Кинуреновая кислота и её роль в патогенезе шизофрении. Предпосылом к развитию этой новой теории был тот факт, что в спиномозговой жидкости шизофреников были повышеные уровни кинуреновой кислоты - основного метаболита L-триптофана. На основани этого, даже была разработана новая теория шизофрении. Кинуреновая кислота блокирует NMDA, AMPA, Каинатные рецепторы и глициновый сайт на NMDA рецепторе. Здесь можно провести связь с предыдущим постом, где я кратко упомянул об антагонистических эффектах динорфина в отношении ортостерического сайта NMDA и его парциальном агонизме в отношении глицинового сайта. Соответственно, если уровни кинуреновой кислоты повышены - повышеный уровень внеклеточного глицина, и динорфин скорее будет лезть в ортостерический сайт и блокировать NMDA рецептор, а не активировать глициновый сайт.
Все это коррелирует с ниацином - витамином B3, который является одним из метаболитов триптофана. Ниацин показал себя как эффективное средство для лечения шизофрении. Психоз связан с уменьшеным количеством ниацина, а низкие уровни этого соеденения - могут служить индикатором шизофрении (1, 2).
Триптофан может метаболизироватся по двум путям : к серотонину и мелатонину или к кинуреновой кислоты. Динорфин увеличивает захват серотонина через SERT (он апрегулирует его количество, что кстати наблюдается у шизофреников - 3, 4) - тем самым супрессирует синтез самого серотонина и сдвигает метаболизм триптофана в сторону кинуреновой кислоты.
Кинуреновая кислота также действует как антагонист альфа7 никотиновых ацетилхолиновых рецепторов. Активация этих рецепторов уменьшает выброс динорфина. Соответственно, кинуреновая кислота нарушает отрицательную обратную связь и увеличивает выброс динорфина. Кстати, из-за этого большинство шизофреников курит, ибо это облегчает их состояние.
Об этом можно очень долго говорить, привязать сюда питание, инсулин, микрофлору кишечника, депревацию сна, мглуры с 5ht2a и конечно же социальные факторы,
но об этом поговорим немного позже...

Нашёл интересную статью, авторы которой утверждают, что интраназальный лептин спасал мышей больных ожирением от распираторной депрессии дыхания во сне, вызванной опиоидами, при этом не уменьшая анальгезию. Интересный очень метод, учитывая что раньше это лечили налоксоном, что мягко говоря не гуманно.

Бета аррестины, их роль и терапевтический потенциал.
Бета аррестины представляют из себя адапторные белки, которые обеспечивают передачу сигнала внутри клетки, эндоцитоз рецептора и много других функций(см. картинку 1), не все еще найдены. Бета аррестины взаимодействуют с GPCR - рецепторами связаными с G-белками. Классическая теория об активации рецептора, связаного с G-белком ограничивалась спектром активации инверсный агонист - полный агонист. Рецептор либо активируется по G-белок зависимому пути, либо вообще не активируется. Тогда же считали, что бета аррестины обеспечивают десенсебилизацию и эндоцитоз рецептора. Открытие бета аррестин зависимой передачи сигнала немного поменяло представление о GPCR. Таким образом, спектр активации рецептора ещё больше увеличился, добавив возможность селективной активации определенного пути передачи сигнали. Функционально-селективная активация рецептора по G-белку или бета аррестину называется biased агонизмом. Таким образом, активируя рецептор мы можем запустить передачу сигнала по обеим путям, как это делает эндогенный агонист, либо же селективно по одному из путей (G-белку или бета аррестину, см. картинку 2). Это имеет крайне важное фармакологическое значение, ведь за частую, один из путей отвечает за нужный терапевтический эффект, а другой - за не нужные побочки, которые лучше бы избегать. Но опять же, не все так просто и есть исключения. Приведу примеры.
1. Как известно, опиаты являются лучшими анальгетическими средствами, широко применяются в медицине, но вместе с этим имеют нежелательные побочные эффекты. Что интересно, эти побочки, а именно - депресиия дыхания, запор, толерантность - как раз возникают из-за активации бета-аррестинов. Мышки с удаленными бета аррестинами не проявляли толерантности к анальгетическому эффекту морфина, не имели депресии дыхания и запоров. Просто бинго. Правда, зависимость эти мышки все равно таки заполучили. Этот факт натолкнул исследователей на создание biased мю агонистов в отношении G-белка. И такие есть : Олицеридин, Геркинорин и конечно же алкалоиды кратома.
2. Второй пример менее очевиден, но не менее интересен. Есть такой препарат как арипипразол, используется для лечения шизофрении. Интересен он в том плане, что является частичным агонистом/антагонистом D2 рецепторов. Предполагаемо FDA - он может справлятся как и с позитивной, так и с негативной симптоматикой. Так вот, суть его в том, что он biased агонист D2 по бета аррестин зависимому пути, хотя и слабый. На его основе, были разработаны более селективные biased агонисты, не трогающие G белок (см. картинку 3). Некоторые исследования показали, что за большинство позитивной симптоматики ответственны G-белки. В стриатуме и префронтальной коре - разные уровни экспрессии бета аррестинов и киназ GPCR (которые нужны для связывания бета аррестинов с рецептором). А именно, в ПФК их больше, а в стриатуме - намного меньше. Это дает возможность D2 biased агонистам соответственно в ПФК действовать как агонисты по бета аррестин зависимому пути и гипотетически устранять/облегчать негативную симптоматику, а в стриатуме действовать как антагонисты (из-за меньшего уровня экспрессии бета аррестинов) и препядствовать дофамну связатся с рецептором - устранять позитивную симптоматику. Такие biased агонисты будут иметь большой терапевтический потенциал из-за меньшего количества побочных эффектов вроде ЭПС, гиперпролактинемии и т д. Ну и подтверждающим фактом этой теории было то, что мыши с удаленным бета аррестинов отвечали на такие biased агонисты как на типичные антипсихотики, вроде того же галопередола.

Ссылки : 1, 2, 3, 4, 5.

Опиоидная зависимость.
Сегодня пройдемся по классике. Всем известно, что при продолжительном приеме опиатов вырабатывается к ним толерантность и зависимость. Так же, это сопровождается новосозданными ассоциациями с наркотиком, местом его употребления и обстоятельствах. Субъективное наслаждение и эйфория возникает из-за фазового выброса дофамина в прилежащем ядре (упрощенно говоря). О механизме повышения дофамина в этом регионе я упоминал несколькими постами ранее, так что здесь не буду на этом акцентировать внимание.
Все «хорошие» эффекты опиатов реализуются за счёт активации мю опиоидных рецепторов. Эти рецепторы связаны с Gi/0 белком, который ингибирует аденилатциклазу, снижает количество цАМФ и т д и т п, это и так все знают. В условиях продолжительного приема опиатов и соответственно их подавляющего эффекта на цАМФ сигналинг путь, количество соответствующих ферментов этого пути повышается - это закономерная адаптация организма. Повышаются уровни протеинкиназы А, аденилатциклазы, тирозингидроксилазы(лимитирующий фермент в синтезе норадреналина) и т д. Таким образом, при приеме опиатов, клетка возобновляет нормальную передачу сигнала через этот путь. Соответственно это можно считать толерантностью. Когда же мы отменяем опиаты, сигналинг цАМФ пути взлетает до высокого уровня из-за отсутствия подавляющего эффекта. Это и есть зависимость, в рассматриваемом контекте конечно. Такое наблюдается в голубом пятне - центр норадренергичечкой передачи. Норадреналиновая передача во время отмены аномально увеличивается, по-этому и помогают такие штуки как клонидин, которые блокируют выброс норадреналина.
Теперь вернемся к дофамину. Нейроны, которые проецируются из VTA(вентральная область покрышки) к NAc(прилежащее ядро), запрограммированы на релиз достаточного количества дофамина, дабы давать нормальный уровень удовольствия. Из-за частого фазического релиза дофамина, что происходит при опиатной наркомании, апрегулируется количество пресинаптических Д2 ауторецепторов, которые ингибируют релиз дофамина. Когда это происходит, для получения прежднего эффекта уже требуется увеличение дозы. Уменьшается ответ на нормальные способы получения удовольствия - секс, еда, социальные взаимодействия.

P.S механизмы приведены мной - одни из самых простых, их есть намного больше, ведь я опустил поднятие вопроса о памяти, нарастающей компульсивности, роли глутамата, LTP, LTD и всех вытекающих из этого факторов. Но пользуясь случаем, анонсирую цикл постов об аддикциях. А это будем считать маленьким началом.

Появление глутаматной теории шизофрении повело за собой розработку новых глутаматергических лекарств. В частности, mGluR2 агонисты имеют большой терапевтический потенциал. Так как я не могу слепо верить фактам, я решил провести корреляцию с другими уже известными фактами. В частности, мой взор упал на димеры 5ht2a с mGluR2. Кстати, именно активация этих димеров 5ht2a агонистами дает галюциногенный и психоделический эффект. Шизофреники имеют гипофункциональные 5ht2a рецепторы и пониженную их экспрессию. Роль mGluR2 здесь такова : агонизм к нему потенциирует 5ht2a. Пониженная активность 5ht2a рецептора у шизофреников объясняется пониженным количеством mGluR2. Из-за этого, 5ht2a становятся менее функционально активными. По-этому шизофреники менее чувствительные к психоделикам, имеют сниженую способность к асоциативному мышлению. Психоделики же наоборот увеличивают способность к ассоциативному мышлению и развивают мышление. Из-за гипофункциональности 5ht2a - повышается уровень динорфина, который снижает когнитивку. Ещё интересный факт, что с возрастом чувствительность mGluR2 и 5ht2a падает. В том числе из-за этого снижается способность к обучению.

Сегодня на очереди еще одна интересная связь рецепторов : D1 и NMDA.
Дорсолатеральная префронтальная кора играет важную роль в абстрактном мышлении, внимании, обработки информации, в выборе и контроле поведения. Эти процессы зависят от D1 и NMDA рецепторов. В частности, эта зона иннервируется дофаминергическими нейронами из VTA (вентральной области покрышки). Дофамин здесь играет модуляционную роль, тонически высвобождается, дабы обеспечивать вышеперечисленные процессы, которые обеспечиваются активацией D1 рецепторов. Эти рецепторы имеют тесную связь с NMDA рецепторами и потенциируют их активность. Это взаимодействие формирует главную базу для когниции, ассоциации и нейроадаптации. Причем D1 рецепторы в зависимости от окупации и силы активации - могут давать разный физиологический ответ на NMDA рецепторы. А именно, график зависимости доза-потенциирование NMDA (=>улучшение когниции) имеет параболическую зависимость - перевёрнутую U. То есть, при достижении определённой оккупации/активации D1 рецепторов, потенциирование NMDA рецептора достигает максимума и дальше с повышением дозы только падает. График полностью соотвествует законам оптимума. Это от части объясняет почему дофамин высвобождается в ПФК тонически. Антагонисты D1 вызывали ухудшение рабочей памяти, хотя там тоже есть нюанс и это дозозависимо.(https://www.nature.com/articles/376572a0).
Что интересно, интеракция между этими рецепторами может происходить как и с помощью внутриклеточных мессенджеров, так и прямым рецептор-рецепторным взаимодействием.
У шизофреников эта интеракция недостаточна. Они имеют сниженую экспрессию D1 рецепторов => происходит недостаточная потенциация NMDA рецепторов, они становятся гипофункциональными (что согласовывается с глутаматной теорией шизофрении). Также, было показано что D1 агонисты имеют терапевтический потенциал для лечения негативной симптоматики.
Атипичный антипсихотик клозапин косвенно увеличивает взаимодействие D1 с NMDA. Он может высвобождать глутамат (через блокаду калиевых каналов на пресинаптической мембране) и дофамин (через блокаду пресинаптических D2 рецепторов), которые в последствии могут через АМПА рецепторы активировать NMDA. В последствии это ведет к увеличению синтеза D1 рецепторов и соответственные физиологические ответы. Кстати, был найден препарат Стефолидин, который комбинирует в себе D1 агонизм и D2 антагонизм.

Ссылки : 1, 2.

Во время аддикций, животные (и соответственно люди) запоминают много моментов, связаных с употреблением наркотика. На основании этого, была разработана парадигма аддикции - condition place preference (CPP - предпочтение места для употребления). Гиппокамп, именно CA1 регион играет в этом одну из ключевых ролей, регулирует память связаную с вознаграждением, которое возникает при употреблении. Все вещества с подкрепляющим эффектом формируют CPP, это является некоторым мотивационным индикатором зависимости, с помощью него так же запускается модель поведения нацеленная на поиск наркотиков (drug-seeking behaviour).

Некоторые исследования показали участие орексинернических нейронов в CPP, они формируют синапсы с СА1 регионом в гиппокампе и коэкспрессируют динорфин. Орексинергические нейроны могут релизить динорфин, который, как я писал ранее, играет важную роль в аддикции. Они играют важную роль в формировании аддикции при разных её фазах. С развитием аддикции - происходит нейродаптация в этих нейронах, они способствуют пространственному обучению (запоминанию места) и играют важную роль в подкрепляющих эффектах морфина, усиливая дофаминергическую нейротрансмиссию. Орексин и динорфин являются нейромодуляторами мотивационного поведения, правда орексин играет противоположную роль в сравнении с динорфином - он устраняет его эффекты. Кстати, орексин вместе с глутаматом приводят к «срывам» и запускают drug-seeking behaviour.
К слову, антагонисты орексиновых рецепторов 1 подтипа при введении в CA1 регион гиппокампа, предотвращали CPP и drug-seeking behaviour, что говорит о их терапевтическом потенциале для лечения аддикций.

Решили мы, значит, с другом получить халявную оценку автоматом по общей хирургии, а для этого нужно вступить в кружок и заняться исследовательской работой. Долго не думая, решили, что к преподавателю надо подходить с уже готовой темой, так то что дают они обычно связано со статистической работой или конспектами из учебника и не несёт никакой пользы.
Благо, незадолго до этого я наткнулся на статью про антимикробный потенциал кетамина, но т.к студентам его никто не даст, начал искать дальше. У этих же авторов было исследование про антибактериальное действие местных анестетиков. На нём и порешали.

А вот и то самое исследование

Johnson, S. M., Saint John, B. E., & Dine, A. P. (2008). Local Anesthetics as Antimicrobial Agents: A Review. Surgical Infections, 9(2), 205–213. doi:10.1089/sur.2007.036

Далее занялись воспроизведением опытов. Только для этого помимо АТСС (культурной коллекции) штаммов E.coli S.aureus и P.aeruginosa мы взяли и несколько внутрибольничных штаммов, то есть устойчивых к антибиотикам различных видов.
Честно говоря не знаю в чём дело, но воспроизвести те же результаты нам не удалось. Возможно это наши ошибки, возможно и нет. Однако, что самое интересное, задержку роста, превосходящую диск нам удалось добиться у одного из устойчивых штаммов S.aureus (использовали 2 и 5% лидокаин), тогда как коллекция выдержала. Возможно, ещё не всё потеряно!

Кофеин и аденозиновые рецепторы.

В чате меня попросили написать про кофеин, его механизмы действия и базисную фармакологию. Поскольку эта тема широко известна многим, я затрону в общем аденозиновую систему, её рецепторы, димеры этих рецепторов и некоторые инсайды с фармакологии широко известных веществ. Разобью это на несколько постов соответственно по разным темам.

Химически кофеин относится к метилксантинам. Широко используется во всем мире как «психостимулянт», хотя фактически им не является. Интересен юзерам он тем, что имеет хороший пробуждающий эффект. Кофеин является неселективным потентным антагонистом аденозиновых рецепторов. С помощью этого, он ингибирует активность фосфодиэстеразы что вызывает накопление цАМФ и дает эдакой грубо говоря возбуждающий эффект. На пресинаптической мембране есть также аденозиновые рецепторы, которые обеспечивают отрицательную обратную связь. Они присутствуют во всех синапсах. При экзоцитозе любых нейромедиаторов, вместе с ними корелизится АТФ, который с помощью пресинаптических аденозиновых рецепторов останавливает последущий релиз нейромедиаторов. Это и есть отрицательная обратная связь, которая контролирует количество нейромедиаторов в синапсе и нейроне. Таким образом, кофеин при воздействии на пресинаптические аденозиновые рецепторы — нарушает обратную связь и даёт нейромодуляторный эффект при релизе любых нейромедиаторов, а возможно и нейропептидов.

Накопление цАМФ в клетках скелетной мускулатуры вызывает расщепление гликогена, а в адипоцитах - липолиз и последущий релиз жирных кислот и глицерина в кровь. Но эти эффекты не особо клинически значимы. Так же, в больших дозах кофеин может релизить кальций из эндоплазматического ретикулума, что может быть токсично для клетки.

Но применение высоких доз кофеина имеет обратную сторону медали. Во-первых это токсичность для клетки из-за релиза кальция. Во-вторых, кофеин при больших дозах является антагонистом ГАМКа рецептора, а именно - бензодиазепинового сайта, что может давать нежелательные побочные эффекты, такие как тревога, тремор, страх и так далее (ну тут вы сами все понимаете). Некоторые исследования также предпологают, что кофеин может быть антагонистом гистаминовых рецепторов, что в свою очередь может давать сонливость, думаю многие из вас испытывали такое.

Но это ещё не всё. Аденозиновые рецепторы 2а подтипа димеризируются с D2 рецепторами. Агонизм к А2аR подавляет D2 рецептор. Таким образом, антагонизм к А2аR наоборот модулирует D2 рецептор, повышает связывание дофамина с D2 рецепторами, таким образом кофеин мимикрирует под D2 агонисты и имеет подкрепляющий эффект и может формировать психологическую зависимость.

Ссылки : 1, 2, 3

P.S. В следущих постах розберу связь антидепрессивного эффекта кетамина (и не только его) и аденозиновых рецепторов.

Продолжение об Аденозине

Смотря на гомеостаз пациентов больных депрессией, часто можно заметить такой параметр как сниженный креатин. Это наталкивает на мысль, что биоэнергетика клетки играет не последнюю роль в психических заболеваниях. И таки да, в этом исследовании авторы проследили взаимосвязь, что кетамин и имипрамин увеличивают активность креатин киназы в стриатуме и коре больших полушарий. Таким образом, увеличивается биоэнергетика клетки, так как креатин по сути является быстрой формой АТФ. Креатин сам по себе может немного улучшать состояние больных депрессией. Поэтому его вполне возможно использовать как аугментирующее средство. [1]
Действие креатина не ограничивается поставкой АТФ в клетку. Некоторые исследования показывают его нейромодуляторный эффект на моноаминовые и глутаматные системы мозга, но на этом я не буду останавливатся, кому интересно — вот ссылки: [ 2 , 3 , 4 , 5 ].

Но теперь вернёмся к аденозину, а вернее, — к его рецепторам. Это исследование говорит об участии аденозиновых рецепторов в действии антидепрессантов. Когда наступает нужный терапевтический антидепрессивный эффект — А1 рецеторы апрегулируются. А применение самого аденозина или инозина синергично усиливает действие антидепрессантов. Что интересно, кофеин, который блокирует аденозиновые рецепторы, уменьшает антидепрессивный эффект кетамина и креатина, но не флуоксетина, над этим можно задуматся. Селективные антагонисты А1 рецептора имеют такой же эффект.

Ещё одной терапевтической точкой для усиления антидепрессантов является аденозиновый транспортёр. К примеру, дипиридамол — ингибитор аденозинового транспортёра, хорошо аугментирует многие антидепрессанты.

Ещё вот нашёл интересное исследование, показывающее, что для антидепрессивного эффекта от депривации сна требуется релиз аденозина из астроцитов.

Подводя итоги, всё вышесказанное говорит о важности биоэнергетики в действии психотропных лекарств. Копаясь в этом глубже, можно найти новые интересные терапевтические точки воздействия, что, собственно говоря, не может не радовать.