Что такое тимозин бета-4

Тимозин бета-4 (TB4) — пептид из 43 аминокислот с молекулярной массой 4921 дальтон, первоначально выделенный из Thymosin Fraction 5 — той же фракции экстракта телячьего тимуса, из которой был получен Тимозин альфа-1. Хотя оба пептида имеют общий источник открытия, их биологические функции принципиально различаются. Если Ta1 — прежде всего иммуномодулятор, то TB4 является основным актин-связывающим пептидом в клетках млекопитающих и играет ключевую роль в восстановлении тканей, миграции клеток, ангиогенезе и противовоспалительной регуляции. Впервые охарактеризованный Ханнаппелем и Либольдом в 1985 году, TB4 с тех пор признан наиболее распространённым представителем семейства бета-тимозинов и одним из самых широко представленных пептидов в организме человека.

Структура и механизм связывания актина

Аминокислотная последовательность Тимозина бета-4: Ac-SDKPDMAEIEKFDKSKLKKTETQEKNPLPSKETIEQEKQAGES. Как и Ta1, TB4 N-концево ацетилирован — эта модификация защищает от деградации аминопептидазами и присутствует в эндогенной форме пептида. Пептид экспрессируется практически во всех типах клеток, кроме эритроцитов, с наибольшими концентрациями в тромбоцитах крови, лейкоцитах и раневой жидкости. Внутриклеточные концентрации TB4 в лимфоцитах могут достигать 300–500 микромоль, что делает его одним из самых распространённых пептидов в цитоплазме этих клеток. Такое повсеместное распределение отражает фундаментальную роль TB4 в клеточном гомеостазе.

Основная биохимическая функция TB4 — секвестрация мономерного глобулярного актина (G-актина), предотвращающая его спонтанную полимеризацию в филаментозный актин (F-актин). TB4 связывает G-актин в стехиометрическом комплексе 1:1 с константой диссоциации около 0,7 микромоль. Актин-связывающий мотив расположен в центральной части пептида — это остатки с 17 по 22 (LKKTET), которые образуют ядро домена бета-тимозин/WH2, взаимодействующего с «зазубренным» (barbed) концом мономера актина. Поддерживая большой пул неполимеризованных мономеров актина, TB4 выступает своего рода буфером, способным быстро поставлять G-актин для полимеризации, когда клеткам нужно формировать ламеллиподии, мигрировать или делиться. Эта регуляторная функция в отношении актина лежит в основе роли TB4 в клеточной подвижности и восстановлении тканей.

Клеточная миграция и ангиогенез

Помимо секвестрации актина, TB4 обладает целым рядом биологических активностей, которые не полностью объясняются его актин-связывающими свойствами. Внеклеточный TB4 стимулирует миграцию клеток, включая эндотелиальные клетки, кератиноциты и сердечные прогениторные клетки. Эта хемотаксическая активность связана со взаимодействием с рецепторами клеточной поверхности и активацией внутриклеточных сигнальных каскадов, включая путь выживания Akt/PI3K и сигналинг Rac1 GTPase, контролирующий формирование ламеллиподий. TB4 стимулирует ангиогенез несколькими механизмами: прямой стимуляцией миграции эндотелиальных клеток и образования трубчатых структур, повышением экспрессии фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и стабилизацией фактора, индуцируемого гипоксией 1-альфа (HIF-1альфа). В тесте на хорион-аллантоисной мембране куриного эмбриона (стандартной модели ангиогенеза) TB4 в наномолярных концентрациях значительно усиливает образование новых сосудов.

Противовоспалительное и антифиброзное действие

Противовоспалительные свойства TB4 — одна из наиболее терапевтически значимых его активностей. TB4 снижает воспаление несколькими механизмами. Он подавляет экспрессию провоспалительных хемокинов и цитокинов, включая MCP-1 (моноцитарный хемоаттрактантный белок-1), MIP-1альфа и MIP-2 (макрофагальные воспалительные белки), а также ряд интерлейкинов. TB4 ингибирует активацию NF-каппаB — главного транскрипционного фактора, контролирующего экспрессию генов воспаления, — препятствуя ядерной транслокации субъединицы p65. Кроме того, TB4 способствует разрешению воспаления, усиливая эфероцитоз макрофагов (удаление апоптотических клеток) и модулируя поляризацию макрофагов в сторону противовоспалительного фенотипа M2.

Антифиброзная активность — ещё одна важная функция TB4, имеющая значимые терапевтические последствия. В моделях фиброза печени, сердца, почек и лёгких TB4 снижает отложение коллагена, уменьшает дифференцировку миофибробластов и ослабляет рубцевание тканей. Антифиброзный механизм включает подавление сигналинга трансформирующего фактора роста бета (TGF-бета), снижение фосфорилирования Smad2/3 и ингибирование эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП), который запускает активацию фибробластов. В мышиной модели фиброза печени, индуцированного четырёххлористым углеродом, лечение TB4 значительно снижало содержание коллагена в печени, экспрессию альфа-актина гладких мышц и сывороточные маркеры повреждения печени.

Восстановление сердца

Восстановление сердечной ткани — одно из наиболее подробно изученных терапевтических применений TB4. В знаковом исследовании 2004 года, опубликованном в журнале Nature, Bock-Marquette и соавторы показали, что TB4 способствует выживанию кардиомиоцитов после экспериментального инфаркта миокарда у мышей, активируя путь выживания Akt через взаимодействие с интегрин-связанной киназой (ILK). Последующие исследования показали, что введение TB4 после инфаркта миокарда уменьшает размер инфаркта, улучшает фракцию выброса левого желудочка и стимулирует активацию эпикардиальных прогениторных клеток, способных дифференцироваться в новые кардиомиоциты и коронарные сосуды. Эти результаты были воспроизведены несколькими независимыми исследовательскими группами и представляют собой одни из самых убедительных доклинических доказательств для любого пептида в области регенерации сердца.

Заживление ран

В заживлении ран TB4 продемонстрировал впечатляющую эффективность в отношении множества типов тканей. Исследования заживления кожных ран показали, что местное или системное применение TB4 ускоряет закрытие раны, усиливает миграцию кератиноцитов, стимулирует ангиогенез в раневом ложе и снижает образование рубцов. Заживление роговичных ран стало ещё одной областью активного изучения. Компания RegeneRx Biopharmaceuticals разработала RGN-259 — офтальмологическую форму TB4 для местного применения, которая продемонстрировала статистически значимые улучшения заживления роговичных ран в нескольких клинических испытаниях при нейротрофической кератопатии и синдроме сухого глаза. Испытания фазы III показали, что RGN-259 улучшал показатели окрашивания роговицы флуоресцеином и способствовал реэпителизации у пациентов с тяжёлым синдромом сухого глаза.

Нейропротекция

Нейропротекторные и нейрорегенеративные свойства TB4 задокументированы в моделях черепно-мозговой травмы, инсульта и рассеянного склероза. В крысиной модели черепно-мозговой травмы введение TB4 улучшало показатели неврологической функции, уменьшало объём повреждения и усиливало нейрогенез в субвентрикулярной зоне и зубчатой извилине гиппокампа. При экспериментальном аутоиммунном энцефаломиелите (EAE, модель рассеянного склероза) TB4 стимулировал дифференцировку олигодендроцитов и ремиелинизацию, одновременно снижая инфильтрацию воспалительных клеток в центральную нервную систему.

Полноразмерный TB4 против TB-500

Соотношение между полноразмерным Тимозином бета-4 и TB-500 требует уточнения, поскольку на рынке исследовательских пептидов путаница встречается часто. TB-500 — не сокращение от Тимозин бета-4, а обозначение конкретного фрагмента или региона молекулы TB4. В контексте коммерческих исследовательских пептидов TB-500 обычно относится к синтетическому пептиду, соответствующему активной области TB4 — как правило, фрагменту из 17 аминокислот, содержащему актин-связывающий домен и прилегающие последовательности. Однако спецификации продукта различаются у разных поставщиков, и некоторые продают полноразмерный TB4 под обозначением TB-500. Исследователям следует проверять точную последовательность и молекулярную массу своего продукта. Полноразмерный TB4 (молекулярная масса 4921 дальтон) и более короткий фрагмент TB-500 (обычно около 2000 дальтон) могут иметь разную активность, фармакокинетику и биологические свойства. В клинических исследованиях и наиболее строгих доклинических работах использовался полноразмерный синтетический TB4.

Регуляторный статус

Регуляторный статус TB4 непростой. Компания RegeneRx Biopharmaceuticals провела программы клинической разработки TB4 в офтальмологии (RGN-259 при синдроме сухого глаза и нейротрофической кератопатии) и дерматологии (RGN-137 при буллёзном эпидермолизе). Эти программы прошли фазы II и III клинических испытаний в рамках заявок FDA на исследуемый новый препарат (IND). TB4 получил статус Orphan Drug от FDA при нейротрофической кератопатии. В ветеринарии TB4 применяется в практике лечения лошадей при травмах сухожилий и связок. Всемирное антидопинговое агентство (WADA) включило TB4 и TB-500 в список запрещённых веществ по разделу S2 (пептидные гормоны, факторы роста, родственные вещества и миметики, конкретно S0 — неодобренные вещества) из-за их способности восстанавливать ткани и потенциального эффекта повышения работоспособности.

Таким образом, Тимозин бета-4 — многофункциональный пептид, активности которого охватывают регуляцию актинового цитоскелета, восстановление тканей, противовоспалительное и антифиброзное действие, ангиогенез и нейропротекцию. Его повсеместное распределение в тканях, эндогенное происхождение и впечатляющая широта биологических активностей делают его одним из самых универсальных регенеративных пептидов из известных. Программы клинической разработки в офтальмологии и дерматологии продвигаются к регуляторному одобрению, а доклинические данные продолжают расширять его потенциальные терапевтические применения в кардиологии, неврологии и других областях.