BMP-7 (OP-1): ростовой фактор семейства TGF-β и эндогенный тормоз TGF-β1

BMP-7 (костный морфогенетический белок 7, bone morphogenetic protein 7), он же OP-1 (остеогенный белок-1, osteogenic protein-1), секретируемый ростовой фактор суперсемейства TGF-β. Это принципиальное отличие: BMP-7 не является коротким синтетическим пептидом. Биологически активная форма, дисульфидно сшитый гликозилированный гомодимер, и именно димер, а не отдельная цепь, несёт активность. Размер, пространственная структура, производство, стабильность и аналитическая оценка требуют иного подхода, чем для пептида ^[14].

Единственная молекула этой группы, дошедшая до операционной

Большинство белков, которые обсуждают в контексте антифиброза, никогда не покидали лабораторию. BMP-7, исключение, причём нетипичное: более десятилетия он был продуктом, который хирург мог заказать по каталожному номеру, но не в качестве антифиброзного средства. Под названием OP-1 рекомбинантный человеческий BMP-7 на коллагеновом носителе получил разрешение FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами США) по процедуре humanitarian device exemption (HDE), в 2001 году для несращений длинных костей, затем для ревизионного заднелатерального спондилодеза. Регистрационное исследование при несращениях большеберцовой кости сравнивало OP-1 с аутотрансплантатом ^[6][10].

То есть клиническая история BMP-7 разворачивалась в ортопедии, а научная репутация строилась в нефрологии, и эти две линии почти не пересеклись. Понимать этот разрыв важнее, чем любую отдельную цифру из грызунов.

Два названия одной молекулы

BMP-7 и OP-1, один и тот же продукт гена BMP7. Расхождение названий идёт от двух параллельных клонирований конца 1980-х: группа Wozney описала семейство BMP из костно-индуктивного экстракта ^[1][2], группа Ozkaynak независимо клонировала кДНК OP-1 и показала её принадлежность к суперсемейству TGF-β ^[3].

Практическое следствие: ортопедическая и «девайсовая» литература называет молекулу OP-1, нефрологическая и биология развития, BMP-7. Поиск только по одному названию систематически теряет половину источников, а каталоги реагентов могут использовать любое из них.

Тормоз TGF-β1, а не сигнал восстановления

Это главное содержательное отличие BMP-7 от молекул, которые принято описывать как «сигналы регенерации».

TGF-β1 передаёт сигнал через рецепторы TGF-β на Smad2/3, профиброзная ветвь, центральная для фиброза практически любого органа ^[15]. BMP-7 связывается с рецепторными комплексами BMP (прежде всего ALK3/BMPR-IA) и активирует Smad1/5/8; фосфорилированные Smad1/5/8 образуют комплекс со Smad4 и влияют на транскрипцию ^[14]. Обе ветви конкурируют за общий Smad4 и взаимно подавляют друг друга. Поэтому BMP-7 корректнее описывать не как стимул к восстановлению, а как эндогенный тормоз, постоянно удерживающий профиброзную ветвь в границах.

Отсюда следует нетривиальная вещь. В здоровой почке BMP-7 экспрессируется конститутивно. При ишемическом, токсическом или метаболическом повреждении его экспрессия падает, и фиброз развивается не потому, что появился новый стимул, а потому, что исчезло сдерживание. Соответственно «дать BMP-7» означает попытку вернуть тормоз, а не добавить сигнал. Вопрос, способен ли восстановленный тормоз рассосать уже сформированный рубец, принципиально отличается от вопроса, способен ли он помешать образованию нового, и ответы на них не совпадают.

Почечные модели: от ишемии до реверса ЭМП

Доклиническая база здесь действительно большая и воспроизводимая. У крыс OP-1, введённый при ишемической острой почечной недостаточности, снижал тяжесть повреждения ^[4]. В модели односторонней обструкции мочеточника OP-1 предотвращал фиброгенез ^[5]. Самая цитируемая работа, Zeisberg и соавторы в Nature Medicine: BMP-7 противодействовал индуцированному TGF-β1 эпителиально-мезенхимальному переходу (ЭМП) в почечных канальцевых эпителиальных клетках, восстанавливал экспрессию E-кадгерина и, по данным мышиных моделей, реверсировал уже имеющееся хроническое почечное повреждение ^[8]. Более поздние работы продолжали искать способы доставить это действие, например, через мицеллярные конструкции с доменом трансдукции ^[17].

Что здесь нужно сказать честно. Во-первых, количественный вклад ЭМП в фиброз взрослой почки после 2003 года стал предметом отдельной долгой дискуссии и сегодня оценивается сдержаннее, чем на момент публикации. Во-вторых, это грызуны, и дозы в этих работах были надфизиологическими. В-третьих, ни одна из этих моделей не является хронической болезнью почек человека. Результаты клеточных, мышиных или свиных моделей не являются клиническим подтверждением для людей.

Почему «добавить BMP-7» не равно «снять тормоз»

Сигналинг BMP регулируется не только количеством лиганда, но и слоем эндогенных антагонистов, связывающих BMP внеклеточно: USAG-1 (Sostdc1), гремлин, ноггин. USAG-1 экспрессируется в дистальных канальцах и негативно регулирует именно ренопротекторное действие BMP-7; мыши, лишённые USAG-1, защищены от канальцевого повреждения ^[9].

Это означает, что рабочая точка пути задаётся соотношением лиганд/антагонист, а не абсолютным уровнем лиганда. В повреждённой ткани антагонисты часто повышены, поэтому введение экзогенного BMP-7 туда и удаление антагониста не являются эквивалентными вмешательствами. В значительной мере именно этим объясняется, почему доклинические дозы приходилось держать высокими: часть введённого белка нейтрализуется ещё до рецептора.

Носитель решает всё: имплант против инъекции

В клинике BMP-7 никогда не работал как системная инъекция. Его клиническая форма, твёрдый имплант: лиофилизированный rhBMP-7, нанесённый на матрицу из коллагена I типа и уложенный непосредственно в дефект. Причина в фармакологии самой молекулы: BMP прочно связываются с внеклеточным матриксом, плохо удерживаются в месте введения и имеют неблагоприятный профиль системной экспозиции; вопрос удержания белка в месте аппликации разбирался отдельно ещё в 2001 году ^[7].

Сложности добавляет то, что рецепторы BMP экспрессируются почти повсеместно. Доза, достаточная чтобы системно достичь почечных рецепторов, одновременно действует на кость и другие ткани, отсюда опасения по поводу гетеротопической оссификации. Не случайно дальнейшие усилия разработчиков пошли не в сторону новых доз, а в сторону носителей: Vukicevic и соавторы прямо возвращаются к конструкции носителя как к лимитирующему фактору клинического применения BMP ^[13].

Практический вывод: ортопедический продукт нельзя было просто «перенаправить» на почку. Это были разные задачи доставки. И это же означает, что не каждый продукт с надписью BMP-7 обладает одинаковыми свойствами, конструкция, источник экспрессии, носитель и форма материала определяют результат.

Как одобренный продукт исчез с рынка

Здесь нужна точность, потому что историю легко пересказать неверно в обе стороны.

OP-1 никогда не имел полного одобрения по процедуре PMA. Он существовал в режиме HDE, пути для устройств, предназначенных небольшим популяциям, с более низкими требованиями к доказательству эффективности. В 2009 году консультативный комитет FDA проголосовал против расширения показаний OP-1 Putty на неинструментированный заднелатеральный поясничный спондилодез. В 2010 году Stryker Biotech продала активы OP-1 корпорации Olympus (Olympus Biotech), а в 2014 году Olympus свернула это направление и прекратила операции в США, после чего rhBMP-7 больше не представлен на американском рынке. Активы впоследствии перешли к другим владельцам.

Чего не следует из этого выводить: что BMP-7 был признан небезопасным. Уход с рынка стал коммерческим и регуляторным результатом, узкое показание, ограничительный путь регистрации, отказ в расширении, смена владельца,, а не следствием доказанного вреда. Но и преуменьшать не стоит: продукт действительно больше не доступен.

Отдельно стоит развести две истории, которые часто смешивают. Громкая полемика о безопасности BMP в спинальной хирургии касалась прежде всего rhBMP-2, другого белка, другого производителя, другого продукта ^[11]. Переносить эти выводы на BMP-7 некорректно.

Миметики ALK3, и фаза 2, которая не сработала

Поскольку доставить сам белок системно не удавалось, поле попыталось обойти его. Sugimoto и соавторы показали, что рецептор ALK3 критичен для регенерации почки и что малый пептидный агонист ALK3 (THR-123), пригодный для системного введения, реверсировал сформированный фиброз у мышей ^[12]. На этой основе был разработан клинический кандидат THR-184; методология дизайна таких миметиков описана отдельно ^[18].

Результат известен, и смягчать его нет смысла. В рандомизированном плацебо-контролируемом исследовании фазы 2 у пациентов высокого риска острого почечного повреждения после кардиохирургических вмешательств THR-184 в диапазоне доз не снизил ни частоту, ни тяжесть, ни длительность ОПП по сравнению с плацебо; частота ОПП составила примерно 74–79 % во всех группах, включая плацебо. Профиль безопасности был сопоставим между группами ^[16].

На сегодняшний день это и есть итог: воспроизводимые антифиброзные данные на грызунах, понятный и элегантный механизм, и одно корректно проведённое контролируемое испытание подхода у людей, отрицательное. Ни одного одобренного антифиброзного продукта на основе BMP-7 не существует.

Что проверять в аналитическом пакете

Для короткого пептида часто достаточно сочетания HPLC (высокоэффективная жидкостная хроматография) и масс-спектрометрии. Для рекомбинантного белка нужен более широкий набор проверок, и несколько пунктов здесь специфичны именно для BMP-7:

• Димер, а не мономер. Активность несёт дисульфидно сшитый гомодимер; восстановленный мономер неактивен. Состояние дисульфидных связей, не формальность, а самая частая причина «молчащего» реагента.
• Система экспрессии. Материал из клеток млекопитающих (CHO) гликозилирован, материал из E. coli, нет и требует рефолдинга. В биотестах они не взаимозаменяемы по умолчанию.
• Зрелый белок или пропротеин. BMP-7 синтезируется как предшественник; спецификация должна однозначно указывать зрелый домен.
• Профиль агрегатов и чистота. Для белка этого класса агрегация влияет и на результат теста, и на воспроизводимость.
• Активность в релевантном тесте. Идентичность по массе не заменяет функционального подтверждения.
• Адсорбция. Молекула активно связывается с пластиком и матриксом, при низких концентрациях это заметно влияет на реально доступную концентрацию.
• Два названия. Поиск литературы и документации следует вести и по BMP-7, и по OP-1.

Конкретный пакет зависит от конструкции и формы материала; для оценки конкретной партии нужны её спецификация и COA (сертификат анализа).

Статус материала

BMP-7 поставляется как реагент исключительно для исследовательского применения (RUO). Это не лекарственное средство, не пищевая добавка и не продукт для потребления человеком. Одобренного антифиброзного показания для BMP-7 не существует ни в одной юрисдикции; ранее существовавший ортопедический продукт OP-1 с рынка США снят. Материал предназначен для лабораторных исследований in vitro и доклинических моделей. Эта монография описывает биологический объект и опубликованные направления исследований, она не является протоколом применения.

Позиция BMP-7 в каталоге имеет статус ожидания. Смежные материалы: HGF (лиганд c-Met, в отличие от BMP-7, репаративный сигнал, а не тормоз), Ac-SDKP (пептидный ингибитор Smad2-ветви), раздел каталога tissue repair.