ГАМК: Спи, моя радость, усни

Данная статья была опубликована на сайте «Medach», 19.12.2015.

История открытия некоторых нейромедиаторов порой поражала своей закрученностью: сначала адреналин открыли путём введения подопытным экстракта надпочечников, потом оказалось, что при нанесении вытяжки из блуждающего нерва напрямую на сердце подопытного животного сердце замедляет свой ритм из-за ацетилхолина. Подобных историй можно найти много, однако история открытия ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты) выбивается из общего ряда. Я бы даже сказал, что в данном случае история открытия прямо коррелирует с физиологическими эффектами этого нейромедиатора:

1883 год – Первые сообщения о синтезе ГАМК, вне контекста фармакологии и физиологии
1950 год – Во время изучения химического состава мозга позвоночных с помощью бумажной хроматографии было выделено в больших количествах соединение, реагировавшее с нингидрином. Причём данное соединение находилось именно в нервной ткани – ганглии, мозг – и только следовые количества его могли быть обнаружены в крови, моче и иных биологических жидкостях. В дальнейшем это соединение было идентифицировано Робертсом и Франкелем как ГАМК.

То есть в истории открытия ГАМК отсутствует какой бы то ни было экстрим, азарт, эйфория и безудержное веселье, наблюдавшееся в опытах с, например, блокаторами холинорецепторов.

Так что же представляет собой ГАМК? Вот же она:

Простенькая аминокислота, которая выполняет уйму функций, не ограничиваясь нейромедиаторными.

В организме ГАМК синтезируется из глутаминовой кислоты (он же – глутамат) с помощью фермента глутаматдекарбоксилазы (GAD) и в присутствии витамина В6 в качестве кофактора. Сама же глутаминовая кислота образуется следующими путями:

Интересно также, что глутамат, будучи биохимическим предшественником ГАМК, является возбуждающим нейромедиатором, и ГАМК при определённых условиях способна превращаться обратно в глутамат по биохимическому пути называемому «ГАМК-шунт»: ГАМК-трансаминаза, которая тоже использует витамин В6 как кофактор, превращает ГАМК в янтарный полуальдегид, который превращается дегидрогеназой янтарного полуальдегида в янтарную кислоту, которая в свою очередь участвует в цикле Кребса. В цикле Кребса вырабатывается альфа-кетоглутарат, из которого синтезируется глутамат.

Окончательный катаболизм ГАМК возможен на стадии янтарного полуальдегида, когда он реагирует не со специфической дегидрогеназой, а с альдокеторедуктазой, в результате чего получается ГОМК – гамма-оксимасляная кислота. Её натриевую или магниевую соль, например, принято в определённых кругах и называть бутиратом, ну или пляс-водой. Это соединение тоже имеет определённое фармакологическое действие на ЦНС человека, однако оно быстро распадается в конечном итоге до углекислого газа и воды.

Функции ГАМК

ГАМК как нейромедиатор

В качестве нейромедиатора ГАМК выполняет в первую очередь тормозящие функции. Активируя ГАМК-рецептор на поверхности клеточной мембраны, она открывает ионный канал, который пропускает ионы [Cl— ] внутрь клетки или выпускает [K+ ] из неё в межклеточное пространство. Оба этих действия ведут к гиперполяризации мембраны нейрона. Во время периода гиперполяризации, который длится всего несколько миллисекунд, невозможна генерация разности потенциалов между внешней и внутренней стороной мембраны нейрона, что ведёт к задержке в передаче нервного импульса. На уровне же организма это ведёт к задержке при реакции на внешние раздражители или стимулы. Похожий механизм наблюдается в схеме действия агонистов мю-опиоидных рецепторов, которые через цепь посредников так же, как и ГАМК, открывают ионный канал, который выпускает ионы калия из клетки, не давая ей возможности создать разность потенциалов.

Также интересно, что если в полностью сформировавшемся мозге ГАМК выполняет тормозящие функции, то в развивающемся мозге этот же нейромедиатор может работать в качестве возбуждающего. В опытах на нейронах новорождённых крыс было обнаружено повышение внутриклеточной концентрации Ca2+ при добавлении в перфузат ГАМК, и это кардинально отличается от того, что происходит во взрослом мозге, где при активации ГАМК-рецепторов концентрация Са2+, наоборот, снижается. В том же эксперименте было показано, что повышение концентрации ионов кальция в нейронах новорождённых крыс может быть заблокировано путём перфузии антагонистом ГАМК-А рецепторов бикукуллином, либо блокатором кальциевых каналов L-типа нимодипином. Механизм, по которому происходит переключение роли ГАМК с возбуждающего нейромедиатора на тормозящий, в настоящее время изучен недостаточно.

Существует три типа ГАМК-рецепторов: ГАМК-А, ГАМК-Б и ГАМК-С (иногда указывается как ГАМК-ро). ГАМК-А и ГАМК-С являются ионотропными (бикукуллин и пикротоксин –чувствительные), ГАМК-Б – метаботропным (баклофен-чувствительный) рецептором. Стоит отметить, что ГАМК-А и ГАМК-С (иногда – ро/rho) рецепторы иногда объединяются в одну группу.

Ионотропные ГАМК рецепторы состоят из пяти субъединиц и служат каналами для хлорид-ионов. По своему составу и функциям белковые субъединицы также могут различаться, образуя различные комбинации с различными функциями.

ГАМК-ро рецепторы (они же ГАМК-С) также относятся к ионотропным и также, как и ГАМК-А рецепторы, участвуют в транспорте хлорид-ионов. Также как и ГАМК-А рецепторы, ГАМК-ро рецепторы являются пентамерными, но в отличие от ГАМК-А они могут состоять из одинаковых субъединиц (т.е. быть гомопентамерными — (?15, ?25, ?35)). В ГАМК-ро рецепторе могут присутствовать только ро-субъединицы, хотя есть и исключение: ?1 может входить в состав ГАМК-А рецепторов, содержащих как минимум одну гамма-2 субъединицу. Отличительной их особенностью является большее время, на которое открывается ионный канал при активации рецептора: ГАМК-А рецепторы активируются и инактивируются очень быстро – ионный канал открывается на время до 5 миллисекунд, в то время как ГАМК-ро рецепторы могут провести в открытом состоянии до 15-20 миллисекунд. Несмотря на то, что эти рецепторы являются ионтропными, они не проявляют чувствительности к бикукуллину и не блокируются пикротоксином (как ГАМК-А рецепторы), также они нечувствительны к баклофену (как ГАМК-Б рецепторы). У них также отсутствует чувствительность к бензодиазепинам, барбитуратам и нейростероидам. Избирательными агонистами являются (+)-CAMP и цис-4-аминокротоновая кислота, а антагонистами — TPMPA и оксид азота (I). Следует заметить, что оксид азота (I) в отношении ?1-гомопентамерного ГАМК-ро рецептора является положительным аллостерическим модулятором.

ГАМК-Б рецепторы являются метаботропными. В отличие от ГАМК-А и ро рецепторов, которые непосредственно осуществляют транспорт ионов хлора, ГАМК-Б рецепторы влияют на внутриклеточную концентрацию ионов калия путём открытия калиевых ионных каналов через цепь вторичных посредников. Этот тип рецепторов связан с Gi-белком, который осуществляет внутриклеточную сигнализацию путём ингибирования аденилатциклазы и последующего снижения конверсии АТФ в цАМФ. При этом повышается активность ионного канала для калия GIRK (главным образом GIRK3). Пресинаптические ГАМК-Б рецепторы при своей активации также снижают проницаемость мембраны для ионов кальция, что задерживает выброс нейромедиаторов в межсинаптическое пространство. ГАМК-Б рецептор является гетеродимерным и состоит из двух субъединиц: ГАМК-Б1 и ГАМК-Б2.

Отличительной особенностью ГАМК-рецепторов является то, что они расположены буквально везде – постсинаптически, пресинаптически и даже экстрасинаптически, вне региона синаптического контакта. Большая часть рецепторов к ГАМК находится на следующих типах клеток:

Одним из самых изученных подтипов ГАМК-эргических нейронов являются канделябровидные клетки. Они расположены в коре, формируют контакты исключительно с пирамидальными нейронами и участвуют в «фильтрации» импульсов с пирамидальных нейронов к другим клеткам. Канделябровидные клетки богаты ферментами глутаматдекарбоксилазой и GAT-1; первый участвует в синтезе ГАМК, а второй – в обратном захвате этого нейромедиатора. Несмотря на тормозящее действие, они способны к быстрой генерации импульсов, и,согласно современным данным, могут быть двух видов – парвальбумин-положительные (PV-positive) и парвальбумин-негативные (PV-negative). Также интересно, что при ИГХ-окрашивании срезов мозга людей, страдавших шизофренией, антителами к глутаматдекарбоксилазе, в канделябровидных клетках обнаружено значительное снижение количества этого фермента, что в свою очередь вызывало снижение тормозящей функции этих клеток.

Фармакология ГАМК-рецепторов

Как и должно быть по канонам истории, лиганды этого рецептора были известны человеку задолго до изобретения слова «лиганд» и задолго до, собственно, выделения каких-либо действующих веществ из натурального сырья. В данном случае под натуральным сырьём стоит понимать обычную валериану лекарственную, которая известна человечеству ещё с античности и использовалась в лечении различных форм «одержимости», так как раньше считалось, что большая часть психических заболеваний вызывалась именно злыми потусторонними силами. Стоит отметить, что за две с половиной тысячи лет, показания к применению экстрактов валерианы лекарственной не претерпели существенных изменений: бессонница, беспокойство, нервные тики, и, самая писечка, женская истерия. Очевидно, что в данном случае имеется ввиду лечение недостатка витамина Е в организме и психозы на фоне ПМС. Касательно ПМС и ГАМК – среди фармакологов ходит легенда, что бедного будапештского химика жена так терроризировала во время ПМС, что он изобрёл тофизопам, более известный отечественному читателю как грандаксин.

И на счёт валерианы стоит добавить, что из нескольких активных веществ, в ней содержащихся, большая часть так или иначе является агонистами, либо положительными аллостерическими модуляторами, ГАМК-рецепторов. Сюда входят: валериановая кислота, изовалериановая кислота (прямые агонисты) и валереновая кислота с изовалерамидом (аллостерические модуляторы).

Всё бы было хорошо, но человеку свойственно иногда иметь желание подрыгать конечностями. На этот случай присутствуют антагонисты ГАМК-рецепторов. В исторической ретроспективе самым распространённым и известным ГАМК-блокатором является туйон, компонент абсента, который настоян на полыни горькой. Учёные долгое время считали это вещество, основывая свои выводы на его нетипичной структуре, лигандом каннабиноидных рецепторов, однако исследования показали, что он избирательно блокирует ГАМК-А рецепторы. К эффектам туйона относят ксантопсию (изменение цветового восприятия в сторону жёлтого цвета) и галлюцинации. Хотя автор пил абсент в больших количествах, единственный эффект которым могу похвастаться, была лишь лёгкая ксантопсия.

Первыми синтетическими лигандами ГАМК-рецепторов были хлоральгидрат, синтезированный Юстусом Либихом в 1832 году, и барбитал, синтезированный в 1902 году Фишером и Мерингом. Позже, в 1955 году, Лео Штернбах открыл способность хлордиазепоксида подавлять тревогу, таким образом открыв для фармакологии эру бензодиазепинов. Примерно в это же время в США патентуют метаквалон, тоже продвигая его в качестве безопасного заменителя барбитуратов. В 1962 году был изобретён баклофен, избирательно активировавший ГАМК-Б рецепторы и благодаря которому этот подкласс ГАМК-рецепторов был выделен отдельно от ГАМК-А рецепторов.

К тому времени уже было известно, что ГАМК как таковая неспособна при пероральном приёме или внутривенном введении пересечь гематоэнцефалический барьер. Эта возмутительная фича в фармакодинамике ГАМК подвигла советских учёных изобрести в 1969 году пикамилон – пролекарство, являющееся ГАМК, «сшитой» с никотиновой кислотой. Такое соединение хорошо преодолевает ГЭБ, и уже за ГЭБом гидролизуется на собственно никотиновую кислоту и ГАМК.

Из новинок линейки стоит отметить прегабалин – вещество, открытое в середине нулевых, но уже завоевавшее популярность и одобрение пациентов. Несмотряна его структурное сходство с ГАМК, оно не является ни аллостерическим модулятором, ни прямым агонистом. Оно взаимодействует с ?2?-субъединицей кальциевого ионного канала. Ионные каналы, содержащие эту субъединицу, располагаются в основном на ГАМК-эргических нейронах; соответственно, их активация вызывает последующую активацию ГАМК-рецепторного комплекса. Данное вещество продаётся под торговым названием «Лирика». Стоит заметить, что старый агонист ГАМК-Б рецепторов, фенибут, наряду с прямым действием на эти рецепторы, так же как и прегабалин, имеет аффинитет к кальциевым ионным каналам, содержащим ?2?-субъединицу.

К большому сожалению, человек – существо ленивое. Ему хочется просто лежать на диване под транками и ничего не делать. В результате чего получилась ситуация, когда в медицинской практике применяются десятки агонистов ГАМК-рецепторов и лишь один антидот при отравлении ими – флумазенил. Его дозы составляют несколько сотен микрограмм: при острой фазе отравления ГАМК-агонистами его вводят по 200 мкг в минуту; эффект интоксикации проходит через 5 минут. Рекомендуется использовать не более 3мг (3000мкг) в час.

Хотя, конечно, не всегда желание заблокировать ГАМК-рецепторы связано с необходимостью проснуться от долгого и качественного сна, вызванного транквилизаторами. Иногда это делается с целью убить кого-либо. Существует целая группа соединений, называемая «судорожными ядами». Они делятся на три группы:

• Блокаторы путей синтеза ГАМК
• Блокаторы ГАМК-рецепторов
• Блокаторы высвобождения ГАМК

К первой группе относятся некоторые гидразиновые соединения, в том числе и ранние неселективные и необратимые ИМАО (например, фенелзин в больших количествах). Они действуют по двум путям: либо блокируют ГАМК-трансаминазу, либо в случае соединений с малым молекулярным весом (гидразин, несимметричный диметилгидразин) вступают в реакцию с витамином В6, образуя пиридоксальгидразон, который уже не может выступать кофактором в процессах синтеза ГАМК.

Стоит отметить, что в случае отравления блокаторами синтеза ГАМК наблюдается относительно продолжительный скрытый период в отравлении: это связано с тем, что в глиальных клетках, окружающих ГАМК-эргический нейрон, имеются некоторые запасы ГАМК, которые могут использоваться в случае чего. Терапия – витамин В6 в больших количествах, для снятия судорог можно использовать диазепам.

Ко второй группе можно отнести в основном блокаторы ГАМК-А рецепторов – бикукуллин, пикротоксин (являющийся эквимолярной смесью пикротинина и пикротина), упоминавшийся выше туйон и довольно интересное соединение – вещество Мидлтона (иногда обозначают как норборнан). Крайне реакционноспособное каркасное соединение, сайт связывания которого находится в области, наиболее близкой к ионному каналу. Это вещество связывается с рецептором необратимо, терапии нет, смерть неизбежна, Россия – наше отечество. К счастью, оно применяется лишь в исследованиях.

Интересным соединением также является ДСТА, которое имеет схожий механизм действия и, по некоторым данным, использовалось как яд от вредителей.

Также существуют соединения класса бициклофосфатов, которые, в отличие от иной ядовитой фосфорорганики, действуют через ГАМК-рецепторы. К счастью, из-за их физико-химических свойств они не являются подходящими кандидатами для принятия на вооружение, так что они также используются лишь в нейрофизиологических исследованиях.

К ингибиторам высвобождения ГАМК можно отнести бактериальный токсин тетанотоксин, вырабатываемый Clostridium tetani (столбнячная палочка). Его строение и функции во многом похожи на ботулотоксин, правда, в отличие от ботулотоксина, который нарушает высвобождение возбуждающего нейромедиатора ацетилхолина, тетанотоксин блокирует высвобождение везикул с ГАМК, являющимся тормозящим нейромедиатором. В данном случае лечение имеется как и этиотропное (введение противостолбнячной сыворотки), так и симптоматическое (миорелаксанты и транквилизаторы).

Так что будьте спокойны: для этого у современной науки есть все средства.

http://themedicalbiochemistrypage.org/nerves.php Michael W King, PhD

«Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита», С. А. Куценко

«Regulation of adult neurogenesis by GABAergic transmission: signaling beyond GABAA-receptors», Marta Pallotto, Francine Deprez

«Effects of GABA Receptor Antagonists on Retinal Glycine Receptors and on Homomeric Glycine Receptor Alpha Subunits», Peiyuan Wang, Malcolm M. Slaughter

«Use of concatamers to study GABAA receptor architecture and function: application to ?-subunit-containing receptors and possible pitfalls» Erwin Sigel, Kuldeep H. Kaur, Benjamin P. L?scher, Roland Bau

«Inhibition in the Nervous System and Gamma-aminobutyric Acid», Roberts, E., Baxter, C.F., Van Harreveld, A., Wiersma, C.A.G., Adey. W.R., and Killam, K.F.

«The Biochemical Basis of Neuropharmacology», Jack R. Cooper,Floyd E. Bloom,Robert H. Roth

Источник: m.vk.com

Комментарии: