SkQ er en klasse af mitokondrier-målrettede antioxidanter udviklet under vejledning af akademiker Vladimir Skulachev .
I bred forstand er SkQ en lipofil kation forbundet via en mættet carbonhydriddel til en antioxidant. På grund af sin lipofilicitet trænger SkQ effektivt ind i cellemembraner. I dette tilfælde sikrer den positive ladning målrettet levering af den vedhæftede antioxidant til den negativt ladede mitokondriematrix . Stoffer af denne type, såvel som lægemidler baseret på dem og metoder til deres anvendelse er patenteret både i Rusland og i andre lande, herunder USA, EU, Kina, Japan osv. [1] [2] [3] [4 ]
Nogle gange bruges udtrykket SkQ i en snæver betydning for at henvise til det kationiske derivat af planteantioxidanten plastoquinon .
I 1969 blev der for første gang foreslået et stof, der akkumuleres i mitokondrier - triphenylphosphonium (TPP, ladet triphenylphosphin ), en lavmolekylær forbindelse bestående af et positivt ladet fosforatom omgivet af tre hydrofobe phenyler [5] . I 1970 blev ideen fremsat om at bruge TPP til målrettet levering af forbindelser til mitokondriematrixen [6] . I 1974 blev TPP og dets derivater kaldt "Skulachev-ioner" af den berømte amerikanske biokemiker D. Green [7] .
I 1999 blev det første arbejde offentliggjort om målrettet levering af en antioxidant til mitokondrier - alfa-tocopherol , forbundet via en kulbrintekæde til TPP. Forbindelsen fik navnet MitoVitE [8] .
Den første almindeligt kendte mitokondrie-målrettede antioxidant var den senere syntetiserede MitoQ . Dens antioxidantdel er repræsenteret af ubiquinon , som er forbundet via en 10-carbon alifatisk kæde til TPP [9] .
I begyndelsen af 2000'erne begyndte en gruppe russiske akademiker V.P. Skulachev udviklingen af SkQ, en mitokondrie-målrettet antioxidant svarende til MitoQ, men med erstatning af ubiquinon med plastoquinon . Plastoquinon er en analog af ubiquinon fra plantekloroplaster, mens den er mere aktiv [10] .
Effektiviteten af SkQ-forbindelser viste sig at være hundredvis af gange højere end de tidligere analoger. Adskillige Sk-forbindelser blev syntetiseret og testet med en modificeret lipofil eller antioxidantdel med varierende længde af den alifatiske linker. Alle disse forbindelser har forkortede navne afledt af Skulachevs efternavn (Sk), et bogstav for ubiquinon (Q) og en modifikation (bogstav og/eller numerisk karakter, f.eks. R1 for et rhodaminderivat og plastoquinon ). Den største mængde data blev opnået for SkQ1 og SkQR1 [11] [12] .
Siden 2005 er der blevet testet og antioxidantvirkningen af SkQ in vitro er blevet bevist [13] [14] .
Senere blev egenskaberne af SkQ testet in vitro på fibroblaster og in vivo på forskellige organismer: mus [15] , frugtfluer, gær og mange andre [16] . SkQ beskytter celler mod død under oxidativ stress og er også effektiv til behandling af aldersrelaterede sygdomme hos dyr [17] [18] .
Siden 2008 er udviklingen af lægemidler baseret på SkQ begyndt. I 2012 blev brugen af Vizomitin øjendråber baseret på SkQ1 godkendt i Rusland til behandling af tørre øjne syndrom og den indledende fase af grå stær [19] . Test af effektiviteten af SkQ-lægemidler mod andre sygdomme er også begyndt, både i Rusland og i USA [20] [21] .
I 2016 blev der gennemført et fase 1 klinisk forsøg med et oralt lægemiddel baseret på SkQ1 [22] .
I 2017 blev det konstateret, at SkQ har en stærk antibakteriel effekt og er i stand til at hæmme aktiviteten af multiresistensenzymer i bakterier [23] [24] .
Fra 2019 udvikler Skulachev-projektet mitokondrielle antioxidanter i flere retninger: syntese og test af nye SkQ-forbindelser, test af effekter på forskellige modelsystemer og i forskellige sygdomme [25] .
SkQ-forbindelsen består af tre dele: en antioxidant, en C-alifatisk linker og en lipofil kation.
Liste over nogle SkQ og relaterede forbindelser:
| SkQ1 | lat. 10-(6'-Plastoquinonyl)decyltriphenylphosphonium |
| SkQR1 | lat. 10-(6'-Plastoquinonyl)decylrhodamin-19 |
| SkQ2 | lat. 10-(6'-plastoquinonyl)decylcarnitin |
| SkQ2M | lat. 10-(6'-plastoquinonyl)decylmethylcarnitin |
| SkQ3 | lat. 10-(6'-methylplastoquinonyl)decyltriphenylphosphonium |
| SkQ4 | lat. 10-(6'-plastoquinonyl)decyltributylammonium |
| SkQ5 | lat. 5-(6'-plastoquinonyl)amyltriphenylphosphonium |
| SkQBerb | lat. 13-[9-(6-plastoquinonyl)nonyloxycarbonylmethyl]berberin |
| SkQPalm | lat. 13-[9-(6-plastoquinonyl)nonyloxycarbonylmethyl]palmatin |
| C12TPP | lat. dodecyltriphenylphosphonium |
| MitoQ | lat. 10-(6-ubiquinoyl)decyltriphenylphosphonium |
Den lipofile kation bestemmer effektiviteten af membranpenetration ind i mitokondriematrixen. De bedste egenskaber udvises af SkQ-forbindelser med triphenylphosphoniumion (TPP): MitoQ, SkQ1 og andre.
Forbindelser med rhodamin 19, såsom SkQR1, er ikke ringere end dem. Rhodamin har fluorescerende egenskaber, så dets derivater bruges til at visualisere mitokondrier [26] .
SkQ-derivater med methylcarnitin (SkQ2M), med tributylammonium (SkQ4) som lipofile kationer har en svag penetreringsevne [27] .
Interessant nok blev kationer med kendte medicinske egenskaber, berberin og palmatin, også testet. Deres derivater med SkQ (SkQBerb og SkQPalm) adskiller sig ikke meget i egenskaber fra SkQ1 og SkQR1 [28] .
SkQ-forbindelser bruger en decamethylen-linker (en alifatisk kæde på 10 carbonatomer). Reduktion af kædelængden fører til en forringelse af ionens gennemtrængende kraft. Dette er blevet påvist med SkQ5, en forbindelse med en pentamethylenlinker [27] .
Computermetoder (molekylær dynamik i membranen) viste, at længden af linker 10 er optimal til manifestationen af antioxidantegenskaberne af SkQ1. Quinonresten er placeret nøjagtigt omkring C 9 eller C 13 membranens fedtsyreatomer, som skal reduceres (se Virkningsmekanisme for detaljer ) [29] .
Forbindelser uden en antioxidantdel bruges til at kontrollere effekten af SkQ. For eksempel er disse C12 - TPP og C12R1 . De trænger ind i mitokondrierne, men hæmmer ikke oxidation. Interessant nok demonstrerer disse forbindelser delvist de positive virkninger af SkQ. Dette skyldes fænomenet mild afkobling af mitokondriemembranen (for detaljer, se Virkningsmekanisme ).
Forbindelser med tocopherol og med ubiquinon kaldes MitoVitE og MitoQ af historiske årsager, selvom de formelt kan klassificeres som SkQ-forbindelser. MitoQ bruges traditionelt til sammenligning med SkQ.
Antioxidantaktiviteten er højest for forbindelser med thymoquinon (SkQT1 og SkQTK1). Thymoquinon er et derivat af plastoquinon, men med en methylsubstituent på den aromatiske ring. Den næste i rækken af antioxidantaktivitet er forbindelser med plastoquinon (SkQ1 og SkQR1), med to methylsubstituenter. Endnu mindre aktiv er SkQ3 med tre methylsubstituenter. SkQB uden methylsubstituenter udviser de svageste egenskaber.
Generelt kan antioxidantaktivitetsserien præsenteres som følger: SkQB < MitoQ < DMMQ ≈ SkQ3 < SkQ1 < SkTQ [30] .
Den positive effekt af SkQ-handling forklares af dens karakteristiske egenskaber:
På grund af deres lipofilicitet er SkQ-stoffer i stand til at trænge ind i lipid-dobbeltlaget . Bevægelsen sker langs det elektriske potentiale på grund af tilstedeværelsen af en positiv ladning. Cellens mitokondrier er det eneste intracellulære rum med en negativ ladning. Derfor trænger SkQ effektivt ind og ophobes i dem.
Akkumuleringsfaktoren kan estimeres ud fra Nernst-ligningen . For at gøre dette skal det tages i betragtning, at potentialet for cellens plasmamembran er omkring 60 mV (cytoplasmaet har en negativ ladning), og potentialet for den mitokondrielle membran er omkring 180 mV (matricen har en negativ oplade). Som et resultat er den elektriske gradient SkQ mellem det ekstracellulære medium og mitokondriematrixen 104 .
Det skal også tages i betragtning, at SkQ har en høj fordelingskoefficient mellem lipid og vand i størrelsesordenen 10 4 . Tages det i betragtning, vil den totale koncentrationsgradient SkQ være 10 8 [26] .
Oxidation af organiske stoffer i en celle med ROS er en kædeproces. Kædereaktioner af transformationer udføres med deltagelse af aktive frie radikaler - peroxid (RO 2 * ), alkoxy (RO * ), alkyl (R * ), og ROS selv (superoxidanion, singlet oxygen).
Et af hovedmålene for ROS er cardiolipin , et polyumættet fosfolipid i den indre mitokondriemembran, som er særligt følsomt over for peroxidation. Efter C 11 -angrebet af linolsyreatomet i cardiolipin dannes et peroxylradikal, som stabiliseres i C 9- og C 13 -positionerne på grund af tilstødende dobbeltbindinger.
SkQ1 er placeret i mitokondriemembranen på en sådan måde, at plastoquinonresten er placeret nøjagtigt nær C 9 eller C 13 cardiolipin (afhængig af SkQ konformationen). Det kan således hurtigt og effektivt slukke kardiolipins peroxylradikal [29] .
En anden vigtig egenskab ved SkQ er vedvarende. Efter neutralisering af ROS går plastoquinonresten over i den oxiderede form. Yderligere genoprettes det hurtigt af kompleks III i respirationskæden . På grund af funktionen af åndedrætskæden eksisterer SkQ således hovedsageligt i en reduceret, aktiv form.
I nogle tilfælde (for eksempel i eksperimenter på Drosophilas levetid eller i plantemodeller) kunne C12 -TPP-forbindelsen (uden en plastoquinonrest) med succes erstatte SkQ1 [29] .
Dette fænomen forklares ved, at enhver hydrofob forbindelse med en delokaliseret positiv ladning er i stand til at overføre fedtsyreanioner fra den ene side af membranen til den anden og dermed sænke det transmembrane potentiale [31] . Dette fænomen kaldes afkobling af respiration og ATP -syntese på mitokondriemembranen. I cellen udføres denne funktion normalt ved at afkoble proteiner (eller UCP'er, inklusive thermogenin fra brunfedtadipocytter) og ATP/ADP-antiporter.
Svag afkobling af membranen fører til et multipelt fald i mængden af ROS produceret af mitokondrier [32] .
Ved høje koncentrationer (mikromol og mere) udviser SkQ-forbindelser egenskaberne som en prooxidant - de fremkalder produktionen af ROS .
Fordelen ved SkQ1 er, at forskellen i koncentrationer mellem pro- og antioxidantaktivitet er 1000 gange. Eksperimenter med mitokondrier har vist, at SkQ1 begynder at udvise antioxidantegenskaber allerede ved koncentrationer på 1 nmol, og prooxidantegenskaber ved koncentrationer på omkring 1 µmol. Til sammenligning er sådan et "applikationsvindue" for MitoQ 2-5 gange. Manifestationen af antioxidantaktiviteten af MitoQ begynder kun ved koncentrationer på 0,3 μmol, mens dette stof begynder at demonstrere en pro-oxidant effekt fra en koncentration på 0,6-1 μmol [26] .
I flere forsøgsmodeller (inklusive forsøg på laboratoriedyr) viste SkQ1 og SkQR1 en udtalt antiinflammatorisk effekt [33] .
SkQ1 og C12 -TPP er substrater for ABC-transportører. Hovedfunktionen af disse transportører er at beskytte cellen mod xenobiotika . Lipofile kationer konkurrerer med andre substrater af disse bærere og svækker dermed cellens beskyttelse mod ydre påvirkninger [34] .
SkQ er i stand til at forsinke udviklingen af nogle tegn på aldring og øge levetiden for en lang række dyr. Afhængigt af typen af SkQ-molekyle kan stoffet reducere den tidlige dødelighed, øge den gennemsnitlige levealder og forlænge den maksimale alder for forsøgsdyr) [27] . Også i forskellige eksperimenter bremsede SkQ udviklingen af adskillige aldersrelaterede patologier - tegn på aldring [35] [36] .
SkQ har vist sig at fremskynde sårheling [37] [38] og også behandle aldersrelaterede sygdomme såsom osteoporose , grå stær , retinopati , etc. [16]
I slutningen af 2008 begyndte forberedelserne til den officielle registrering af SkQ-lægemidler som lægemidler godkendt til brug i Rusland. .
Effekten af Vizomitin SkQ1-baserede øjendråber mod "tørre øjne-syndrom" blev også bekræftet i følgende dobbeltblindede, placebokontrollerede undersøgelser: (a) et internationalt multicenterstudie i Rusland og Ukraine [39] , et fase II-studie i USA [40] . I 2019 skulle et fase III klinisk forsøg for samme indikation være afsluttet i USA [41] . Der har også været et vellykket klinisk forsøg for aldersrelateret grå stær [42] .
I Rusland udføres der i 2019 kliniske forsøg med forbedrede versioner af øjendråber med SkQ1 - lægemidlet Vizomitin Forte (som indiceret til aldersrelateret makuladegeneration) [43] og Visomitin Ultra (den første fase af et klinisk forsøg) [44] .
SkQ1 findes i kosmetiske produkter som Mitovitan Active, Mitovitan og Exomitin [45] [46] .
Lægemidlet "Vizomitin" baseret på SkQ1 bruges i veterinær praksis til behandling af øjensygdomme. Især er effekt blevet vist til behandling af retinopati hos hunde, katte og heste [47] .
Eksperimenter har vist en uventet effekt af SkQ på planter. Stoffet stimulerede differentiering (ved behandling af kalli) og frøspiring (patent US 8.557.733), øgede udbyttet af forskellige afgrøder [48] .