Menu

Substancje Syntetyczne i Biologiczne

Nukleotydy

Nukleotydy to małe cząsteczki będące budulcem DNA i RNA – każda z nich składa się z zasady azotowej, cukru i grupy fosforanowej. W organizmie biorą udział w syntezie kwasów nukleinowych, produkcji energii (ATP) i przekazywaniu sygnałów między komórkami. Jako substancje czynne leków nukleotydy i ich syntetyczne analogi działają na kilka sposobów: blokują enzymy replikacji wirusów i komórek nowotworowych, wyciszają wadliwe geny za pomocą krótkich sekwencji RNA (siRNA, ASO) lub dostarczają komórkom „instrukcję” do produkcji brakującego białka (mRNA). Leki oparte na tej chemii mają już dziesiątki zatwierdzeń regulacyjnych – od preparatów na raka przez terapie rzadkich chorób genetycznych po szczepionki mRNA. Ich stosowanie wymaga precyzyjnego doboru dawki i drogi podania, a część z nich może powodować istotne działania niepożądane, dlatego zawsze wymagają nadzoru lekarskiego.

Spis treści

Z tego materiału dowiesz się:

Czym są nukleotydy i jaką rolę pełnią w organizmie?
Jak działają leki oparte na analogach nukleotydów (np. w terapii nowotworów i zakażeń wirusowych)?
Co to są terapie oligonukleotydowe (ASO, siRNA, mRNA) i jakie choroby leczą?
Jakie działania niepożądane i zagrożenia wiążą się z lekami nukleotydowymi?
Kiedy koniecznie skontaktować się z lekarzem podczas takiej terapii?

Czym są nukleotydy i jak działają w zdrowym organizmie?

Nukleotyd to podstawowa jednostka budulcowa kwasów nukleinowych – każdy składa się z zasady azotowej (purynowej lub pirymidynowej), cukru (rybozy lub dezoksyrybozy) i jednej lub kilku grup fosforanowych. Połączone w długie łańcuchy tworzą DNA i RNA, czyli nośniki informacji genetycznej. Organizm wytwarza nukleotydy na dwa sposoby: w procesie biosyntezy de novo (od zera, z prostych prekursorów) lub przez szlak ratunkowy, który odzyskuje zasady azotowe z rozpadających się kwasów nukleinowych¹⁰.

Regulacja tej produkcji jest bardzo precyzyjna. Kluczowy enzym szlaku pirymidynowego – ATaza aspartylokarbamoilowa – jest aktywowany przez ATP i hamowany przez CTP, co pozwala komórce dostosowywać ilość pirymidyn do bieżących potrzeb energetycznych¹. W szlaku purynowym enzym PRPP amidotransferaza jest hamowany przez AMP i GMP, utrzymując równowagę między adeninowymi i guaninowymi nukleotydami¹¹. Nukleozydo-difosforanowa kinaza (NDPK) przetwarza wszystkie difosforany nukleozydów w trifosforany, łącząc w ten sposób pule wszystkich nukleotydów w komórce¹².

Nukleotydy pełnią też funkcje daleko wykraczające poza budowę DNA. ATP jest głównym nośnikiem energii komórkowej, a adeninowe i urydynowe nukleotydy działają jako zewnątrzkomórkowe cząsteczki sygnałowe – pobudzają co najmniej 15 różnych receptorów powierzchniowych z rodzin P2X i P2Y, wywołując szerokie efekty fizjologiczne w naczyniach krwionośnych, nabłonku i układzie nerwowym².

Jak analogi nukleotydów działają jako leki przeciwwirusowe i przeciwnowotworowe?

Syntetyczne analogi nukleotydów to cząsteczki celowo zmodyfikowane tak, by zakłócać replikację wirusów lub komórek nowotworowych. Sama substancja jest zwykle nieaktywna – dopiero wewnątrz komórki enzymy przekształcają ją do postaci aktywnego trifosforanu, który następnie „udaje” naturalny nukleotyd i wbudowuje się w rosnący łańcuch DNA lub RNA³. Ponieważ analogowi brakuje grupy 3′-OH niezbędnej do dalszego wydłużania łańcucha, replikacja zatrzymuje się w miejscu – to mechanizm terminacji łańcucha⁴.

W leczeniu HIV leki z grupy NRTI (nukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy) działają właśnie w ten sposób: po fosforylacji wewnątrzkomórkowej konkurują z naturalnymi nukleotydami o dostęp do odwrotnej transkryptazy wirusa. Gdy analog zostanie wbudowany, synteza wirusowego DNA ustaje⁴. Podobny mechanizm stosuje gemcytabina w chemioterapii nowotworów – jej aktywna forma difosforanowa hamuje reduktazę rybonukleotydową (obniżając pulę dNTP), a forma trifosforanowa wbudowuje się w DNA komórki nowotworowej, samopotęgując efekt cytotoksyczny¹³.

Inne strategie atakowania metabolizmu nukleotydów w komórkach nowotworowych obejmują:

Antyfoliany (metotreksat, pemetreksed) – hamują reduktazę dihydrofolianową (DHFR), blokując syntezę tymidylanów i puryn¹⁴.
Inhibitory DHODH (leflunomid, brequinar) – blokują biosyntezę pirymidyn de novo, prowadząc do stresu replikacyjnego i różnicowania komórek nowotworowych¹⁴.
Inhibitory IMPDH (mykofenolan mofetylu, mizoribina) – zmniejszają pulę nukleotydów guaninowych, co hamuje proliferację limfocytów i jest wykorzystywane w transplantologii¹⁵.
Hydroksymocznik – hamuje reduktazę rybonukleotydową, zatrzymując komórki nowotworowe w fazie S cyklu komórkowego¹⁶.
5-fluorouracyl – blokuje syntazę tymidylanową, wywołując tzw. śmierć beztyminową i uszkodzenia DNA¹⁷.

Jak nukleotydy „wchodzą” do komórki – droga prodleku: Większość analogów nukleotydów podaje się w formie proleku – cząsteczki, która sama w sobie jest nieaktywna. Dopiero po wniknięciu do komórki docelowej enzymy odcinają grupy maskujące i uwalniają aktywny monofosforanu lub difosforanu. Dzięki temu lek omija wolny, często ograniczający etap pierwszej fosforylacji i osiąga wyższe stężenia wewnątrzkomórkowe¹⁸. Ta strategia prodlekowa legła u podstaw zatwierdzenia dziesiątek preparatów stosowanych w leczeniu HIV, HBV, HCV, HSV i nowotworów¹⁹.

Czym są terapie oligonukleotydowe i jak działają?

Terapie oligonukleotydowe to krótkie, syntetyczne sekwencje nukleotydów (zwykle 6–30 zasad), zaprojektowane tak, by docierać bezpośrednio do mRNA lub pre-mRNA i zmieniać ekspresję genów. To zupełnie inna strategia niż klasyczne leki – zamiast blokować białko, działają na poziomie informacji genetycznej, zanim białko w ogóle powstanie²⁰.

Wyróżnia się kilka klas takich terapii:

Antysensowne oligonukleotydy (ASO) – jednoniciowe RNA lub zmodyfikowane DNA, które wiążą się z docelowym mRNA i wywołują jego degradację przez enzym RNase H albo blokują rybosom (mechanizm steryczny). Stosowane m.in. w rdzeniowym zaniku mięśni (nusinersen) i dystrofii mięśniowej Duchenne’a²¹²².
Małe interferujące RNA (siRNA) – dwuniciowe cząsteczki RNA, które aktywują kompleks RISC, a ten precyzyjnie tnie docelowy mRNA. Przykład kliniczny: patisiran w amyloidozie transtyretynowej i inclisiran obniżający LDL-C przez wyciszenie genu PCSK9²³²⁴.
Terapeutyczny mRNA – dostarcza komórce gotowy „przepis” na białko, które organizm produkuje zbyt mało lub wcale. Szczepionki mRNA przeciw COVID-19 to najbardziej znany przykład tej technologii²⁵.
Aptamery RNA – krótkie sekwencje przyjmujące trójwymiarowy kształt, który wiąże się z konkretnym białkiem, blokując jego działanie. Avakaptad pegol (aptamer RNA) spowalnia progresję zanikowego zwyrodnienia plamki siatkówki o 35% w badaniach III fazy²⁶.

Skuteczne dotarcie tych leków do komórek docelowych wymaga specjalnych nośników. Lipidowe nanocząstki (LNP) owijają kruche cząsteczki RNA i chronią je przed degradacją w krwiobiegu, umożliwiając dostarczenie do wątroby lub innych tkanek. Koniugaty z ligandem GalNAc selektywnie wiążą receptor na hepatocytach, kierując lek precyzyjnie do komórek wątroby²⁷²⁸.

Modyfikacje chemiczne oligonukleotydów – dlaczego są ważne: Naturalne oligonukleotydy rozkładają się w organizmie w ciągu minut. Dlatego leki tej klasy są poddawane modyfikacjom chemicznym:

Podstawienie mostka fosforanowego siarką (fosforotioany, PS) chroni przed nukleazami i wydłuża czas półtrwania, ale może aktywować receptory TLR9, wywołując reakcję zapalną⁷.
Modyfikacje 2′-O (2′-OMe, 2′-MOE) zwiększają powinowactwo do docelowego mRNA i poprawiają stabilność²⁹.
Zablokowane kwasy nukleinowe (LNA) i gapmery łączą wysokie powinowactwo z aktywacją RNase H, co daje silniejsze wyciszanie genu³⁰.

Oligonukleotydy są zazwyczaj podawane podskórnie lub dożylnie – nie przenikają przez barierę krew–mózg bez specjalnych ligandów lub podania dokanałowego⁹.

Które choroby leczy się już dziś lekami opartymi na nukleotydach?

Terapie nukleotydowe przeszły drogę od laboratorium do apteki szpitalnej. Dotychczas zatwierdzone zostały 24 leki nukleotydowe (14 ASO, 8 siRNA i 2 aptamery), a ponad 100 kolejnych jest w aktywnych badaniach klinicznych⁵³¹.

Lek (substancja czynna)	Klasa	Wskazanie	Mechanizm / cel
Nusinersen	ASO	Rdzeniowy zanik mięśni (SMA)	Modulacja splicingu pre-mRNA SMN2 → więcej pełnowartościowego białka SMN²²
Patisiran	siRNA (LNP)	Amyloidoza transtyretynowa (hATTR)	Wyciszenie genu TTR → redukcja złogów transtyretyny³²
Inclisiran	siRNA (GalNAc)	Hipercholesterolemia	Degradacja mRNA PCSK9 → obniżenie LDL-C; iniekcja co 6 miesięcy²⁴
Avakaptad pegol	Aptamer RNA	Zanikowe zwyrodnienie plamki (GA)	Blokada białka C5 układu dopełniacza; 35% redukcja progresji w III fazie²⁶
Gemcytabina	Analog nukleozydu	Rak trzustki, płuca, pęcherza	Hamowanie reduktazy rybonukleotydowej + wbudowanie do DNA¹³
Metotreksat	Antyfolian	Nowotwory, RZS, łuszczyca	Hamowanie DHFR → blokada syntezy puryn i tymidylanów¹⁴

Jak nukleotydy wpływają na układ odpornościowy i jelita – co mówią badania?

Poza rolą budulcową i energetyczną nukleotydy egzogenne (przyjmowane z zewnątrz) mogą wpływać na funkcje immunologiczne i regenerację tkanek – choć mechanizmy tych efektów nie są w pełni poznane. W badaniach na zwierzętach wykazano, że suplementacja nukleotydami odwraca immunosupresję wywołaną niedożywieniem, wzmacnia aktywność limfocytów T i komórek NK oraz poprawia odporność na zakażenia Staphylococcus aureus i Candida albicans³³. Badania na zwierzętach wskazują też na wydłużenie kosmków jelitowych (o nawet 25%), przyspieszenie gojenia błony śluzowej i lepsze wchłanianie składników odżywczych po biegunkach lub głodzeniu³⁴.

Proponowany mechanizm jest prosty: szybko dzielące się komórki nabłonka jelitowego i limfocyty mają wysokie zapotrzebowanie na nukleotydy do syntezy DNA. Gdy egzogenne nukleotydy są dostępne, komórki mogą korzystać z tańszego metabolicznie szlaku ratunkowego zamiast kosztownej biosyntezy de novo¹⁰. Należy jednak podkreślić, że dane te pochodzą wyłącznie z badań na zwierzętach – ich przełożenie na efekty kliniczne u ludzi nie zostało dotychczas potwierdzone w kontrolowanych badaniach klinicznych.

Kiedy skontaktować się z lekarzem?

Leki oparte na nukleotydach i ich analogach to preparaty wymagające ścisłego nadzoru medycznego. Skontaktuj się z lekarzem lub zgłoś się na izbę przyjęć, jeśli podczas terapii pojawią się:

Objawy nerkowe – zmniejszona ilość moczu, obrzęki, ból pleców w okolicy nerek (analogi nukleotydów kumulują się w nerkach i mogą powodować nefrotoksyczność)⁸.
Objawy zapalne – gorączka, dreszcze, bóle mięśni po podaniu leku (mogą świadczyć o aktywacji TLR9 przez modyfikacje fosforotionowe ASO)⁷.
Zaburzenia krzepnięcia lub siniaki – niektóre oligonukleotydy mogą aktywować układ dopełniacza i zaburzać hemostazę⁸.
Objawy ze strony wątroby – żółtaczka, ciemny mocz, ból w prawym podżebrzu (leki kierowane do wątroby mogą powodować hepatotoksyczność)⁸.
Objawy neurologiczne – drętwienie, zaburzenia równowagi, niewyraźne widzenie (szczególnie przy terapiach podawanych dokanałowo lub dotyczących OUN)³⁵.
Reakcja w miejscu wstrzyknięcia – nasilone zaczerwienienie, obrzęk lub ból utrzymujące się ponad dobę.

Przed rozpoczęciem każdej terapii opartej na nukleotydach poinformuj lekarza o wszystkich przyjmowanych lekach, chorobach nerek lub wątroby oraz ciąży lub planowaniu ciąży. Terapie te są stosowane wyłącznie na receptę i pod kontrolą specjalisty – nie stosuj ich samodzielnie ani nie zmieniaj dawkowania bez konsultacji.

Terapie nukleotydowe to jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin medycyny. Jeśli lekarz zaproponuje Ci taki lek, zapytaj o konkretny mechanizm działania, drogę podania i oczekiwany harmonogram wizyt kontrolnych. Regularne badania krwi (czynność nerek, wątroby, morfologia) są zwykle wymagane przez cały czas leczenia. Nie przerywaj terapii samodzielnie – nawet gdy czujesz się lepiej – bo wiele z tych leków działa długo po podaniu ostatniej dawki.

Pytania i odpowiedzi

Czym różni się nukleotyd od nukleozydu?

Nukleozyd to połączenie zasady azotowej z cukrem (rybozą lub dezoksyrybozą), natomiast nukleotyd zawiera dodatkowo jedną lub więcej grup fosforanowych. To właśnie fosforanowanie – do postaci mono-, di- lub trifosforanu – sprawia, że nukleotyd staje się aktywny biologicznie i może pełnić funkcje energetyczne (ATP) lub wchodzić w skład kwasów nukleinowych³.

Jak działają leki NRTI stosowane w leczeniu HIV?

NRTI to analogi nukleozydów, które po wniknięciu do komórki są fosforylowane do aktywnej formy trifosforanowej. Następnie wbudowują się w rosnący łańcuch wirusowego DNA, ale – ponieważ brakuje im grupy 3′-OH – blokują dalsze wydłużanie łańcucha. Odwrotna transkryptaza wirusa zostaje zatrzymana, a replikacja HIV ustaje⁴.

Co to jest nusinersen i w jakiej chorobie się go stosuje?

Nusinersen to antysensowny oligonukleotyd (ASO) stosowany w rdzeniowym zaniku mięśni (SMA). Modyfikuje splicowanie pre-mRNA genu SMN2, dzięki czemu komórki nerwowe produkują więcej pełnowartościowego białka SMN, niezbędnego do przeżycia neuronów ruchowych. W badaniu klinicznym opublikowanym w NEJM w 2017 roku lek poprawił przeżywalność, oddychanie i funkcje motoryczne niemowląt z SMA⁶.

Czym jest siRNA i jak różni się od ASO?

siRNA (małe interferujące RNA) to dwuniciowe cząsteczki, które aktywują kompleks RISC – wewnątrzkomórkowy „nożyczki” degradujące docelowy mRNA. ASO (antysensowny oligonukleotyd) jest jednoniciowy i działa przez degradację mRNA za pośrednictwem RNase H lub przez blokadę steric (zatrzymanie rybosomu). Oba mechanizmy prowadzą do zmniejszenia produkcji docelowego białka, ale różnią się budową chemiczną i sposobem działania²¹²³.

Dlaczego leki oligonukleotydowe podaje się zwykle zastrzykiem, a nie doustnie?

Oligonukleotydy to duże, ujemnie naładowane cząsteczki, które rozkładają się w przewodzie pokarmowym i słabo wchłaniają przez błonę jelitową. Dlatego podaje się je podskórnie lub dożylnie. Nie przenikają też samodzielnie przez barierę krew–mózg – wymagają specjalnych ligandów lub podania dokanałowego, gdy cel terapeutyczny leży w ośrodkowym układzie nerwowym⁹.

Co to są lipidowe nanocząstki (LNP) i po co się je stosuje?

Lipidowe nanocząstki (LNP) to małe pęcherzyki tłuszczowe otaczające cząsteczki RNA i chroniące je przed degradacją w krwiobiegu. Ułatwiają wnikanie terapeutyku do wnętrza komórki przez fuzję z błoną komórkową. Technologia LNP była kluczowym czynnikiem umożliwiającym kliniczne zastosowanie patisiranu (siRNA) i szczepionek mRNA²⁷.

Jakie działania niepożądane mogą powodować leki oparte na oligonukleotydach?

Najczęstsze działania niepożądane to reakcje w miejscu wstrzyknięcia, objawy grypopodobne (gorączka, dreszcze) związane z aktywacją receptora TLR9 przez sekwencje CpG w oligonukleotydach fosforotionowych, a także toksyczność nerkowa i wątrobowa wynikająca z gromadzenia się leku w tych narządach. Niektóre preparaty mogą aktywować układ dopełniacza⁷⁸.

Jak działa inclisiran na poziom cholesterolu?

Inclisiran to siRNA koniugowany z ligandem GalNAc, który kieruje lek precyzyjnie do hepatocytów. Wewnątrz komórek wątroby aktywuje kompleks RISC, który degraduje mRNA kodujące białko PCSK9. Mniej PCSK9 oznacza więcej receptorów LDL na powierzchni hepatocytów i szybsze usuwanie LDL-cholesterolu z krwi. Lek podaje się podskórnie co 6 miesięcy, co może poprawiać przestrzeganie terapii w porównaniu z codziennymi statynami²⁴.

Czy nukleotydy w suplementach diety mają udowodnione działanie u ludzi?

Badania na zwierzętach wskazują, że nukleotydy egzogenne mogą wspierać regenerację jelit, odporność i aktywność limfocytów T. Jednak mechanizmy tych efektów pozostają niejasne, a kliniczne dowody u ludzi są niewystarczające – dlatego żadnych takich twierdzeń nie można traktować jako potwierdzonych¹⁰³³.

Czym są gapmery i kiedy się je stosuje?

Gapmery to chimeryczne oligonukleotydy: centralny rdzeń z DNA (aktywujący RNase H) jest flankowany przez zmodyfikowane nukleotydy o wysokim powinowactwie, np. LNA lub 2′-MOE. Taka budowa łączy silne wiązanie z docelowym mRNA z odornością na enzymy degradujące i aktywacją RNase H, co daje potężniejsze wyciszanie genów niż klasyczne ASO³⁶.

Ile leków nukleotydowych zostało już dopuszczonych do obrotu?

Do chwili opracowania tych informacji zatwierdzone zostały 24 leki nukleotydowe przez FDA i/lub EMA: 14 ASO, 8 siRNA i 2 aptamery. Ponad 100 kolejnych kandydatów jest aktywnie badanych klinicznie w obszarach kardiometabolicznym, onkologicznym, neurologicznym i innych⁵³¹.

Co to jest terapia mRNA i jak różni się od klasycznych leków?

Terapia mRNA dostarcza komórce jednoniciową cząsteczkę RNA kodującą pożądane białko. Rybosom „czyta” tę instrukcję i produkuje białko, którego organizmowi brakuje lub które jest wadliwe. W przeciwieństwie do klasycznych leków mRNA nie ingeruje w DNA – nie zmienia trwale genomu. Szczepionki mRNA i pierwsze terapeutyczne preparaty mRNA (np. dla RSV) są pierwszymi klinicznymi przykładami tej technologii²⁵³⁷.

Czy terapie nukleotydowe mogą być stosowane w ciąży?

Bezpieczeństwo terapii oligonukleotydowych i analogów nukleotydów w ciąży jest oceniane indywidualnie dla każdego leku. Większość preparatów tej klasy nie ma wystarczających danych klinicznych u kobiet ciężarnych, dlatego decyzja należy zawsze do lekarza prowadzącego, który waży korzyści i ryzyko. Nie stosuj żadnego z tych leków w ciąży bez wyraźnego zalecenia specjalisty.

Historia: jak nukleotydy stały się lekami – od lat 40. do dziś

Pierwszym przełomem w historii leków nukleotydowych było odkrycie w 1948 roku przez Farbera i Diamonda, że inhibitory syntezy nukleotydów mogą wywołać remisję białaczki u dzieci – to był punkt startowy całej chemioterapii nowotworów³⁸. Przez dekady rozwijano analogi nukleozydów i antyfoliany (metotreksat). Prawdziwa rewolucja nastąpiła w 2016 roku, gdy nusinersen – pierwszy ASO – uzyskał zatwierdzenie do leczenia rdzeniowego zaniku mięśni, stając się kamieniem milowym w historii terapii nukleotydowych²⁰. Dziś terapie kwasami nukleinowymi uznawane są za trzecią główną klasę leków – obok małych cząsteczek i przeciwciał monoklonalnych³⁹.

Ciekawostka: nukleotydy jako sygnały zewnątrzkomórkowe

Nukleotydy nie działają wyłącznie wewnątrz komórki. ATP i UTP uwalniane do przestrzeni zewnątrzkomórkowej – m.in. przez śródbłonek naczyniowy, komórki nabłonkowe i astrocyty – aktywują co najmniej 15 różnych receptorów z rodzin P2X i P2Y, wywołując efekty w układzie krążenia, oddechowym i nerwowym². Sygnalizacja purynergiczna, opisana po raz pierwszy przez Burnstocka w 1972 roku, jest dziś aktywnie badana jako cel terapeutyczny w chorobach zapalnych, naczyniowych i oddechowych⁴⁰.

Nowe kierunki: edycja RNA i terapie docierające do mózgu

Najnowszy rozdział historii terapii nukleotydowych to edycja RNA – zamiast wyciszać gen, leki takie jak WVE-006 korygują pojedynczą mutację w mRNA, zachowując naturalną regulację genu. Pierwszy pacjent otrzymał tę terapię w grudniu 2023 roku w leczeniu niedoboru alfa-1-antytrypsyny⁴¹. Równolegle trwają prace nad oligonukleotydami heterodupleksowymi (HDO), które po dożylnym podaniu przenikają przez barierę krew–mózg i hamują docelowe geny w mózgu i rdzeniu kręgowym na poziomie 70–90%⁴².