Исследование структурно-функциональных особенностей регуляторных пептидов и медиаторов

Таким образом, анализ всех регуляторных программ медиаторов и РП позволил нам сформировать представление об информационной сети индукционных связей ЭнС с круговым и секторальным движением информации. Визуализация 3-мерной схемы данной сети напоминает телевизионную Шуховскую башню Шаболовки (рис.7). Круговые ребра жесткости подобной биоконструкции формируют медиаторы, являющие собой “монопептидные” управленческие элементы, опиоиды, гормоны. Их задача, в первую очередь, состоит в инициации интеграционных для всего организма процессов, но на разных физиологических уровнях. Кроме того, за ними сохраняются и специализированные наборы программ. Секторальные ребра жесткости формируются представителями различных семейств РП. Они создают реальную опору организма, его “трудовые резервы”. Такое ажурное устройство молекулярной башни сочетает: 1) прочность (минимальная нагрузка под потоком внешних и внутренних сигналов), 2) легкость (минимальные материало- и энергозатраты организма), 3) определенную долю подвижности и самокомпенсации (частичная взаимозаменяемость РП).

Опиоиды занимают промежуточное положение между медиаторами, с которыми их объединяет формирование систем КУ (базисная основа внутренних биопроцессов), а также множество РП-индукционных связей, и РП, с которыми они связаны олигопептидной моделью структуры. Опиоиды формируют блок ФВП, определяя эмоциональный статус и целостное состояние организма.

Рисунок 7. Информационная сеть эндогенных соединений

Они же участвуют в построении динамического (химической асимметрии) профиля мозга. Кроме того, изучение функций ряда фрагментов пищевых белков, полученных в результате естественного или искусственного протеолиза, показало, что данные фрагменты могут выступать в роли “опиоидных” олигопептидных регуляторов [Замятнин, 2009]. Т.е. существует и экзогенный пул опиоидных структур с их характерной биологической активностью. Таким образом, исследования системы опиоидов и их индукционных связей позволяют визуализировать сочетанность у одного ЭнС регуляторных контуров КУ и СУ и оценить эволюционные механизмы формирования систем управления.

Известно, что эволюционные преобразования любой системы могут идти или по пути к определенным и относительно постоянным условиям их функционирования, или по пути приспособления к более изменчивым условиям. Основные принципы общей конструкции системы РП, медиаторов и БАВ с возможностью КУ и СУ предоставляют возможность для любых эволюционно-адаптационных преобразований.

4 Каскадные процессы, запускаемые РП и медиаторами.

Долговременные эффекты

4.1 Статическое распределение множества РП в пространстве пептидов

Одной из модификаций нашего векторного анализа является оценка распределения множества РП в осях количественного изменения уровня самих пептидов. Так мы получаем отображение пептидного статуса организма, изменяющегося под действием того или иного фактора. Был проведен анализ индукционных эффектов 26 РП на ACTH, VP и OT.

Анализ векторного отображение континуума РП в пространстве пептидов позволил разделить множество регуляторов на группы со сходными профилями индукционных воздействий на РП. Выделение участков координатной сетки с незначительной плотностью пептидов выявило ситуации со слабо- или нереализованной в процессе эволюции формами межпептидного контроля. Данный метод позволил визуализировать преимущественные направления каскадных процессов.

4.2 Исследование каскадных процессов

При исследовании индукционных эффектов ЭнС на конкретные системы организма были проанализированы принципиальные схемы возможных каскадных процессов анксиолитика-ФВП NPY, отличающегося обильными индукционными связями с другими РП, и трех медиаторов DA, NE, ACh. Для 5-HT не удалось выявить логических однонаправленных каскадных схем в силу множественности модулирующих воздействий данного молекулярного агента.

4.2.1 Формирование каскадных путей регуляции NPY различных

физиологических параметров организма

Для более четкого обозначения функциональной роли NPY в контроле процессов организма был проведен детальный анализ спектра биологической активности данного пептида в свете индукционных влияний на другие РП. Способность NPY индуцировать и подавлять синтез и выделение большого ряда пептидов была рассмотрена в плане многоуровневой регуляции основных систем организма: нервной, сердечно-сосудистой и других. Запускаемые NPY каскадные процессы оценивались на качественном уровне с помощью соответствующего программного модуля. Пример таких индукционных воздействий, оказывающих влияние на функционирование нервной системы и поведенческие реакции организма, представлен на рисунке 8.

Рисунок 8. Возможное влияние каскадных механизмов NPY

Проведенный обзор эффектов NPY дал сложную картину многообразия воздействий NPY на организм. Суперпозиция векторов индукции NPY позволила наметить причины необычных межфункциональных отношений, когда значительную роль играют каскадные механизмы модуляции NPY выходов других РП, имеющих отличающиеся спектры биологической активности.

4.2.2 Формирование каскадных путей регуляции медиаторами

различных физиологических параметров организма

Был проведен анализ данных о влиянии DA, NE, ACh, ФВП и других РП на ряд физиологических параметров и патологических состояний: давление крови, уровень тревожности, уровень депрессии, память и обучение, пищевое поведение, паркинсонизм, некоторые элементы канцерогенеза и др. Сопоставление индукционных воздействий медиаторов и эффектов РП позволило проследить возможные РП-каскадные механизмы физиологических эффектов медиаторов. На рисунках 9, 10 приведены примеры возможных индукционных эффектов влияния DA на уровень тревожности, стресса и депрессии. Представленные на схемах векторы активностей РП позволяют оценить элементы нейрохимического механизма противострессового и антидепрессантного действия ПЭ.

Рисунок 9. Влияние DA, ФВП и ряда РП на уровень тревожности

Сам по себе феномен облегчения стресса положительными эмоциями вполне очевиден. При анализе возможных индукционных схем отмечается выраженная однонаправленность противострессорных и антидепрессантных эффектов РП, регулируемых DA.

Рисунок 10. Влияние DA, ФВП и ряда РП на уровень депрессии

4.2.3 Каскады второго порядка

Особый интерес представляет анализ динамики индукционных схем взаимодействий между медиаторами и пептидами во времени при различных физиологических состояниях организма. Нами были систематизированы и проанализированы системы перекрестных связей между 5-HT, DA и OT-VP-PL при различных физиологических состояниях: не беременность, ранняя и поздняя стадии беременности, лактация, материнское поведение. Проведенный анализ убедительно показал, что DA- и 5-HT-системы играют важную роль в контроле уровня гормонов, в формировании репродуктивного и материнского поведения. Являясь молекулярной основой регуляции эмоционального статуса организма, они приобретают роль “мостика” между эмоциональным фоном и гормональным спектром организма. Таким образом, становится более очевидным регулирующий эффект различных внешних воздействий на психику, который можно и нужно использовать для профилактики и терапии при патологии беременности.

5 Проблема корректирующего адаптивного воздействия на организм.

Внутренние резервные молекулярные программы

5.1 Сочетание парадигм мышления. Системоорганизующие факторы организма

Адекватность парадигмы мышления в изучении проблем, связанных со здоровьем человека, понимание и учет в лечебных практиках ряда причинно-следственных взаимоотношений в континууме человек-среда требуют разработку и конструктивное комплексное использование нескольких парадигматических подходов в диагностическом исследовании, построении теории и лечения заболеваний, новых принципов разработки фармакологических препаратов.

Была проведена разработка концепции интегративной медицины, которая объединила объекты физиологии и элементы синергетики, гомеостазиса, системного анализа. Было показано, что регуляция всех физиологических процессов осуществляется системоорганизующими агентами двух уровней: 1) системные параметры, динамическое объединение которых приобретает черты отдельных надмолекулярных “сущностей” или целостных реакций организма (например, ПЭ); 2) непосредственно сами ЭнС. Целесообразно в условиях неравновесности системы организма использовать управляемую самоорганизацию биопроцессов с предсказуемым движением вдоль нативных (природных) многообразий с минимальными вмешательствами. А в равновесных состояниях биосистемы, которая может перейти в другое состояние, управлять жизненно важными параметрами в допустимых пределах. Исследование двух уровней системоорганизующих факторов позволило обозначить уже готовые (нативные) “лекала” терапевтических процедур и препаратов.

Проведенное нами исследование длительных каскадных процессов, индуцированных ФВП, РП и медиаторами, помогло выявить скрытые закономерности регулирования ПЭ и ряда физиологических функций. Раскрытие физиологических и биохимических механизмов ПЭ чрезвычайно затрудняется частым смешением причины и следствия: то ли подавление данного патологического процесса есть (хотя бы отчасти) следствие ПЭ, то ли наоборот. Большие трудности связаны и с экспериментальной оценкой уровня и качественных особенностей ПЭ у человека и животных. Тем не менее, нам удалось проследить некоторые механизмы, связывающие ПЭ и патологию. На основании проведенной аналитической работы было выявлено, что система ФВП-РП обладает следующими особенностями. Во-первых, это поликомпонентная система, - в ней задействовано не менее 20 регуляторов. Во-вторых, каждый регулятор обеспечивает преимущественно свой блок молекулярных программ. В-третьих, внутрисистемные связи между ФВП и РП отличаются определенной сонаправленностью, которая позволяет: а) сформировать длительные (устойчивые) индукционные каскады, б) создать целый ряд потенциальных путей регуляции многих патофизиологических процессов. Таким образом, систему ФВП-РП, определяющую ПЭ, можно охарактеризовать как поликомпонентную систему со сложной сетью векторов каскадных воздействий, позволяющих формировать логические схемы подавления патофизиологических процессов с дублирующими путями.

Нами была разработана биоматематическая интерпретация роли DA и других ФВП в регуляции физиологических параметров организма: 1) система ФВП-РП как модульная система (использовано обозначение системы массивов электропитания, предназначенных для защиты сетевого или иного критичного оборудования); 2) ФВП-РП обеспечивают поликомпонентное “выведение” системы физиологических параметров из границ патологических состояний (предболезненное состояние, болезнь).

ФВП и находящиеся под их контролем РП образуют гибкую модульную систему, где можно реализовать необходимую избыточность и, соответственно, надежность. Избыточность означает использование дополнительных модулей по сравнению с тем количеством, которое необходимо для работы системы при полной нагрузке в условиях нормы. Так, из представленных в предыдущем разделе данных, очевидно, что ряд патофизиологических состояний может корректироваться сонаправленными эффектами целого ряда ФВП и РП. Их отдельные воздействия могут быть незначительны (в отличие от ряда лекарственных препаратов), но в целом они могут образовывать “мощный и растянутый фронт” определенного терапевтического эффекта. Таким образом, появляется возможность дублирования большинства регуляторных программ. Это и усиление определенного информационного воздействия, и формирование резервных путей реализации его. С другой стороны, широкий спектр РП, охваченных индукционными эффектами ФВП, позволяет тонко модифицировать профиль управляющих программ в зависимости от начальных условий (состояния организма). Таким образом, в зависимости от поставленных функциональных задач структура пакетов молекулярных программ может легко наращиваться от минимальной конфигурации до любого сочетания их и их мощности.

Поведение различных физиологических систем имеет не хаотичный характер, а подчиняется определенным закономерностям. В соответствии с этим динамические законы позволяют, в большинстве случаев, однозначно предсказать вероятное поведение системы в будущем при условии задания ее состояния в некоторый начальный момент времени (ее начального состояния). В свете представленных рассуждений нами были проанализированы терапевтические эффекты лекарственных препаратов и воздействие эндогенных агентов ПЭ. Было предположено, что: а) профилактическое воздействие ПЭ заключается в “недопущении” системы организма в критическую (пограничную) зону; б) лечебное воздействие ПЭ заключается в поликомпонентном (дублирующем) “уведении” системы организма от пограничной ситуации. Важно подчеркнуть, что при влиянии ФВП-РП, помимо самого факта устранения опасности, нет грубого резкого изменения биопараметров, характерного для эффектов многих обычных лекарств. ФВП-РП, индуцированные ПЭ, лишь “подталкивают” систему на такие ближайшие уровни физиологических параметров, откуда она уже сама по эволюционно-отобранным механизмам выходит из критической зоны (т.е. с минимумом побочных эффектов).

5.2 Исследования комплексов эндогенных соединений

Регуляция всех физиологических процессов осуществляется сложными комплексами ЭнС, действующими в определенной последовательности и в определенных сочетаниях. Моделирование регуляции введением отдельных ЭнС приносит лишь частичную информацию. Этим же ограничена эффективность отдельных ЭнС и их стабилизированных дериватов, изучаемых и используемых с лечебными целями. Очевидна необходимость расширения и углубления исследований активности разнообразных комплексов ЭнС. В качестве условного названия таких комплексов ЭнС, действующих в организме в определенной последовательности и взаимодействии, был предложен термин синактоны. Целесообразно относить к синактонам лишь сочетания ЭнС (и их стабилизированных дериватов), но не разнообразных фармакологически активных веществ, далеких по составу и структуре от эндогенных регуляторов животного организма. Были рассмотрены примеры наиболее перспективных в медицинских аспектах синактонов, представляющих собой либо смеси ЭнС, либо ковалентно связанные ЭнС. Кроме того, были обозначены методические трудности таких исследований, особенно с учетом различных путей введения синактонов, проблем преодоления ГЭБ и т.д.

Были систематизированы данные и обозначены закономерности, позволяющие решить задачу всесторонне обоснованного выбора состава изучаемых синактонов: 1) выявлены группы ЭнС, стимулирующих или подавляющих определенный физиологический процесс; 2) накоплены данные о преимущественных надмолекулярных, клеточных и тканевых зонах действия ЭнС, а также их миграции в организме и оптимальных путях введения извне; 3) обозначены созданные природой ковалентно связанные ЭнС - препротопептиды, способные либо генерировать образование оптимальных сочетаний РП, либо непосредственно воздействовать на ряд функций; накоплен также начальный опыт создания, изучения и даже медицинского применения “гибридных”, “химерных” ЭнС, связанных ковалентно (синактоны-СК); 4) в ряде случаев была выявлена последовательность воздействия ЭнС на выход других ЭнС; 5) обозначены основные характеристики сроков полураспада различных групп ЭнС, позволяющие оценить последовательность их эффектов во времени; 6) проведена разработка математического подхода для выявления преимущественных корреляций между сочетаниями физиологических эффектов, с одной стороны, и комбинациями ЭнС, индуцирующих эти эффекты, с другой стороны.

5.3 Методология разработки корректирующего адаптивного воздействия

В рамках аксиоматики интеграционной медицины были выявлены следующие особенности системы “организм-терапия”: 1) множественные индукционные взаимосвязи между РП, ФВП, медиаторами, БАВ; 2) наличие длительных каскадных эффектов (отставленные эффекты); 3) выраженная полифункциональность большинства ЭнС; 4) эффективность доз широкого диапазона; 5) изменение эффективности доз РП и БАВ у различных организмов, индивидуальная чувствительность; 6) вариабельность биодоступности и метаболических параметров ЭнС и фармакологических препаратов; 7) сочетанность лечебных (позитивных) и побочных (негативных) эффектов у классических фармакологических препаратов; 8) фон химических модификаций (накопительный характер некоторых опасных химических групп в продуктах питания и др.), приводящий к изменению параметров чувствительности и устойчивости организмов. С учетом особенностей системы “организм-терапия” и проведенного обширного анализа континуума ЭнС нами была сформулирована методология индивидуальной коррекционной терапии. Были обозначены принципы желательного развития подходов терапевтических исследований с учетом биоритмологических компонент как в динамическом профиле самой болезни, так и в затрагиваемом при терапии самом молекулярном процессе (циркадианные процессы и др.). В методологии акцентировано внимание к внутренним резервным молекулярным программам, как наиболее физиологичным, обозначена важность сочетания прицельного анализа реакций с системным уровнем оценки формирующихся функциональных систем. Продемонстрирована эффективность комбинаций различных лечебных методов молекулярного и надмолекулярного уровней. В рамках исследования были систематизированы данные по методам коррекции функциональных состояний. Они включают большой спектр процедур от банальной активации ПЭ и повышения качества жизни до разработанных системных процедур: ритмические сенсорные воздействия, вспомогательные средства регуляции, методы произвольной саморегуляции физиологических функций. Для компенсации процессов дисрегуляции организма может быть дополнительно введена внешняя обратная связь. Функционируя параллельно с естественной цепью отрицательной обратной связи, она детектирует активность периферических органов и осуществляет ее взаимосвязь с сенсорными сигналами из внешней среды, которые могут использоваться мозгом для усиления процессов саморегуляции.

Таким образом, важно не углубленное рвение в поиске фармакологических групп, а именно сочетанный подход, оптимизирующий все пути природной и синтетической коррекции патологических процессов с учетом индивидуальной реактивности организма. Необходима круговая смена парадигм анализа (которые, в свою очередь, также состоят из комплексных теорий): от системных знаний к детальному исследованию молекулярных процессов, и обратный ход, - от простых экспериментальных оценок к базисным фундаментальным построениям. Только в сочетании нескольких подобных циклов лежит реальная возможность преодолеть барьер недопонимания причинно-следственных взаимоотношений в континууме человек-среда и разработать эффективную методологию интегративной медицины.

5.4 Отбор перспективных комбинаций ЭнС различного

физиологического профиля

Отбор перспективных комбинаций ЭнС различного физиологического профиля предполагает два пути исследования:1) первичное экспериментальное тестирование нативных тканеспецифических комплексов ЭнС с уже последующим фундаментальным анализом механизмов; 2) доэкспериментальный поиск перспективных сочетаний РП и медиаторов.

Нами были разработаны оба направления, которые эффективно дополнили друг друга. В первом случае был проведен фундаментальный анализ индукционных схем регуляторов уже после наработанной базы экспериментов, а во втором - были проведены доэкспериментальный отбор и теоретическое обоснование комплексов. Использованием этих двух противоположных, но взаимозависимых исследовательских направлений была достигнута визуализация целостной картины функционирования континуума РП, БАВ, медиаторов.

5.4.1 Фундаментальный анализ механизмов регуляции по данным экспериментального тестирования природных комплексов ЭнС

Проанализированная нами ранее “геометрия” индукционных схем обозначила характерные регуляционные каналы, через которые могут проходить управляющие сигналы. Такая визуализация информационной сети организма позволила провести фундаментальный анализ механизмов регуляции по результатам экспериментального тестирования и клинического применения тканеспецифических природных пептидных комплексов (цитомединов: кортексин и др.). Были рассмотрены системоорганизующие факторы и индукционные схемы препаратов, а также предложено теоретическое обоснование их биоактивности.

Характер накопленных данных по кортексину и другим цитомединам обозначил огромный спектр всевозможных приложений воздействий и универсальность механизмов действия цитомединов, хотя и со специфической компонентой, обусловленной органом (системой), из которого получены цитомедины. Именно поэтому попытка выявить для одного кортексина ключевой механизм воздействия на физиологические процессы посредством РП- и БАВ-регуляции побудила сравнить данные по всем цитомединам. Сопоставление их эффектов позволило выявить, что в основе всех цитомединов лежит общий принцип воздействия, и только ряд специфических эффектов можно объяснить отдельно. Таким образом, обобщая все результаты 25-летней практики экспериментального и клинического применения кортексина и других цитомединов, был сделан трехуровневый подход к представлению общей концепции воздействия. На первом этапе мы обобщили особенности действия всех цитомединов. На втором этапе мы обозначили основные концептуальные позиции, которые бы уже характеризовали все цитомедины как систему регуляторов. И на третьем этапе мы предприняли попытку уложить все в единую схему реализации эффектов цитомединов. Была разработана модель “оптимистического зеркального резонанса (ОЗР)”, которая обозначила основные принципы запуска репаративных программ при применении цитомединов.

Было выявлено, что всегда при применении цитомединов происходит не инерционное каскадное воздействие, а запускаются те молекулярные программы, которые: а) должны привести к выполнению целевой функции; б) занимают позиции центральных узлов КУ в нейронной сети каскадных процессов. Терапевтический эффект заключен не в конкретном РП или медиаторе, инициируемом цитомедином, а в самом принципе резонанса (ОЗР) и в возникающем градиенте определенных параметров организма на введение кортексина (цитомедина) как аналога живой и функционирующей природы. Таким образом, оценка взаимодействий цитомединов и РП-системы организма должна рассматриваться исключительно в свете анализа пусковых, триггерных узлов в нейронной сети РП-каскадных процессов. Доступность этих программ и принципиальная возможность достижения целевой функции, - все это уже зависит от параметрических особенностей конкретных патологических состояний, индивидуума и адекватной, оптимальной для запуска структуры пептида (отсюда большое разнообразие наблюдаемых репаративных процессов).

5.4.2 Доэкспериментальный поиск перспективных

комплексов РП (ФВП) и медиаторов

Как было уже выяснено ранее, моноприменение РП может сопровождаться рядом побочных эффектов. Таким образом, наиболее перспективным с точки зрения клинического применения представляется использование не одиночного пептида, а целых комбинаций РП определенного физиологического профиля. Кроме того, такое комплексное применение пептидов больше соответствует ситуации in vivo, когда каждая функция организма находится под контролем нескольких РП, формирующих функциональный континуум.

С использованием программного модуля из имеющей БД были выявлены наиболее оптимальные парные и тройные сочетания пептидов анксиолитического профиля с ключевым элементом в каждой группе - NPY. Был проведен отбор РП, способных, в принципе, усилить главную позитивную функцию NPY (анксиолитическую активность), не повлиять негативно на высшие функции ЦНС (по критерию воздействия на память) и скорректировать главный отрицательный побочный эффект NPY - гипертензивное действие. Анализ побочных негативных и позитивных функций включил в себя дополнительную задачу коррекции таких сопутствующих эффектов NPY, которые лишь в определенных условиях можно рассматривать как негативные: 1) усиление пищевого поведения; 2) снижение сексуальной активности. В процессе анализа было выявлено 6 РП, образующих вместе с NPY наиболее оптимальные парные сочетания анксиолитического профиля для последующих экспериментальных исследований: ANP, SP, CGRP, NT, MIF-1, DSIP. Также были отобраны наиболее перспективные тройные сочетания РП: (NPY-SP-MIF-1), (NPY-ANP-DSIP), (NPY-CGRP-DSIP). В работе был проведен обзор спектров биологических активностей каждого из них и проанализированы ситуации, когда совместное введение РП имеет многоуровневое воздействие на один и тот же параметр организма. Это открывает возможности для получения более мощных эффектов, представляющих особый интерес в медицинском плане.

Анализ парного воздействия NPY с каждым из отобранных других РП позволил оценить возможные показания и противопоказания к их совместному применению в качестве терапевтических агентов. Психотические состояния, связанные с увеличением тревожности, нарушение процессов обучения и запоминания, а также гипосомния и другие заболевания, сопровождающиеся нарушением сна, являются главными “мишенями” воздействия каждой из пар РП с NPY. Наиболее оптимальным комплексом представляется сочетание NPY с SP, в котором усиливаются позитивные функции и эффективно корректируются негативные. Кроме того важно отметить, что сочетанное анксиолитическое воздействие ряда пептидов охватывает различные механизмы стресс-защитного действия, как на примере NPY (акцент на снижение тревожности) и DSIP (усиление адаптивных возможностей).

Необходимо подчеркнуть, что отобранные в нашей работе оптимальные комбинации РП и медиаторов являются лишь теоретическими заключениями предэкспериментального этапа поиска эффективных ЭнС, регулирующих физиологические процессы. Часть алгоритма отбора групп РП основывается на аддитивности базисных позиций функций РП. Такую принципиальную возможность параллельного управления физиологическими функциями предоставляет наличие специфических рецепторов почти для каждого РП. Далее необходимы детальный анализ рецепторных механизмов воздействия и ряда других факторов, определяющих комплексное влияние констелляций РП на организм, и экспериментальные исследования. В группе В.М.Ковальзона были проведено экспериментальное тестирование некоторых из отобранных нами комплексов РП. В хронических опытах на кроликах с предварительно вживленными электродами и канюлями изучали действие на цикл сон-бодрствование дипептидной и трипептидной комбинаций (NPY-DSIP), (NPY-DSIP-ANP). Полученные результаты подтвердили предположение о принципиальной возможности получать выраженные физиологические эффекты направленного действия путем сочетания РП.

Один из традиционных путей разработки новых фармакологических средств состоит в поиске ингибиторов нейромедиаторов и нейромодуляторов. Значительный интерес в этом плане представляет метод активной иммунизации к собственным ЭнС. Инверсная иммунорегуляция позволяет на длительное время изменять баланс эндогенных регуляторов посредством образования к ним антител. Такой метод полезен для решения задачи длительного снижения уровней стрессогенных факторов. Нами была проведена теоретическая оценка возможности ингибирования эффектов комплексов анксиогенных РП. Для этого необходимо было отобрать из множества возможных комбинаций РП-анксиогенов те “ключевые” комплексы, иммунизация к которым давала бы наиболее полезные сочетания биоактивностей, и в то же время, обладала бы минимальными побочными эффектами. Учитывая, что разработка фармакологических средств для ингибиторных воздействий предполагает обращение эффектов, то необходимым для поиска спектром функций, подлежащих напротив подавлению, являлись: усиление тревожности, давления крови и депрессии, снижение памяти при отсутствии воздействия на остальные функции. Из возможных парных комбинаций пептидов было выделено два сочетания РП-анксиогенов: (CCK-4-DBI), (DBI-CRF), которые представляются наиболее перспективными мишенями как для применения короткодействующих фармакологических ингибиторов, так и для метода инверсной иммунизации.

В работе был проведен анализ “терапевтической” эффективности сочетаний медиаторов с различными РП. Возможность формирования в организме обратной положительной связи между DА- и SS-системами подчеркивает эффективность и нативность совместного применения комбинации обозначенных ЭнС. SS ингибирует ряд РП, - мотилин, грелин, галанин, - обладающих орексигенным действием, что приводит к подавлению пищевого поведения. Таким образом, SS, индуцируемый DA, может являться посредником в многократно описанном негативном действии DA на пищевое поведение. Кроме того, DA и SS совместно влияют на уровень депрессии и стресса. DA стимулирует ФВП, а SS, в свою очередь, снижает уровень Gal и CRF, что может усиливать антидепрессантное и противострессорное действие DA. Сопоставление индукционных воздействий DA и эффектов SS позволило нам наметить вероятный нейрохимический механизм действия ПЭ на некоторые опухолевые процессы. SS снижает продукцию и секрецию гормонов нейроэндокринными опухолями. Данный ингибиторный контроль стал основанием для создания лекарственных средств на основе пептида. Одним из наиболее апробированных препаратов-аналогов SS является октреотид. Аналоги SS обладают антипролиферативной активностью и эффективны в отношении опухолей, экспрессирующих соматостатиновые рецепторы. Октреотид высокоэффективен при ряде гастроэнтеропанкреатических эндокринных опухолей - инсулиноме, гастриноме, глюкагономе. Таким образом, проведенный анализ физиологических эффектов эндогенных регуляторов позволил предложить в качестве основы для дальнейших прикладных исследований совместное применение различных аналогов DА и SS. В природе выявлена способность к гетероолигомеризации одного из типов рецепторов SS - SS5, и D2-рецептора дофамина. Причем такой олигомер оказывается функционально более активным, чем его составляющие [Jaquet, 2005; Rocheville, 2000]. Таким образом, сочетание (DA-SS) - это эволюционно отобранная физиологическая комбинация веществ, весьма перспективная как “мишень” для прикладных фармакологических разработок.

Отмечая наиболее перспективные сочетания регуляторов, мы учитываем, что медицинское применение, судя по накопленному опыту, будут иметь не только РП как таковые, а их стабилизированные аналоги.

Заключение

Таким образом, нами была разработана методология оценки интегративных физиологических функций РП и медиаторов и было создано программное обеспечение ЭС, которая является структурированным инструментом обработки информационного множества эндогенных регуляторов. Выделение объектов учитывает природу влияющих факторов. Введенная формализация позволяет сопоставлять и сравнивать между собой различные объекты, а также вводить количественные характеристики элементов базы.

Используя представленное программное обеспечение для создания БД был собран большой объем несистематизированной литературы об эффектах 26 основных представителей большинства семейств РП и медиаторов DA, NE, 5-HT, ACh. Такое репрезентативное отображение известного на настоящий момент спектра ЭнС в базе данных позволило провести оценку роли как отдельных РП и медиаторов, так и целых семейств ЭнС в сложной системе регуляции функций организма.

Разработанные алгоритмы векторного представления эффектов, оценки индукционных связей и комплексных воздействий групп регуляторов были положены в основу соответствующих программных модулей. С помощью разработанного аналитического аппарата был исследован континуум РП и непептидных медиаторов DA, NE, 5-HT, ACh, осуществляющих контроль практически всех функций организма. Был проведен анализ структурно-функциональных особенностей системы регуляторов на примере обобщения данных о действии РП и медиаторов на тревожность, реакции внутреннего подкрепления, состояние депрессии, процессы обучения и памяти, давление крови, пищевое поведение и др. При этом были выявлены пептидные констелляции более или менее близкие по комплексу различных форм биоактивностей. Наряду со многими общеизвестными признаками дивергентной эволюции РП, полученные данные позволили наметить и процессы конвергентной эволюции, когда сближаются функции РП, принадлежащих к разным семействам.

Создание в программном комплексе возможности отображения сложных иерархических взаимодействий РП и медиаторов между собой позволило помимо “визуализации” индукционной сети поставить задачи по вычленению отдельных представителей каскадных цепей и анализа ограниченных участков функционального континуума. Такой подход особенно необходим при интерпретации экспериментальных данных о первичных и опосредованных эффектах РП. Были исследованы индукционные связи между РП и медиаторами с оценкой возможных каскадных процессов на разных уровнях детализации. При обобщенном анализе схем всех возможных информационных каналов между РП и медиаторами были выделены различные типы регуляторных программ, которые, с одной стороны, позволили понять основные принципы функционирования множества эндогенных регуляторов, а с другой стороны, обозначили каналы прицельного терапевтического управления биопроцессами. Нами была предпринята попытка визуализировать целостность всей системы регуляторов. Было выдвинуто предположение об особом типе иерархически-динамической структуры системы регуляторных программ РП, медиаторов, БАВ в виде информационной сети с круговым и секторальным движением информации.

Были рассмотрены примеры наиболее перспективных в медицинских аспектах синактонов, представляющих собой либо смеси ЭнС, либо ковалентно связанные ЭнС. Для целостного охвата и анализа управляющих факторов функционального состояния организма был проведен обзор нефармакологических надмолекулярных регуляторов, которые имеют непосредственных выход на управляющие молекулярные программы РП и медиаторов. Была предложена схема адаптационной коррекции функционального статуса организма молекулярными и надмолекулярными объектами, целенаправляющая и сберегающая внутренние резервы организма, а также минимизирующая нежелательные воздействия.

Проведенный системный анализ множества РП и медиаторов, а также ряда БАВ позволил выявить и обозначить помимо регуляторной роли вторую, но не менее важную функцию континуума РП, - гомеостатическую. Связующая роль комплексов, перекрестное наложение физиологических активностей разных РП и компенсаторная коррекция эффектов позволяют континууму РП-БАВ эффективно “исполнять” гомеостатическую роль прицельного и корректного приближения к требуемому функциональному состоянию организма.

Оценка комплексного воздействия РП и БАВ на организм велась с двух противоположных направлений: 1) исследование фундаментальных законов на основе данных экспериментального тестирования нативных тканеспецифических пептидных комплексов (цитомединов) и 2) доэкспериментальный отбор наиболее перспективных комбинаций РП в сочетании с экспериментальной апробацией в некоторых случаях. Были отобраны наиболее оптимальные комбинации РП и медиаторов, которые являются наиболее перспективными для последующих экспериментальных исследований сочетаниями ЭнС определенного функционального профиля с минимизированными побочными эффектами. Были рассмотрены ситуации, когда совместное введение РП имеет многоуровневое воздействие на один и тот же параметр организма, что открывает возможности для получения более мощных эффектов, представляющих особый интерес в медицинском плане. Такой анализ направлен на обоснование последующих экспериментальных работ по исследованию физиологической активности медиаторов и РП, а также необходим для прикладных фармакологических исследований по поиску эффективных лекарственных препаратов. Без такого первичного анализа неизбежна хаотичность в планировании экспериментов.

Выводы

1. Создана методология анализа континуума регуляторных пептидов (РП), медиаторов и биологически активных веществ (БАВ) как системы многопараметрических объектов со сложным иерархическим устройством, множеством информационных связей и каскадными реакциями. На ее основе разработана экспертная система анализа регуляторов, включающая базу данных и программные модули анализа.

2. Разработано программное обеспечение для набора базы данных, содержащее формализованные справочники по РП, медиаторам, биологическим функциям и типам организмов, которое является аппаратом хранения и обработки большого объема информации об эффектах регуляторов. Предоставлена возможность расчета регрессионных коэффициентов зависимости динамики эффектов РП от времени и дозы вещества.

3. На основании литературных данных за период 1970-2009 годов создана информационная база по физиологическим эффектам и индукционным взаимодействиям представителей основных семейств РП, а также DA, NE, 5-HT, ACh. Она включает направленность воздействия, вид организма, органно-тканевые системы, дозы и виды введения, рецепторные механизмы.

4. Разработан метод векторного представления эффектов РП и БАВ, позволяющий классифицировать множество регуляторов по группам со сходным спектром биологических активностей. Создан программный модуль функциональной классификации РП на основании векторного представления, который реализует возможность оценки роли каждого РП в регуляторной системе организма. Установлено положение 26 РП, а также DA, NE, 5-HT, ACh в пространстве ряда физиологических функций.

5. Разработаны алгоритм и программные модули анализа индукционных процессов, запускаемых РП, позволяющие оценивать вероятную динамику каскадных реакций на нескольких шагах индукции. Модули анализа ЭС включают качественный и количественный уровни оценки.

6. При теоретическом анализе эффектов РП и медиаторов определена их роль в системе регуляции ряда функций организма (с учетом рецепторных механизмов воздействия). При оценке индукционных влияний выявлен ряд возможных однонаправленных каскадных воздействий РП, факторов внутреннего подкрепления (ФВП) и медиаторов на эмоциональное состояние, уровни тревожности и депрессии, память, пищевое поведение, давление крови и др. Предложена биоматематическая интерпретация системоорганизующего фактора положительных эмоций. Проведен анализ динамики схемы индукционных влияний между 5-HT, DA и VP, OT, PL на разных стадиях беременности.

7. Построены обобщенные схемы взаимодействия между DA, NE, 5-HT, ACh, ФВП и РП. Выявлены системы обратных положительных и отрицательных связей между непептидными медиаторами и РП. Определена функциональная роль каждой из медиаторных систем по отношению к пулу РП: 5-HT - как модулирующей; DA, NE, ACh - как направляющих (директивных). Выявлены оппонентно-реципрокные взаимоотношения между 5-HT- и DA-системами.

8. Разработана теоретическая модель оценки комплексного действия групп РП. Предложен критерий отбора оптимальных сочетаний РП для дальнейших экспериментальных исследований. Создан программный модуль, позволяющий на основании предложенной теоретической модели выбрать наиболее эффективные сочетания РП с требуемым набором биологических активностей при минимальных побочных эффектах.

9. Отобраны комбинации РП - (NPY-DSIP), (NPY-ANP-DSIP), (NPY-CGRP-DSIP), (DA-SS), (CCK-4-DBI), (CRF-DBI) и др., которые являются наиболее перспективными для последующих экспериментальных исследований сочетаниями регуляторов определенного функционального профиля с минимизированными побочными эффектами.

10. Предложена модель “оптимистического зеркального резонанса (ОЗР) ” действия тканеспецифических пептидных экстрактов при коррекции различных патологических состояний организма.

11. Выявлены закономерности сопряженного функционирования четырех непептидных медиаторов и пула РП с обозначением различных типов регуляторных программ. Установлены режимы смены профиля директивных и модулирующих программ регуляторов. Предложена модель функционирования системы РП и медиаторов в виде информационной сети с круговым и секторальным движением информации.

12. Предложена методология адаптационной коррекции функционального состояния организма с использованием регуляторов молекулярного и надмолекулярного уровней.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Королева С.В., Ашмарин И.П. Нейропептид Y: многообразие и кажущаяся противоречивость функций. Анализ возможных опосредованных эффектов // Успехи Физиологических Наук. - 2000. - Т. 31. - № 1. - С. 31-46.

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. On the way of functional classification of neuropeptides // 5th ECNP Regional Meeting 2000, St. Petersburg, Russia, 15-17 April 2000. European Neuropsychopharmacology. - April 2000. - V. 10. - Suppl. 2, s95.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Путь функциональной классификации регуляторных пептидов. Признаки дивергентной и конвергентной эволюции регуляторных пептидов // Журнал Эволюционной Биохимии и Физиологии. - 2000. - Т. 36. - № 2. - С. 154-159.

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Software for Evaluation and Prediction of Regulatory Peptides Effects in Organisms // First SIAM Conference on Computational Science and Engineering, Washington, USA, 21-24 September 2000. Abstracts Book. - P.113.

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Development of mathematical model and software for estimation of regulatory peptide complexes influence on organism // 13th International Symposium on Regulatory Peptides, Cairns, Queensland, Australia, 22-26 October 2000. Regulatory Peptides. - V. 94. - № 1-3. - P.14.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Поиск оптимальных комбинаций регуляторных пептидов, снижающих тревожность. Теоретическое обоснование // Известия Академии Наук, Серия Биологическая. - 2001. - №1. - С. 63-73.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Развитие метода векторного представления эффектов регуляторных пептидов (РП). Анализ особенностей индукционных воздействий РП // Тезисы докладов XVIII Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова, Казань, Россия, 25-28 сентября 2001. - С. 125-126.

Ашмарин И.П., Королева С.В. Закономерности взаимодействия и функциональный континуум нейропептидов (на пути к единой концепции) // Вестник Российской АМН. - 2002. - №6. - С. 40-48.

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Functional continuum of regulatory peptides (RPs): vector model of RP-effects representation // Journal of Theoretical Biology. - 2002. - V. 216. - № 3. - P.257-271.

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Functional continuum of anxiogenic regulatory peptides // 7th ECNP Regional Meeting 2002, Bucharest, Romania, 19-21 April 2002. Abstracts Book. - P. 3.50.

Ашмарин И.П., Королева С.В. Регуляторные пептиды. Биоинформационный подход к исследованию функционального континуума // Успехи функциональной нейрохимии. - Под ред. С.М. Дамбиновой и А.В. Арутюняна. - Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2003. - 516с. - С. 85-94.

Ковальзон В.М., Фесенко Г.Н., Королева С.В., Ашмарин И.П. Комплексное введение пептидов и сон”. Тезисы докладов конференции “Российский симпозиум по химии и биологии пептидов // Москва, Россия, 2003. - С. 20.

Ашмарин И.П., Королева С.В. Отрицательные и положительные эмоции: нейрохимические механизмы воздействия на патологические процессы // Патогенез. - 2004. - Т.2. - №1. - С. 30-37.

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Reward factors, neurochemical mechanisms of positive emotions influence on pathological processes // 17th ECNP Congress 2004, Stockholm, Sweden, 9-13 October 2004. - P. 6.314.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Функциональный континуум регуляторных пептидов, усиливающих тревожность. Поиск комплексов, оптимальных в качестве основы для разработки ингибиторных лечебных средств // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. - 2005. - Т. 91. - № 1. - С.3-11.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Разработка экспертной компьютерной системы анализа воздействий регуляторных пептидов и других биологически активных веществ на физиологические функции организма // “Математика. Компьютер. Образование”. Раздел 8. Математические методы в биологии, экологии и химии. - 2005. - Т. 3. - С.1055-1057.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Разработка экспертной компьютерной системы анализа воздействий регуляторных пептидов и других биологически активных веществ на физиологические функции организма // Тезисы докладов конференции “Математика. Компьютер. Образование”, Пущино, Россия, 17-22 января 2005. - С.193

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Interactions between serotonin, reward factors and regulatory peptides // 8th ECNP Regional meeting, 2005, Moscow, Russia, 14-16 April. - P. 4.204.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Анализ сопряженности индуцирующих и ингибирующих воздействий функционального континуума регуляторных пептидов на дофаминергическую и серотонинергическую системы // Тезисы докладов конференции “Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты”, Москва, Россия, 14-16 марта 2005. - С. 102.

Ковальзон В.М., Фесенко Г.Н., Калихевич В.Н., Ардемасова З.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Комбинированное введение пептидов и сон у кроликов // Тезисы докладов конференции “Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты”, Москва, Россия, 14-16 марта 2005. - С. 19.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Биоинформационная система анализа функционального континуума регуляторных пептидов // Тезисы докладов конференции “II Российский симпозиум по химии и биологии пептидов”, Санкт-Петербург, Россия, 25-27 мая 2005. - С. 72.

Королева С.В., Ашмарин И.П. Лечебное действие положительных эмоций и система регуляторных пептидов, - на пути к общей концепции // Патогенез. - 2005. - Т.3. - №.3. - С. 11-15.

Ковальзон В.М., Фесенко Г.Н., Калихевич В.Н., Ардемасова З.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. “Скрытые” свойства нейропептидов: гипногенная активность трипептидного комплекса DSIP+NPY+ANP” // Нейрохимия. - 2006. - Т. 23. - №.1 - С.63-66.

Королева С.В., Ашмарин И.П. “Разработка и применение экспертной системы анализа функционального континуума регуляторных пептидов”. Биоорганическая химия. - 2006. - Т.32. - № 3 - С. 249-257.

Королева С.В., Николаева А.А., Ашмарин И.П. Взаимодействие дофамина, серотонина и других факторов внутреннего подкрепления // Известия Академии Наук, Серия Биологическая. - 2006. - №.4. - С. 457-469.

Nikolaeva A.A., Koroleva S.V., Ashmarin I.P. Inductive relations of serotonin with hormones: prolactin, oxytocin and vasopressin // Forum of European Neuroscience (FENS), Austria, Vienna, 8-12 July, 2006; p.453 (А183.12).

Ашмарин И.П., Королева С.В., Мясоедов Н.Ф. Синактоны - функционально связанные комплексы эндогенных регуляторов. Один из путей создания новых лекарств (концептуальный обзор) // Экспер. и клинич. фармакология. - 2006. - Т.69. - № 5 - С. 3-6.

Nikolaeva A.A., Koroleva S.V., Ashmarin I.P. System of regulatory peptides - a set of natural adaptive programmes // ISAM. 8-ой Международный Конгресс по адаптационной медицине, Москва, Россия, 21-24 июня 2006. - С.186-187. III-1.13.

Koroleva S.V., Ashmarin I.P. A Functional continuum of regulatory anxiety-enhancing peptides. The search for complexes providing the optimal basis for developing inhibitory therapeutic agents // Neuroscience and Behavioral Physiology. - 2006. - V. 36. - № 2. - P.157-162.

Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Взаимодействие систем серотонина и дофамина с системами регуляторных пептидов окситоцина, вазопрессина и пролактина в норме и период беременности // Вестник РАМН. - 2007. - Т.9. - С. 37 - 43.

Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Динамика индукционных связей между рядом нейромедиаторов и гормонов при различных состояниях репродуктивной системы // Тезисы докладов ХХ Съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова, Москва, Россия, 4 - 8 июня, 2007. - С.355, № 0772.

Nikolaeva A.A., Koroleva S.V., Ashmarin I.P. “Interaction of dopamine and serotonin with somatostatin”. 7th Australian Peptide Conference, 21-25 October, 2007. Abstract 340.

Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Построение обобщенной схемы индукционных связей между норадреналином и регуляторными пептидами // Нейрохимия. - 2008. - Т.25. - №.3. - С. 191 - 201.

Nikolaeva A.A., Koroleva S.V. Analysis of acetylcholine interactions with system of regulatory peptides // 25th European Society Comparative Physiology Biochemistry (ESCPB) Congress. Italy, Ravenna, September 7-11, 2008. - V. 151. - Is.1. - Suppl.1. - S.10.

Николаева А.А., Королева С.В. Анализ взаимодействия норадреналина и ацетилхолина с пулом регуляторных пептидов // Конференция с международным участием: “Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга”, Санкт-Петербург, 10-12 сентября 2008 года, С. 102.

Ашмарин И.П., Королева С.В. Положительные эмоции, нейрохимические пути воздействия на дизрегуляцию и болезни // Дизрегуляционная патология нервной системы. - Под ред. Е.И. Гусева, Г.Н. Крыжановского - М: Медицинское информационное агенство, 2009. - 512 с.- С.338-352.

Королева С.В. Взаимодействие кортексина с пептидной системой организма // Пептидная нейропротекция. - Под ред. М.М. Дьяконова, А.А. Каменского. - СПб: Наука, 2009. - 256 с.- С.40-72.

Николаева А.А., Королева С.В., Ашмарин И.П. Дофамин-серотонин-соматостатин. Изучение взаимодействий в этой системе обещает новые перспективы в теории и практике // Экспер. и клинич. фармакология. - 2009. - Т. 72. - №. 2. - С. 60-64.

Walter Adriani, Granstrem O., Romano E., Koroleva S., Laviola G. Modulatory effect of cortexin and cortagen on locomotor activity and anxiety-related behavior in mice // Open Neuropsychopharmacology Journal. - 2009. - V. 2. - P.22-29.