CC BY
271
Молекулярные механизмы воздействия аминокислот в составе церебролизина на нейротрансмиссию.
Нейротрофические и нейропротективные эффекты аминокислот
О.А. Громова1,3, И.Ю. Торшин2, Е.И. Гусев1, А.А. Никонов1, О.А. Лиманова3
Российский сателлитный центр «Нейробиология» института Микроэлементов
ЮНЕСКО, Иваново ^Лаборатория вычислительной и системной биологии ВЦ РАН, Москва 3ГОУ ВПО «Ивановская государственная медицинская академия» МЗ РФ
Церебролизин - многокомпонентный препарат природного происхождения. Основой терапевтического действия препарата являются нейроактив-ные пептиды и аминокислоты. Хорошо известно, что 85 % состава церебролизина - это аминокислоты. Прогресс в молекулярной биологии и фундаментальной нейрохимии позволил получить значительный массив уникальных данных по нейпро-тективным и нейротрофическим ролям отдельных аминокислот. Однако за последние 10-15 лет наметился значительный разрыв между результатами фундаментальных исследований и их практическим использованием. В настоящее время, практически полностью игнорируются неизвестные ранее данные о положительном неврологическом действии отдельных аминокислот. Через информационные манипуляции внимание неврологов было искусственно переключено на нейротрофические факторы и цитокины как единственные терапевтически значимые воздействия. Вследствие этого сужения научно-исследовательского кругозора произошла утрата интереса к терапевтическому воздействию аминокислот. В то же время, например, аминокислоты лизин и глицин уже давно используются как монопрепараты неврологической направленности. В данной работе мы провели комплексный анализ механизмов воздействия конкретных аминокислот в составе церебролизина на основе новейших физиологических, биохимических и молекулярных данных. Как показывают результаты анализа, большинство аминокислот оказывают нейропротективные и нейротрофические воздействия через модуляцию нейротрансмиссии NMDA-рецепторов. Кроме того, аминокислоты могут стабилизировать биоактивные пептиды це-ребролизина и также воздействовать на нейротрансмиссию через другие механизмы. Синергид-
ное действие аминокислот и пептидов цереброли-зина способствует более разностороннему замедлению прогрессии ишемического каскада.
Ключевые слова: нейротрансмиссия, системная биология, биоинформатика, нейротрофические препараты, нейропротекция, молекулярные механизмы.
Введение
Адекватная фармакотерапия - одно из важнейших условий успешного восстановления пациента после инсульта. Адекватная фармакотерапия становится реальностью, когда посредством фармакологических препаратов задействуются многочисленные физиологические механизмы, стимулирующие выживание клеток головного мозга. Именно мультифакторное воздействие на многочисленные параллельные механизмы, а не редукционистское воздействие на несколько произвольно выбранных биохимических путей и является залогом успешной фармакотерапии [1].
Церебролизин - многокомпонентный препарат природного происхождения, широко использующийся для терапии инсульта и других неврологических заболеваний. Основой терапевтического действия церебролизина являются нейроактивные пептиды [2]. Однако не следует забывать, что 85 % состава церебролизина - это аминокислоты. Поскольку церебролизин представляет собой экстракт мозга молодых свиней, препарат содержит все аминокислоты. Кроме того, препарат строго стандартизирован по содержанию следующих аминокислот в 1 мл: аланин, аргинин, аспарагиновая кислота, валин, гистидин, глицин, глутаминовая кислота, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, про-лин, серин, треонин, триптофан, фенилаланин. В таблице 1 приведены результаты количественного определения аминокислот в различных образцах препарата.
Широко известные двадцать аминокислот -наиважнейшие строительные блоки всех белков. Поэтому, аминокислоты препарата служат питательной средой, способствующей ускоренному восстановлению клеток головного мозга. Всё же, помимо их функции как строительного материала, аминокислоты также характеризуются рядом других физиологических функций, обсусловлен-ных их химической структурой и биохимическими свойствами. Например, на основе 20 «протеиногенных» (т. е. использующихся для построения белков) аминокислот синтезируются «внебелко-вые» аминокислоты. Эти «внебелковые» аминокислоты (такие как карнитин, таурин, ГАМК и ДОФА) имеют большое значение для функционирования нервной системы [3-5].
Исследования в области фундаментальной нейрохимии позволили получить многочисленные данные по нейротрофическим ролям отдельных аминокислот. Сейчас получены новые знания о нейро-протективных свойствах отдельных аминокислот, входящих в состав церебролизина. В деятельности мозга аминокислоты имеют особое значение, выполняя роль нейромедиаторов. С нейрохимической точки зрения можно подразделить аминокислоты на: 1) возбуждающие (глутамат, аспартат), 2) тормозящие (у-аминомасляная аминокислота, р-ала-нин, таурин, глицин) и 3) нейтральные (лизин, аргинин). В результате, аминокислоты могут регулировать все основные нервные процессы: возбуждение и торможение, бодрость и сон, агрессию и тревогу, синаптическую пластичность, эмоции, поведение, память и обучение [6]. В данной работе мы проводим комплексный анализ конкретных механизмов воздействия аминокислот в составе
о
оо
оо
2:
о
I—
чг'
(V
го
£
Таблица. 1. Диапазон содержания аминокислот в 1 мл препарата церебролизин (Эвер Нейро Фарма Гмбх, Австрия)
Аминокислота Содержание, мг (исследование 10 образцов различных серий) Данные согласно спецификации церебролизина фирмой Эвер, мг Стандартизация препарата по аминокислотам
Аланин 3,12-3,46 2,40-3,60 Стандартизирован
Аргинин 0,45-1,08 0,30-1,10 Стандартизирован
Аспарагин 0,05-0,10 - Не стандартизирован
Аспарагиновая кислота 2,56-3,46 2,40-3,60 Стандартизирован
Валин 2,12-2,34 1,60-2,40 Стандартизирован
Гистидин 1,20-1,48 1,04-1,56 Стандартизирован
Глицин 1,65-1,80 1,20-1,80 Стандартизирован
Глутамин 0,05-0,10 - Не стандартизирован
Глутаминовая кислота 3,34-4,56 3,20-4,80 Стандартизирован
Изолейцин 2,24-2,38 1,60-2,40 Стандартизирован
Лейцин 5,80-6,21 4,80-7,20 Стандартизирован
Лизин 5,83-7,10 4,80-7,20 Стандартизирован
Метионин 0,41-0,62 0,35-0,65 Стандартизирован
Пролин 2,06-2,38 1,60-2,40 Стандартизирован
Серин 0,23-0,36 0,21-0,39 Стандартизирован
Тирозин 0,05-0,07 - Не стандартизирован
Треонин 0,26-0,35 0,21-0,39 Стандартизирован
Триптофан 0,48-0,63 0,35-0,65 Стандартизирован
Фенилаланин 1,68-2,35 1,60-2,40 Стандартизирован
Цистеин 0,03-0,06 - Не стандартизирован
Примечание. Концентрация определялась методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
о
ou
00
о
і—
Nf
го
,сх
церебролизина на основе новейших физиологических, биохимических и молекулярных данных.
Молекулярная нейробиология 20 протеиногенных аминокислот
Сухой остаток церебролизина содержит 15 % пептидов и белков и 85 % аминокислот. Нельзя исключить, что при таком преобладании аминокислот, роль последних может заключаться в стабилизации пространственной структуры пептидов/белков и в более равномерном распределении пептидов в конечном фармакологическом растворе препарата церебролизин. В этом случае, этот эффект стабилизации аминокислотами нейропептидов достигается за счёт неспецифических взаимодействий с пептидами препарата (рис. 1.).
Однако как показывают результаты приводимого ниже анализа, аминокислоты также инициируют и специфические молекулярные механизмы, проявляющиеся как нейротрофические и нейро-протекторные эффекты. Под нейротрофическим эффектом понимается рост и обновление нервной ткани, а под нейропротекторным - задержка преждевременного или избыточного отмирания (апопто-за) нейронов и глии.
Рис. 1. Пептиды церебролизина в аминокислотном окружении (на примере тиролиберин-подобного пептида и глицина)
Ти ролибери н-подобн ы й пептид церебролизина
Нами был проведён систематический анализ всего массива публикаций по нейрохимическим ролям аминокислот (более 1 000 исследований). Данные по специфическим молекулярным ролям аминокислот, собранные за последние 20 лет, сумми-рованны в таблице 2. В последующих разделах эти данные рассматриваются более подробно.
В то время как нейропротекторные эффекты и соответствующие механизмы для аспарагина, про-лина и треонина не известны, для всех остальных аминокислот были установлены молекулярные механизмы их неврологического воздействия. За исключением антиоксидантов гистидина и цисте-ина, метионина (приводящего к синтезу S-адено-зилметионина), тирозина, триптофана (влияющих на синтез катехоламинов), аминокислоты воздействуют прямо или косвенно на функциональное
Примечание. Взаимодействия между аминокислотами и пептидами осуществляются за счёт водородных связей, показанных штрих-пунктирными линиями
Таблица 2. Молекулярные механизмы нейропротекторного и нейротрофического воздействия двадцати стандартных аминокислот, входящих в состав церебролизина
Аминокислота в составе церебролизина Молекулярные механизмы нейропротекторного и нейротрофического воздействия
Аланин Регуляция уровней глутамата
Аргинин Синтез N0, ингибирование NMDA эксайтотоксичности
Аспарагин Транспортёр магния, предшественник нейротрансмиттеров
Аспарагиновая кислота NMDA-рецепторы
Валин Биосинтез фенилаланина
Гистидин Антиоксидант
Глицин Глициновые сайты нейрональных рецепторов
Глутамин Глутамат-глутаминовый цикл
Глутаминовая кислота NMDA, АМРА-рецепторы
Изолейцин Биосинтез фенилаланина
Лейцин Биосинтез фенилаланина
Лизин Ингибирование эксайтотоксичности
Метионин Биосинтез S-аденозилметионина
Пролин Не известны
Серин Глициновые сайты NMDA-рецепторов
Тирозин Синтез катехоламинов
Треонин Не известны
Триптофан Синтез серотонина, NMDA-рецепторы
Фенилаланин Ингибирование эксайтотоксичности, синтез катехоламинов
Цистеин Антиоксидант
Рис. 2. Схематическое представление NMDA-рецептора
Рис. 3. Различные типы аминокислот, их воздействие на NMDA-рецепторы и транссинаптическую передачу сигнала
состояние глутаматных рецепторов и, прежде всего, NMDA-рецепторов.
В головном мозге, N-метил-D-аспартат рецепторы (NMDA-рецепторы) имеют решающее значение для активности гиппокампа и, вероятно, формирования долговременной памяти [7]. Помимо ЦНС NMDA-рецепторы также были обнаружены в ряде периферических тканей, в т. ч. в надпочечниках. Фармакологические данные свидетельствуют о том, что NMDA-рецепторы надпочечников могут быть вовлечены в реакцию на стресс и, в частности, в секрецию катехоламинов [8, 9].
При продолжительной ишемии активность NMDA-рецепторов и других глутамат-рецепторов в значительной степени влияет на выживание и апоптоз (программируемую смерть) нейронов. Дело в том, что глутамат и его рецепторы образуют в ЦНС сети передачи возбуждающих сигналов. Любая сеть подобного рода имеет систему обратных связей посредством тормозящих нейронов, обеспечивающих стабильность передачи сигнала и дозированную секрецию возбуждающего нейротрансмиттера глутамата.
При ишемии происходит механическое повреждение отдельных частей сети, что приводит к бесконтрольной секреции глутамата вследствие чисто механического разрыва обратных связей. Чрезвычайный избыток глутамата концентрируется вокруг уже погибших участков нервной сети и стимулирует апоптоз у ещё не затронутых нейронов. Если процесс не остановить, то будет происходить постепенное расширение зоны инфаркта и прогре-диентное отмирание нервной ткани.
Именно NMDA-рецепторы опосредуют все негативные последствия сверх-избытка глутамата, локализованного в зоне пенумбры. NMDA-рецепторы представляют собой достаточно сложные молекулярные машины (рис. 2). NMDA-рецепторы являются ионотропными рецепторами, т. е. активация рецепторов этого типа приводит к изменениям в потоках различных ионов через мембрану клетки.
В неактивированной форме канал рецептора закрыт ионом магния. Ион магния удаляется при деполяризации постсинаптической мембраны, на которой находится рецептор. Одновременно с этим для функционирования рецептора должен поступить в синаптическую щель глутамат. Такая активация рецептора вызывает открытие ионного канала, неселективного к катионам, что ведёт к притоку в клетку N3+ и в небольшом объёме Са2+, а К+ покидает клетку. Ионы кальция, вошедшие через канал, активируют протеинкиназу CaMK-П. Происходит её самофосфорилирование и селективное
фосфорилирование ряда белков нейрона-реципиента. Этот процесс играет ключевую роль в синаптической пластичности, а следовательно и в процессах обучения и памяти.
При чрезвычайно высоком избытке глутамата, характерном для ишемии, протеинкиназа CaMK-II гиперактивируется и начинает неспецифическое фосфорилирование нейрональных белков, нарушая, тем самым, регуляцию всех клеточных процессов, в т. ч. ингибирование апоптоза. Как результат - апоптотический каскад активируется и клетка нейрона погибает.
Как показали результаты проведённого анализа, большинство аминокислот оказывают неврологическое воздействие именно через модуляцию активности NMDA-рецепторов (см. табл. 2). Тем самым, аминокислоты влияют на процессы синаптической передачи сигнала глутаматных синапсов (рис. 3). Некоторые аминокислоты непосредственно влияют на связывание NMDA-рецепторами глутамата и глицина (аспарагиновая кислота, глутамин, глицин, серин и т. д.). Другие аминокислоты воздействуют опосредованно - аланин, например, влияет на уровни секретируемого в синапс глутамата.
Ниже рассматриваются нейротрофические и нейропротекторные роли отдельных аминокислот.
Аминокислоты, воздействующие на NMDA-рецепторы п п
Глутаминовая кисло- ° "
та (глутамат) является наиболее распространённым возбуждающим нейротрансмиттером. Нервные импульсы стимулируют высвобождение глу-тамата внутрь синапса, где глутамат стимулирует глутамат-рецепторы (NMDA и AMPA типа) постси-наптических клеток. Из-за его роли в синаптической пластичности (т. е. изменении проводимости синапса), глутамат имеет важное значение для обучения и функционирования памяти [10]. В случае, когда ткани мозга повреждены, избыток внеклеточного глутамата приводит к избыточному току кальция через NMDA-рецепторы, что ведёт к апо-птозу (т. н. эксайтотоксичность).
Эксайтотоксичность избытка глутамата и его роль как нейротрансмиттера известны уже более 40 лет. Сравнительно недавние исследования указывают на то, что глутамат также регулирует нейрогенез, рост нейритов, синаптогенез и выживание нейронов [11-15]. Эти эффекты связаны, по большей части, с влиянием глутамата на уровни основных нейротрофических факторов, в т. ч. мозгового фактора роста нервов (BDNF), фактора роста нер-
но
он
1ЧНо
о
оо
оо
2
о
I—
чг'
(V
го
£
I ФАРМАКОДИНАМИКА ЦЕРЕБРОЛИЗИНА
вов (NGF). Глутамат стимулирует синтез нейротро-фического фактора BDNF, который, в свою очередь, изменяет чувствительность нейронов к глутамату и пластичность синапсов. Клетки-предшественники нейронов, при воздействии на них глутамата, увеличивают скорость деления и потенциал к восстановлению [12] именно через синтез BDNF [13, 14]. И наоборот - нейротрофические факторы влияют на сигнальные пути глутамата, изменяя плотность глутамат-рецепторов [15]. Влияние глутамата на уровни фактора BDNF осуществляется через ме-таботропные глутамат-рецепторы типа mGluR через стандартный механизм внутриклеточной сигнализации посредством протеинкиназы С [16].
По сложившемуся стереотипу принято считать, что при ишемии «глутамат - это всегда плохо». Подобная точка зрения является чистейшим образчиком редукционизма и полностью игнорирует многочисленные данные по нейрохимии глутама-та, которые были вкратце рассмотрены выше. Хотя чрезмерная активация глутаматных рецепторов может приводить к гибели нейронов [17, 18], и уровень глутамата коррелирует с тяжестью протекания инсульта [19], эксайтотоксичность локальна и соответствует ультравысокой концентрации глутамата в ишемической зоне. Наоборот, минимально необходимые уровни глутамата, распределённые по всей ткани мозга, имеют важное значение для выживания нейронов, так как глутамат стимулирует производство нейротрофических факторов [14]; глутаминовая кислота также служит в качестве материала для синтеза ингибирующего нейротрансмиттера - ГАМК. Не следует забывать, что клинические испытания антагонистов глутамат-ных рецепторов у пациентов, перенесших инсульт, привели к отрицательным результатам [15]. Все эти данные свидетельствуют о том, что глутамат в соответствующих дозах имеет отчётливый нейротро-фический эффект. я
Аспарагиновая кислота (аспартат) стимулирует NMDA-рецепторы, хотя не столь сильно как он |'|И2
глутамат. В головном мозге аспартат также служит возбуждающим нейротрансмиттером. Биологические эффекты аспартата и глутамата близки [21], и стимуляция NMDA-рецепторов имеет нейротрофический эффект [22, 23]. Обладая более слабой эксайтотоксичностью, при сохранении нейротрофических свойств, аспартат мо-
он
ЫН,
жет вытеснять более эксайтотоксичный глутамат. В церебролизине, стандартизированном по аминокислотам, аспартат содержится в значительных количествах (2,4-3,6 мг/мл).
он
Глицин. С одной стороны, глицин - ингибирующий нейротрансмиттер, имеющий собственный рецептор: глициновые рецепторы (гены GLRA1, GLRA2, GLRA3 и GLRB) расположены, как правило, на постсинаптических мембранах и имеют ГАМК-подобную активность. Эта разновидность глицин-рецепторов представляет собой лиганд-управляемые ионные каналы. С другой стороны, глицин связывается со специфическими сайтами NMDA-рецепторов и, таким образом, способствует передаче сигнала от возбуждающих нейротрансмиттеров глутамата и ас-партата. Глицин распространён в нервной системе повсеместно. Большая плотность глициновых рецепторов обнаружена не только в структурах ствола, но и в коре больших полушарий, стриатуме, ядрах гипоталамуса, мозжечке. Основная масса глицина сосредоточена в спинном мозге, где аминокислота опосредует постсинаптическое торможение мотонейронов. Поэтому глицин как препарат используется в неврологической практике для устранения повышенного мышечного тонуса.
В последние годы была доказана роль глицина как тормозного нейротрансмиттера практически во всех отделах ЦНС. Было выявлено, что ГАМК и глицин являются равноценными нейротрасмит-терами, обеспечивающими защитное торможение в ЦНС, роль которого возрастает в условиях повышенного выброса глутамата [24] через взаимодействие с NMDA рецепторами. Нейропротекторный эффект глицина связан, по всей видимости, с активацией ГАМК и глициновых сигнальных сетей [25, 26]. Нейропротекторные свойства глицина были доказаны в исследовании 200 пациентов, переживших инсульт [27]. В церебролизине, стандартизированном по аминокислотам, глицин содержится в значительных количествах (1,65-1,80 мг/мл).
Аргинин участвует в цикле пере-аминирования и выведения из организма азота в форме солей аммония. Аргинин играет важную роль в делении клеток, за-
Информация о препарате
СОСТАВ
В 1 мл водного раствора препарата содержится 215,2 мг концентрата церебролизина (комплекс пептидов, аминокислот). Активная фракция Церебролизина представлена пептидами, молекулярная масса которых не превышает 10 тыс. Да.
ПОКАЗАНИЯ
Болезнь Альцгеймера, синдром деменции различного генеза, ишемический инсульт, травматические повреждения головного и спинного мозга, хроническая цереброваскулярная патология, задержка умственного развития у детей, расстройства, связанные с дефицитом внимания у детей; в комплексной терапии эндогенной депрессии, резистентной к антидепрессантам.
ДОЗИРОВКА И СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ
Применяется только парентерально в виде в/мышечных инъекций и в/венных инфузий. Дозы и продолжительность лечения зависят от характера и тяжести заболевания, а также от возраста больного. Стандартная продолжительность курса лечения - 4 недели (5 инъек-ций/инфузий в неделю, желательно - ежедневно). При острых со-
ЦЕРЕБРОЛИЗИН (Эвер Нейро Фарма Гмбх, Австрия) Раствор для инъекций
стояниях (ишемический инсульт, черепно-мозговая травма, осложнения нейрохирургических операций) Церебролизин рекомендуется вводить в виде капельных инфузий в ежедневной дозе 10-60 мл в 100-250 мл физиологического раствора в течение 60-90 минут. Продолжительность курса - 10-25 дней. В резидуальном периоде мозгового инсульта и травматического повреждения головного и спинного мозга препарат назначается внутривенно по 5-10 мл в течение 20-30 дней. При психоорганическом синдроме и депрессии - внутривенные инфузии по 5-10 мл в течение 20-25 и 10-15 дней соответственно.
При болезни Альцгеймера, деменции сосудистого и сочетанного аль-цгеймеровско-сосудистого генеза рекомендуемые дозировки составляют 20-30 мл в 100-200 мл физиологического раствора, на курс лечения - 20 инфузий.
В нейропедиатрической практике - по 1-2 мл (до 1 мл на 10 кг массы тела) в/м ежедневно
Разделы: Фармакологическое действие, Фармакокинетика, Противопоказания, Беременность и лактация, Особые указания, Побочные действия - см. в инструкции по применению препарата.
H,N
ОН
NH,
живлении ран, функции иммунной системы, а также стимулирует секрецию гормона роста путём подавления секреции соматостатина [28]. В присутствии NO-синтетаз (гены NOS1, NOS2A, NOS3) из аргинина синтезируется оксид азота II (N0) - нейротрансмиттер, который также поддерживает системную и локальную гемодинамику через снижение тонуса гладкой мускулатуры сосудов. N0 диффундирует внутрь клеток гладкой мускулатуры и активирует гуанилат циклазу, которая производит циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) из гуа-нозинтрифосфата (ГТФ). Молекулы цГМФ активируют протеинкиназу G (PKG), которая модулирует чувствительность клеток к кальцию и, в конечном счёте, стимулирует вазодилатацию [29].
Уровни аргинина в плазме крови снижаются после ишемических событий [30], указывая на его потребление нейронами как антиишемического агента. После ишемии спинного мозга у крыс, аргинин предотвращал повреждения нейронов и стимулировал деление микроглиальных клеток [31]. Применение аргинина после острой асфиксии новорождённых крыс снизило потери нейронов на 50 % [32]. Нейропротективный эффект аргинина зависит от дозы, степени оксигенации мозговых тканей, размера инфаркта и содержания в тканях воды [33, 34]. Аргинин передаётся из глиальных клеток в нейроны при активации глиальных глута-матных рецепторов. Глия, таким образом, защищает нейроны от эксайтотоксичности [35]. В цереб-ролизине, стандартизированном по аминокислотам, аргинин содержится в заметных количествах: от 0,45 до 1,08 мг/мл. ^ л
Глутамин необходим для функции мозга, так как два самых важных нейротрансмиттера, глу-тамат и ГАМК, синтезируются именно из него. Глутамин способствует транспортировке азота и снижает уровни токсичных форм аммония в головном мозге [36]. Глутамин характеризуется умеренным нейропротек-тивным эффектом, так как глутамин синтетаза защищает нейроны от разрушения [37]. Глутамат-глутаминовый цикл - один из ключевых факторов апоптоза и некроза нейронов [38]. Пероральный глутамин используется для предотвращения периферических невропатий [39, 40]. Церебролизин не стандартизируется по глутамину и содержит следовые количества последнего (0,05-0,10 мг/мл).
Серин - метаболический предшественник нескольких аминокислот, в т. ч. глицина и цистеина. Обе оптически активные изоформы,
L-серин и D-серин, обладают биологической активностью. D-серин синтезируется из L-серина ферментом серин-рацемазы и активирует NMDA-рецепторы через взаимодействие с глициновым сайтом рецепторов [41, 42]. Секреция L-серина астроцитами регулируется в ответ на глутамат, что необходимо для выживания нейронов при ишемическом инсульте [43]. В церебролизине, стандартизированном по аминокислотам, содержатся небольшие количества серина (0,23-0,36 мг/мл).
Лизин занимает лидирующую позицию в аминокислотном спектре церебролизина (4,8-7,2 мг/мл).
Лизин оказывает противовирусное действие, участвует в формировании коллагена и восстановлении тканей. Его применяют в восстановительный период после операций и спортивных травм. Лизин снижает уровень триглицеридов в сыво-
H,N
ротке крови и является материалом для синтеза карнитина. Использование лизин гидрохлорида защищает клетки головного мозга от недостатка кислорода через стимуляцию энергетического метаболизма и ингибирование эффектов возбуждающих нейротрансмиттеров [44].
Фенилаланин преобразуется в L-тирозин. L-тиро- 0
зин, в свою очередь преобразуется в ДОФА, необхо- ^ он
соон
димую для синтеза катехоламинов. Фенилаланин существенно и обратимо
подавляет глутаминергическую передачу сигнала, а эндогенные производные фенилаланина проявляют значительные нейропротекторные свойства в эксперименте [45]. В церебролизине, стандартизированном по аминокислотам, фенилаланин содержится в значительных количествах (1,6-2,4 мг/мл).
Триптофан является биохимическим предшественником серотонина, синтезируемого посредством триптофан гидроксилазы [46, 47,
48], а серотонин, в свою очередь, преобразуется в нейрогормон мелатонин. Кинуре-нины - окисленные полупродукты метаболизма триптофана.
Триптофан - ингибитор образования кинурено-вой кислоты [48]. Кинуреновая кислота - антагонист глутаматных и никотиновых рецепторов [49]. Кинуреновая кислота может иметь важную роль в развитии неврологических и психических расстройств (кинуреновая гипотеза шизофрении). По данным новейшего исследования, проведённого H. Baran с соавт. в 2009 году, церебролизин (in vitro) снижает образование кинуреновой кислоты [48]. Хотя в церебролизине, стандартизированном по аминокислотам, триптофан содержится в заметных количествах (0,48-0,63 мг/мл), авторы работы [48] утверждают, что роль триптофана в понижении уровней кинуреновой кислоты in vitro маловероятна. Судя по данным, приведённым в работе [48], можно предположить, что in vitro ингибирование кинуренин-синтетазы осуществляется через неспецифическое взаимодействие пептидов церебролизина с молекулой фермента.
Аланин - важнейший коорди- _
натор возбуждающих и тормозных нейромедиаторов. Аланин в результате взаимодействия со специфическим рецептором на поверхности астроцитов блокирует захват ГАМК глиальными клетками и способствует снижению внеклеточного глутамата. Условия, повреждающие нейроны (гипоксия, гипогликемия, ишемия, окислительный стресс) значительно увеличивают секрецию аланина, препятствуя развитию эксайтотоксичности [50, 51]. Аланин обладает выраженным диуретическим действием и при этом выгодно отличается от классических диуретических средств, т. к. не требует корреляции электролитов. В церебролизине, стандартизированном по аминокислотам, аланин содержится в значительных количествах (2,4-3,6 мг/мл).
Другие типы функционального воздействия аминокислот на нейроны
Рассмотренные выше аминокислоты оказывают нейропротекторное воздействие через регулирование сигналов глутаматной системы нейронов головного мозга. Это основной, хотя далеко не единственный механизм нейропротекции аминокислотами. Нейропротекторные эффекты других
н,с
он
NH,
О
OJ
оо
Ж.
О
I—
•sf
(V
го
I ФАРМАКОДИНАМИКА ЦЕРЕБРОЛИЗИНА
аминокислот рассматриваются в настоящем разделе и заключаются, в основном, в антиоксидант-ном эффекте. Практически ничего неизвестно о нейропротекторных свойствах треонина, аспарагина и пролина. Изолейцин, лейцин и валин - гидрофобные алифатические аминокислоты, необходимые для метаболизма фенилаланина, обладают нейропротекторным эффектом на фоне фенилке-тонурии [52, 53].
Цистеин обладает антиоксидантными свойствами. Эти свойства особенно выражены в трипепти-де глутатиона, синтезирующегося из аминокислоты цистеина, глицина и глутамата. Цистеин может выступать в качестве антидота алкоголя, так как он нейтрализует токсичность ацетальдегида, основного побочного продукта метаболизма алкоголя [54]. №Ацетилцистеин - производное цистеина и является прекурсором в формировании мощнейшего антиоксиданта, глутатиона. Церебролизин не стандартизируется по цистеину и содержит следовые количества аминокислоты (0,03-0,06 мг/мл).
Тирозин является предшественником катехола-миновых нейротрансмиттеров и увеличивает уровни допамина и норадреналина в плазме. Было установлено, что приём тирозина полезен при условиях стресса, холода, усталости, продолжительного лишения сна. В эксперименте, наблюдалось уменьшение уровней гормонов стресса [55] и снижение индуцированной потери массы. В клинических испытаниях, применение тирозина приводило к улучшению когнитивных и физических показателей состояния пациентов [56]. Церебролизин не стандартизируется по тирозину и содержит следовые количества последнего (0,05-0,07 мг/мл).
Метионин является промежуточным метаболитом при биосинтезе цистеина, карнитина, таурина, лецитина, и фосфатидилхолина. Производное метионина, S-аденозилметионин, увеличивает эффективность глутатиона за счёт увеличения активности глутатион^-трансферазы, что обуславливает важную роль этого производного метионина в антиоксидантной нейропротекции [57]. В церебро-лизине, стандартизированном по аминокислотам, содержатся небольшие количества метионина (0,41-0,62 мг/мл).
Гистидин в составе церебролизина может быть использован для биосинтеза карнозина. Карнозин -дипептид, состоящий из аланина и гистидина, с наивысшей концентрацией в головном мозге и в мышечной ткани. Карнозин предотвращает апоптоз нейронов через уменьшение уровней расщеплённой формы каспазы-3 [58], проявляет антиоксидантные свойства [59] и обладает иммуномодулирующими свойствами. В церебролизине, стандартизированном по аминокислотам, гистидин содержится в значительных количествах (1,20-1,48 мг/мл).
Заключение
Аминокислоты, будучи строительными блоками белков, обладают общей трофической активностью. В составе церебролизина, аминокислоты могут рассматриваться не только как часть питательной среды, необходимой для выживания нейронов, но и как стабилизационный компонент для сохранения пространственной структуры и активности нейропептидной фракции. Нейропротек-торные свойства аминокислот могут проявляться в диапазоне концентраций намного ниже потребности нейронов в аминокислотах как строительном материале. Последнее становится понятным после систематического рассмотрения нейрологи-ческих эффектов аминокислот. Так, большинство аминокислот воздействуют на NMDA-рецепторыJ опосредующие нейротрансмиссию, либо непосредственно являясь нейротрансмиттерами (глу-
тамат, аспартат), биосинтетическими предшественниками нейротрансмиттеров (глутамин, аспарагин), либо же модулируя функцию или уровни рецепторов (глицин, серин, аргинин, лизин). Поэтому именно нейрохимические, а не общетрофические свойства аминокислот обуславливают их нейропротекторное воздействие в составе препарата церебролизин, дополняя и усиливая нейро-трофические эффекты нейропептидов препарата. Синергидное действие аминокислот и нейропептидов церебролизина способствует более разностороннему и глубокому воздействию на ишемический каскад, замедляя его прогрессию и ускоряя, тем самым, восстановление пациентов.
Литература
1. Торшин И.Ю., Громова О.А. Мультимодальный эффект церебролизна против воинствующего редукционизма // Казанский Неврологический журнал им. В.М. Бехтерева. 2008; 8: 45-49.
2. Громова О.А., Гупало Е.М., Торшин И.Ю. Церебролизин: анализ фундаментальных и клинических исследований. РСЦ ИМ ЮНЕСКО. М.: 2008; 142.
3. Sharma H.S. Neurobiology of the CNS injury and repair: New roles of amino acids, growth factors and neuropeptides - introduction // Amino Acids. 2002; 23: 1-3: 217-219.
4. Kretschmer B.D., Schmidt W.J., Kostrzewa R.M., Marschitz-Herra M. Amino acids in neurobiology: neuroprotective and neurotoxic aspects of amino acids involved in neurotransmission and neuromodulation - general introduction // Amino Acids. 2002; 23: 1-3: 1-7.
5. Andersson H., Lindqvist E, Olson L. Plant-derived amino acids increase hippocampal BDNF NGF c-fos and hsp70 mRNAs // Neuroreport. 1997; 8: 8: 1813-1817.
6. АшмаринИ.П., СтукаловП.В. Нейрохимия. М.: НИИ биомедхимии, 1996.
7. Wang M., Yang Y., DongZ., Cao J., Xu L. NR2B-containing N-methyl-D-aspartate subtype glutamate receptors regulate the acute stress effect on hippocampal long-term potentiation/long-term depression in vivo // Neuroreport. 2006; 17: 12: 1343-1346.
8. Schwendt M., Jezova D. Gene expression of NMDA receptor subunits in rat adrenals under basal and stress conditions // J Physiol Pharmacol. 2001; 52: 4 Pt 2: 719-727.
9. Jezova D., TokarevD., Rusnak M. Endogenous excitatory amino acids are involved in stress-induced adrenocorticotropin and catecholamine release // Neuroendocrinology. 1995; 62: 4: 326-332.
10. Usman J. Long-term potentiation: outstanding questions and attempted synthesis // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2003; 358: 829-842.
11. Mattson M.P. Calcium and free radicals: mediators of neurotrophic factor and excitatory transmitter-regulated developmental plasticity and cell death // Perspect Dev Neurobiol. 1996; 3: 79-91.
12. Suzuki M. et al. Glutamate enhances proliferation and neurogenesis in human neural progenitor cell cultures derived from the fetal cortex // Eur J Neu-rosci. 2006; 24: 645-653.
13. Marini A.M.et al. Activity-dependent release of brain-derived neurotrophic factor underlies the neuroprotective effect of N-methyl-D-aspartate // J Biol Chem. 1998; 273: 29394-29399.
14. Lee J., Duan W., Mattson M.P. Evidence that brain-derived neurotrophic factor is required for basal neurogenesis and mediates, in part, the enhancement of neurogenesis by dietary restriction in the hippocampus of adult mice // J Neu-rochem. 2002; 82: 1367-1375.
15. Mattson M.P. Glutamate and neurotrophic factors in neuronal plasticity and disease // Ann N Y Acad Sci. 2008; 1144: 97-112.
16. Jean Y.Y., LercherL.D., Dreyfus C.F. Glutamate elicits release of BDNF from basal forebrain astrocytes in a process dependent on metabotropic receptors and the PLC pathway // Neuron Glia Biol. 2008; 4: 1: 35-42.
17. Mattson M.P. Excitotoxic and excitoprotective mechanisms: abundant targets for the prevention and treatment of neurodegenerative disorders // Neu-romolecular Med. 2003; 3: 65-94.
18. HazellA.S. Excitotoxic mechanisms in stroke: an update of concepts and treatment strategies // Neurochem Int. 2007; 50: 941-953.
19. Skvortsova V.I., Raevskii K.S., Kovalenko A.V. et al. Levels of neurotransmitter amino acids in the cerebrospinal fluid of patients with acute ischemic insult // Neurosci Behav Physiol. 2000; 30: 5: 491-495.
20. Watkins J.C., Jane D.E. The glutamate story. Br J Pharmacol. 2006;147 Suppl :S100-S108.
21. Wood AM, Bristow DR. N-methyl-D-aspartate receptor desensitisation is neuroprotective by inhibiting glutamate-induced apoptotic-like death // J Neurochem. 1998; 70: 2: 677-687.
22. Bazan-Peregrino M., Gutierrez-Kobeh L., Moran J. Role of brain-derived
neurotrophic factor in the protective action of N-methyl-D-aspartate in the apop-totic death of cerebellar granule neurons induced by low potassium // J Neurosci Res.2007; 85: 2: ЗЗ2-З41.
23. Hughes P., Beilharz E., Gluckman P., Dragunow M. Brain-derived neu-rotrophic factor is induced as an immediate early gene following N-methyl-D-aspartate receptor activation // Neuroscience. 199З; 57: 2: З19-З28.
24. Cervetto C., Taccola G. GABAA and strychnine-sensitive glycine receptors modulate N-methyl-D-aspartate-evoked acetylcholine release from rat spinal motoneurons: a possible role in neuroprotection // Neuroscience. 2008; 154: 4: 1517-24.
25. Wang G.H., JiangZ.L., FanX.J., ZhangL., LiX., Ke K.F. Neuroprotective effect of taurine against focal cerebral ischemia in rats possibly mediated by activation of both GABAA and glycine receptors // Neuropharmacology. 2007; 52: 5: 1199-209.
26. Kvrivishvili G. Glycine and neuroprotective effect of hypothermia in hypoxic-ischemic brain damage // Neuroreport. 2002; 1З: 1б: 1995-2000.
27. Gusev E.I., Skvortsova V.I., Dambinova S.A. et al. Neuroprotective effects of glycine for therapy of acute ischaemic stroke // Cerebrovasc Dis. 2000; 10: 1: 49-б0.
28. Alba-Roth J., Muller O.A., Schopohl J., von Werder K. Arginine stimulates growth hormone secretion by suppressing endogenous somatostatin secretion // J Clin Endocrinol Metab. 1988; б7: б: 118б-1189.
29. Ignarro L.J. Nitric oxide. A novel signal transduction mechanism for tran-scellular communication // Hypertension. 1990; 1б: 5: 477-48З.
30. Armengou A., Hurtado O., Leira R. et al. L-arginine levels in blood as a marker of nitric oxide-mediated brain damage in acute stroke: a clinical and experimental study // J Cereb Blood Flow Metab. 200З; 2З: 8: 978-984.
31. Tuncer M.C., Hatipoglu E.S., Ozturk H., Kervancioglu P., Buyukbayram H. The effects of L-arginine on neurological function, histopathology, and expression of hypoxia-inducible factor-1 alpha following spinal cord ischemia in rats // Eur Surg Res. 2005; З7: б: З2З-З29.
32. Martinez-Orgado J., Fernandez-Frutos B., Gonzalez R. et al. Neuroprotective effect of L-arginine in a newborn rat model of acute severe asphyxia // Biol Neonate. 2005; 88: 4: 291-8.
33. Temiz C., Tun K., Ugur H.C., Dempsey R.J., Egemen N. L-arginine in focal cerebral ischemia // Neurol Res. 200З; 25: 5: 4б5-470.
34. Cherian L., Chacko G., Goodman C., Robertson C.S. Neuroprotective effects of L-arginine administration after cortical impact injury in rats: dose response and time window // J Pharmacol Exp Ther. 200З; З04: 2: б17-б2З.
35. Grima G., Benz B., Do K.Q. Glial-derived arginine, the nitric oxide precursor, protects neurons from NMDA-induced excitotoxicity // Eur J Neurosci. 2001; 14: 11: 17б2-1770.
36. Gras G., Porcheray F., Samah B., Leone C. The glutamate-glutamine cycle as an inducible, protective face of macrophage activation // J Leukoc Biol. 200б; 80: 5: 10б7-75.
37. Gorovits R., Avidan N., Avisar N., Shaked I., Vardimon L. Glutamine synthetase protects against neuronal degeneration in injured retinal tissue // Proc Natl Acad Sci U S A. 1997; 94: 1З: 7024-7029.
38. Ramonet D., Rodriguez M.J., Fredriksson K., Bernal F., Mahy N. In vivo neuroprotective adaptation of the glutamate/glutamine cycle to neuronal death // Hippocampus. 2004; 14: 5: 58б-594.
39. Amara S. Oral glutamine for the prevention of chemotherapy-induced peripheral neuropathy // Ann Pharmacother. 2008; 42: 10: 1481-5.
40. Stubblefield M.D., Vahdat L.T., Balmaceda C.M. et al. Glutamine as a neuroprotective agent in high-dose paclitaxel-induced peripheral neuropathy: a clinical
and electrophysiologic study // Clin Oncol (R Coll Radiol). 2005; 17: 4: 271-276.
41. Mothet J.P., Parent A.T., Wolosker H. et al. D-serine is an endogenous ligand for the glycine site of the N-methyl-D-aspartate receptor // Proc Natl Acad Sci U S A. 2000; 97: 9: 4926-4931.
42. Wolosker H., Panizzutti R., De Miranda J. Neurobiology through the looking-glass: D-serine as a new glial-derived transmitter // Neurochem Int. 2002; 41: 5: 327-332.
43. Yamagata K., Shoji Y., Terashima T., Yokogoshi H. Glutamate reduces secretion of l-serine in astrocytes isolated from stroke-prone spontaneously hypertensive rats // Neuroscience. 2006; 143: 3: 729-37.
44. Hong-Ping G., Bao-Shan K.U. Neuroprotective effect of L-lysine monohydrochloride on acute iterative anoxia in rats with quantitative analysis of elec-trocorticogram // Life Sci. 1999; 65: 2: PL19-PL25.
45. Kagiyama T., Glushakov A.V., Sumners C. et al. Neuroprotective action of halogenated derivatives of L-phenylalanine // Stroke. 2004; 35: 5: 1192-6.
46. Fernstrom J.D. Role of precursor availability in control of monoamine biosynthesis in brain // Physiol Rev. 1983; 63: 2: 484-546.
47. Schaechter J.D., Wurtman R.J. Serotonin release varies with brain tryptophan levels // Brain Res. 1990; 532: 1-2: 203-210.
48. Baran H., Kepplinger B. Cerebrolysin lowers kynurenic acid formation -an in vitro study // Eur Neuropsychopharmacol. 2009 Mar; 19: 3: 161-8.
49. Stone T.W., ForrestC.M., Mackay G.M., StoyN., Darlington L.G. Tryptophan, adenosine, neurodegeneration and neuroprotection // Metab Brain Dis. 2007; 22: 3-4: 337-352.
50. SaransaariP., Oja S.S. Beta-alanine release from the adult and developing hippocampus is enhanced by ionotropic glutamate receptor agonists and cell-damaging conditions // Neurochem Res. 1999; 24: 3: 407-414.
51. Conger K.A., Garcia J.H., Kauffman F.C. et al. Alanine: Glutamate ratios as an index of reversibility of cerebral ischemia in gerbils // Exp Neurol. 1981; 71: 2: 370-382.
52. Leuzzi V., Fois D., Carducci C., Antonozzi I., Trasimeni G. Neuropsychological and neuroradiological (MRI) variations during phenylalanine load: protective effect of valine, leucine, and isoleucine supplementation // J Child Neurol. 1997; 12: 5: 338-340.
53. Berry H.K., Brunner R.L., Hunt M.M., White P.P. Valine, isoleucine, and leucine. A new treatment for phenylketonuria // Am J Dis Child. 1990; 144: 5: 539-543.
54. Sprince H., Parker C.M., Smith G.G., Gonzales L.J. Protective action of ascorbic acid and sulfur compounds against acetaldehyde toxicity: implications in alcoholism and smoking // Agents Actions. 1975; 5: 2: 164-173.
55. Reinstein D.K., Lehnert H., Wurtman R.J. Dietary tyrosine suppresses the rise in plasma corticosterone following acute stress in rats // Life Sci. 1985; 37: 23: 2157-2163.
56. Deijen J.B., Wientjes C.J., Vullinghs H.F., Cloin P.A., Langefeld J.J. Tyrosine improves cognitive performance and reduces blood pressure in cadets after one week of a combat training course // Brain Res Bull. 1999; 48: 2: 203-209.
57. Tchantchou F., Graves M., Falcone D., Shea T.B. S-adenosylmethionine mediates glutathione efficacy by increasing glutathione S-transferase activity: implications for S-adenosyl methionine as a neuroprotective dietary supplement // J Alzheimers Dis. 2008; 14: 3: 323-328.
58. Tang S.C., Arumugam T.V., Cutler R.G. et al. Neuroprotective actions of a histidine analogue in models of ischemic stroke // J Neurochem. 2007; 101: 3: 729-36.
59. Klebanov G.I., Teselkin Yu.O., Babenkova I.V. et al. Effect of carnosine and its components on free-radical reactions // Membr Cell Biol. 1998; 12: 1: 89-99.
О
OJ
oo
2
О
I—
•sf
(V
J
