CC BY
1021528
НЕИРОФАРМАКОЛОГИЯ
© Г.И. НЕЖИНСКАЯ, А.Л. ВЛАДЫКИН, Н.С. САПРОНОВ; 2007
ГУ НИИ экспериментальной медицины РАМН
акад. Павлова ул., 12, Санкт-Петербург, 197376, Россия
Резюме
Анализ результатов холинергической регуляции воспаления позволяет считать, что холинергические механизмы являются ведущими в фармакологических эффектах канонических (ацетилхолин, холинергические препараты) и неканонических (серотонин, холин, тестостерон, галантамин) лигандов п-АсИЙ при подавлении воспалительных процессов.
Нежинская Г.И., Владыкин А.Л., Сапронов Н.С. Фармакологический анализ неканонических лигандов никотиновых холинорецепторов // Психофармакол. биол. наркол. — 2007. — Т. 7, № 2. — С. 1528-1532.
Ключевые слова
ацетилхолин; неканонические лиганды n-холинорецепторов; воспаление
ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИМ АНАЛИЗ НЕКАНОНИЧЕСКИХ ЛИГАНДОВ НИКОТИНОВЫХ ХОЛИНОРЕЦЕПТОРОВ
Модуляция активности никотиновых рецепторов (n-AchR) различных подтипов экзогенными аллостерическими модификаторами n-AchR в ряду химических соединений (галантамин), эндогенных веществ, таких как холин, серотонин, нейростероиды (тестостерон, де-гидроэпиандростерон) и другие, представляет значительный интерес. Установление закономерностей действия на n-AchR, кроме ацетилхо-лина, неканонических лигандов может иметь значение для разработки терапевтических подходов к лечению ряда заболеваний, в патогенезе которых имеет место нарушение экспрессии или функций n-AchR.
Никотиновые рецепторы (n-AchR) представляют собой трансмембранные белки, экспрессирующиеся на клетках нейронального и не-нейронального происхождения [16], состоящие из 5 субъединиц, расположенных вокруг центрального канала, пересекающего плазматическую мембрану [23, 27]. В настоящее время клонированы 9 а-субъединиц n-AchR (а2—а10) и 3 Р-субъединицы (02—04) [16, 18]. Известно, что в структурах головного мозга функции n-AchR связаны с синаптической передачей и модуляцией эффектов медиа-торных систем, в частности, глутамата (возбуждающий медиатор) и гамма-аминомасляной кислоты (тормозный медиатор) [17, 19, 26, 34, 42, 43, 50]. Применение лигандов n-AchR в клинической практике направлено в основном на коррекцию дисфункций центральной холинергической системы при неврологических заболеваниях (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, шизофрения, некоторые формы эпилепсии) [22, 24, 53]. Помимо экспрессии n-AchR на нервной ткани эти рецепторы широко представлены на клетках ненервного происхождения, таких как эпителиальные клетки респираторного тракта, кератиноциты, макрофаги, лимфоциты и другие [7, 21, 51, 55, 59]. В частности, модуляция n-AchR на лимфоцитах обеспечивает контроль дифференцировки клеток и развитие иммунного ответа [51, 52]. Открытие «холинергического противовоспалительного ответа» [11, 13] и «воспалительного рефлекса» [55], реализуемых с участием nervus vagus и элемента холинергического противовоспалительного ответа — а7 n-A^R, локализованных на клетках иммунной системы (макрофаги, Т- и В-лимфоциты), позволило обсуждать роль центральных и периферических холинергических механизмов при подавлении эндотоксического и анафилактического шока. При эндотоксическом шоке фармакологическая коррекция, связанная с центральными м-холиномиметическими эффектами (электрическая стимуляция дистальных участков nervus vagus после билатеральной цервикальной ваготомии, хирургическая имплантация стимулятора, активация эфферентных нейронов мускариновым аго-
нистом), направлена на снижение гипотензии, индуцированной LPS (липополисахарид E. coli) [13, 38, 39]. При атопическом варианте развития гиперчувствительности немедленного типа (анафилактический шок), иммунологическую стадию связывают с продукцией аллергенспецифических антител класса IgE или IgG1 и формированием бронхиальной гиперреактивности, а патохимическую стадию — с медиаторным ответом тучных клеток и других клеток-эффекторов стенки бронхов [31]. Эффективная фармакологическая коррекция (с помощью мускаринового антагониста в комбинации с антихолинэстеразным препаратом) известна только для патохимической стадии анафилактического шока и связана с модуляцией периферических эффектов холинергической системы. Влияние блокады ацетилхолинэстеразы, связано с увеличением концентрации эндогенного ацетилхолина, эффекты которого могут быть направлены на а7 n-AchR, а мускариновый антагонист, блокируя m-AchR, таким образом устраняет нежелательные побочные эффекты со стороны дыхательных путей (бронхо-констрикция) и сердца (брадикардия) [3, 6]. Предполагается, что такой фармакологический подход, основанный на использовании модификаторов m- и n-A^R, позволяет избежать развития многих побочных эффектов, связанных с активацией гангли-онарной нейротрансмиссии, опосредуемой через a3/ß4 n-AchR [58].
Феномен аллостерической потенциации, т.е. влияния неканонических лигандов на n- AchR, впервые описан в 1985 году [48, 49]. Показано, что ингибитор холинэстеразы физостигмин является лигандом n-AchR и потенцирует действие классических аго-нистов (никотин, ацетилхолин) n-AchR [35, 40, 41, 44]. Кроме физистигмина к аллостерическим модификаторам n-AchR были отнесены галантамин, ме-тилгалантамин (антихолинэстеразные средства), бензохинон (миорелаксант), кодеин (наркотический анальгетик) [40, 41, 54]. В настоящее время в качестве эталонного лиганда-сравнения при оценке аллостерической активности препаратов используется галантамин [28]. Установлено, что галантамин связывается практически со всеми возможными вариантами n-AchR, вне зависимости от типа клеток и тканей, экспрессирующих n-AChR [29]. Агонисти-ческая активность лигандов отнесенным к неконкурентным агонистам n-AchR [54], является результатом их связывания с APL-сайтом, который отличается от ацетилхолин-связывающего сайта на а-субъеди-нице n-AchR [44]. Установлено, что APL-сайт расположен в районе Lys-125 а-субъединицы n-AchR, является высококонсервативным и видонеспецифич-
ным участком а-субъединиц разных подтипов рецепторов [40, 44, 46]. Индукция медленных одиночных мембранных токов, вызванная аллостерическими модификаторами, не проявляется в виде макроскопи- 1529 ческого ответа [41, 45, 54]. Макроскопический ответ наблюдается в присутствии субсатурационных концентраций классических агонистов n-AchR [45]. Аллостерический эффект галантамина на n-AchR является дозозависимым, насыщаемым и полностью обратимым. Концентрации галантамина 0,1 — 1 ммоль обладают аллостерической активностью, что позволяет добиться селективного н-холиномиметического действия, которое проявляется только в присутствии ацетилхолина, тогда как концентрации препарата >10 ммоль, оказывающие ингибирующее влияние на ацетилхолинэстеразу, приводят к активации m- и n-AchR. Показано, что галантамин не оказывает прямого действия на известные подтипы m-AchR даже в высоких концентрациях (до 1000 ммоль), что позволяет считать его селективным лигандом n-AchR.
Впервые о медиаторной функции холина стало известно из исследований Holz и Senter, проведенных в 1981 году [40], в которых показано, что холин, возбуждая n-AchR хромафинных клеток мозгового слоя надпочечников, приводит к выбросу катехолами-нов. Было установлено, что холин является агонистом а7, а3р4, а4р4, а9а10 n-AchR [30, 36, 47, 57, 61]. Агонистическая активность холина сильно варь-иру-ет в зависимости от подтипа n-AchR, но только для а7 n-AchR холин является полным агонистом [9, 36, 47, 57, 61]. Регистрация токов ацетилхолина и холинин-дуцированной активации ионных каналов а7 n-AchR в конфигурации single-channel и whole-cell на культуре нейронов гиппокампа выявило значительное сходство кинетики рецепторной активации ацетил-холина и холина [61]. Было показано, что природа агониста не влияет на скорость закрытия канала n-AChR: время открытия канала (при —60 мВ) под действием ацетилхолина (1 мМ) — 0,11 ± 0,05 мс, холина (10 мМ) — 0,097 ± 0,014 мс. Средняя электрическая проводимость ионных каналов а7 n-AchR при их активации ацетилхолином (1 мМ) и холином (10 мМ) составила 91,5 ± 8,5 и 82,9 ± 11,6 соответственно. Однако время десенситизации а7 n-AchR, вызванной высокоаффинным агонистом ацетилхолином, существенно больше, по сравнению с низкоаффинным агонистом холином. Объясняется это более быстрой диссоциацией субстрат-рецептор-ного комплекса для холина, в отличие от ацетилхо-лина [32]. Известно, что а7 n-AchR являются филогенетически наиболее древним семейством n-AchR [25], которые играют важную роль в формировании холинергических синапсов в процессе онтогенети-
ческого развития нервной системы [14], что позволяет считать холин ранним эндогенным агонистом а7 п-АсИ^ Образование функционально активных 1530 а7 п-АсИН происходит намного раньше, по сравнению с экспрессией ацетилхолин-синтезирующего фермента — холинацетилтрансферазы [10, 15, 60].0чевидно, что холин играет не менее важную роль в активации а7 п-АсИН, чем ацетилхолин, выделенный из нервных и ненервных терминалей. Эти предположения подтверждены собственными результатами, в которых показано, что метаболитами мускаринового антагониста метацина являются хо-лин и ацетат, образующиеся через 40—60 мин после введения препарата [8], и что применение мета-цина эффективно при профилактике «стрессовых язв» [4, 5].
Работ, связанных с изучением аллостерической активности стероидных гормонов, в частности анд-рогенов, по отношению к п-АсИН, немного. Известно, что половой гормон тестостерон ингибируют по неконкурентному механизму а4 п-АсИН крысы, экс-прессированные на модельной культуре ооцитов Хвпориэ [12, 37, 56]. Влияние нейростероида дегид-роэпиандростерона (ДГЭА) на п-АсИН практически не изучено. Имеются данные о том, что центральный эффект ДГЭА в большей степени сказывается на апоптозе лимфоцитов, а степень активности периферической адреналовой системы оказывается более значимой в регуляции активности В-лимфо-цитов, запускающей конкурентные механизмы взаимодействия лимфоцитов [1, 2].
Известно, что медиаторы помимо агонистической активности, проявляемой в собственной нейромеди-аторной системе, выступают модуляторами активности других медиаторных систем. Так, серотонин (5-НТ) взаимодействует со специфическим сайтом (АРЬ-сайт) на п-АсИН [20, 45]. Было показано, что 5-НТ в микромолярных концентрациях существенно снижает возбуждающее действие классического агониста ацетилхолина на п-АсИН, а в субмикромо-лярных концентрациях — сенситизирует п-АсИН к ацетилхолину.
Ингибирование моноклональными антителами а-субъединиц п-АсИН АРЬ-сайта приводит к отмене эффектов 5-НТ. Эти результаты свидетельствуют о том, что 5-НТ может играть роль эндогенного аллостерического активатора п-АсИ^ Сам ацетилхолин также регулирует уровень 5-НТ. На модели анафилактического шока показано, что при эффективной защите морских свинок от шока после применения метацина в комбинации с неостигмином или гамма-глобулином наблюдалось снижение содержания 5-НТ в тимусе и селезенке, но не лимфа-
тических узлах, по сравнению с контролем (свинками, не получавшими препараты и пережившими шок). У свинок в контроле наблюдалось значительное увеличение концентрации 5-НТ в лимфатических узлах, в отличие от тимуса и селезенки, в которых обнаруживалось низкое содержание 5-НТ [33].
Остается неизвестным, происходит ли синтез и накопление 5-НТ в холинергических волокнах, иннер-вирующих органы, или 5-НТ имеет паракринное происхождение. Анатомическая близость волокон разных нейромедиаторных систем в иннервации органа позволяет потенциальным неканоническим лигандам путем диффузии достигать эффективных концентраций в области рецепторов-мишеней. Представленные данные дают основание считать, что п-холинергиче-ские механизмы являются ведущими в фармакологических эффектах лигандов п-АсИН при подавлении воспалительных процессов.
Таким образом, установление закономерностей действия веществ, обладающих лигандной активностью в отношении холинорецепторов разных подтипов, открывает возможность эффективного использования модуляции холинергических структур разных уровней организации, являющихся звеньями патогенеза различных заболеваний, включая воспаление и реакции гиперчувствительности. Можно говорить не только о нервной регуляторной сети в структуре органа, но и о химической системе регуляции, представленной веществами, выступающими одновременно в качестве нейромедиаторов и нейро-модуляторов, формирующих единый уровень нейро-гуморального контроля функций органа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нежинская Г.И., Байрамов А.А., Саватеев А.В. и др. Исследование активности лимфоцитов у адре-налэктомированных крыс при заместительной терапии дегидроэпиандростероном // Цитокины и воспаление. — 2002. — № 2. — С. 57-58.
2. Нежинская Г.И., Байрамов А.А., Назаров П.Г., Сапронов Н.С. Влияние дегидроэпиандростерона (ДГА) на продуцирующую активность В-лимфоци-тов и апоптоз спленоцитов у крыс // Иммунология Урала. — 2003. — № 1(3). — С. 103-104.
3. Нежинская Г.И. Назаров П.Г., Евдокимова Н.Р. и др. Холинергическая регуляция анафилактического шока: влияние С-реактивного белка // Цитокины и воспаление. — 2004. — Т. 3, № 1. — С. 44-48.
4. Нежинская Г.И., Назаров П.Г., Петрова Н.Н. и др. Холинозависимая профилактика поражений желудка при водоиммерсионном стрессе // Рос. физи-ол. журн. — 2004. — Т. 90, № 8. — С. 128-129.
5. Нежинская Г.И., Назаров П.Г., Сапронов Н.С. Роль
36. Papke R.L., Bencheriff M., Lippiello P. An evaluation of neuronal nicotinic acetylcholine receptor activation by quarternary nitrogen compounds indicates that
1532 choline is selective for the a7 subtype // Neurosci. 1532 Lett. — 1996. — Vol. 213. — P. 201-204.
37. Paradiso K., Sabey K., Evers A.S. et al. Steroid inhibition of rat neuronal nicotinic alpha4beta2 receptors expressed in HEK 293 cells // Mol. Pharmacol. — 2000. — Vol. 58. — P. 341-351.
38. Pavlov V.A., Wang H., Czura C.J. et al. The cholinergic antiinflammatory pathway: a missing link in neuroimmunomodulation // Mol. Med. — 2003. — Vol. 9. — P. 125-134.
39. Pavlov V.A, Tracey K.J. The cholinergic antiinflammatory pathway // Brain, Behavior, Immunity. — 2005. — Vol. 19. — P. 493-499.
40. Pereira E.F.R., Reinhardt-Maelicke S., Schrattenholz A. et al. Identification and functional characterization of a new agonist site on nicotinic acetylcholine receptors of cultured hippocampal neurons // J. Pharmacol. Exp. Ther. — 1993. — Vol. 265. — P. 1474-1491.
41. Pereira E.F.R., Alkondon M., Reinhardt S. et al. Physostigmine and galanthamine: probes for a novel binding site on the a4ß2 subtype of neuronal nicotinic acetylcholine receptors stably expressed in fibroblast cells // J. Pharmacol. Exp. Ther. — 1994. — Vol. 270. — P. 768-778.
42. Perry E.K., Smith C.J, Court J.A. et al. Cholinergic nicotinic and muscarinic receptors in dementia of Alzheimer, Parkinson and Lewy body types // J. Neural. Transm. Park. Dis. Dement. Sect. — 1990. — Vol. 2. — P. 149-158.
43. Perry E., Martin-Ruiz C., Lee M. et al. Nicotinic receptor subtypes in human brain ageing, Alzheimer and Lewy body diseases // Eur. J. Pharmacol. — 2000. — Vol. 393. — P. 215-222.
44. Schrattenholz A., Godovac-Zimmermann J., Schafer H.-J. et al. Photoaffinity labeling of Torpedo acetylcholine receptors by physostigmine // Eur. J. Biochem. — 1993. — Vol. 216. — P. 671-677.
45. Schrattenholz A., Pereira E.F.R., Roth U. et al. Agonist responses of neuronal nicotinic receptors are potentiated by a novel class of allosterically acting ligands // Mol. Pharmacol. — 1996. — Vol. 49. — P. 1-6.
46. Schroder B., Reinhardt-Maelicke S., Schrattenholz A // J. Biol. Chem. — 1994. — Vol. 269. — P. 10407-10416.
47. Sgard F., Charpantier E., Bertrand S. et al // Mol. Pharmacol. — 2002. — Vol. 61. — P. 150-159.
48. Shaw K.P., Aracava Y., Akaike A. et al // Mol. Pharmacol. — 1985. — Vol. 28. — P. 527-538.
49. Sherby S.M., Eldefrawi A.T., Albuquerque E.X. et al // Mol. Pharmacol. — 1985. — Vol. 27. — P. 343-348.
50. Sihver W., Gillberg P.G., Svensson A.L. et al. Autoradiographic comparison of [3H](-)nicotine,
[3H]cytosine and [3H]epibatidine binding in relation to vesicular acetylcholine transport sites in the temporal cortex in Alzheimer's disease // Neurosci. — 1999. — Vol. 94. — P. 685-696.
51. Skok M.V., Grailhe R., Changeux J.-P. Nicotinic receptors regulate B lymphocyte activation and immune response // Eur. J. Pharmacol. — 2005. — Vol. 517. — P. 246-251.
52. Skok, M.V., Grailhe, R., Agenes F. et al. The role of nicotinic acetylcholine receptors in lymphocyte development // J. Neuroimmunology. — 2006. — Vol. 171. — P. 86-98.
53. Steinlein O.K., Mulley J.C., Propping P. et al. A missense mutation in the neuronal nicotinic acetylcholine receptor a4 subunit is associated with autosomal dominant nocturnal frontal lobe epilepsy // Nat. Genet. — 1995. — Vol. 11. — P. 201-203.
54. Storch A., Schrattenholz A., Cooper J.C. et al. Physostigmine, galanthamine and codeine act as «noncompetitive nicotinic receptor agonists» on clonal rat pheochromocytoma cells // Eur. J. Pharmacol. — 1995. — Vol. 290. — P. 207-219.
55. Tracey K.J. The inflammatory reflex // Nature. —
2002. — Vol. 420. — P. 853-859.
56. Valera S., Ballivet M., Bertrand D. Progesterone modulates a neuronal nicotinic acetylcholine receptor // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1992. — Vol. 89. — P. 9949-9953.
57. Verbitsky M., Rothlin C.V., Katz E. et al. Mixed nicotinic-muscarinic properties of the alpha9 nicotinic cholinergic receptor // Neuropharmacology. — 2000. — Vol. 39. — P. 2515-2524.
58. Wang H.Y., Lee D.H., Davis C.B. et al. Amyloid peptide Abeta(1-42) binds selectively and with picomolar affinity to alpha7 nicotinic acetylcholine receptors // J. Neurochem. — 2000. — Vol. 75. — P. 1155-1161.
59. Wessler I., Kilbinger H., Bittinger F. et al // Life Sci. —
2003. — Vol. 72. — P. 2055-2061.
60. Yamada S., Kagawa Y., Isogai M. et al // Life Sci. — 1986. — Vol. 38. — P. 637-644.
61. Zwart R., Vijverberg H.P.M // Eur. J. Pharmacol. — 2000. — Vol. 393. — P. 209-214.
Nezhinskaya G.I., Vladykin A.L., Sapronov N.S. Pharmacological analysis of noncanonic ligands of nicotinic receptors // Psychopharmacol. Biol. Narcol. — 2007 — Vol. 7, N 2. — P. 1528-1532.
Institute of Experimental Medicine; 12 acad. Pavlov str., Saint-Petersburg, 197376, Russia.
Summary: The analysis of cholinergic regulation of inflammation suggests that cholinergic mechanisms are the main in pharmacological effects of canonic (acetylcholine, cholinergic drugs) and noncanonic (serotonin, choline, testosterone, galantamine) ligands of n-AchR after inhibition of inflammation processes. Key words: acetylcholine; noncanonic ligands of n-AchR; inflammation
электронная копия статьи — http://www.elibrary.ru, © Архив (стоимость коммерческого доступа в режиме full text — 55 руб./год)
