“...исследуемые соединения, которые избирательно воздействуют на растущий набор аллостерических модуляторов ГАМКА-рецепторов, могут быть использованы в качестве будущих лекарств...”
Мидазолам - это бензодиазепин, который в низких дозах широко используется в перипроцедурных учреждениях для обеспечения амнезии, анксиолиза и седативного действия, в то время как высокие дозы реже используются для наведения гипноза (потери сознания). Мидазолам также используется для острого подавления судорог. Молекулярными мишенями, опосредующими эти лекарственные эффекты, являются рецепторы γ-аминомасляной кислоты типа А (ГАМКАА) в центральной нервной системе, управляемые пентамерными лигандами хлоридные каналы, которые при активации гиперполяризуют нейроны и подавляют их активацию. Это чрезмерно упрощенная история, которой мы обучаем студентов-медиков, опуская многие подробные научные открытия и вопросы, на которые нет ответов, что делает историю бензодиазепинов увлекательной, многогранной и открытой. К числу важных вопросов относятся следующие: Какие типы ГАМКАА-рецепторов опосредуют различные нейробиологические эффекты бензодиазепинов? Какие нейронные цепи отвечают за эти эффекты? Как подтипы ГАМКАА-рецепторов распределены в этих цепях и связанных с ними глиальных клетках? Могут ли фармакологические препараты, воздействующие на бензодиазепиновые рецепторы, избирательно лечить неврологические расстройства? Новый фрагмент этой истории представлен в этом номере журнала "Анестезиология" в статье Пуч-Боша и др.1, опубликованной в результате международного исследовательского сотрудничества. Элегантные эксперименты, описанные Пуч-Бошем и др. используйте ткани трансгенных животных, содержащие мутации, которые снижают чувствительность к мидазоламу, для изучения роли специфических субъединиц ГАМКАА-рецептора в нейронных цепях, участвующих в амнезии, седативном действии и гипнозе. Основные результаты, изложенные в названии, указывают на участие α1-содержащих рецепторов в воздействии мидазолама на изучаемые нейронные цепи.
Эти эксперименты основаны на знаниях, полученных в результате десятилетий исследований молекулярных механизмов действия бензодиазепинов и нейронных цепей, с использованием постоянно растущего набора исследовательских инструментов. Ключевые экспериментальные подходы варьируются от молекулярных исследований до исследований на животных, охватывая генетику, изучение структуры белков, электрофизиологию, нейроанатомию, фармакологию и поведение. Молекулярная фармакология бензодиазепинов помогает нам понять стратегию, используемую Пуч-Бошем и соавторами. В геноме человека закодировано девятнадцать субъединиц ГАМКА-рецептора: от α1 до α6, от β1 до β3, от γ1 до γ3, от δ, от ε, от Φ, от π и от ρ1 до ρ3.2 Среди многих тысяч возможных комбинаций пентамерных субъединиц в нейронах и глиальных клетках центральной нервной системы существует всего несколько десятков. Классические бензодиазепины, такие как мидазолам, нацелены на типичные постсинаптические рецепторы, которые содержат две α-субъединицы, две β-субъединицы и γ-субъединицу, расположенные так, как показано на рисунке 1. Эта конфигурация была впервые предложена на основе функциональных электрофизиологических исследований генно-инженерных комплексов субъединиц, которые ограничивали их расположение, и позже подтверждена с помощью криоэлектронной микрофотографии.3,4 Фотолаборатория и криоэлектронная микрофотография выявляют связывание бензодиазепина на внеклеточной границе раздела между α- и γ-субъединицами, вблизи гистидина в положении 102 в α1.5,6 Эти участки являются структурными гомологами внеклеточных карманов, где γ-аминомасляная кислота связывается между β- и α-субъединицами, параллельные данные свидетельствуют о том, что бензодиазепины действуют как аллостерические коагонисты.7 Электрофизиологические исследования ГАМКАА-рецепторов, содержащих различные субъединицы, показали, что классические бензодиазепины усиливают активацию при включении субъединиц α1, α2, α3 и α5, но не α4 или α6. Все α-субъединицы, чувствительные к бензодиазепинам, содержат гистидины в положениях, гомологичных a1H102, в то время как α4 и α6 содержат остатки аргинина. Мутация этих гистидинов в чувствительных к бензодиазепинам α-субъединицах в аргинины делает рецепторы нечувствительными к бензодиазепинам8.
Участники исследовательского сотрудничества создали трансгенные линии мышей с мутациями гистидин-аргинин в каждом из четырех типов α-субъединиц, чувствительных к бензодиазепинам: α1-KI, α2-KI, α3-KI и α5-KI. Путем скрещивания этих линий они также создали тройные мутантные линии мышей только с одним подтипом α, чувствительным к бензодиазепинам. Таким образом, в линиях α1/2/3-KI, α1/3/5-KI и α2/3/5-KI бензодиазепины воздействуют только на α5, α2 или α1-рецепторы соответственно. С точки зрения интерпретации, эти вводные строки идеально подходят для определения того, является ли конкретный подтип α необходимым и достаточным для достижения конкретного результата. В этом случае однократное введение подтипа должно устранить эффект бензодиазепинов, в то время как дополнительное тройное введение должно сохранить чувствительность к бензодиазепинам.
Эти трансгенные мыши ранее были изучены с помощью различных поведенческих тестов на наличие отчетливых эффектов бензодиазепинов, что указывает на то, что α1-рецепторы способствуют седативному эффекту, амнезии и защите от судорог, в то время как α2-рецепторы опосредуют анксиолиз и расслабление мышц.9 Другие эксперименты подтверждают важную роль α5-субъединиц в обучении и запоминании, а также в амнезии, вызванной бензодиазепинами или этомидатом.10 Действительно, α5 высоко экспрессируется в гиппокампе, который является частью нейронной цепи, ответственной за формирование памяти. Однако α5-рецепторы часто содержат δ-субъединицы, которые связаны с повышенной чувствительностью к γ-аминомасляной кислоте, отсутствием чувствительности к бензодиазепинам и внесинаптической локализацией на нейронах.11 Таким образом, остается неясным, какие α-субъединицы важны для амнезии, вызванной бензодиазепинами.
Чтобы связать поведение мышей с соответствующими нейронными цепями, Пуч-Бош и др. изучали электрофизиологические эффекты воздействия мидазолама на срезы мозга мышей дикого типа и трансгенных мышей. Феномен, известный как долговременная потенциация в областях СА1 гиппокампа, является установленным коррелятом памяти. Долговременная потенциация в срезах гиппокампа наблюдалась как длительное усиление полевых потенциалов в ответ на низкочастотную стимуляцию после кратковременной высокочастотной “тренировочной” активации коллатералей Шаффера в другой части контура гиппокампа. Для определения корреляции седативного эффекта (низкие дозы мидазолама) и гипноза (высокие дозы мидазолама) были измерены скорости ослабления тормозных постсинаптических токов в нейронах, зажатых напряжением, как в срезах гиппокампа, так и в культивируемых срезах коры головного мозга. В данном случае действие мидазолама на нейроны дикого типа заключается в обратимом продлении ослабления тормозных постсинаптических токов, которые опосредуются синаптическими ГАМКА-рецепторами. Полученные результаты указывают на наличие α1-рецепторов, что перекликается с предыдущими исследованиями поведения, но также вносит свой вклад в долгосрочные результаты потенцирования, предлагая новую модель, включающую взаимодействие между другими типами ГАМК-рецепторов гиппокампа на разных нейронах в цепи. Будущие исследования должны проверить эту гипотезу. Исследования по ослаблению постсинаптического тока также нуждаются в дальнейшем изучении роли не-α1-рецепторов.
Эксперименты с нейронными цепями In vitro имеют как преимущества, так и недостатки по сравнению с исследованиями на живых животных. Основным преимуществом является то, что эксперименты можно проводить с точным контролем концентрации мидазолама в жидкости, омывающей срезы мозга. Напротив, эксперименты на живых мышах невозможно проводить в условиях стабильной концентрации бензодиазепинов в центральной нервной системе. Фармакокинетические факторы (всасывание, распределение, метаболизм и экскреция) приводят к постоянному изменению концентраций после введения препарата, и мидазолам, бензодиазепин короткого действия, представляет особую проблему. Ограничения этих подходов включают высокую вероятность того, что другие области мозга участвуют в интересующих нас поведенческих эффектах, и что соответствующие концентрации мидазолама, связанные с различными поведенческими эффектами, являются неопределенными.
Результаты Puig-Bosch и соавт. представляют собой научный прогресс в картировании ГАМКАА-рецепторов в нейронах, глии и нейронных цепях, связывая физиологию и фармакологию с функциями и дисфункциями мозга.11 Такая работа имеет фундаментальное значение для понимания нейрофизиологии и соответствующей фармакологии. С более практической точки зрения ГАМКАА-рецепторы можно рассматривать как важный набор лекарственных мишеней, которые играют ключевую роль не только в периоперационной медицине, но и при различных неврологических расстройствах. Бензодиазепины, другие модуляторы бензодиазепиновых рецепторов и исследуемые соединения, которые избирательно воздействуют на растущий набор аллостерических модуляторов ГАМКАА-рецепторов, могут стать в будущем лекарственными средствами, обеспечивающими тонкую модуляцию специфических подтипов рецепторов. В качестве примеров можно привести неседативные неамнестические анксиолитики и когнитивные стимуляторы. Таким образом, это исследование может повлиять на будущее медицины.
