Серотониновый рецептор 7-типа (5HT-7) и ее роль в фармакологии
Рецептор 5-гидрокситриптамина 7 (5-HT7R) был клонирован в 1993 году независимыми лабораториями. На сегодняшний день описано несколько вариантов сплайсинга, но единственное функциональное различие, о котором сообщалось до сих пор, - это дифференциальный паттерн интернализации рецептора, проявляемый человеческой изоформой 5-HT7R (d). Этот рецептор, относящийся к суперсемейству рецепторов, связанных с G-белком (GPCR), положительно связан с аденилатциклазой через стимулирующие Gas белки, и его активация приводит к увеличению содержания циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Кроме того, недавно было продемонстрировано, что 5-HT7R взаимодействует не только с Gas, но и с белками Ga12. Динамическое пальмитоилирование может представлять собой молекулярный механизм, ответственный за избирательную передачу сигналов, опосредованных Gas или Ga12. Недавние данные свидетельствуют о том, что передача сигналов 5-HT7R / Ga12 в гиппокампе подвергается сильной регуляции в процессе развития с выраженным временным усилением на ранних постнатальных стадиях и может представлять собой молекулярный механизм, с помощью которого серотонин специфически модулирует формирование начальных нейронных сетей
Депрессия
Совокупность фактических данных показала, что селективная блокада 5-HT7Rs проявляет антидепрессантоподобную активность в обычно используемых доклинических задачах, т.е. в тесте подвешивания хвоста (TST) у мышей, а также в тесте принудительного плавания (FST) как у мышей, так и у крыс. В частности, мыши с удаленным геном 5-HT7R (KO) продемонстрировали поведенческий профиль, подобный эффекту антидепрессантов, о чем свидетельствует снижение неподвижности в FST и TST. В соответствии с эффектами генетической инактивации фармакологическая блокада 5-НТ7Rs селективным антагонистом SB-269970 также проявляла антидепрессантоподобную активность в TST, а также в FST как у мышей. так и у крыс. JNJ-18038683 также был эффективен при мышь TST. Более того, эффективность SB-269970 также оценивалась в парадигме обонятельной бульбэктомии, которая считается поведенческой моделью возбужденной (ажитированной) депрессии. Интересно, что SB-269970 вызывал более быстрый антидепрессантоподобный ответ, чем обычно назначаемый антидепрессант флуоксетин, селективный ингибитор обратного захвата серотонина (СИОЗС).
В дополнение к выраженному антидепрессантоподобному действию, блокада 5-НТ7Rs может также усиливать поведенческие эффекты антидепрессантов. Например, SB-269970, вводимый в дозе, не оказывающей значительного антидепрессивного эффекта, усиливал действие низких доз антидепрессантов, включая СИОЗС циталопрам, на TST и FST у мышей.
5-НТ7R также может представлять собой клинически значимую мишень для лечения депрессии. Было высказано предположение, что клинически установленный антидепрессивный эффект некоторых нейролептиков, таких как амисульприд, арипипразол или луразидон, скорее всего, опосредован 5-HT7R . Фактически, функциональные 5-HT7Rs были необходимы для выявления антидепрессантоподобных эффектов этих препаратов при TST и FST у мышей].
Стресс
Длительный стресс является основным фактором риска депрессии, и модели на животных, основанные на стрессе, представляют собой полезный инструмент для имитации симптоматики, подобной депрессии. Было высказано предположение, что модулирующая роль серотонина в реакции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, вызванной стрессом, может включать 5-HT7Rs. Последние данные свидетельствуют о том, что вызванные хроническим сдерживающим стрессом эндокринные нарушения могут быть связаны с повышенной функцией и экспрессией 5-HT7Rs. Следовательно, фармакологическая блокада 5-НТ7Rs коры надпочечников может иметь терапевтическую пользу для преодоления эндокринных нарушений при заболеваниях, связанных со стрессом. Более того, 5-НТ7Rs также могут быть вовлечены в реакцию нервных цепей на повторяющийся стресс. Повторное введение кортикостерона, модель, которая, как известно, имитирует некоторые аспекты воздействия стресса, повысила реактивность CA3-схемы гиппокампа крыс на активацию 5-HT7Rs. Более того, селективный антагонист 5-HT7R SB-269970 противодействовал вызванному сдерживающим стрессом ослаблению долговременного потенцирования в лобной коре головного мозга крыс. Также было продемонстрировано, что воздействие хронического легкого стресса вызывает повышающую регуляцию 5-НТ7РНК-мессенджер (mRNA) R в гиппокампе и гипоталамусе крыс, и этим изменениям противодействовал антидепрессант флуоксетин. Кроме того, данные нашей лаборатории показывают, что введение SB-269970 обратило вспять вызванный стрессом когнитивный дефицит у крыс. В соответствии с данными, демонстрирующими, что селективная блокада 5-НТ7Rs усиливает поведенческие эффекты антидепрессантов, SB-269970, вводимый в неактивной дозе, усиливал прокогнитивную эффективность неактивной дозы СИОЗС эсциталопрама. Таким образом, вызванное стрессом усиление 5-НТ7R-опосредованных ответов или повышающая регуляция их экспрессии предположительно могут объяснять эффективность антагониста 5-НТ7R в устранении нарушений, вызванных стрессом. Тем не менее, следует отметить, что связь между стрессом, глюкокортикоидами и экспрессией и функцией 5-HT7R представляется гораздо более сложной.
Регуляция сна и циркадного ритма
Роль 5-HT7Rs при расстройствах настроения тесно связана с регуляцией сна и циркадных ритмов. Было показано, что блокада 5-НТ7Rs, подобно действию антидепрессантов, изменяет параметры сна с быстрым движением глаз (REM) в направлении, противоположном отклонениям, обнаруживаемым у пациентов с депрессией. В частности, мыши с 5-HT7R KO проводили меньше времени в фазе быстрого сна и демонстрировали менее частые эпизоды. Аналогичные изменения в режиме быстрого сна были продемонстрированы после введения антагонистов 5-HT7R, включая SB-269970, SB-656104 и JNJ-18038683. Более того, как генетическая инактивация, так и фармакологическая блокада усиливали эффекты СИОЗС на подавление фазы быстрого сна. Эффект блокады 5-HT7R на фазу быстрого сна передается от грызунов к людям, поскольку было обнаружено, что JNJ-18038683 также увеличивает латентность быстрого сна и уменьшает продолжительность быстрого сна у здоровых добровольцев. Следует отметить недавнее наблюдение, что агонист 5-HT7R LP-211 также подавлял фазу быстрого сна. Было высказано предположение, что активация 5-HT7Rs, экспрессируемые эргическими интернейронами, связанными с γ-аминомасляной кислотой (ГАМК), снижают активность холинергических нейронов, стимулирующих быстрый сон, в латеродорсальных и педункулопонтиновых тегментальных ядрах (LDT / PPT) и сокращают быстрый сон (обзор Монти и Янтоса. С другой стороны, подавление быстрого сна антагонистами 5-HT7R может включать снижение ГАМК-индуцированного ингибирования серотонинергических клеток, что приводит к увеличению высвобождения серотонина в постсинаптических участках, критичных для возникновения быстрого сна, включая ядра LDT / PPT.
5-НТ7Rs также участвуют в регуляции циркадных часов млекопитающих, расположенных в супрахиазматических ядрах (SCN). Исследования in vitro и in vivo продемонстрировали, что 8-OH-DPAT-индуцированный возврат к фотической фазе был опосредован 5-HT7R, поскольку сдвиг блокировался генетической инактивацией или антагонистами этих рецепторов, включая SB-269970, DR-4004 и JNJ-18038683. В соответствии с этими данными, селективный агонист 5-HT7Rs, LP-211, индуцировал фазовое изменение спонтанного циркадного ритма у мышей. Более того, другой агонист 5-HT7R, AS19, сокращал продолжительность периода биолюминесценции PER2 в эксплантах SCN от мышей PER2::LUC, генетически модифицированных для сообщения об изменениях в экспрессии ключевого часового белка. Это снижение было заблокировано SB-269970, селективным антагонистом 5-НТ7R.
Также было высказано предположение, что мультимодальный подход, основанный на комбинации СИОЗС и антагонистов 5-НТ7R, может быть полезным при лечении пациентов, страдающих плохой синхронизацией циркадных ритмов. На моделях на грызунах комбинация эсциталопрама и SB-269970 оказывала большее влияние на циркадные ритмы, чем наблюдаемое при применении любого из препаратов по отдельности. В этом исследовании комбинация неактивных доз эсциталопрама (2,5–10 мг / кг) и SB-269970 (10-30 мг / кг) вызывала устойчивую задержку фазы у крыс, которым давали доступ к беговым колесам. В соответствии с этими данными, вортиоксетин, СИОЗС, проявляющий антагонистическое сродство к 5-НТ7Rs, вызывал увеличение продолжительности циркадного периода в тканевых эксплантах из SCN мышей PER2::LUC и индуцировал задержку фазы бега на колесах у крыс, и этот эффект блокировался AS19.
Тревога
В отличие от хорошо установленной роли 5-НТ7Rs при депрессии, их участие в регуляции тревожноподобного поведения менее последовательно. Никаких различий в анализах, чувствительных к состояниям тревоги, то есть в тесте с повышенным плюсом лабиринта или в тесте переноса света/ темноты, не наблюдалось между мышами 5-HT7R KO и контрольной группой дикого типа (WT). С другой стороны, SB-269970 оказывал специфические успокаивающие эффекты, подобные тесту Фогеля на конфликт и тесту с повышенным плюсом лабиринта у крыс, а также в тесте с четырьмя пластинами у мышей Более того, SB-269970 уменьшил закапывание шариков у мышей, поведение, связанное с обсессивно-компульсивным расстройством и тревогой. Тем не менее, эффективность соединения в этом тесте, вероятно, отражает антидепрессантоподобную активность. Недавно также сообщалось, что LP-211, агонист 5-HT7Rs, снижает тревожное поведение в тесте "черно-белый ящик" и тесте "темнота / свет" у мышей. Более того, крысы, которых в подростковом возрасте хронически лечили LP-211, показали снижение поведения, связанного с тревогой, во взрослом возрасте.
Познание
Было продемонстрировано, что 5-HT7R участвует в когнитивных процессах, зависящих от гиппокампа (обзор Робертса и Хедлунда. Соответственно, мыши 5-HT7R KO продемонстрировали нарушения контекстуального обучения, зависящего от гиппокампа, и продемонстрировали снижение долговременной синаптической пластичности в области CA1 гиппокампа. Более того, связанный с гиппокампом дефицит пространственной памяти в новом локационном тесте был продемонстрирован у мышей либо с генетической, либо с фармакологической инактивацией 5-HT7Rs. Данные теста Barnes maze свидетельствуют о нарушенной способности мышей с 5-HT7 KO использовать гиппокампзависимую аллоцентрическую память. Интересно, что была выдвинута гипотеза, что снижение экспрессии 5-HT7R в гиппокампе может лежать в основе возрастного дефицита аллоцентрической пространственной навигации.
Роль 5-HT7R также оценивалась в новом тесте распознавания объектов (NORT). Мыши 5-HT7R KO не отличались по способности различать новый объект от мышей WT, тогда как SB-269970 не оказывал никакого эффекта или даже улучшал память распознавания при введении до испытания по приобретению. С другой стороны, было показано, что SB-269970 вызывает дефицит NORT при введении во время фазы консолидации у мышей. В то же время улучшение было отмечено после активации 5-HT7R. Таким образом, представляется вероятным, что 5-HT7R может играть другую роль в приобретении и консолидации памяти распознавания. Более того, изменения в экспрессии 5-HT7R могут лежать в основе поведения крыс, стремящихся к новизне, что, в свою очередь, также влияет на их способность различать объекты.
В задаче автоматического формирования павловского / инструментального обучения AS19 нарушил кратковременную память (STM), но улучшил долговременную память (LTM). Другой агонист 5-НТ7, LP-211, не влиял на STM, но улучшал LTM . Прокогнитивные действия AS19 или LP-211 блокировались антагонистом 5-HT7R SB-269970. Агонисты 5-HT7R LP-44 и AS19 не смогли улучшить эмоциональную память в задаче пассивного избегания у мышей. Однако отсутствие эффекта было объяснено низкой эффективностью LP-44 и AS19 в отношении стимуляции фосфорилирования белка 5-HT7R-активируемых сигнальных каскадов. Данные нашей лаборатории показывают, что AS19 также не влиял на выполнение крысами задачи по переключению внимания (ASST). И наоборот, SB-269970 (1 мг / кг) повышал когнитивную гибкость при АССТ. Более того, было продемонстрировано, что SB-269970 (1 мг / кг) улучшает эталонную, но не рабочую память, как было оценено в задаче "Лабиринт лучевой кости". Можно сделать вывод, что увеличение сложности задачи позволяет выявить прокогнитивные эффекты блокады 5-HT7R.
Хотя роль 5-HT7Rs в модуляции когнитивных процессов в физиологических условиях до конца не изучена , недавние сообщения свидетельствуют об эффективности 5-HT7R лигандов в преодолении когнитивных нарушений на моделях заболеваний
Шизофрения
Возможная роль 5-НТ7Rs в патофизиологии шизофрении была предложена посмертными исследованиями, которые продемонстрировали заметное снижение уровня 5-НТ7Rs в префронтальной коре пациентов с шизофренией. Более того, исследование генетического полиморфизма выявило положительную связь между геном 5-HT7R и шизофренией.
Таким образом, антагонисты 5-НТ7R были оценены на животных моделях для прогнозирования антипсихотической активности, основанной на введении амфетамина или антагонистов N-метил-d рецепторов аспарагиновой кислоты (NMDA). Антагонисты NMDA-рецепторов, такие как фенциклидин (PCP), кетамин или дизоцилпин, могут вызывать не только поведение, отражающее положительные симптомы (например, гиперактивность), но и негативные симптомы (например, социальную замкнутость) и когнитивные нарушения.
Антагонист 5-HT7R SB-269970 значительно блокировал гиперактивность, вызванную амфетамином, PCP и кетамином, у крыс и мышей. Другой антагонист 5-HT7R, SB-258741, также обращал вспять гиперактивность, вызванную амфетамином, но снижал подвижность крыс в аналогичных дозах. Пациенты с шизофренией также страдают нарушениями обработки информации, выражающимися в недостаточном сенсомоторном стробировании, что может способствовать когнитивному дефициту, характеризующему это расстройство. Таким образом, в нескольких исследованиях оценивалось влияние антагониста 5-НТ7R на оперативную меру сенсомоторного стробирования, т. е. предимпульсное торможение (PPI) рефлекса испуга. Соответственно, SB-269970 не устранял дефицит PPI, вызванный кетамином у крыс и мышей [или PCP у крыс и мышей). С другой стороны, SB-269970 блокировал вызванный амфетамином дефицит PPI у мышей. Однако 5-HT7Rs могут играть частичную роль в модели глутаматергического PPI, поскольку мыши 5-HT7R KO были менее склонны к PCP-индуцированному нарушению PPI, чем мыши WT. Кроме того, другой антагонист 5-HT7R, SB-258741, нормализовал PPI, нарушенный PCP, но был неэффективен в модели на основе амфетамина.
Прокогнитивные эффекты антагонистов 5-НТ7R на животных моделях шизофрении были подтверждены несколькими исследованиями. В частности, дефицит функций префронтальной коры, основной признак шизофрении, был уменьшен благодаря блокаде 5-НТ7Rs. Соответственно, SB-269970 ослабил вызванный PCP дефицит в обратном обучении, вызванное дизоцилпином ухудшение рабочей памяти, что оценивалось при выполнении задания с задержкой подбора позиции у крыс и вызванную кетамином когнитивную негибкость при ASST у крыс в наших руках. SB-269970 также обратил вспять дефицит памяти, продемонстрированный в задаче инструментального обучения по Павлову с автоматическим формированием у крыс после системного введения дизоцилпина или после интрапрефронтальной инфузии кетамина. Соединение также было эффективным в отношении дефицита NORT, вызванного кетамином и PCP, у крыс. Более того, другой антагонист 5-HT7Rs, SB-656104-A, обратил вспять вызванные дизоцилпином нарушения обучения и памяти в тестах на пассивное избегание и водный лабиринт Морриса у крыс.
Фармакологическая блокада 5-НТ7Rs также может иметь терапевтические последствия для лечения негативных симптомов при шизофрении. Хотя SB-25874 не оказывал положительного влияния на вызванный PCP дефицит социальных взаимодействий, SB-269970 улучшал социальную абстиненцию, вызванную кетамином, у крыс.
Экспериментальные данные свидетельствуют о роли антагонизма 5-НТ7R в прокогнитивном действии антипсихотических препаратов амисульприда и лураpидона. Совместное лечение агонистом 5-HT7R AS19 обратило вспять способность амисульприда и луразидона уменьшать вызванный PCP дефицит NORT у крыс, а также блокировало ослабляющее действие луразидона на вызванный MK-801 дефицит в тесте пассивного избегания у крыс. Индуцированное амисульпридом усиление способности к переключению установок также блокировалось AS19. Кроме того, антагонизм 5-HT7Rs может способствовать механизмам, лежащим в основе просоциального действия амисульприда у крыс. Нельзя исключать, что 5-HT7R может быть вовлечен в прокогнитивные эффекты других антипсихотических препаратов (например, клозапина), которые также обладают высоким сродством к 5-HT7R.
Боль
Несколько доклинических результатов подтверждают полезность агонистов 5-НТ7R при лечении нейропатической боли. Соответственно, AS19 и E-55888 обратили вспять механическую гиперчувствительность, индуцированную капсаицином у мышей, модель, предсказывающая антиноцицептивное действие анальгетиков при невропатической боли Более того, активация 5-HT7Rs также уменьшала механическую и термическую гипералгезию, вызванную повреждением нерва, в модели перевязки седалищного нерва у мышей и крыс. Этот подход также может быть эффективным при лечении диабетической нейропатической боли, поскольку AS19 снижает тепловую гипералгезию при экспериментальном диабете, индуцированном стрептозотоцином, у мышей.
Однако роль 5-HT7R в модуляции боли представляется довольно сложной. Действительно, было продемонстрировано, что при сенсибилизирующих нейропатических состояниях активация 5-НТ7Rs оказывает антиноцицептивные эффекты на уровне спинного мозга, но проноцицептивные эффекты на перифери. Однако после системного введения агонистов 5-НТ7R антиноцицептивный эффект, опосредованный центральными 5-НТ7Rs, по-видимому, преобладает. Более того, эффекты агонистов 5-НТ7R могут отличаться у невропатичных животных по сравнению с интактными здоровыми. Например, AS19 оказывал проноцицептивное действие у здоровых крыс, но уменьшал гипералгезию, вызванную повреждением нерва.
Эпилепсия
5-НТ7R также связан с судорожной активностью. Антагонист 5-HT7R SB-258719 был эффективен в снижении спонтанной эпилептической активности в модели абсансной эпилепсии на крысах WAG/Rij. В моделях височной эпилепсии, вызванной пилокарпином, у крыс антагонист 5-HT7R SB-269970 также уменьшал количество приступов Противоположный эффект был продемонстрирован агонистом 5-НТ7R AS19 в этой модели. В отличие от фармакологических данных, удаление 5-HT7R снижало пороги электрических и химических судорог. В соответствии с этими данными, эффективность 5-CT против судорог, вызванных пикротоксином, была заблокирована SB-269970 Таким образом, данные кажутся противоречивыми относительно того, будет ли активация или блокада 5-НТ7Rs вызывать противоэпилептическую активность.
Другие последствия
Лиганды 5-НТ7Rs также могут рассматриваться как возможная новая терапевтическая мишень при расстройствах аутистического спектра. Ключевые доказательства получены в исследовании, демонстрирующем, что активация 5-HT7R с помощью LP-211 корректировала избыточный метаботропный глутаматный рецептор-опосредованный LTD у мышей Fmr1KO, модель синдрома хрупкой Х, также рассматриваемая как животная модель аутизма.
Недавно было продемонстрировано, что LP-211 улучшает дефектные показатели, связанные с синдромом Ретта, включая профиль, связанный с тревогой, двигательные способности и память, на генетической модели заболевания у мыши.
Также было продемонстрировано, что активация 5-НТ7Rs ответственна за вызванную серотонином краниальную вазодилатацию, которая считается одним из механизмов, участвующих в мигрени. Соответственно, антагонист 5-HT7R SB-269970 ингибировал 5-CT-индуцированную дилатацию средней менингеальной артерии у крыс. SB-269970 также снижал нейрогенную вазодилатацию твердой мозговой оболочки, вызванную электрической стимуляцией твердой мозговой оболочки, тогда как агонист 5-HT7R AS19 увеличивал ее.
Доклинические исследования продемонстрировали участие 5-HT7R в модуляции импульсивности, возбуждения и стремления к новизне. Таким образом, также можно предположить возможную связь с синдромом дефицита внимания и гиперактивности.
Наконец, участие 5-НТ7Rs в процессах, которые способствуют развитию и поддержанию аддиктивного поведения, может указывать на потенциальную роль этих рецепторов в алкогольной и наркотической зависимости (подробно рассмотрено Хаузером и др.