Влияние рифампицина на индукцию активности MDR1/P-gp в провоспалительных макрофагах человека

Актуальность. Влияние на активность белка множественной лекарственной устойчивости P-гликопротеина (P-gp, ген MDR1) в провоспалительных (М1) макрофагах человека рассматривается в качестве одной из перспективных стратегий повышения эффективности лечения больных туберкулёзом лёгких: активность P-gp является фактором, который может снижать внутриклеточное накопление рифампицина (RIF) — субстрата для P-gp.
Цель работы: выявить влияние терапевтической концентрации RIF на активность P-gp в М1 макрофагах человека. Поставлены задачи: определить уровни экспрессии гена MDR1, белка P-gp и его функциональной активности на разных сроках дифференцировки клеток и при действии RIF.
Материал и методы. В работе использованы следующие клеточные линии: суспензионные клетки промоноцитарной лейкемии ТНР-1 и индуцированные по провоспалительному фенотипу форболовым эфиром макрофаги ТНР-1. Суспензионные клетки миелобластной лейкемии К562/IS-9 с трансфицированным геном MDR1 использовались в качестве группы сравнения. Важным фактором является выбор экспериментальной концентрации RIF: у больных туберкулёзом лёгких средняя концентрация препарата составляет 10 мкг/мл. В работе использованы методы ОТ-ПЦР, иммуноцитохимии, проточной цитометрии.
Результаты и обсуждение. Выявлена индукция экспрессии гена MDR1 в М1-макрофагах при краткосрочном воздействии «терапевтической» концентрации RIF. Этот эффект характерен только для макрофагов ТНР-1, в которых регистрируется значительная функциональная активность P-gp. В клетках, в которых активность P-gp не выявляется (суспензионные клетки ТНР-1), такая индукция не происходит. Это свидетельствует о наличие разных механизмов влияния RIF на MDR1, что может быть использовано для разработки стратегии ингибирования P-gp в макрофагах воспаления.
Заключение. Учитывая ключевую роль макрофагов при туберкулёзе, необходима дальнейшая оценка MDR1/P-gp в операционном материале больных туберкулёзом лёгких, что позволит сделать вывод о необходимости разработки и применения лекарственных стратегий, направленный на блокировку функциональной активности P-gp и выборе более эффективных схем противотуберкулёзной терапии.

1. World Health Organization. Global Tuberculosis Report 2020. Geneva: World Health Organization; (2020).

2. Hawn T.R., Shah J.A., Kalman D. New tricks for old dogs: countering antibiotic resistance in tuberculosis with host-directed therapeutics. Immunol Rev. 2015; 264 (1): 344–362. doi: 10.1111/imr.12255.

3. Te Brake L.H.M., de Knegt G.J., de Steenwinkel J.E. et al. The Role of efflux pumps in tuberculosis treatment and their promise as a target in drug development: unraveling the black box. Ann Rev Pharmacol Toxicol. 2018; 58: 271–291. doi: 10.1146/annurev-pharmtox-010617-052438.

4. Kim R.B. Drugs as P-glycoprotein substrates, inhibitors, and inducers. Drug Metab Rev. 2002; 34 (1–2): 47–54. doi: 10.1081/dmr-120001389.

5. Burman W.J. The value of in vitro drug activity and pharmacokinetics in predicting the effectiveness of antimycobacterial therapy: a critical review. Am J Med Sci. 1997; 313 (6): 355–363. doi: 10.1097/00000441-199706000-00008.

6. Pahari S., Kaur G., Negi S. et al. Reinforcing the functionality of mononuclear phagocyte system to control tuberculosis. Front Immunol. 2018; 9: 193. Published 2018 Feb 9. doi: 10.3389/fimmu.2018.00193.

7. Khan A., Singh V.K., Hunter R.L., Jagannath C. Macrophage heterogeneity and plasticity in tuberculosis. J Leukoc Biol. 2019: 106 (2): 275–282. doi:10.1002/JLB.MR0318-095RR.

8. Alsultan A., Peloquin C.A. Therapeutic drug monitoring in the treatment of tuberculosis: an update [published correction appears in Drugs. 2014 Jun; 74 (9): 2061. Dosage error in article text]. Drugs. 2014; 74 (8): 839–854. doi: 10.1007/s40265-014-0222-8.

9. Prideaux B., Via L.E., Zimmerman M.D. et al. The association between sterilizing activity and drug distribution into tuberculosis lesions. Nat Med. 2015; 21 (10): 1223–1227. doi: 10.1038/nm.3937.

10. Курынина А.В., Ерохина М.В., Макаревич О.А., Сысоева В.Ю., Лепеха Л.Н, Кузнецов С.А., Онищенко Г.Е. Пластичность фагоцитарной активности клеток человека линии Тнр-1 при макрофагальной дифференцировке. Биохимия. 2018; 83 (3): 309–325.

11. Mechetner E.B., Schott B., Morse B.S. et al. P-glycoprotein function involves conformational transitions detectable by differential immunoreactivity. Proc Natl Acad Sci USA. 1997; 94 (24): 12908–12913. doi: 10.1073/pnas.94.24.12908.

12. Ерохина М.В., Александрова Е.А., Прокопенко А.В., Лепеха Л.Н. и Онищенко Г.Е. Особенности влияния рифампицина на механизмы гибели моноцитарных клеток. Туберкулёз и болезни лёгких. 2009; 11: 49–55.

13. Erokhina M., Rybalkina E., Barsegyan G., Onishchenko G., Lepekha L. The Toxicity of rifampicin polylactic acid nanoparticles against Mycobacterium Bovis BCG and human macrophage THP-1 Cell Line. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2015.

14. van de Ven R., Oerlemans R., van der Heijden J.W. et al. ABC drug transporters and immunity: novel therapeutic targets in autoimmunity and cancer. J Leukoc Biol. 2009; 86 (5): 1075–1087. doi: 10.1189/jlb.0309147.

15. Mittar D., Paramban R., Mcintyre C. Flow cytometry and high-content imaging to identify markers of monocyte-macrophage differentiation. BD Biosciences. 2011; 20.

16. Yague E., Armesilla A.L., Harrison G. et al. P-glycoprotein (MDR1) expression in leukemic cells is regulated at two distinct steps, mRNA stabilization and translational initiation. J Biol Chem. 2003; 278 (12): 10344–10352. doi: 10.1074/jbc.M211093200.

17. Carrett-Dias M., Almeida L.K., Pereira J.L. et al. Cell differentiation and the multiple drug resistance phenotype in human erythroleukemic cells. Leuk Res. 2016; 42: 13–20. doi: 10.1016/j.leukres.2016.01.008.

18. Williams M.S., Amaral F.M., Simeoni F., Somervaille T.C. A stress-responsive enhancer induces dynamic drug resistance in acute myeloid leukemia. J Clin Invest. 2020; 130 (3): 1217–1232. doi: 10.1172/JCI130809.

19. Manceau S., Giraud C., Declèves X. et al. Lack of P-glycoprotein induction by rifampicin and phenobarbital in human lymphocytes. Int J Pharm. 2010; 395 (1–2): 98–103. doi: 10.1016/j.ijpharm.2010.05.016.

20. Lee W-K., Frank T. Teaching an old dog new tricks: reactivated developmental signaling pathways regulate ABCB1 and chemoresistance in cancer. Cancer Drug Resistance. 2021;4 (2): 424–452. doi: 10.20517/ cdr.2020.114.

21. Magnarin M., Morelli M., Rosati A. et al. Induction of proteins involved in multidrug resistance (P-glycoprotein, MRP1, MRP2, LRP) and of CYP 3A4 by rifampicin in LLC-PK1 cells. Eur J Pharmacol. 2004;483 (1): 19–28. doi: 10.1016/j.ejphar.2003.10.010.

22. Kim S.W., Hasanuzzaman M., Cho M. et al. Casein Kinase 2 (CK2)-mediated Phosphorylation of Hsp90β as a Novel Mechanism of Rifampin-induced MDR1 Expression. J Biol Chem. 2015; 290 (27): 17029–17040. doi: 10.1074/jbc.M114.624106.

23. Geick A., Eichelbaum M., Burk O. Nuclear receptor response elements mediate induction of intestinal MDR1 by rifampin. J Biol Chem. 2001; 276 (18): 14581–14587. doi: 10.1074/jbc.M010173200.

24. Hasanuzzaman M., Yi M., Cho M., Parvez M.M., Lee S.J., Shin J.G. Rifampin Induces Expression of P-glycoprotein on the THP1 Cell-Derived Macrophages, Causing Decrease Intramacrophage Concentration of Prothionamide. J Pharm Sci. 2019; 108 (9): 3106–3111. doi: 10.1016/j.xphs.2019.04.009.

25. Bhagyaraj E., Tiwari D., Ahuja N. et al. A human xenobiotic nuclear receptor contributes to nonresponsiveness of Mycobacterium tuberculosis to the antituberculosis drug rifampicin. The J Biol Chem. 2018; 293 (10): 3747. doi: 10.1074/jbc.M117.818377.

26. Nasiri M.J., Haeili M., Ghazi M. et al. New insights in to the intrinsic and acquired drug resistance mechanisms in mycobacteria. Front Microbiol. 2017; 8: 681. Published 2017 Apr 25. doi: 10.3389/fmicb.2017.00681.