1.1. CYTOSTATYKI

W ostatnich latach wzrasta liczba chorych leczonych cytostatykami. Substancji tych używa się w chemioterapii nowotworów oraz jako środków immunosupresyjnych.

W lecznictwie onkologicznym leki przeciwnowotworowe stosowane są w monoterapii oraz w leczeniu skojarzonym. Działanie immunosupresyjne wykorzystuje się w transplantologii oraz w leczeniu niektórych chorób (kolagenozy, układowy toczeń trzewny, niedokrwistości autoimmunohemolityczne, immunokoagulopatie, łuszczyca) (15,30,72,108).

Działanie większości leków przeciwnowotworowych skierowane jest przeciwko komórkom proliferującym, co wiąże się z tym, że komórki nowotworowe dzielą się szybciej niż najdynamiczniej rozwijające się komórki prawidłowe. Jednakże leki te nie mają działania selektywnego. Przynajmniej część cytostatyków uszkadza również prawidłowe komórki, zarówno proliferujące, jak i nieproliferujące.

Brak wybiórczości terapeutycznej wobec tkanki nowotworowej stawia cytostatyki w rzędzie środków leczniczych o szerokim zakresie działań niepożądanych, związanych z toksycznym wpływem na tkanki zdrowe (28,30, 71,78).

Z praktyki klinicznej znane jest uszkadzające działanie terapeutycznych dawek cytostatyków na układ krwiotwórczy (30,71,74), odpornościowy (30,45, 60,71), pokarmowy (22,30), moczowy (3,19,70), nerwowy (112), na mięsień sercowy (14,71), płuca (69,104), gonady (30,67,95), wątrobę (8,29, 67,77).

Dodatkowo leki przeciwnowotworowe mogą działać teratogennie, embriotoksycznie, mutagennie i - paradoksalnie - onkogennie (30,38,43,81).

Toksyczność taka może rzutować na ogólną kondycję leczonych zarówno w przebiegu terapii, jak i w późniejszych okresach po jej zakończeniu. Dlatego ciągle trwają badania, mające na celu znalezienie sposobu osłabienia ubocznej toksyczności cytostatyków.

1.1.1. Związki alkilujące

W lecznictwie używa się kilkadziesiąt preparatów przeciwnowotworowych. Biorąc pod uwagę mechanizm działania, podzielono je na siedem grup. Jedną z liczniejszych jest grupa środków o działaniu alkilującym.

Mianem preparatów alkilujących określa się strukturalnie różne klasy związków chemicznych, których wspólną cechą jest wysoka reaktywność i zdolność wymiany rodnika alkilowego na atom wodoru z cząsteczki biologicznie czynnej substancji (DNA, RNA, enzymy, mukopolisacharydy, kwasy tłuszczowe, fosfolipidy).

Po wniknięciu do komórki związki alkilujące działają bezkierunkowo, reagując z grupami funkcyjnymi najróżnorodniejszych jej komponentów. Działanie to nie zawsze musi okazać się dla komórki krytyczne. Reagują one bowiem zarówno ze związkami o zasadniczym znaczeniu dla prawidłowego przebiegu wszystkich procesów komórkowych, jak też i z takimi, których rola jest mniejsza, bądź nie wydaje się mieć bezpośredniego znaczenia dla procesów życiowych komórki (30,78).

Onkostatyczne działanie środków alkilujących związane jest z uszkodzeniem kwasów nukleinowych, głównie DNA. Miejscem o największej wrażliwości na alkilację jest azot N7 guaniny jądrowego DNA. Ze względu na symetryczną budowę większości substancji alkilujących i posiadanie przez nie dwóch ugrupowań aktywnych alkilacja zachodzi jednocześnie w obu spiralach DNA. Rozpięty między dwoma cząsteczkami guaniny, należącymi do dwóch różnych spirali podwójnej helisy DNA, mostek leku, uniemożliwia replikację DNA i dalsze podziały komórki (30,45,74,78).

1.1.2. Cyklofosfamid: budowa chemiczna, mechanizm działania

Jednym z częściej stosowanych leków z grupy środków alkilujących jest cyklofosfamid. Ma on najszerszy zakres działania przeciwnowotworowego spośród tej grupy leków oraz stosunkowo niską toksyczność. Stosowany jest w terapii białaczek, chłoniaków, raka oskrzeli, płuc, żołądka, sutka, jajnika, jądra. Używany jest również w transplantologii oraz w leczeniu niektórych chorób o podłożu immunologicznym (12,26,27,51,59,64,68,93,116).

Cyklofosfamid jest też jednym z najlepiej poznanych środków o działaniu cytostatycznym. W 1974 roku w Genewie, na międzynarodowej konferencji dotyczącej metodologii badania środków przeciwnowotworowych zalecono, aby uznać cyklofosfamid za wzorzec, do którego będzie się porównywało nowoodkryte leki cytostatyczne (17).

Pod względem budowy chemicznej cyklofosfamid jest 2-tlenkiem-2-[bis-(2-chloroetylo)-amino]-tetrahydro-2H-1,3,2-oksazafosforynowym. Cyklofosfamid zsyntetyzowany został jako ?transportowa? forma leku i nie wywiera efektu in vitro. W mikrosomach komórki wątrobowej, na drodze hydroksylacji pierścienia oksazafosforynowego przy węglu C4, przekształcany jest do aktywnych, alkilujących metabolitów, 4-hydroksycyklofosfamidu i jego tautomerycznej odmiany - aldofosfamidu. Reakcja katalizowana jest przez grupę enzymów znanych pod nazwą oksygenazy o mieszanej funkcji (mixed-function oxygenase - MFO), zawierającą między innymi cytochrom P-450; wymaga NADPH i tlenu (12,17,19,25,72,101).

Powyżej opisany proces biotransformacji cyklofosfamidu nosi nazwę aktywacji. Dalsze przemiany cyklofosfamidu, to dezaktywacja i toksyfikacja. Dezaktywacja polega na przekształceniu 4-hydroksycyklofosfamidu i aldofosfamidu, pod wpływem dehydrogenazy aldehydowej, do nieczynnych związków: 4-ketocyklofosfamidu i karboksyfosfamidu lub na nieenzymatycznym podstawieniu w pozycji C4 pierścienia oksazafosforynowego grupy SR, co doprowadza do powstania 4-(SR)-merkaptocyklofosfamidu.

Natomiast toksyfikacja zachodzi spontanicznie na drodze beta-eliminacji. Polega na rozpadzie aldofosfamidu na iperyt azotowy i akroleinę (17,18,19,54).

Część badaczy sądzi, że zasadniczym związkiem przeciwnowotworowym powstałym po aktywacji cyklofosfamidu jest iperyt azotowy, natomiast akroleina obwiniana jest o powodowanie efektów toksycznych. Podkreśla się zwłaszcza rolę akroleiny, jako substancji wiążącej glutation, łączącej się kowalentnie z proteinami komórkowymi i kwasami nukleinowymi, uszkadzającej cytochrom P-450, obniżającej poziom PGE2 i stymulującej produkcję tromboksanu przez makrofagi (3,12,17,42,54,55,63,72).

Sugeruje się również, że akroleina może interferować z fizjologicznymi reakcjami przemiany tlenu w komórce, co może doprowadzić do powstania w nadmiarze toksycznych produktów w postaci wolnych rodników tlenowych.

Obniżenie poziomu glutationu ma więc ogromne znaczenie, ponieważ glutation znany jest jako jeden z tak zwanych wymiataczy wolnych rodników tlenowych i związek zwiększający odporność komórek na toksyczne działanie substancji chemicznych (55,66,71,100).

1.1.3. Rola wolnych rodników tlenowych

Procesy, podczas których powstają wolne rodniki tlenowe są nieodłącznym elementem prawidłowych przemian metabolicznych w organizmie. Zaburzenie równowagi pomiędzy powstawaniem tych związków, a ich wykorzystaniem i unieszkodliwieniem, może stać się przyczyną procesów destrukcyjnych i rozwoju stanów patologicznych (36,37,71).

Podczas całkowitej czteroelektronowej redukcji cząsteczki tlenu w łańcuchu oddechowym mitochondriów powstają produkty pośrednie o różnej toksyczności: rodnik ponadtlenkowy, jego sprotonowana forma (HO2*- rodnik nadhydroksylowy), nadtlenek wodoru i rodnik hydroksylowy (reakcje 1-5) (37,66):

1) O2 + e- -> O2* rodnik ponadtlenkowy

2) O2 + 2e- + 2H+ -> H2O2 nadtlenek wodoru

3) O2 + 3e- + 3H+ -> OH* + H2O rodnik hydroksylowy

4) O2 + 4e- + 4H+ -> 2H2O

5) O2* + H+ <=> HO2* rodnik nadhydroksylowy

Uważa się, że przyczyną toksycznych działań tlenu w organizmie jest głównie aktywność rodnika hydroksylowego, który działa przez przeniesienie elektronu z grupy hydroksylowej na dowolną molekułę i odrywanie protonów od cząsteczek wielu związków (66,71,100). Na poziomie subkomórkowym rodnik hydroksylowy uszkadza białka enzymatyczne i strukturalne, nukleotydy, lipidy, węglowodany (66,100,109).

Działanie rodnika hydroksylowego na poziomie błonowym ilustruje poniższe zestawienie (66):

1. modyfikacja aktywności składników błony (np. enzymów związanych z błonami),

2. zmiany strukturalne błony wpływające na funkcje i ich antygenowy charakter,

3. utlenianie grup tiolowych,

4. zmiany stosunku wielonienasyconych kwasów tłuszczowych i białka,

5. rozprzęgnięcie transportu przez błony,

6. inicjacja peroksydacji wielonienasyconych kwasów tłuszczowych z bezpośrednim wpływem na strukturę błony i jej płynność.

Najistotniejsza w działaniu rodnika hydroksylowego wydaje się peroksydacja lipidów. Doprowadzić może ona do powstania rodników pochodnych, np. nadtlenków lipidów, atakujących praktycznie wszystkie rodzaje związków w materiale biologicznym (66,100,109).

Komórki organizmów aerobowych dysponują mechanizmami o charakterze antyoksydacyjnym, chroniącymi przed działaniem wolnych rodników tlenowych. Można je podzielić na enzymatyczne i nieenzymatyczne. Wśród enzymatycznych wyróżnia się dysmutazę ponadtlenkową, która katalizuje dysmutację O2*, polegającą na przekształceniu jonu ponadtlenkowego w wodę przy udziale katalazy i peroksydazy oraz zespół enzymów cyklu glutationowego (selenoenzym GSH-peroksydaza, GSH S-transferaza, GSSG-reduktaza), strzegących zachowania prawidłowego poziomu glutationu (32,71,75,100).

Glutation, obok alfa-tokoferolu (witamina E), kwasu askorbinowego (witamina C), beta-karotenu, kwasu moczowego, bilirubiny i albumin tworzy grupę związków antyoksydacyjnych o charakterze nieenzymatycznym. Jest on trójpeptydem chroniącym grupy tiolowe przed utlenieniem przez wolne rodniki tlenowe, detoksyfikującym toksyczne metabolity, w tym metabolity powstające w procesie peroksydacji lipidów oraz wiążącym wolne rodniki tlenowe (3,36, 42,50,55,71,100).

1.1.4. Mechanizm toksycznego działania metabolitów cyklofosfamidu

Działanie akroleiny, jako środka bezpośrednio uszkadzającego białka komórkowe i kwasy nukleinowe, wiążącego glutation, podnoszącego poziom tromboksanu, indukującego powstawanie wolnych rodników tlenowych, a co za tym idzie - peroksydację lipidów, może doprowadzić do uszkodzenia wielu narządów.

Ponieważ cyklofosfamid ulega aktywacji i przemianom głównie w wątrobie, nasuwa się myśl, że wątroba powinna w pierwszym rzędzie ulegać uszkodzeniom w czasie podawania tego cytostatyku (71,77). Przypisuje się przy tym znaczenie nie tylko uszkodzeniom struktur subkomórkowych, powodowanym przez aktywne postacie cyklofosfamidu i wolne rodniki tlenowe, lecz również i głównie - uszkodzeniom przez wolne rodniki tlenowe ścian naczyń krwionośnych, przede wszystkim naczyń włosowatych.

Uważa się, że w efekcie uszkodzenia naczynia włosowatego dochodzi do akumulacji w uszkodzonym miejscu neutrofili i płytek krwi, zablokowania przepływu krwi i następowego niszczenia narządu, poczynając od miejsca, które jest zaczopowane (71,89,114).

Należałoby więc sądzić, że lek, który ułatwi przepływ krwi w obrębie uszkodzonych naczyń, obniży poziom tromboksanu oraz dodatkowo zahamuje wytwarzanie wolnych rodników tlenowych i uwalnianie w miejscu uszkodzenia czynnika martwiczego guza (tumor necrosis factor - TNF) , powinien zmniejszyć toksyczne oddziaływanie cyklofosfamidu. Według wielu doniesień, takich działań należałoby oczekiwać po pentoksyfilinie (9,16,23,24,98,99).