В фармакологии положительные аллостерические модуляторы рецептора ГАМК А , также известные как ГАМКины или потенциаторы рецептора ГАМК А , [1] представляют собой молекулы положительных аллостерических модуляторов (ПАМ) , которые повышают активность белка рецептора ГАМК А в центральной нервной системе позвоночных .
ГАМК является основным тормозным нейротрансмиттером в центральной нервной системе. При связывании он запускает рецептор ГАМК А , чтобы открыть его хлоридный канал , чтобы позволить ионам хлора проникнуть в нейрон , делая клетку гиперполяризованной и менее склонной к возбуждению . ГАМК А ПАМ усиливают эффект ГАМК, делая канал открытым чаще или на более длительные периоды. Однако они не оказывают никакого эффекта, если ГАМК или другой агонист отсутствуют.
В отличие от агонистов рецептора ГАМК А , ПАМ ГАМК А не связываются с тем же активным сайтом, что и молекула нейротрансмиттера γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) : они воздействуют на рецептор, связываясь с другим сайтом на белке. Это называется аллостерической модуляцией .
В психофармакологии ПАМ ГАМК А -рецептора, используемые в качестве лекарств, в основном оказывают седативное и анксиолитическое действие. Примерами ПАМ ГАМК А являются этанол , бензодиазепины, такие как диазепам (валиум) и алпразолам (ксанакс) , Z-препараты, такие как золпидем (амбиен), и барбитураты .
Рецепторы ГАМК А исторически были целью исследований в области лечения наркомании. Самые ранние соединения были ионными соединениями, такими как бромид .
В 1903 году было синтезировано и выпущено на рынок первое психоактивное производное барбитуровой кислоты для лечения головных болей. В течение 30 лет было разработано множество других барбитуратов , которые нашли применение в качестве седативных средств , снотворных и общих анестетиков . Хотя барбитураты вышли из моды, они продолжают служить в качестве короткодействующих анестетиков и противоэпилептических препаратов.
Бензодиазепины были открыты в 1955 году и в значительной степени заменили барбитураты из-за их большего терапевтического индекса . [2] Сначала бензодиазепины считались безопасными и эффективными слабыми транквилизаторами , но затем подверглись критике за их эффекты, вызывающие зависимость . Несколько эффективных бензодиазепинов предлагают выбор относительно лекарственной формы , продолжительности действия, метаболического взаимодействия и безопасности.
Бензодиазепины функционируют путем связывания с бензодиазепиновым сайтом на большинстве, но не на всех, рецепторах ГАМК А. Модуляция ГАМК А агонистами бензодиазепинового сайта является самоограничивающейся. Проводимость канала не выше в присутствии бензодиазепина и ГАМК, чем проводимость в присутствии только высоких концентраций ГАМК. Кроме того, в отсутствие ГАМК присутствие одних только бензодиазепинов не открывает хлоридный канал. [3]
Некоторые метаболиты прогестерона и дезоксикортикостерона являются мощными и селективными положительными аллостерическими модуляторами рецептора γ-аминомасляной кислоты типа А (ГАМК А ). [4] Ганс Селье продемонстрировал в 1940 году, что некоторые прегнановые стероиды могут вызывать как анестезию, так и седацию , [5] но 40 лет спустя появился молекулярный механизм, объясняющий их депрессивное действие. В препарате среза мозга крысы синтетический стероидный анестетик альфаксалон (5α-прегнан-3α-ол-11,20 дион) усиливал как вызванное стимулом торможение, так и эффекты экзогенно применяемого мусцимола , который является селективным агонистом ГАМК А . [6]
Рецепторы ГАМК А состоят из субъединиц, которые образуют рецепторный комплекс. У людей имеется 19 субъединиц рецепторов, которые классифицируются как α (1–6), β (1–3), γ (1–3), δ, ε, π, θ и ρ (1–3). Функция рецептора различается в зависимости от того, как составлен пентамерный комплекс. Наиболее распространенным комплексом, который включает около 40% рецепторов ГАМК А, является комбинация α1β2γ2. Экспрессия субъединиц может сильно различаться в зависимости от области мозга. [7] Комбинация субъединиц влияет на то, как действует рецептор. Например, если субъединицы α1 и β2 экспрессируются вместе, они имеют высокую чувствительность к ГАМК, но низкую проводимость канала . Но если γ2 экспрессируется с α1 и β2, чувствительность низкая, а проводимость канала высокая. [8] Для высокоаффинного связывания бензодиазепина должна присутствовать субъединица γ2. Мало что известно о том, где в мозге расположены различные комплексы, что затрудняет открытие лекарств. [7] Например, место связывания нейростероидов в рецепторе ГАМК А неизвестно [9] , а барбитураты связываются с бета-субъединицей, которая отличается от места связывания бензодиазепина.
Точные места действия барбитуратов пока не определены. Второй и третий трансмембранные домены β-субъединицы, по-видимому, имеют решающее значение; связывание может включать карман, образованный β-субъединицей метионина 286, а также α-субъединицей метионина 236. [13]
Барбитураты были введены в качестве снотворных для пациентов с шизофренией . Они вызывали состояние глубокого и продолжительного сна. Но это не использовалось долго из-за неблагоприятных побочных эффектов. [2]
Фенобарбитал был первым по-настоящему эффективным препаратом против эпилепсии. Он был открыт случайно, когда его давали пациентам с эпилепсией , чтобы помочь им уснуть. Положительными побочными эффектами были противосудорожные свойства, которые снижали количество и интенсивность приступов. [2]
Пентобарбитал используется как снотворное , когда не требуется обезболивание . Он часто используется при КТ- визуализации, когда требуется седация. Он эффективен, безопасен и время восстановления короткое. [14] В 2013 году барбитураты фенобарбитал и бутабарбитал все еще использовались в качестве седативных средств в некоторых случаях, а также для противодействия эффектам таких наркотиков, как эфедрин и теофиллин . Фенобарбитал используется в случаях синдрома отмены наркотиков. Он используется в качестве обычного и неотложного лечения в некоторых случаях эпилепсии. [2]
Синаптическое действие бензодиазепинов: рецепторы ГАМК А , расположенные в синапсах, активируются при воздействии на них высокой концентрации ГАМК. Бензодиазепины усиливают сродство рецепторов к ГАМК, увеличивая затухание спонтанных миниатюрных тормозных постсинаптических токов (mIPSC). [15] [16]
Седативные действия бензодиазепинов ограничивают их полезность в качестве анальгетиков , и поэтому они, как правило, не считаются подходящими. Это ограничение можно обойти путем интратекального введения. Рецепторы ГАМК А в периакведуктальном сером веществе являются проноцицептивными в супраспинальных участках, в то время как ГАМК А , которые находятся в спинном мозге, являются антигипералгезическими. Спинальные α2 и α3, содержащие ГАМК А, отвечают за антигипералгезическое действие интратекального диазепама . Это было показано, когда антигипералгезическое действие было снижено при введении мышам α2 и α3 при воспалительной боли и при невропатической боли. Кроме того, исследования на мышах α5 показали, что спинальный α5-содержащий ГАМК А рецептор играет незначительную роль в воспалительной боли. Селективный положительный аллостерический агонист α2, α3 и/или α5, например, такой как L-838,417 , может быть полезен в качестве анальгетика против воспалительной или нейропатической боли. [3] Дальнейшие исследования на моделях нейропатической боли у животных показали, что стабилизация котранспортера хлорида калия 2 ( KCC2 ) на нейрональных мембранах может не только усилить анальгезию, вызванную L-838,417 , но и спасти его анальгетический потенциал в высоких дозах, открывая новую стратегию анальгезии при патологической боли путем комбинированного нацеливания на соответствующие подтипы рецепторов ГАМК A (т. е. α 2 , α 3 ) и восстановления гомеостаза Cl − . [17]
Бензодиазепины используются в качестве поддерживающей терапии у пациентов с шизофренией . [3]
Была предложена ГАМКергическая гипотеза депрессии, которая ставит систему ГАМК в центральную роль в патофизиологии депрессии . Клинические исследования показали, что алпразолам и адиназолам обладают антидепрессивной активностью у пациентов с большим депрессивным расстройством. К сожалению, неизвестно, какой подтип рецептора отвечает за антидепрессивную активность .
Исследования на мышах с нокаутом y2 показали, что они демонстрируют повышенную тревожность и симптомы, похожие на депрессию, в тестах на отчаяние. У мышей также была повышена концентрация кортикостерона , что является симптомом большой депрессии у людей. Субъединица y2 связана с субъединицами α1-α6, которые все являются известными субъединицами α, поэтому эти исследования не показывают, какие из субъединиц α связаны с симптомами, похожими на депрессию. Другие исследования с мышами с нокаутом α2 показали повышенную тревожность и симптомы, похожие на депрессию, в тестах на питание, основанных на конфликте. Тот факт, что тревожность и депрессия часто связаны, по-видимому, указывает на то, что субъединица α2 может быть допустимой целью для антидепрессанта ГАМК А. [3]
Доклинические исследования показали, что бензодиазепины могут быть эффективны в снижении последствий инсультов в течение трех дней после приема препарата. [3]
Нейростероиды могут действовать как аллостерические модуляторы рецепторов нейротрансмиттеров, таких как ГАМК А , [18] [19] [20] [21] NMDA , [22] и сигма-рецепторы . [23] Нейростероид прогестерон (PROG), который активирует рецепторы прогестерона, экспрессируемые в периферических и центральных глиальных клетках. [24] [25] [26] [27] Кроме того, было высказано предположение, что прегнановые стероиды с восстановленным 3α-гидроксикольцом А аллопрегнанолон и тетрагидродезоксикортикостерон увеличивают ГАМК -опосредованные токи хлора, в то время как прегненолона сульфат и дегидроэпиандростерона (ДГЭА) сульфат, с другой стороны, проявляют антагонистические свойства в отношении рецепторов ГАМК А .
Барбитуровая кислота является исходным соединением барбитуратов, хотя сама барбитуровая кислота фармакологически не активна. Барбитураты были синтезированы в 1864 году Адольфом фон Байером путем объединения мочевины и малоновой кислоты (рисунок 5). Процесс синтеза был позже разработан и усовершенствован французским химиком Эдуардом Гримо в 1879 году, что сделало возможным последующее широкое развитие производных барбитуратов. [28] Позднее малоновая кислота была заменена диэтилмалонатом , поскольку использование эфира позволяет избежать необходимости иметь дело с кислотностью карбоновой кислоты и ее нереакционноспособного карбоксилата (см. рисунок 6). Барбитуровая кислота может образовывать большое разнообразие барбитуратов с помощью реакции конденсации Кневенагеля . [29]
Структура, на которой основан первый бензодиазепин, была открыта Лео Х. Штернбахом . Он думал, что соединение имеет структуру гептоксдиазина (рисунок 7), но позже было установлено, что это хиназолин-3-оксид. Возможные кандидаты на лекарственные препараты затем были синтезированы из этого соединения и проверены на активность. Одно из этих соединений было активным, хлордиазепоксид . Он был выпущен на рынок в 1960 году и стал первым бензодиазепиновым препаратом. [30]
Нейростероиды синтезируются в центральной нервной системе (ЦНС) и периферической нервной системе (ПНС) из холестерина и стероидных предшественников, которые импортируются из периферических источников. Эти источники включают производные 3β-гидрокси-Δ5, такие как прегненолон (PREG) и дегидроэпиандростерон (DHEA), их сульфаты и восстановленные метаболиты, такие как тетрагидропроизводное прогестерона 3α-гидрокси-5α-прегнан-20-он (3α,5α-THPROG). После локального синтеза или из метаболизма надпочечниковых гонадных стероидов многие нейростероиды накапливаются в мозге. [31] [32]
Барбитураты имеют специальные применения и организованы в 4 класса: ультракороткого, короткого, среднего и длительного действия. Эмпирически SAR барбитурантов основаны на тысячах (животных) испытанных соединений. Они показали, что R и R´ могут не быть H в положении 5 (см. рисунок 8). Кроме того, положение 5 придает седативно-снотворные свойства. [14] Обычно алкильное разветвление в положении 5 означает меньшую растворимость в липидах и меньшую активность. Ненасыщенность показывает меньшую активность в положении 5, а алициклические и ароматические кольца показывают меньшую силу. Полярные заместители (-NH 2 , -OH, -COOH) уменьшат растворимость в липидах, но также устранят активность. R´´ в положении 1 обычно является H, но CH 3 в этом положении дает меньшую растворимость в липидах и продолжительность действия. Замена атома S на O в положении 2 дает тиобарбитураты, которые более растворимы в липидах, чем оксибарбитураты. В целом, чем более липидорастворим барбитурат, тем быстрее его начало, тем короче его продолжительность и тем выше степень снотворной активности. Барбитураты показали некоторые гидролитические проблемы в отношении формулирования жидких лекарственных форм. Трудность заключается в катализируемой -ОН деградации уреидных колец , но это можно исправить, если pH в формуле равен 6. S(-) форма барбитурата показала большую депрессантную активность, в то время как R(+) изомеры оказывают возбуждающее действие. [33]
Согласно исследованию, проведенному Маддаленой и соавторами с использованием искусственных нейронных сетей , позиция 7 оказывает наибольшее влияние на сродство рецептора . Когда активная группа в позиции 7 становится более липофильной , а электронный заряд увеличивается, сродство рецептора увеличивается. В том же исследовании было обнаружено, что позиция 2´ является второй по важности в воздействии на сродство, но группа в этой позиции должна быть электрофильной , чтобы иметь эффект. Позиции 3, 6' и 8 имеют меньшее значение. [34] Изменения в 6, 8, 9 или 4´ снижают активность. Если группа в позиции 1 изменяется на N-алкил, галогеналкил, алкинил и малый цикл или аминоалкил, активность увеличивается. Гидроксилирование позиции 3 может вызвать быструю конъюгацию и уменьшить продолжительность и силу, что может быть клинически полезным. [34]
В середине 1980-х годов было показано, что нейроактивные стероиды 3α,5α-тетрагидропрогестерон или аллопрегнанолон (3α,5α-THP) и 3α,5α- тетрагидродезоксикортикостерон (3α,5α-THDOC) модулируют нейрональную возбудимость посредством взаимодействия с рецепторами ГАМК А. Стероиды 3α,5α-THP и 3α,5α-THDOC способны усиливать вызванный ГАМК ток Cl − [18] Кроме того, эти стероиды могут усиливать связывание мусцимола и бензодиазепинов с рецепторами ГАМК А. [35] Исследования структуры-активности (SAR) показали, что группа 3альфа-ОН необходима для анестезирующего действия этих стероидов, [36] они также имеют оптимально расположенную группу, принимающую водородную связь на β-грани стероида в положении C-17. Четыре стероидных кольца образуют жесткую структуру для позиционирования этих водородных групп в трехмерном пространстве. [37] Аналоги 5 и 6 (рисунок 10) являются слабыми модуляторами функции рецептора ГАМК А , поскольку гибкие боковые цепи в этих аналогах не имеют конформаций, необходимых для высокой биологической активности. [38]