Čo je Thymosin Alpha-1?

Thymosin Alfa-1, peptid prirodzene sa vyskytujúci v týmuse, je známy ako modulátor imunitných funkcií a reakcií. Je prospešný pri znižovaní chorobnosti a úmrtnosti pri sepse a rôznych infekciách. Štúdie naznačujú aj potenciál zlepšiť výsledky u ťažko chorých pacientov s COVID-19, a to opravou poškodenia lymfocytárnej imunity a zabránením nadmernej aktivácii T buniek. Thymosin Aplha-1 a jeho analógy vykazujú imunomodulačné vlastnosti, indukujú produkciu cytokínov, diferenciáciu lymfocytov a zlepšujú funkciu makrofágov. Pôsobia prostredníctvom aktivácie Toll receptora v dendritických bunkách, čím potenciálne zmierňujú búrky cytokínov vyvolané infekciou SARS-CoV-2. Navyše, klinické štúdie podporujú ich účinnosť pri rôznych ochoreniach, vrátane vírusových infekcií a rakoviny. V prípade COVID-19 sa Thymosin Alpha-1 ukázal ako sľubný prostriedok pri znižovaní úmrtnosti, ako aj obnove imunitnej funkcie. Aby sa však preskúmal jeho potenciál terapeutického činidla alebo doplnkovej liečby na zmiernenie závažnosti ochorenia, je potrebný ešte ďalší výskum. Teraz by sme vám chceli priblížiť účinky peptidu potvrdené v početných výskumných štúdiách.

[1]

Účinky potvrdené výskumom

1. Thymosin Alpha-1 pri modulácii imunity

Thymosin Alpha-1 (Tα1) je silný imunomodulátor s pleiotropnými účinkami na rôzne podskupiny imunitných buniek. Týmus je zodpovedný za T-bunky, ktoré sú najdôležitejšou súčasťou adaptívneho imunitného systému a pomáhajú mu zapamätať si minulé infekcie a zlepšiť funkciu. Peptid pôsobí na základných úrovniach imunitného systému a jednoducho aktivuje signálne dráhy a stimuluje produkciu cytokínov. Thymosin Alpha-1, ktorý pôsobí prostredníctvom Toll receptorov v dendritických bunkách, stimuluje produkciu imunitne podmienených cytokínov, čo z neho robí potenciálny prostriedok liečby imunitnej supresie spojenej so starnutím, infekciou alebo rakovinou. Rozsiahle predklinické a klinické štúdie preukázali schopnosť Tα1 zlepšiť funkciu imunitného systému a jeho terapeutický potenciál pri rôznych ochoreniach.

Kombinácia Thymosin Alpha-1 (Tα1) s peptidom podobným bursínu (BLP) ako rekombinantného fúzneho peptidu (Tα1-BLP) zvyšuje imunitné reakcie proti vtáčej chrípke. Toto nové adjuvans zvyšuje titre protilátok, zvyšuje sekréciu cytokínov typu Th1 a Th2, podporuje proliferáciu lymfocytov a poskytuje ochranu pred replikáciou vírusu a poškodením pľúc. Štúdia podčiarkuje potenciál Tα1-BLP ako účinného adjuvansu pre vakcíny proti vtáčej chrípke, pričom zdôrazňuje jeho imunopotenciačné vlastnosti a imunitné ochranné účinky.

Okrem toho u pacientov so sepsou, život ohrozujúcim stavom charakterizovaným dysregulovanou imunitnou odpoveďou na infekciu, sa Thymosin Alpha-1 (Tα1) javí ako sľubná doplnková terapia. Klinické štúdie ukazujú, že liečba Tα1, samotná alebo v kombinácii s protizápalovými látkami, znižuje úmrtnosť, zvyšuje imunitnú funkciu a znižuje výskyt sekundárnych infekcií. Heterogénna povaha sepsy však predstavuje výzvy pri zovšeobecňovaní klinických výsledkov a budúce štúdie zamerané na imunosuprimovaných jedincov môžu poskytnúť ďalšie poznatky o účinnosti Tα1 ako terapeutickej možnosti pre sepsu.

[2] - [4]

2. Thymosin Alpha-1 pri nervovom raste

Imunitný systém zohráva dôležitú úlohu aj pri raste a vývoji nervov CNS. Zistilo sa, že Thymosin Alpha-1 významne ovplyvňuje neurovývoj u myší zvýšením kognitívnych funkcií prostredníctvom periférneho podávania. Štúdie naznačujú, že tento peptid ovplyvňuje génovú expresiu súvisiacu s rastom neurónov a konektivitou, čím podporuje prostredie vedúce k neurologickému vývoju. Okrem toho Thymosin Alpha-1 zmierňuje zápal a dysfunkciu v nervovom systéme, čím v konečnom dôsledku zlepšuje štruktúru a funkciu mozgu.

U neonatálnych myší podávanie Thymosin Alpha-1 (Tα1) zvyšuje kognitívne schopnosti a podporuje neurogenézu v hipokampe. Tento účinok je sprevádzaný zvýšenými hladinami neurotrofických faktorov, ako je interleukín-4, interferón-gama, neurotrofický faktor odvodený z mozgu, nervový rastový faktor a inzulínu podobný rastový faktor-1, spolu so znížením zápalových cytokínov, ako je IL-6 a tumor nekrotizujúci faktor-α. Tα1 indukuje Th1-polarizovanú imunitnú odpoveď a chráni pred lipopolysacharidom indukovaným poškodením hipokampálnej neurogenézy, čo naznačuje potenciálne neuroprotektívne vlastnosti proti infekciám.

[5]

3. Thymosin Alpha-1 a jeho antifungálne vlastnosti

Thymosin Alpha-1 (Tα1) sa javí ako kľúčový mediátor pri aktivácii dendritických buniek (DC) proti plesňovým infekciám, najmä v reakcii na Aspergillus fumigatus. Dendritické bunky sú špecifickým typom buniek v imunitnom systéme a sú dôležité pri rozpoznávaní plesňovej infekcie. Prostredníctvom p38 mitogénom aktivovanej proteínkinázy/jadrového faktora (NF)-kappaB-dependentnej dráhy, indukuje Tα1 dozrievanie a produkciu interleukínu-12 v hubovo pulzovaných dendritických bunkách, uľahčené signalizáciou Toll receptora (TLR) prostredníctvom myeloidného diferenciačného faktora 88 (MyD88). Táto aktivácia spúšťa antifungálnu imunitu závislú od T-buniek (Th) in vivo, čo vedie k zrýchlenej obnove myeloidných buniek a zvýšenej ochrane proti aspergilóze, najmä u vysoko citlivých jedincov, ako sú tí, ktorí dostávajú hematopoetické transplantáty.

Okrem toho, Tα1, pôvodne charakterizovaný svojimi rôznymi účinkami na imunitný systém, je teraz uznávaný ako kľúčový regulátor zápalu, imunity a tolerancie. Jeho kľúčová úloha pri modulácii funkcie dendritických buniek (DC) podčiarkuje jeho potenciál pri indukcii rôznych foriem imunity a tolerancie. Nedávne zistenia odhaľujú schopnosť Tα1 aktivovať DC na antifungálnu Th1 rezistenciu, ako aj aktivovať plazmacytoidné DC (pDC) prostredníctvom rozpoznávania vírusu závislého od TLR9/MyD88 a indukovať aktivitu indolamín 2,3-dioxygenázy, čím podporuje toleranciu voči vlastným a mikrobiálnym antigénom. Táto vnútorná regulácia imunitnej homeostázy umiestňuje Tα1 ako sľubného kandidáta na inštruktívnu imunoterapiu, pričom využíva DC a katabolizmus tryptofánu na kontrolu zápalu, imunity a tolerancie v rôznych klinických kontextoch.

[6], [7]

4. Thymosin Alpha-1 pri hepatitíde

Thymosin Alpha-1 (Tα1), pôvodne používaný na liečbu hepatitídy B a C, teraz získava uznanie pre svoj potenciál aj v celom spektre ďalších chorôb. Tα1, schválený v mnohých krajinách, napríklad v súčasnosti schválený na liečbu hepatitídy B a C vo viac ako 35 rôznych rozvojových krajinách, prechádza klinickými skúškami v poslednom štádiu v USA a Európe pre hepatitídu C a štádium IV melanómu. Nedávne štúdie naznačujú širšie použitie, vrátane septického šoku, syndrómu akútnej respiračnej tiesne, peritonitídy, akútnej cytomegalovírusovej infekcie, tuberkulózy, ťažkého akútneho respiračného syndrómu a pľúcnych infekcií u kriticky chorých pacientov. Okrem toho je Tα1 sľubným chemoprotektívnym činidlom počas chemoterapie, čo naznačuje jeho objavujúcu sa úlohu pri liečbe život ohrozujúcich a chronických ochorení.

[8]

5. Thymosin Alpha-1 a HIV

Thymosin Alpha-1 (Tα1) predstavuje sľubnú cestu na zlepšenie imunitnej rekonštitúcie u jedincov infikovaných HIV-1, ktorí podstupujú antiretrovírusovú liečbu. Napriek výhodám antiretrovírusovej terapie zostáva úplné obnovenie imunity nepolapiteľné, často sprevádzané pretrvávajúcim zápalom a neadekvátnymi cytotoxickými odpoveďami T-buniek. Tα1, známy svojou schopnosťou obnoviť imunitnú homeostázu v rôznych podmienkach, vrátane infekcií a imunodeficiencie, má potenciál ako multitaskingový proteín v závislosti od zápalového alebo imunitného stavu hostiteľa. Nedávne štúdie in vitro a in vivo skúmali účinnosť Tα1 pri infekcii HIV-1 a ponúkajú pohľad na jej terapeutické využitie či budúce smerovanie.

Okrem toho Tα1 demonštruje schopnosť zvýšiť uvoľňovanie antiretrovírusových rozpustných faktorov prostredníctvom CD8(+) buniek, čo prispieva ku kontrole alebo prevencii infekcie HIV-1 prostredníctvom necytolytických mechanizmov. Svojím špecifickým pôsobením na lymfoidné bunky Tα1 indukuje silnú transkripčnú odpoveď, ovplyvňujúc uvoľňovanie rozpustných faktorov, ktoré inhibujú infekciu HIV-1 makrofágov odvodených od monocytov a periferálnych krvných mononukleárnych buniek (PBMC), ako aj ľudskej T lymfotropnej vírusovej 1 (HTLV-1) infekcie PBMC. Tieto zistenia podčiarkujú potenciál Tα1 ako doplnkovej terapie popri inovatívnych liečebných postupoch a očkovacích stratégiách pri liečbe infekcie HIV-1, čo ponúka nové možnosti na zlepšenie výsledkov antiretrovírusovej terapie.

[9], [10]

6. Thymosin Alpha-1 ako inhibítor enzýmu ACE

Výskum skúmal antioxidačné vlastnosti peptidu Thymosin Alpha-1 (Tα1) rôznymi metódami. Nový výskum naznačuje, že Thymosin Alpha-1 blokuje enzým konvertujúci angiotenzín (ACE), a tak môže znižovať krvný tlak. Tα1 vykazoval významnú vychytávaciu aktivitu proti DPPH a ABTS radikálom s hodnotami IC50 20 µM a 85 µM, v danom poradí. Okrem toho vykazoval koncentračne závislé zachytávanie hydroxylových a superoxidových radikálov s hodnotami IC50 82 µM a 20 µM, v danom poradí. Tα1 tiež znížil hladiny bunkových reaktívnych foriem kyslíka (ROS) v bunkách ľudského nervového asterocytómu. Okrem toho vykazoval inhibičné účinky na enzým konvertujúci angiotenzín (ACE) so zmiešaným vzorom inhibície pozorovaným v kinetických štúdiách. Hodnoty IC50 a Ki Thymosinu ALpha-1 boli 0,8 µM a 3,33 µM, v danom poradí. Molekulárne modelovanie a analýzy dokovania naznačujú, že Tα1 sa viaže na ACE domény, najmä N-doménu, s vysokou afinitou, sprostredkovanou elektrostatickými, hydrofóbnymi a vodíkovými silami. Celkovo tieto zistenia zdôrazňujú Tα1 ako multifunkčný peptid s duálnymi antioxidačnými a ACE-inhibičnými vlastnosťami, čo zaručuje ďalšie skúmanie jeho potenciálnych výhod in vitro aj in vivo.

[11]

7. Thymosin Alpha-1 a liečba rakoviny

Thymosin Alpha-1 (Tα1) bol testovaný a prechádza aktívnym testovaním pri množstve rôznych druhov rakoviny. Peptid demonštruje antiproliferatívne účinky na bunky pľúcneho adenokarcinómu (A549), inhibuje bunkový rast a migráciu, pričom zvyšuje aktivitu antioxidačných enzýmov a znižuje hladiny bunkových reaktívnych foriem kyslíka (ROS). V týchto bunkách však významne neindukuje apoptózu. Vo veľkej randomizovanej štúdii ukázalo kombinovanie Tα1 s dakarbazínom (DTIC) a interferónom alfa (IFN-alfa) u pacientov s metastatickým melanómom sľubné výsledky. Pacienti dostávajúci kombinovanú terapiu vykazovali nádorové odpovede a dlhšie trvanie odpovede v porovnaní s kontrolnou skupinou, ktorá dostávala samotnú štandardnú terapiu. Medián celkového prežitia (OS) sa zlepšil pri liečbe s Tα1, čo naznačuje jeho potenciál účinnej liečby metastatického melanómu. Klinické štúdie teda poskytli dôkazy podporujúce použitie Tα1 pri liečbe melanómu, a to najmä v kombinácii s inými činidlami ako DTIC a IFN-alfa, čím sa zároveň pripravila pôda pre ďalšie hodnotenie a klinické aplikácie Tα1 v terapii melanómu.

Dve ďalšie štúdie skúmali vývoj a účinnosť nového dlhodobo pôsobiaceho fúzneho proteínu s názvom Thymosin Alpha1-Fc (Tα1-Fc) na inhibíciu rakoviny prsníka. Prvá štúdia sa zamerala na generovanie Tα1-Fc fúziou Tα1 s doménou Fc ľudského IgG1, aby sa zlepšil jeho polčas rozpadu v sére. Tα1-Fc preukázal zvýšenú účinnosť pri inhibícii rastu buniek rakoviny prsníka 4T1 a MCF-7 v porovnaní s natívnym Tα1. V myšom modeli nádoru 4T1 viedla liečba prostredníctvom Tα1-Fc k zvýšeným hladinám buniek CD4 a CD8, interferónu-y a interleukínu-2, čo naznačuje zvýšenú imunitnú odpoveď proti nádorom. Okrem toho Tα1-Fc zmiernil imunosupresiu vyvolanú hydrokortizónom, čo naznačuje jeho potenciál ako imunomodulačného činidla na terapiu rakoviny prsníka.

V druhej štúdii sa skonštruoval rekombinantný plazmid na expresiu Tα1-Fc fúzneho proteínu s využitím Fc domény ľudského IgG4. Optimalizované podmienky expresie poskytli vysoko čistý Tα1-Fc proteín s rýchlosťou produkcie 160,4 mg/l. Tα1-Fc vykazoval v myších modeloch predĺžený sérový polčas rozpadu 25 h, približne 13-krát dlhší ako má natívny Tα1. Okrem toho Tα1-Fc preukázal zvýšenú opravu imunitného poškodenia zvýšením počtu lymfocytov. In vivo vykazoval Tα1-Fc účinnejšiu protinádorovú aktivitu v modeloch xenoštepu nádoru 4T1 a B16F10 v porovnaní s natívnym Tα1. Zároveň zvyšuje expresiu CD86, podporuje sekréciu IFN-y a IL-2 a zvyšuje počet CD4+ T a CD8+ T buniek infiltrujúcich nádor. Tieto zistenia zdôrazňujú potenciál Tα1-Fc ako sľubného imunoterapeutického činidla na liečbu rakoviny prsníka, čo poskytuje cenné poznatky pre vývoj nových imunoterapií rakoviny.

[12] - [16]

8. Thymosin Alpha-1 vo výskume zápalovej bolesti

Thymosin Alpha-1 (Tα1) vykazuje protizápalové a neuroprotektívne vlastnosti, ale jeho účinky na zápalovú bolesť zostávajú zatiaľ nejasné. Avšak intraperitoneálne podávanie Tα1 zmierňuje precitlivenosť na bolesť vyvolanú kompletným Freundovým adjuvansom (CFA), modelom periférneho zápalu. Táto liečba tiež znižuje up-reguláciu prozápalových cytokínov (TNF-α, IL-1β, IL-6) v zapálenej koži aj v mieche. Okrem toho Tα1 obracia silnú aktiváciu mikroglií spustenú periférnym zápalom indukovaným CFA a moduluje expresiu vezikulárneho glutamátového transportéra (VGLUT) a vezikulárneho transportéra kyseliny y-aminomaslovej (VGAT) v mieche. Tieto zistenia naznačujú, že Tα1 má terapeutickú úlohu pri zápalovej bolesti tým, že reguluje produkciu prozápalových cytokínov indukovanú mikrogliami a moduluje expresiu VGLUT a VGAT v mieche.

[17]

9. Thymosin Alpha-1 a poškodené zuby

Prehľad porovnáva intervencie na liečbu traumatizovaných trvalých zubov s avulznými poraneniami, pričom analyzuje tri randomizované kontrolované štúdie. Štúdia 1 skúmala účinok extraorálnej endodoncie, ktorá nepreukázala žiaden významný rozdiel v rádiografickej resorpcii v porovnaní s intraorálnou endodonciou poskytnutou v 1. týždni zubom s avulziou dlhšou ako 60 minút. Druhá štúdia skúmala 10-minútové namáčanie v Thymosin Alpha-1 pred opätovnou reimplantáciou a zaznamenala silný prínos po 48 mesiacoch. Štúdia tri skúmala 20-minútové namáčanie gentamycín sulfátom pred opätovnou reimplantáciou a denné používanie hyperbarického kyslíka, čo preukázalo silný prínos po 12 mesiacoch. Napriek strednému/vysokému riziku skreslenia v týchto štúdiách naznačujú tieto potenciálne účinky Thymosinu Alpha-1 a gentamycín sulfátu nasledovaným hyperbarickým kyslíkom. Je však potrebná ďalšia validácia a dôkazy s nízkym rizikom zaujatosti.

[19]

10. Syntéza Thymosinu Alpha-1

Pri vývoji Thymosin Alpha-1, acetylovaného terapeutického peptidu dlhého 28 aminokyselín, je syntéza pomocou konvenčných chemických metód náročná. Preto bol vyvinutý plne konvergentný proces chemo-enzymatickej syntézy peptidov (CEPS) s použitím variantu peptiligázy prispôsobeného substrátu nazývaného tymoligáza. Tymoligáza, prispôsobená na rozpoznávanie 14-mérových segmentov Thymosinu Alpha-1, katalyzuje tvorbu peptidovej väzby medzi segmentmi s vysokou účinnosťou (>94% výťažku). Stanovila sa kryštálová štruktúra tymoligázy, ktorá vykazovala dobrú zhodu s inžinierskym modelom. Táto kombinácia syntézy peptidov v tuhej fáze (SPPS) 14-mérových segmentov a ligácie katalyzovanej tymoligázou viedla k výrazne zvýšenému celkovému výťažku (55 %) Thymosinu Alpha-1 v porovnaní s existujúcimi priemyselnými procesmi.

[20]

Zdroje

1. A. Dominari at al., “Thymosin alpha 1: A comprehensive review of the literature”, 2020 Dec 15; 9(5): 67–78.
2. R. King and C. Tuthill, “Immune Modulation with Thymosin Alpha 1 Treatment,” Vitam. Horm., vol. 102, pp. 151–178, 2016.
3. C. Zhang, J. Zhou, K. Cai, W. Zhang, C. Liao, and C. Wang, “Gene cloning, expression and immune adjuvant properties of the recombinant fusion peptide Tα1-BLP on avian influenza inactivate virus vaccine,” Microb. Pathog., vol. 120, pp. 147–154, Jul. 2018.
4. F. Pei, X. Guan, and J. Wu, “Thymosin alpha 1 treatment for patients with sepsis,” Expert Opin. Biol. Ther., vol. 18, no. sup1, pp. 71–76, 2018.
5. G. Wang et al., “Immunopotentiator Thymosin Alpha-1 Promotes Neurogenesis and Cognition in the Developing Mouse via a Systemic Th1 Bias,” Neurosci. Bull., vol. 33, no. 6, pp. 675–684, Dec. 2017.
6. L. Romani et al., “Thymosin α 1 activates dendritic cells for antifungal Th1 resistance through Toll-like receptor signaling,” Blood, vol. 103, no. 11, pp. 4232–4239, Jun. 2004.
7. L. Romani et al., “Thymosin alpha1: an endogenous regulator of inflammation, immunity, and tolerance,” Ann. N. Y. Acad. Sci., vol. 1112, pp. 326–338, Sep. 2007.
8. A. L. Goldstein and A. L. Goldstein, “From lab to bedside: emerging clinical applications of thymosin alpha 1,” Expert Opin. Biol. Ther., vol. 9, no. 5, pp. 593–608, May 2009.
9. C. Matteucci et al., “Thymosin alpha 1 and HIV-1: recent advances and future perspectives,” Future Microbiol., vol. 12, pp. 141–155, 2017.
10. C. Matteucci et al., “Thymosin α 1 potentiates the release by CD8(+) cells of soluble factors able to inhibit HIV-1 and human T lymphotropic virus 1 infection in vitro,” Expert Opin. Biol. Ther., vol. 15 Suppl 1, pp. S83-100, 2015.
11. J. Kharazmi-Khorassani, A. Asoodeh, and H. Tanzadehpanah, “Antioxidant and angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibitory activity of thymosin alpha-1 (Thα1) peptide,” Bioorganic Chem., vol. 87, pp. 743–752, Jun. 2019.
12. J. Kharazmi-Khorassani and A. Asoodeh, “Thymosin alpha-1; a natural peptide inhibits cellular proliferation, cell migration, the level of reactive oxygen species and promotes the activity of antioxidant enzymes in human lung epithelial adenocarcinoma cell line (A549),” Environ. Toxicol., May 2019.
13. M. Maio et al., “Large randomized study of thymosin alpha 1, interferon alfa, or both in combination with dacarbazine in patients with metastatic melanoma,” J. Clin. Oncol. Off. J. Am. Soc. Clin. Oncol., vol. 28, no. 10, pp. 1780–1787, Apr. 2010.
14. R. Danielli, E. Fonsatti, L. Calabrò, A. M. Di Giacomo, and M. Maio, “Thymosin α1 in melanoma: from the clinical trial setting to the daily practice and beyond,” Ann. N. Y. Acad. Sci., vol. 1270, pp. 8–12, Oct. 2012.
15. X. Shen et al., “Generation of a novel long-acting thymosin alpha1-Fc fusion protein and its efficacy for the inhibition of breast cancer in vivo,” Biomed. Pharmacother. Biomedecine Pharmacother., vol. 108, pp. 610–617, Dec. 2018.
16. F. Wang, T. Yu, H. Zheng, and X. Lao, “Thymosin Alpha1-Fc Modulates the Immune System and Down-regulates the Progression of Melanoma and Breast Cancer with a Prolonged Half-life,” Sci. Rep., vol. 8, no. 1, p. 12351, Aug. 2018.
17. Y. Xu et al., “Thymosin Alpha-1 Inhibits Complete Freund’s Adjuvant-Induced Pain and Production of Microglia-Mediated Pro-inflammatory Cytokines in Spinal Cord,” Neurosci. Bull., Feb. 2019.
18. L. Romani et al., “Thymosin α1 represents a potential potent single-molecule-based therapy for cystic fibrosis,” Nat. Med., vol. 23, no. 5, pp. 590–600, May 2017.
19. P. F. Day, M. Duggal, and H. Nazzal, “Interventions for treating traumatised permanent front teeth: avulsed (knocked out) and replanted,” Cochrane Database Syst. Rev., vol. 2, p. CD006542, 05 2019.
20. M. Schmidt et al., “Design of a substrate-tailored peptiligase variant for the efficient synthesis of thymosin-α1,” Org. Biomol. Chem., vol. 16, no. 4, pp. 609–618, 24 2018.