Наконец-то: противозачаточная таблетка для мужчин!

контрацептивО такой чудо-таблетке и мужское и женское населе­ние планеты мечтает уже много лет. Однако успехи в этой области были достигнуты совсем недавно. Уж очень высоки требования: мужская противозачаточ­ная таблетка должна работать без осечек, не иметь побочных эффектов и, разумеется, действие ее долж­но быть обратимым и не давать никаких последствий. Иначе ни один мужчина не согласится рискнуть… Мы расскажем о нелегком пути, который привел к открытию негормонального препарата, обратимо блокирующего сперматогенез на генном уровне и удовлетворяющего всем упомянутым условиям. Кому-то проблема покажется надуманной: зачем нужны мужские контрацептивы, когда есть женские? Но средства для женщин реша­ют не все задачи. Темпы роста населения Земли набирают обороты (в некоторых странах почти неконтролируемо). Значительный про­цент беременностей остается незапланированным, а это порождает высокую частоту абортов, особенно среди подростков. Варианты контрацепции, придуманные для женщин, во всем их разнообразии — от барьерных, внедряемых хирургически, до гормональных пре­паратов в различных формах, — к сожалению, доступны не всем из- за высокой стоимости или же физиологической непереносимости. А значит, потребность в мужской альтернативе остается.

Мужчины были первыми

Начнем с того, что, когда ученые впервые пытались создать противозачаточную таблетку, она была «адресована» не женщи­нам, а мужчинам. Дело в том, что до появления гормональных женских контрацептивов, то есть до начала 60-х годов, именно на плечи мужчин ложилась вся ответственность за предотвращение нежелательной беременности, поэтому совершенно логично, что ученые сначала бросились помогать им в этом нелегком деле.

Количество сперматозоидов от 20 до 40 миллионов на миллилитр семенной жидкости считается нормальным. Препарат, уменьшающий концентрацию сперматозоидов до примерно миллиона на миллилитр семенной жидкости, способен снизить фертильность на 99%.

Итак, в конце 50-х в районе города Салем (штат Орегон, США) ученые начали тестирование препарата для контроля рождае­мости под названием WIN 18446 (N,N’-бис(дихлороацетил)1,8-октаметилендиамин) на тюремных заключенных-мужчинах. Препарат сработал отлично: заключенные чувствовали себя хорошо и выглядели вполне здоровыми, однако сперматозои­дов у них становилось меньше, да и те оказывались чахлыми и немощными. Казалось бы, то, что надо. Но к сожалению, когда клинические испытания стали проводить среди свободного на­селения, обнаружился неприятный побочный эффект. У мужчин после приема препарата начинали проявляться характерные признаки отравления: рвота, потливость, головные боли и не­четкое зрение. Причиной фиаско оказался алкоголь. Поскольку заключенные употреблять спиртное не могли, во время первых испытаний WIN 18446 никому и в голову не пришло, что он может плохо сочетаться с выпивкой. Таким образом, работа над муж­ской чудо-таблеткой была заброшена, и в последующие 50 лет подобных экспериментов даже не начинали.

Почему это так трудно?

На примере WIN 18446 хорошо понятно, почему создание «мужской противозачаточной таблетки» — дело чрезвы­чайно сложное. В этом препарате было все, что нужно: он блокировал сперматогенез у всех, кто его принимал (то есть неизбирательно), эффект был обратимым — количество сперматозоидов возвращалось к нормальному, если прием препарата прекращался. Но дело все равно провалилось, так как ни один мужчина не захотел бы отказаться от выпивки.

Требования к мужским контрацептивам гораздо выше, неже­ли к женским. Например, прием гормональных женских контра­цептивов повышает риск образования тромбов в кровеносных сосудах. Однако риск образования тромбов при беременности в десять раз выше, поэтому таким побочным эффектом можно пренебречь. У мужчин же рисков, связанных с беременностью, нет, поэтому побочных эффектов у препаратов для мужчин просто не должно быть. Тем более что препарат надо будет принимать постоянно в течение длительного времени.

Основные достижения

Со времен изобретения презерватива (кажется, в XVI веке неким Чарльзом Кондомом) появилось множество полезных идей в области мужской контрацепции (рис. 1). Рассмотрим их по порядку.

Прежде всего, существуют хирургические методы. Если заблокировать просвет семенных протоков (vas deferens) при помощи имплантированных пробок, это воспрепятствует движению сперматозоидов. Подобные пробки потом могут быть удалены хирургически или растворены. При вазэктомии хирургически удаляется часть vas deferens, и это необратимо.

Продвижению спермы в vas deferens способствуют два типа мышечных сокращений — поперечные и продольные. Определенные препараты могут зафиксировать продольное сокращение, отчего семенной проток схлопнется, препят­ствуя эякуляции. На этом основан метод «сухого оргазма».

Хорошо известно, что для нормального производства спер­матозоидов необходима температура на несколько градусов ниже 370C. Вот почему, если носить слишком тесное нижнее белье, семенники окажутся в непосредственной близости к телу, и это может нарушить сперматогенез. Прочие способы температурного воздействия на семенники тоже работают.

снижение количества сперматозоидовВозможные стратегии снижения количества сперматозоидов

До недавнего времени ученые пытались создать мужскую противозачаточную таблетку наподобие женских гормональных контрацептивов. Не вдаваясь в биохимические подробности, можно утверждать, что искусственно завышенный уровень те­стостерона подавляет уровень других гормонов, необходимых для созревания сперматозоидов. Работает это потрясающе — количество сперматозоидов снижается очень сильно и почти мгновенно. Однако повышенная концентрация тестостерона сказывается и на других тканях организма, тонко реагирующих на уровень половых гормонов, и вызывает множество весьма неприятных побочных эффектов. К тому же доставить тесто­стерон к семенникам оказалось не так просто. Тестостерон, принимаемый перорально, разваливается в организме так быстро, что мужчинам пришлось бы принимать по нескольку таблеток в день, чтобы поддерживать достаточно высокий уровень этого гормона. Альтернативные методы — инъекции и гели — очень уж неудобны в быту. Вдобавок у 20% мужчин гормональная контрацепция вообще не работает! А когда мужчины, участвовавшие в первых клинических испытаниях, начали жаловаться на такие побочные эффекты, как прыщи, ожирение, резкие перемены настроения, снижение полового влечения и исчезновение эрекции, стало понятно: это будет провал на фармацевтическом рынке, и разработки свернули.

Современные исследователи отходят от бешено циркули­рующих по всему организму гормонов и делают ставку на мо­лекулы, специфичные только для семенников. Так, например, ученые из Медицинского центра Канзасского университета определили, что препарат под названием «гамендазол» на­рушает работу клеток Сертоли. Эти клетки не только питают и защищают неокрепшие созревающие спермии, но еще и удерживают их от преждевременного выхода в просвет семенного канальца. Гамендазол нарушает сдерживающую функцию клеток Сертоли, снижая уровень ингибина В, и несозревшие спермии, неспо­собные к оплодотворению, высвобождаются и устремляются в семенные протоки. Действие гамендазола набирает силу всего в течение нескольких недель и является обратимым. Еще одно достоинство этого препарата состоит в том, что ему не нужно преодолевать гемато-тестикулярный барьер, так как клетки Сертоли доступны с его «кровяной» стороны. Гамендазол кажется идеальным решением, и все же ученые, обнаружившие его контрацептивный эффект, вот уже не­сколько лет не могут получить разрешение на клинические испытания, в основном из-за бюрократических проволочек.

И наконец, современная стратегия, которая считается наи­более перспективной из-за достаточно высокой эффектив­ности в сочетании с узкой направленностью действия, — атака на семенник-специфичные гены. Блокируя активность генов, которые экспрессируются исключительно в семенниках, мож­но полностью нарушить производство сперматозоидов или серьезно ослабить их подвижность. Об этом более подробно будет рассказано дальше.

О ретиноевой кислоте

История провала WIN 18446, описанного в начале статьи, спу­стя полвека помогла сделать следующий шаг. Поскольку WIN 18446 отравлял только тех, кто принимал алкоголь, ученые за­подозрили, что, скорее всего, этот препарат нарушает какой- то из этапов естественного распада этанола в организме.

Этанол, содержащийся в вине, пиве и прочих спиртных напитках, попадая в организм, метаболизируется до ацетальдегида. Ацетальдегид весьма ядовит (именно его при­сутствие в организме вызывает многие неприятные ощуще­ния, связанные с передозировкой алкоголя), а фермент под названием ALDH (ацетальдегиддегидрогеназа) нейтрализует его, превращая в уксусную кислоту.

белок BRDTСхема белка BRDT, где цифры — порядковые номера аминокислот (а), структурный аналог ацетилированного лизина JQ1 (б); принцип действия JQ1 на экспрессию семенник-специфичных генов (в)

В 2010 году удалось выяснить, что WIN 18446 связывается с ALDH и стопорит весь процесс, что приводит к накоплению ацетальдегида и соответственно отравлению. Из этого откры­тия следовали важные выводы. В семенниках тоже происходит процесс превращения спирта в кислоту, только не этанола, а ретинола (одна из форм витамина А) в ретиноевую кислоту. Во время сперматогенеза ретиноевая кислота связывается с белком RAR, образуя комплекс, необходимый для созревания сперматозоидов из клеток-предшественников. В семенниках превращением ретинола в ретиноевую кислоту занимается особая альдегиддегидрогеназа ALDH1a2. А это значит, что если подкорректировать особенности связывания WIN 18446, то можно заставить его игнорировать ALDH и блокировать только ALDH1a2 в семенниках. Такой препарат сохранил бы контрацептивное действие, но был бы совместим с алкоголем.

С наскока сделать это не удалось. Были проверены около сотни вариаций WIN 18446, и ни одна не сработала. Неунывающие уче­ные проскринировали еще 60 000 молекул и нашли-таки среди них семь, способных специфически блокировать ALDH1a2. Но это не финиш — какие-то из этих молекул могут оказаться токсичными или не смогут преодолеть гемато-тестикулярный барьер. Так что до клинических испытаний пока очень далеко.

История с WIN 18446 побудила еще несколько лабораторий обратить внимание на роль ретиноевой кислоты в спермато­генезе. Одна из таких лабораторий в Колумбийском универ­ситете Нью-Йорка путем скрининга обнаружила вещество, которое блокирует связывание ретиноевой кислоты с белком RAR. При этом нужные для созревания сперматозоидов гены не активируются вообще. Но и тут не обошлось без трудно­стей. Эффект препарата оказался системным — ретиноевая кислота не могла связываться с белками, схожими с RAR, в других тканях. И теперь исследователи бьются над тем, чтобы сделать его семенник-специфичным.

Глава этой группы ученых, Дебра Вольгемут, как и мно­гие ее коллеги, считает свою работу важной не только для планирования семьи, но и для поддержания на адекватном уровне общего населения Земли (по некоторым прогнозам, оно может вырасти до 10 миллиардов уже к середине этого века). Тестирование противозачаточных препаратов на ла­бораторных грызунах также натолкнуло Дебру на весьма по­лезную идею о том, как можно избавить нью-йоркское метро от крыс, — но это уже тема для отдельной статьи.

Сенсация по имени JQ1

Кроме участников каскада ретиноевой кислоты существуют еще сотни генов, экспрессирующихся только в семенниках. И выключение любого из них может остановить «конвейер» сперматогенеза.

подавление сперматогенезаJQ1 подавляет сперматогенез: количество сперматозоидов в эпидидимисе, при­датке семенника (а); размер семенников мышей существенно уменьшился после приема препарата JQ1 в течение трех недель (б)

Одну из элегантнейших попыток подобного «саботажа» со­всем недавно предприняли ученые из Бостона и Хьюстона. В процессе скринирования потенциальных противораковых препаратов несколько лет назад они обнаружили вещество под названием JQ1 (тиенозепиновый ингибитор, рис. 2б), ингибиру­ющее деление раковых клеток. Происходит это за счет связы­вания JQ1 с особыми белками, обладающими бромодоменом.

Бромодомен не имеет отношения к элементу брому: он получил такое название, потому что впервые был иденти­фицирован в белке дрозофилы Brahma. Доменом белка на­зывается участок с определенными функциями, в частности бромодомен специфически взаимодействует с остатками аминокислоты лизина в других белках, если они ацетилированы, то есть несут ацетильную группу CH3CO.

Одной из целей исследования было проанализировать, как будет вести себя JQ1 в разных тканях. И оказалось, что у мышей этот препарат способен ингибировать специфичный для семенников бромодомен-содержащий белок BRDT. Этот белок весьма консервативен функционально и структурно, а значит, BRDT человека тоже можно «выключить» при по­мощи JQ1. Занимается этот BRDT тем, что специфически модифицирует гистоны — белки, на которые намотана ДНК. А взаимодействие ДНК с гистонами необходимо не только для ее компактной упаковки, но и для регуляции активности генов.

бромодоменСтруктура комплекса бромодомен BRDT(1)/JQ1. Первый бромодомен белка BRDТ обозначен розовым, а молекула JQ1 — синим цветом. Видно, что ацетиллизин-связывающий «карман» бромодомена полностью занят молекулой JQ1

В BRDT есть два бромодомена, которые узнают гиперацетилированный лизин в гистоне Н4 (рис. 2а). Это способствует активации множества генов, необходимых для спермато­генеза (рис. 2в). Здесь и вмешивается JQ1 — структурный аналог ацетилированного лизина. Он может конкурентно взаимодействовать с BRDT, не давая последнему связаться с гистоном. Ранее было известно, что мыши с делецией бро­модомена BRDT или с нокаутом по этому гену — стерильны, а многие клинические случаи нарушения фертильности у мужчин связаны с мутациями в этом гене. Все указывало на то, что JQ1 в качестве мужского контрацептива обладает огромным потенциалом.

После испытаний на мышах стало понятно — это успех. При заблокированном BRDT сперматогенез останавливался на середине, но даже те спермии, которым удавалось попасть в просвет семенного канальца, почти не могли двигаться (под­вижность была снижена в 4,5 раза). Самцам мышей регулярно давали JQ1 в течение 3—6 недель, и размер их семенников уменьшился до 40% от нормы (рис. 3б), а количество сперма­тозоидов снизилось до 11 % от нормы (рис. 3а). Очень важно, что уровень половых гормонов не изменился. А это значит, что удастся избежать побочных эффектов, которые при пре­дыдущих попытках создания мужских контрацептивов были связаны именно с гормональными нарушениями!

Каким же магическим образом блокируется сперматоге­нез под действием JQ1? Благодаря маленькому размеру молекула JQ1 преодолевает гемато-тестикулярный барьер и попадает в клетки-предшественники сперматозоидов, где не­медленно связывается с белком BRDT Анализ структуры ком­плекса BRDT/JQ1 показал, что активный центр бромодомена BRDT полностью занят маленькой молекулой JQ1 (рис. 4).

В качестве короткого отступления стоит отметить, что хроматин-ассоциированные белки, вроде BRDT, как правило, вовле­чены в регуляцию активности генов. Авторы работы при помощи микрочипов исследовали генную экспрессию в семенниках при заблокированном бромодомене BRDT, и оказалось, что целые сотни генов, среди которых множество совершенно необхо­димых для сперматогенеза, практически перестают работать.

Но самым замечательным свойством JQ1 оказалась об­ратимость его контрацептивного эффекта. К облегчению многих дочитавших статью до этого места, сообщаю, что ав­торы убедительно показали: размер семенников и количество сперматозоидов восстановились до 100% нормы (рис. 5а) и подопытные мыши-самцы стали папами здоровых мышат уже через четыре месяца после прекращения приема JQ1 (рис. 5б).

эффект jq1Эффект JQ1 обратим. Количество сперматозоидов восстанавливается до уровня нормы уже через 60 дней (а), и через четыре месяца у самцов появилось здоровое потомство (б)

Безусловно, создателям препарата придется еще немало по­работать над специфичностью воздействия JQ1 именно на семенник-специфичный BRDT Но может быть, это как раз тот случай, когда ученым удастся обхитрить природу и создать эффективную, безопасную, дешевую, простую в производстве, легко переносимую без побочных эффектов и, самое главное, имеющую обратимый эффект мужскую противозачаточную таблетку!

О. В. Посух

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>