Медиаторная передача в ЦНС

Медиаторная передача в центральной нервной системе

Главная функция ЦНС — обработка внешних и внутренних потоков информации, направленная на удовлетворение потребностей организма. Только при ясном понимании интегративной функции мозга возможно эффективное лечение нервных и психических заболеваний. Клинический опыт, в свою очередь, способствует прояснению функций мозга: безуспешность лечения или неожиданные побочные эффекты лекарственных средств часто служат поводом для поиска ранее неизвестных молекулярных и клеточных механизмов. Одной из самых волнующих проблем современной нейрофармакологии остается связь между процессами, протекающими на уровне нейрона, с одной стороны, и поведением и патологическими нарушениями нервной деятельности — с другой. Общий подход к этой проблеме основан на следующем принципе: препараты, действующие на поведение и эффективные при нервных и психических заболеваниях, либо облегчают, либо затрудняют синаптическую передачу в ЦНС.

Исследования ЦНС включают разные уровни: молекулярный, клеточный, системный и поведенческий. В нейрофармакологии ведущими остаются исследования на молекулярном уровне. Эти исследования позволяют выяснить те ключевые механизмы синаптической передачи, на которые действуют лекарственные средства. Мишенями для этих средств могут быть:

1) ионные каналы, которые обеспечивают реакцию нейрона на медиатор — возбуждение или торможение, 2) рецепторы медиаторов, 3) внутримембранные и внутриклеточные молекулы, которые преобразуют и передают сигнал от рецептора к внутриклеточным эффекторным системам для быстрого кратковременного возбуждения или торможения нейрона либо для продолжительного изменения его состояния — за счет, например, изменения экспрессии генов (Neyroz et al., 1993; Gudermann et al., 1997), 4) белки-переносчики, которые обеспечивают обратный захват медиатора нервными окончаниями, а затем синаптическими пузырьками (Blakely et al., 1994; Amara and Sonders, 1998; Fairman and Amara, 1999); в этих двух процессах участвуют разные белки-переносчики, см. Liu and Edwards (1997).

Исследования на молекулярном уровне предоставляют новые методические возможности (в частности, фармакологический анализ) для изучения процессов на клеточном, системном и поведенческом уровнях и их генетических основ. К настоящему времени известны молекулярные механизмы большинства процессов, протекающих в нейроне. Как известно, электрическую активность нейрона определяет изменение проницаемости его многочисленных ионных каналов. Теперь стали известны многие молекулярные механизмы, от которых зависит избирательный ток главных катионов — Na*, К+, Са и аниона СГ. Ионные каналы подразделяются на потенциалзависимые (рис. 12.2) и хемочувствительные (рис. 12.3). Потенциалзависимые каналы обеспечивают быстрое изменение ионных токов, необходимое для возникновения и распространения нервного импульса, а также для выделения медиатора в ответ на возбуждение пресинаптического окончания (Catterall, 1988,1993). Молекулярно-генетическими методами выявлено сходство в строении главных катионных каналов (рис. 12.2, А). Главная субъединица быстрого натриевого и медленного кальциевого каналов состоит из четырех гомологичных трансмембранных доменов, каждый из которых включает шесть трансмембранных сегментов. Калиевые каналы более разнообразны, что подтверждено методом рентгеноструктурного анализа (Doyle et al., 1998). Главная субъединица ряда потенциалзависимых калиевых каналов состоит из единственного домена, который включает 6 трансмембранных сегментов (рис. 12.2, В). Калиевые каналы аномального выпрямления (Kir) также образованы единственным доменом, но он содержит только пятый и шестой трансмембранные сегменты — между ними находится внутримембранная петля, выходящая на внешнюю поверхность мембраны и формирующая наружное устье канала. Эти две структурные формы образуют различные гетероолигомеры, что создает дополнительные возможности для управления калиевыми каналами — в ответ на изменение мембранного потенциала, действие медиатора, а также через систему внутриклеточных белков или за счет посттрансляционных модификаций (Krapivinsky etal., 1995). Изучение различных структурных форм калиевых каналов (Jan etal., 1997; Doyle etal., 1998) позволяет выяснить, каким образом лекарственные средства, токсины или электростимуляция действуют на электрическую активность нейрона, придавая ему, например, спонтанную активность или вызывая его гибель вследствие постоянного пребывания калиевых каналов в открытом состоянии (Adams and Swanson, 1994).

Различные варианты калиевых каналов (калиевые каналы задержанного выпрямления, кальцийзависимые калиевые каналы и калиевые каналы гиперполяризующего тока), которые регулируются системой вторых посредников, обеспечивают в синапсах ЦНС сложные модулирующие эффекты (Nicoll et al., 1.99ц-Malenka and Nicoll, 1999).

Исследования на клеточном уровне позволяют выяснить, какие именно нейроны и какие их ближайшие синаптические контакты имеют отношение к поведенческим эффектам лекарственного препарата. Такие исследования устанавливают характер взаимодействия нейронов — возбуждение, торможение или более сложные формы синаптических эффектов (Aston-Jones etal., 1999; Brown etal., 1999).

Системный уровень объединяет данные о структуре и функции медиаторных систем, то есть устанавливает связь между нейронами, которые синтезируют и выделяют медиатор, и поведенческим эффектом, который этот медиатор вызывает. Связей «медиатор—поведение» найдено достаточно много, хотя ни в одном из этих случаев нельзя утверждать, что за данный вид поведения отвечают только те нейроны, которые вырабатывают соответствующий медиатор.

Рисунок 12.2. Строение потенциалзависимых ионных каналов. А. Альфа-субъединица быстрого натриевого и медленного кальциевого каналов состоит из четырех гомологичных доменов, каждый из которых включает шесть трансмембранных сегментов; между пятым и шестым трансмембранными фрагментами находится внутримембранная петля. Б. В состав медленного кальциевого канала входят также мелкие дополнительные субъединицы а2, Р, у и 6. Субъединицы а2 и 8 соединены дисульфидной связью (на рисунке не показана). В структуре натриевого канала тоже есть дополнительные регуляторные субъединицы. В. Главная субъединица потенциалзависимого калиевого канала задержанного выпрямления состоит из единственного трансмембранного домена — аналогичного соответствующим доменам натриевого и кальциевого каналов. Предполагаемая структура калиевых каналов аномального выпрямления К|г включает субъединицу, состоящую издомена.в котором представлены только 5-й и 6-й трансмембранные сегменты. Дополнительные р-субъединицы модулируют активность потенциалзависимых калиевых каналов (Kv). Эти два типа структур могут образовывать различные гетероолигомеры. Krapivinsky et al., 1995.

Рисунок 12.3. Строение рецепторов, сопряженных с ионными каналами. Такие рецепторы состоят из четырех или пяти субъединиц, окружающих пору ионного канала (справа). Каждая субъединица включает 4 трансмембранных домена. Предполагают, что такую структуру имеют N-холинорецепторы, 5-НТ3-рецепторы, ГАМКд-рецепторы и глициновые рецепторы. Глутаматные рецепторы имеют несколько другое строение.

Исследования на поведенческом уровне позволяют понять интегративные процессы — то есть отнести ту или иную группу нейронов к специализированным нейронным контурам, нейронным ансамблям или распределенным системам, ответственным за реализацию поведения в целом — от элементарных рефлексов до сложных форм произвольной активности. Моделирование психических заболеваний на животных имеет в своей основе следующий принцип: состояние животного и состояние человека можно считать аналогичными, если им соответствуют аналогичные изменения физиологических показателей: ритма сердца, дыхания, двигательных реакций и т. д. (Kandel, 1998).

Определение центральных медиаторов

Для понимания функций центральных медиаторов важно определить, какие вещества к ним относятся. Критерии, которым должны соответствовать медиаторы ЦНС, в принципе, те же, что и для медиаторов вегетативной нервной системы.

• Медиатор должен присутствовать в пресинаптическом нейроне и его окончании. Более строгая формулировка этого условия требует доказательств того, что пресинаптический нейрон синтезирует медиатор, а не накапливает его из внеклеточного пространства. Соответствие данному критерию проверяют методами иммуноцитохимии, флюоресцентной гибридизации in situ, при помощи биохимического анализа ткани мозга или субклеточных фракций.

В опытах на животных эти методы позволяют проверить, исчез ли предполагаемый медиатор из синаптической области после хирургического или химического разрушения пресинаптических нейронов. Соответствие критерию подтверждает присутствие в постсинаптических нейронах мРНК, кодирующей рецепторы данного медиатора.

• Медиатор должен выделяться при возбуждении пресинаптического нейрона. Соответствие данному критерию проверяют в экспериментах in vivo: при электрической стимуляции пресинаптического волокна предполагаемый медиатор должен появиться в области синапса. Раньше для этого применяли периодическое определение состава омывающего синапс перфузата в течение длительного времени, однако сегодня появились методы микродиализа и микроэлектродной полярографии, позволяющие с высокой точностью уловить присутствие аминов и аминокислот в ограниченном объеме и за короткое время. Появление медиатора в ответ на ионофоретическую или электрическую стимуляцию можно проследить in vitro — на срезах мозга или субклеточных фракциях пресинаптических окончаний. Механизм выделения всех медиаторов, в том числе и предполагаемого выделения медиаторов из дендритов (Morris et al., 1998), запускается изменением мембранного потенциала и требует поступления в пресинаптическое окончание ионов кальция. Ионы натрия не играют в этом процессе какой-либо роли, поскольку ни внеклеточная концентрация натрия, ни тетродотоксин (блокатор быстрых натриевых каналов) на выделение медиаторов не влияют.

• Аппликация медиатора на клетки-мишени должна вызывать тот же эффект, что и стимуляция пресинаптического волокна. Предполагаемый медиатор и стимуляция пресинаптического волокна должны действовать на клетку-мишень одинаково: либо тормозить, либо возбуждать ее. Для более строгого доказательства требуется показать, что как стимуляция пресинаптического нейрона, так и аппликация предполагаемого медиатора вызывают в постсинаптическом нейроне одинаковые ионные токи. Соответствие данному критерию можно проверить и фармакологически: эффект стимуляции пресинаптического нейрона и эффект аппликации предполагаемого медиатора должны устраняться одинаковой дозой одного и того же блокатора. При этом данный блокатор не должен подавлять ответ клетки-мишени на стимуляцию других пресинаптических волокон и на аппликацию других предполагаемых медиаторов. Наконец, эффект предполагаемого медиатора должен совпадать с эффектом его синтетического агониста.

Многочисленные исследования, особенно посвященные пептидам, показывают, что центральные синапсы могут содержать не один, а несколько медиаторов (Hokfelt et al., 2000). Строгих доказательств пока нет, тем не менее предполагают, что совместно локализованные медиаторы вместе высвобождаются и вместе действуют на постсинаптическую мембрану (Derrick and Martinez, 1994; Jin and Chavkin, 1999). Если же сигналы передает не один медиатор, то единственный агонист не может точно воспроизвести эффект активации синапса, а единственный блокатор не может полностью этот эффект устранить.

Открытие центральных медиаторов

Первыми кандидатами на роль центральных медиаторов стали ацетилхолин и норадреналин — как хорошо известные медиаторы вегетативной и соматической нервной системы. В 1960-х гг. возникло предположение, что медиаторами ЦНС могут быть серотонин, адреналин и дофамин. Гистохимические, биохимические и фармакологические исследования в целом подтвердили их медиаторную роль, хотя и не обнаружили полного соответствия всем критериям, определяющим медиатор. В начале 1970-х гг. медиаторами были признаны ГАМК, глицин и глутамат — благодаря появлению избирательных, высокоактивных блокаторов. Проходившие тогда же исследования гормонов гипоталамо-гипофизарной системы сопровождались совершенствованием методов выделения, очищения, определения аминокислотной последовательности и синтеза все новых и новых нейропептидов (Hokfelt et al., 2000). Иммуногистохимические исследования показали, что пептиды могут действовать как медиаторы ЦНС. Адаптация биологических проб, которые ранее применялись в исследованиях гормонов гипофиза, к другим моделям (например, сокращению гладких мышц), а затем внедрение иммунохимических методов привели к открытию эндогенных пептидов, действующих на опиатные рецепторы (гл. 23). Затем был предпринят поиск эндогенных соединений, способных связываться с бензодиазепиновыми рецепторами (Costa and Guidotti, 1991). Сравнительно недавно были выявлены эндогенные лиганды каннабиноидных рецепторов — амиды жирных кислот (Piomelli etal., 1998).

Изучение рецепторов

До недавнего времени о свойствах центральных рецепторов судили по связыванию меченых лигандов, а также по электрическим или биохимическим процессам, вызванным их активацией in vivo и in vitro. Изучение связывания меченых лигандов позволяет оценить количество рецепторов в том или ином отделе ЦНС, проследить их появление в филогенезе и онтогенезе, а также выяснить, как различные физиологические и фармакологические вмешательства действуют на количество рецепторов и их сродство к лигандам (Dumont et al., 1998; Redrobeetal., 1999).

Электрофизиологическими методами оценивают реакцию нейрона на медиатор. Например, регистрируют изменение электрической активности нейрона в ответ на ионофоретическую аппликацию медиатора. Метод локальной фиксации (patch-clamp) позволяет проследить реакцию на медиатор отдельных ионных каналов. Электрофизиологические методы дают возможность не только описать, но и измерить эффекты предполагаемого медиатора(Jardemarketal., 1998). Биохимическими методами изучают рецепторы, активация которых вызывает ферментативную реакцию, например синтез второго посредника.

Современные методы молекулярной биологии позволили выделить мРНК, кодирующие рецепторы почти всех известных медиаторов. Введение такой мРНК в чужеродные клетки (ооциты лягушки или клетки млекопитающих) вызывает в них экспрессию рецепторов, свойства которых оценивают по эффектам лигандов или синтезу вторых посредников. Молекулярно-генетическими методами установлены два основных типа рецепторов, различных по структуре и функции. Рецепторы, сопряженные с ионными каналами (ионотропные рецепторы, рецепторы-каналы, хемочувствительные каналы) образованы несколькими субъединицами. Каждая субъединица включает 4 трансмембранных гидрофобных домена из 20—25 аминокислот (рис. 12.3). Кроме того, у таких рецепторов имеются участки для обратимого фосфорилирования, а также участки, реагирующие на изменение мембранного потенциала. К подобным рецепторам относятся N-холинорецепторы (гл. 2 и 7), рецепторы аминокислот И ГАМК, глицина, глутамата и аспарта-та, а также 5-НТ3-рецепторы (гл. 11).

Второй главный тип рецепторов — рецепторы, сопряженные с G-белками (гл. 2). Они состоят из единственной субъединицы с семью трансмембранными доменами, соединенными тремя внеклеточными и тремя внутриклеточными петлями разной длины (рис. 12.4). Стимуляция таких рецепторов приводит к активации G-белков (гетеротримерных ГТФ-связывающих белков), что, в свою очередь, вызывает активацию либо ингибирование внутриклеточных эффекторных ферментов (например, аденилатциклазы или фосфолипазы С) или изменение функционирования ионных каналов (например, медленных кальциевых каналов или хемочувствительных калиевых каналов). Кроме того, сами эти рецепторы могут фосфорилироваться в нескольких участках. Механизмы всех этих процессов были подробно изучены с помощью молекулярно-генетических методов. К подобным рецепторам относятся М-холинорецепторы, ГАМКв-рецепторы, некоторые глутаматные рецепторы, а также некоторые рецепторы аминов и нейропептидов. Трансфекция клеток с целью экспрессии в них мРНК, кодирующей неизвестные типы рецепторов, привела к открытию новых нейропептидов (Reinscheid et al., 1995). В ЦНС существуют также рецепторы еще одного типа — рецепторы с собственной ферментативной активностью, например гуанилатциклазной (гл. 2).

Рисунок 12.4. Строение рецепторов, сопряженных с G-белками. Такие рецепторы состоят из единственной субъединицы с семью трансмембранными доменами. Участок связывания низкомолекулярных медиаторов погружен в мембрану; вторая и третья внутриклеточные петли взаимодействуют с G-белком (гл. 2).

В центральных синапсах присутствуют также белки-пере-носчики, обеспечивающие обратный захват медиатора — из синаптической щели в аксоплазму пресинаптического окончания, и из аксоплазмы в синаптические пузырьки (рис. 12.5). Предполагают, что они включают 12 трансмембранных доменов — так же как и белки — переносчики глюкозы и аденилатциклаза млекопитающих (Tang and Gilman, 1992).

Реакция постсинаптического нейрона на медиатор определяется его возбудимостью и количеством рецепторов медиатора. Продолжительный избыток медиатора (или его аналога) ведет к снижению количества рецепторов, а следовательно, и чувствительности к медиатору (десенситизации). Напротив, при дефиците медиатора количество рецепторов возрастает, и чувствительность к медиатору повышается. Эти адаптивные изменения особенно важно учитывать при лечении хронических заболеваний ЦНС: действие препарата при однократном и длительном приеме может сильно отличаться. Сходные изменения действуют и на пресинаптическом уровне, затрагивая синтез, хранение, высвобождение и обратный захват медиатора.

Медиаторы, нейрогормоны и нейромодуляторы

Медиаторы

Из приведенных выше критериев следует, что медиатор — это вещество, которое нейрон синтезирует, выделяет и использует для передачи сигнала постсинаптической клетке-мишени. Действие медиатора может быть направлено как непосредственно на электрическую активность клетки-мишени, так и на протекающие в ней биохимические процессы, от которых зависит ее ответ на другие синаптические входы. К тому же эффект медиатора может зависеть от состояния клетки-мишени, то есть не столько вызывать возбуждение или торможение, сколько усиливать эти процессы (Bourne and Nicoll, 1993). Таким образом, эффект любого медиатора необходимо рассматривать в контексте нейронной системы, включающей данный синапс. Если один нейрон действует на несколько клеток-мишеней, действие это может быть как разным, так и одинаковым — все зависит от свойств постсинаптических рецепторов и способа, которым сигнал передается от рецептора к эффекторным механизмам клетки.

Известны два классических электрофизиологических эффекта медиаторов: 1) возбуждение: открывание ионных каналов приводит ко входу катионов и к деполяризации, мембранное сопротивление при этом снижается, 2) торможение: открывание ионных каналов приводит к таким ионным токам, в результате которых развивается гиперполяризация, мембранное сопротивление также снижается. Но есть и другие, «неклассические» варианты действия медиаторов. Как деполяризация, так и гиперполяризация могут быть обусловлены, напротив, закрыванием ионных каналов; мембранное сопротивление в этом случае повышается (Shepherd, 1998). Некоторые медиаторы (моноамины и некоторые пептиды) сами по себе мало влияют или вообще не влияют на ионные токи и мембранный потенциал, но при этом могут усиливать или подавлять реакцию клетки-мишени на классический — возбуждающий или тормозный — медиатор. Такой эффект назван модулирующим; предполагается, что существуют разные его варианты (Nicoll etal., 1990; Foote and Aston-Jones, 1995). Каковы бы ни были механизмы модулирующего действия, оно существенно отличается от вышеописанных быстрых и точных возбуждающих и тормозных влияний — к которым, как считали раньше, сводятся все варианты синаптической передачи. Возникло даже сомнение в том, что вещества, оказывающие модулирующее влияние, можно причислять к медиаторам. Кратко остановимся на некоторых из таких веществ и механизмах их действия.

Нейрогормоны

Некоторые клетки гипоталамуса были названы нейросекреторными — поскольку они одновременно представляют собой и нейроны (получают синаптические входы от нейронов ЦНС), и эндокринные клетки (высвобождают вещества непосредственно в кровь). Вещества, выделяемые такими клетками, стали называть нейрогормонами. Примером могут быть окситоцин и АДГ, которые вырабатываются в нейронах гипоталамуса, хранятся в окончаниях их аксонов в нейрогипофизе и отсюда секретируются в кровь. Вместе с тем стало известно, что эти нейроны гипоталамуса образуют синапсы на других нейронах (Hokfelt et al., 1995, 2000), а роль медиатора в таких синапсах, как показали цитохимические исследования, выполняют окситоцин и АДГ. Таким образом, эти и другие вырабатываемые гипоталамусом вещества можно называть «нейрогормонами» лишь постольку, поскольку они способны выделяться в кровь (например, в нейрогипофизе), однако этот термин ни в коей мере не отражает всех их функций.

Нейромодуляторы

Флори (Florey, 1967) назвал нейромодуляторами соединения, которые действуют на нейроны иначе, чем типичные медиаторы. Модуляторы выделяются вне синапса, но тем не менее влияют на возбудимость нервных клеток. Флори предполагал, что роль нейромодуляторов могут выполнять С02 и аммиак, которые высвобождаются из активных нейронов и глии. В настоящее время считают, что нейромодуляторным действием обладают стероидные гормоны, нейростероиды (Baulieu,1998), аденозин и другие пурины, простагландины и другие производные арахидоновой кислоты, а также NO (Gaily et al., 1990). Вторые посредники. В некоторых случаях реакция постсинаптического нейрона на медиатор обусловлена образованием вторых посредников, наиболее известными из которых служат цАМФ, цГМФ и продукты фосфоинозитидной системы (гл. 6, 7,10,11). Вместе с тем для нейронов головного мозга бывает методически трудно доказать, что изменение концентрации этих веществ непосредственно предшествует постсинаптическому потенциалу, а также необходимо и достаточно для его возникновения. Возможно, вторые посредники только способствуют возникновению постсинаптического потенциала — активируя реакцию фосфорилирования белков и тем самым запуская сложный каскад молекулярных событий. В результате меняются свойства мембраны и белков цитоплазмы, от которых зависит возбудимость нейрона (Greengard et al., 1999). Именно на эти механизмы могут действовать препараты, усиливающие или ослабляющие эффекты медиаторов (см. ниже).

Нейротрофические факторы

Нейроны, астроциты и микроглия, а также временно появляющиеся в ткани мозга (например, при воспалении) клетки иммунной системы синтезируют вещества, которые поддерживают рост, выживание и восстановление нейронов. Такую функцию выполняют различные вещества пептидной природы, подразделяемые на 7 видов (Black, 1999; McKay et al., 1999): 1) классические нейротрофины, например фактор роста нервов, мозговой нейротрофический фактор, 2) нейропоэтины (нейропоэтические цитокины), которые оказывают действие как на нейроны, так и на миелоидные клетки, например лейкоз-ингибирующий фактор, цилиарный нейротрофический фактор, некоторые интерлейкины, 3) пептидные факторы роста, включающие эпидермальный фактор роста, трансформирующие факторы роста а и β, глиальный нейротрофический фактор, активин А, 4) фактор роста фибробластов, 5) инсулиноподобные факторы роста, 6) тромбоцитарные факторы роста, 7) факторы, направляющие рост аксонов, — некоторые из них способны привлекать клетки иммунной системы (Song and Poo, 1999; Spriggs, 1999). Препараты, активирующие синтез и выделение нейротрофинов либо имитирующие их действие, могли бы стать эффективным средством для стимуляции восстановительных процессов.

Рисунок 12.5. Предполагаемое строение белков-переносчиков. Белки — переносчики аминов и аминокислот как пресинаптической мембраны, так и синаптических пузырьков включают 12 трансмембранных доменов (точная ориентация N-концевых остатков не известна). В остальном структура этих двух видов белков-переносчиков несколько отличается.

Центральные медиаторы

Многие препараты, действующие на ЦНС, вмешиваются в медиаторную передачу. Таким образом, для понимания эффектов этих препаратов необходимо знать механизмы действия центральных медиаторов. Согласно гипотезе химической специфичности, или принципу Дейла (Dale, 1935), один нейрон синтезирует один медиатор, который и выделяет во всех своих пресинаптических окончаниях. Однако все больше и больше данных свидетельствует о том, что нейрон может содержать несколько медиаторов (Hokfelt et al., 1995, 2000). Таким образом, принцип Дейла видоизменяется следующим образом: нейрон синтезирует и выделяет один и тот же набор медиаторов во всех своих пресинаптических окончаниях. Но и такое прочтение вряд ли можно считать окончательным. Не ясно, например, вырезается ли из пептида-предшественника только один, одинаковый пептид, предназначенный для всех окончаний нейрона. В табл. 12.1 обобщены свойства наиболее изученных медиаторов ЦНС. Далее медиаторы будут рассмотрены по химическим группам: аминокислоты, амины и пептиды. К другим соединениям, которые участвуют в синаптической передаче, относятся пурины, например аденозин и АТФ (Edwards and Robertson, 1999; Moreau and Huber, 1999; Baraldi et al., 2000), а также NO (Cork et al., 1998) и производные арахидоновой кислоты (Mechoulam et al., 1996; Piomelli et al., 1998).

Аминокислоты

Для ЦНС характерна высокая концентрация некоторых аминокислот — особенно глутамата и ГАМК. Эти простые соединения есть почти во всех структурах мозга, они оказывают немедленное, мощное и кратковременное действие на любой нейрон. Для истинных же медиаторов характерна избирательность — как в распределении, так и в действии. Поэтому медиаторную роль аминокислот признали не сразу. Моноаминодикарбоновые аминокислоты дают сильный возбуждающий эффект, моноаминомонокарбоновые (ГАМК, глицин, β-аланин, таурин) оказывают столь же сильное, но тормозное действие (Kelly and Beart, 1975). Появление избирательных блокаторов открыло возможность для выявления рецепторов аминокислот и обнаружения их подтипов. Последующее картирование рецепторов мечеными лигандами окончательно подтвердило, что ГАМК, глицин и глутамат — центральные медиаторы.

ГАМК

Присутствие ГАМК в ткани мозга было обнаружено в 1950 г. — но ее тормозное действие распознали не сразу. При изучении рецепторов растяжения ракообразных были обнаружены следующие факты: 1) ГАМК оказывает тормозное действие на мышцы, 2) она содержится исключительно в тормозных нервах, 3) экстракт этих нервов оказывает такое же тормозное действие, 4) иной тормозной аминокислоты обнаружено не было, 5) выделение ГАМК коррелирует с частотой стимуляции тормозных нервов, 6) аппликация ГАМК и стимуляция тормозных нервов вызывали одинаковый эффект: повышение хлорной проводимости в мышечном волокне. Эти факты позволили с полным правом причислить ГАМК к медиаторам (подробнее об истории вопроса см. в обзоре Bloom, 1996).

Вскоре было выяснено, что в ЦНС млекопитающих ГАМК оказы
ает сходные физиологические и фармакологические эффекты. Оказалось, что ГАМК опосредует действие тормозных нейронов локальных контуров головного мозга, а также пресинаптическое торможение в спинном мозге. Тормозные ГАМКергические синапсы есть во многих структурах мозга: их образуют клетки Пуркинье коры мозжечка на нейронах ядра Дейтерса; вставочные нейроны на клетках Пуркинье, обонятельной луковицы, клиновидного ядра продолговатого мозга, гиппокампа, латерального ядра прозрачной перегородки; нейроны вестибулярных ядер на мотонейронах ядра блокового нерва. ГАМК обеспечивает торможение в коре больших полушарий, а также тормозное действие стриатума на черную субстанцию. Таким образом, ГАМК — это главный тормозный медиатор в ЦНС млекопитающих. Локализация ГАМКергических нейронов и распределение их нервных окончаний установлены методами, позволяющими обнаружить глутаматдекарбоксилазу — фермент синтеза ГАМК из глутаминовой кислоты. Иммуноцитохимические методы выявляют сам фермент, флюоресцентная гибридизация in situ — кодирующую его мРНК. Многие ГАМКергические нейроны содержат также один или несколько нейропептидов. Для исследований ГАМКергической передачи используют блокаторы рецепторов ГАМК — бикукуллин и пикротоксин. Избирательными антагонистами ГАМК оказались также многие вещества, провоцирующие судорожную активность, например пенициллин и пентетразол (Macdonald et al., 1992; Macdonald and Olsen, 1994). Пока не ясно, обладают ли терапевтическим действием агонисты ГАМК — стимуляторы рецепторов ГАМК (мусцимол), ингибиторы ее обратного захвата (2,4-диа-миномасляная кислота, нипекотиновая кислота, гувацин) или вещества, влияющие на ее обмен (например, аминооксиуксусная кислота).

Рецепторы ГАМК подразделяют на два типа. Наиболее распространенные ГАМКд-рецепторы относятся к ионотропным: они представляют собой хемочувствительные хлорные каналы, о

Видео по теме

.
Редактор: профессор А.Г. Гилман Изд.: Практика, 2006 год.