.6.554.

18. Grumbach L, Howard JW, Merrill VI. Factors related to the initiation of ventricular fibrillation in the isolated heart; effect of calcium and potassium. Circ Res. 1954;2(5):452–459. DOI: 10.1161/01.res.2.5.452.

19. Trautwein W. Generation and conduction of impulses in the heart as affected by drugs. Pharmacol Rev. 1963;15:277–332.

20. Temte JV, Davis LD. Effect of calcium concentration on the transmembrane potentials of Purkinje fibers. Circ Res. 1967;20(1):32–44. DOI: 10.1161/01.res.20.1.32.

21. Gou D, Pei X, Wang J, et al. Antiarrhythmic effects of ginsenoside Rg2 on calcium chloride-induced arrhythmias without oral toxicity. J Ginseng Res. 2020;44(5):717–724. DOI: 10.1016/j.jgr.2019.06.005.

22. Hoch B, Meyer R, Hetzer R, et al. Identification and expression of delta-isoforms of the multifunctional Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase in failing and nonfailing human myocardium. Circ Res. 1999;84(6): 713–721. DOI: 10.1161/01.res.84.6.713.

23. Takla M, Huang CL, Jeevaratnam K. The cardiac CaMKII-Na(v)1.5 relationship: From physiology to pathology. J Mol Cell Cardiol. 2020;139: 190–200. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2019.12.014.

24. McCauley MD, Wehrens XH. Ryanodine receptor phosphorylation, calcium/calmodulin-dependent protein kinase II, and life-threatening ventricular arrhythmias. Trends Cardiovasc Med. 2011;21(2):48–51. DOI: 10.1016/j.tcm.2012.02.004.

25. Camors E, Valdivia HH. CaMKII regulation of cardiac ryanodine receptors and inositol triphosphate receptors. Front Pharmacol. 2014;5:101. DOI: 10.3389/fphar.2014.00101.

26. Wagner S, Dybkova N, Rasenack EC, et al. Ca2+/calmodulindependent protein kinase II regulates cardiac Na+ channels. J Clin Invest. 2006;116(12):3127–3138. DOI: 10.1172/JCI26620.

27. Szekeres L, Papp JG. Experimental cardiac arrhythmias. Ed by Schmier J. Eichler O. Experimental Production of Diseases: Heart and Circulation. Handbook of Experimental Pharmacology. Vol. XVI/3. NY: Springer-Verlag; 1975:131–182.

28. Rohaim A, Gong L, Li J, et al. Open and Closed Structures of a Barium-Blocked Potassium Channel. J Mol Biol. 2020;432(17):4783–4798. DOI: 10.1016/j.jmb.2020.06.012.

29. Jiang Y, MacKinnon R. The barium site in a potassium channel by x-ray crystallography. J Gen Physiol. 2000;115(3):269–272. DOI: 10.1085/jgp.115.3.269.

30. Rowley CN, Roux B. A computational study of barium blockades in the KcsA potassium channel based on multi-ion potential of mean force calculations and free energy perturbation. J Gen Physiol. 2013;142(4): 451–463. DOI: 10.1085/jgp.201311049.

31. Jennings RB, Sommers HM, Smyth GA, et al. Myocardial necrosis induced by temporary occlusion of a coronary artery in the dog. Arch Pathol. 1960;70:68–78.

32. Hausenloy DJ, Yellon DM. Myocardial ischemia-reperfusion injury: a neglected therapeutic target. J Clin Invest. 2013;123(1):92–100. DOI: 10.1172/JCI62874.

33. Lemasters JJ, Bond JM, Chacon E, et al. The pH paradox in ischemiareperfusion injury to cardiac myocytes. Exs. 1996;76:99–114. DOI: 10.1007/978-3-0348-8988-9_7.

34. Bond JM, Chacon E, Herman B, Lemasters JJ. Intracellular pH and Ca2+ homeostasis in the pH paradox of reperfusion injury to neonatal rat cardiac myocytes. Am J Physiol. 1993;265(1 Pt 1):C129–137. DOI: 10.1152/ajpcell.1993.265.1.C129.

35. Mattiazzi A, Argenziano M, Aguilar-Sanchez Y, Mazzocchi G, Escobar AL. Ca2+ Sparks and Ca2+ waves are the subcellular events underlying Ca2+ overload during ischemia and reperfusion in perfused intact hearts. J Mol Cell Cardiol. 2015;79:69–78. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2014.10.011

36. Bagheri F, Khori V, Alizadeh AM, et al. Reactive oxygen species-mediated cardiac-reperfusion injury: Mechanisms and therapies. Life Sci. 2016;165:43–55. DOI: 10.1016/j.lfs.2016.09.013.

37. Brookes PS, Yoon Y, Robotham JL, et al. Calcium, ATP, and ROS: a mitochondrial love-hate triangle. Am J Physiol Cell Physiol. 2004;287(4): C817–833. DOI: 10.1152/ajpcell.00139.2004.

38. Zorov DB, Juhaszova M, Sollott SJ. Mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and ROS-induced ROS release. Physiol Rev. 2014;94(3): 909–950. DOI: 10.1152/physrev.00026.2013

39. Ling H, Gray CB, Zambon AC, et al. Ca2+/Calmodulin-dependent protein kinase II δ mediates myocardial ischemia/reperfusion injury through nuclear factor-κB. Circ Res. 2013;112(6):935–944. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.112.276915

40. Becerra R, Román B, Di Carlo MN, et al. Reversible redox modifications of ryanodine receptor ameliorate ventricular arrhythmias in the ischemic-reperfused heart. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2016;311(3):H713–724. DOI: 10.1152/ajpheart.00142.2016.