Роль D3R (Дофаминового рецептора 3 типа) в психических и неврологических заболевания

1.Введение

Активность дофамина в центральной нервной системе (ЦНС) опосредуется пятью рецепторами, связанными с G-белком, сгруппированными в два класса: D1- подобные рецепторы (D1R и D5R) и D2-подобные рецепторы (D2R, D2R и D4R), которые различаются по передаче сигнала, профилю связывания и физиологическим эффектам. D1-подобные рецепторы в основном связаны со стимулирующими Gs-белками и повышают активность аденилициклазы, тогда как D2-подобные рецепторы в основном связаны с ингибирующими Gi-белками и подавляют активность аденилициклазы. D2-подобные рецепторы представляют собой наиболее важный класс в патофизиологии неврологических и психических расстройств. Однако, в то время как роль подтипа D2R была широко изучена при нескольких нейропсихиатрических заболеваниях, таких как шизофрения, болезнь Паркинсона (БП) и наркомания, роль D3R и D4R все еще находится в стадии изучения. Первичная последовательность D3R близка к последовательности D2R и, в меньшей степени, к последовательности D4R. Человеческие D2R и D3R в высокой степени гомологичны, разделяя 78% идентичности последовательностей в трансмембранных доменах, включая сайт связывания. Такая идентичность последовательности привела к возникновению трудностей при разработке селективных лигандов. Первоначальное отсутствие селективных фармакологических средств задержало выяснение роли D3R и даже вызвало вопросы о физиологическом значении D3R. С самого начала внимание было привлечено к ограниченному распределению D3R в головном мозге. Действительно, подтип D3R демонстрирует отчетливое распределение с высокими уровнями в лимбической системе, включая островки Каллеха, прилежащее ядро и обонятельные бугорки, области мозга, критически вовлеченные в регуляцию мотивации, вознаграждения и когнитивных функций. Имеющиеся данные указывают на то, что D3R функционирует, по крайней мере частично, как ауторецептор (т.е. пресинаптический рецептор), оказывая ингибирующее воздействие на поток импульсов дофамина и дофаминовое высвобождение. Было показано, что мыши с нулевым уровнем D3R (D3R-/- ) имеют внеклеточный уровень дофамина в два раза выше, чем у их собратьев по помету дикого типа (WT), что согласуется с упомянутым выше пресинаптическим расположением, где D3R ингибирует высвобождение дофамина. Как упоминалось выше, D3R активирует белки Gai/o для ингибирования продукции цАМФ и снижения активности протеинкиназы A (PKA), но D3R также регулирует другие внутриклеточные пути, включая каскады внеклеточной регулируемой сигналом киназы 1/2 и Akt через G-белок-зависимый и/или независимый механизм, этот последний включает β-аррестин. Способность лигандов дифференцированно влиять на передачу сигналов по этим путям, называемая смещенным агонизмом или функциональной селективностью, может быть использована в терапевтических целях. Недавно было обнаружено, что лиганды, которые лишены D2R-опосредованной белковой передачи сигналов Gai / o, но ведут себя как частичные агонисты взаимодействий D2R/βаррестин, оказывают ряд эффектов в доклинических моделях поведения, подобного шизофрении, вызывая более низкую каталепсию. Насколько нам известно, смещенный агонизм селективных нейролептиков D3R еще не задокументирован, но мы можем предсказать, что, как сообщалось в случае D2R, он может способствовать уменьшению побочных эффектов и повышению терапевтической эффективности при лечении таких состояний, как шизофрения. Как и большинство рецепторов, связанных с G-белком, D3R образует как гомо-, так и гетеромеры. Сообщалось о гетеромерах с D2R, D1R, а также с аденозиновым рецептором A2AR.

Гетеромеры DR проявляют фармакологические и клеточные сигнальные свойства, отличные от составляющих их рецепторов. Связывание с гетеромерами D2R-D3R может объяснять, по крайней мере частично, антипсихотический эффект арипипразола и N-десметилклозапина. На самом деле, хотя эти два соединения ведут себя как ПРИНЯТАЯ РУКОПИСЬ частичные агонисты D2R, они ведут себя как антагонисты гетеромеров D2R-D3R. С другой стороны, активация гетеромеров D1R–D3R увеличивает Л-ДОФУ дискинезию при болезни Паркинсона.

Гетеромеры D1R–D3R проявляют более высокое сродство к лофамину по сравнению с одним только D1R, что приводит к увеличению передачи сигналов G-белком и накоплению цАМФ. Функциональная селективность/смещенный агонизм также могут быть связаны с образованием гомо- и гетеромеров. В этом отношении было показано, что гетеродимеризация D3R с помощью D1R устраняет интернализацию D1R, индуцированную агонистами D1R, и в то же время обеспечивает интернализацию комплекса D1R/D3R в ответ на парную стимуляцию D1R и D3R, β-аррестинзависимый механизм. Большая часть доказательств, подтверждающих образование димеров и олигомеров GPCR, поступает из гетерологичных систем, поэтому существование таких сигнальных комплексов в нативном контексте, а также их биологическая значимость были поставлены под сомнение, поскольку чрезвычайно трудно отделить нижестоящие перекрестные помехи от фактического физического взаимодействия двух рецепторов в сигнальном комплексе. Фармакологические, генетические и посмертные исследования на людях продемонстрировали центральную роль D3R в патофизиологии и лечении шизофрении, наркомании, БП и депрессивных расстройств, как описано ниже. Зависимость по-прежнему представляет собой основную область исследований с потенциальным клиническим применением лигандов D3R. Однако последние данные подчеркнули потенциальное применение лигандов D3R при заболеваниях, которые ранее не принимались во внимание, таких как глаукома. Был разработан ряд соединений, селективных к D3R, которые в дальнейшем помогли изучить локализацию и функцию D3R. Патентный обзор, опубликованный в 2013 году, сообщает о более чем 110 поданных патентных заявках, касающихся селективных лигандов D3R; однако ни одна из них еще не получила клинического одобрения, главным образом потому, что они не соответствовали требованиям к фармакокинетике и/или безопасности.

С другой стороны, благодаря современным экспериментальным инструментам, некоторые одобренные препараты, используемые с давних пор и, как считается, действующие через связывание D2R, были пересмотрены и теперь считаются действующими, по крайней мере частично, через связывание D3R. Здесь мы сначала рассмотрим актуальность D3R при нескольких патофизиологических состояниях; затем мы обсудим факторы, определяющие селективность D3R, и оценку присутствия D3R in vivo с помощью исследований позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ); наконец, мы обобщим данные, подтверждающие клинические преимущества, связанные с D3R, для уже одобренных рынком препаратов. DA и DR выполняют несколько важных функций также на периферии, особенно на уровне сердечно-сосудистой системы и почек, участвуя в регуляции артериального давления, баланса натрия, а также функций почек и надпочечников. В ряде недавних работ были исследованы D2R-подобные рецепторы в почках на животных моделях. Однако, за исключением самого дофамина, который может быть использован для лечения шока, никакие препараты, действующие при D3R, пока не одобрены для применения при сердечно-сосудистых или почечных заболеваниях. Следовательно, роль D3R на периферии здесь дополнительно обсуждаться не будет. Мы приходим к выводу, что, основываясь на имеющихся в настоящее время данных, необходимы усилия в области исследований и разработок лекарственных средств для получения новых селективных лигандов D3R, обладающих адекватным профилем безопасности для клинического применения у людей.

2. Заболевания, связанные с передачей D3R

2.1.Шизофрения

Шизофрения - это заболевание, поражающее около 1% населения мира, характеризующееся аномалиями поведения и мышления с неспособностью понимать реальность. Фармакологическое лечение шизофрении первой линии представлено нейролептиками. С давних пор нейролептики рассматривались как антагонисты D2R, а позже были пересмотрены как антагонисты, подобные D2R, что указывает на их слабоселективное связывание с D2R, D3R и D4R. Ни один из доступных в настоящее время антипсихотиков не действует как селективный лиганд для D3R; например, исследования in vivo на ЖИВОТНЫХ у людей показали, что клозапин, оланзапин и рисперидон слабо захватывают D3R в головном мозге пациентов с шизофренией. В отличие от исследований на людях, ряд селективных лигандов D3R недавно стали доступны для исследований на животных, где они были протестированы вместе с генетической делецией, чтобы выяснить роль D3R при шизофрении. Доступные медикаментозные методы лечения эффективны в улучшении позитивных симптомов (бред, галлюцинации), но проявляют ограниченную активность в отношении негативных симптомов (ангедония, социальная замкнутость, отсутствие мотивации) и когнитивной дисфункции. Было высказано предположение, что блокада D3R может влиять на когнитивные нарушения, но доклинические данные в некотором роде противоречивы; действительно, D3R- / - демонстрирует лучшие результаты, чем WT, в парадигме поэтапного пассивного избегания, в то время как лечение селективным антагонистом D3R SB277011 не улучшает результаты в тесте водного лабиринта Морриса. С другой стороны, хотя избыточная экспрессия D3R в полосатом теле не вызывает когнитивного дефицита, она нарушает мотивацию, предполагая, что изменения в D3R могут быть связаны с негативными симптомами шизофрении. Большинство нейролептиков первого или второго поколения не проявляют селективности в отношении D3R по сравнению с D2R, но несколько соединений, включая арипипразол, блонансерин и карипразин, проявляют некоторую селективность в отношении D3R. Азенапин обладает более высоким сродством к D3R по сравнению с D2R, но проявляет более высокое сродство к некоторым подтипам 5-гидрокситриптаминовых (5-НТ) рецепторов. Терапевтический потенциал нейролептиков в отношении их взаимодействия с D3R обсуждается ниже.

2.2.Болезнь Паркинсона (БП)

БП - распространенное дегенеративное заболевание стареющего мозга, поражающее около 0,3% всего населения и около 1% населения старше 60 лет. Клинически БП характеризуется триадой тремора в покое, замедленностью произвольных движений и ригидностью. Основной биохимической аномалией при БП является глубокий дефицит уровня дофамина в мозге, в первую очередь, но не исключительно, связанный с потерей в черной субстанции дофаминергических нейронов, проецирующихся в полосатое тело. Современное фармакологическое лечение БП направлено на восстановление дофаминергической передачи. Терапия L-ДОФА остается золотым стандартом симптоматического лечения БП. Терапевтический ответ на L-ДОПУ обычно состоит из двух компонентов: кратковременный ответ - улучшение двигательной активности, сохраняющееся в течение нескольких часов после введения однократной дозы; длительный ответ - устойчивое улучшение, получаемое при длительном введении, сохраняющееся в течение многих часов или дней после прекращения лечения. К сожалению, длительное лечение ЛЕВОДОПОЙ связано с колебаниями двигательной реакции и непроизвольными движениями, известными как дискинезия, вызванная леводопой (LID). LID встречается почти у 80% пациентов, получавших лечение L-ДОПОЙ более 5 лет, а также у пациентов с ранним началом заболевания.

Экспрессия D3R снижена в полосатом теле пациентов с БП, но увеличивается у пациентов с LID. Ряд исследований на животных подтверждают критическую роль D3R в развитии дискинезии. Поздняя дискинезия, вызванная галоперидолом у нечеловеческих приматов, коррелирует с повышенной регуляцией D3R в полосатом теле; более того, лентивирусная гиперэкспрессия D3R в дорсальном полосатом теле приводит к появлению дискинетического поведения. С другой стороны, генетическая делеция D3R снижает LID, не влияя на противопаркинсонический эффект L-ДОФА, в то время как стриатальная инъекция олигонуклеотидов, антисмыслово нацеленных на D3R, блокирует поведенческую сенсибилизацию к эффектам повторного лечения L-ДОФА у крыс с гемипаркинсоническим синдромом. Следует отметить, что лечение L-ДОФА увеличивает экспрессию D3R в большей степени в полосатых нейронах, содержащих D1R, чем в D2R, подтверждая идею о том, что D3R напрямую взаимодействует с D1R при контроле LID. В ряде исследований были предприняты попытки модифицировать LID с помощью лигандов D2R / D3R / D4R. В некоторых исследованиях на животных блокада D3R, по-видимому, эффективна в уменьшении века, но в других исследованиях такого эффекта не наблюдается. Это очевидное несоответствие может быть связано с селективностью соединений, используемых для нацеливания на D3R; действительно, они связываются со всеми D2R-подобными рецепторами (D2R, D3R и D4R). Кроме того, D3R может быть не единственным подтипом DR, вовлеченным в LID, поскольку L745870, соединение, о котором сообщается как о селективном антагонисте D4R, способно уменьшать тяжесть LID на модели PD у макаки. D3R проявляет смещенную передачу сигналов и паттерн десенсибилизации в ответ на определенные агонисты, включая дофамин. Таким образом, повышенная экспрессия D3R, связанная с селективной десенсибилизацией, может способствовать развитию двигательных симптомов БП и LID. Недавнее исследование показывает, что SK609, агонист D3R с атипичными сигнальными свойствами, улучшает показатели гемипаркинсонических крыс и при использовании в качестве адъюванта с L-ДОФА уменьшает двигательные симптомы, вызванные L-ДОФА. Таким образом, имеющиеся данные указывают на то, что D3R участвует в LID и может представлять терапевтическую мишень, но, насколько нам известно, никаких клинических исследований не запланировано и в настоящее время не проводится, чтобы выяснить, можно ли противодействовать LID селективными лигандами D3R. Буспирон, одобренный препарат, обладающий активностью антагониста D3R, будет оценен в ходе клинического испытания LID (NCT02589340). Потенциальный терапевтический эффект буспирона при LID, однако, объясняется его активностью агониста 5-НТ1А, поскольку он снижает скорость высвобождения в нейроны в субталамическом ядре крыс через 5-НТ1A рецепторы. Кроме того, у пациентов с БП эффективность буспирона в снижении синаптического дофамина и ослаблении LID положительно коррелирует с уровнем серотонинергической терминальной функции, меченной ПЭТ-лигандами для переносчика серотонина.

2.3.Зависимость

Мезокортиколимбическая дофаминовая-система в значительной степени отвечает за механизмы вознаграждения, которые усиливают поведение, необходимое для выживания, включая прием пищи и сексуальную активность. Однако злоупотребление наркотиками модифицирует эту систему для поддержания компульсивного поиска и приема наркотиков (с потерей способности контролировать сильные позывы и непрерывным приемом наркотиков, несмотря на осознание их вредных последствий. Пятое издание Руководства по диагностике и статистике психических расстройств объединяет категории “Злоупотребление психоактивными веществами“ и ”Зависимость от психоактивных веществ" в единое расстройство, получившее название “Расстройство, связанное с употреблением психоактивных веществ”. Данные, полученные с использованием высокоселективных лигандов D3R на животных моделях, показывают, что D3R участвуют не только в вознаграждении, связанном с наркотиками, и приеме лекарств, но и в поведенческой сенсибилизации, включая восстановление в должности и поведение, связанное с поиском наркотиков. С другой стороны, повышение экспрессии D3R было обнаружено у животных, хронически подвергавшихся воздействию психостимулирующих препаратов, а также после хронического приема алкоголя. В соответствии с доклиническими исследованиями, повышающая регуляция D3R наблюдалась в посмертных исследованиях в мозге человека, хронически подвергавшегося воздействию кокаина и, совсем недавно, в исследованиях ПЭТ in vivo, в мозге человека, хронически подвергавшегося воздействию метамфетамина. Антагонисты D3R противодействуют самостоятельному приему различных наркотических средств, вызывающих злоупотребление, в соответствии с графиком, при которых требования к ответу высоки и препятствуют повторению рецидива, что дополнительно указывает на общий механизм медикаментозно-индуцированного компульсивного поведения и предполагает потенциал нацеливания на D3R для лечения SUD. В исследованиях на людях до сих пор было протестировано несколько соединений, обладающих антагонистической активностью D3R, и ни одно из них в настоящее время не одобрено для расстройства злоупотребления психоактивными веществами. GSK598809 - это препарат, демонстрирующий некоторые многообещающие эффекты на ранних стадиях клинической разработки. Это соединение было способно временно снижать тягу к сигаретам, при этом дозировка обеспечивала заполнение D3R на 72-89%, как оценивали по [11C]-(+)-PHNO в ПЭТ. В настоящее время проводится исследование по анализу модуляции вознаграждения, импульсивности и эмоциональной реактивности с помощью GSK598809.

2.4.Тревога/депрессия

С давних пор считалось, что изменение дофаминергической нейротрансмиссии связано с депрессией. Первоначально было высказано предположение, что депрессия связана со снижением внеклеточной концентрации дофамина, позже было установлено, что антидепрессанты действуют, по крайней мере частично, влияя на внеклеточную концентрацию дофамина. Анализ высвобождения дофамина и стимуляции дофаминовых рецепторов после лечения антидепрессантами осложняется тем фактом, что большинство антидепрессантов ингибируют обратный захват серотонина, что дополнительно влияет на высвобождение дофамина в различных областях мозга, включая мезолимбические, богатые D3R. Как упоминалось выше, экспрессия D3R ограничена полосатым телом и мезолимбической системой. Нарушение мезолимбического дофаминергического пути может быть ответственно за ангедонию, один из основных симптомов депрессии. Ряд результатов подтверждают эту точку зрения; например, было обнаружено, что связывание D2R / D3R выше в миндалине пациентов с депрессией; с другой стороны, длительное лечение антидепрессантами изменяет экспрессию мРНК D3R в оболочке прилежащего ядра. Поведенческие данные с использованием лигандов D3R на животных моделях немногочисленны; прамипексол, неэрголиновый агонист D3R, сокращает время неподвижности в тесте принудительного плавания при введении до 14 дней и нормализует гиперактивность, вызванную бульбэктомией, у крыс; более селективный лиганд D3R 7-гидрокси-N, N-ди-n-пропил-2-аминотетралин (7- OH-DPAT) оказывает стимулирующее действие на мышей. антидепрессантная активность аналогична прамипексолу у обонятельной бульбэктомированной крысы. Однако данные, полученные на мышах D3R- / - , позволяют предположить, что D2R, а не D3R ответственен за антидепрессантоподобную активность, наблюдаемую у прамипексола в тесте принудительного плавания мышей, поскольку он аналогичным образом сокращает время неподвижности у WT и D3R- / - (Siuciak & Fujiwara, 2004). Прамипексол, по-видимому, уменьшает ангедонию, эффект, обнаруженный как увеличение потребления сахарозы, при тестировании на модели хронического легкого стресса; однако у животных, подвергшихся стрессу, он увеличивает потребление сахарозы выше контрольного уровня, в то время как он увеличивает потребление сахарозы также у контрольных животных без стресса. Таким образом, остается под вопросом, связана ли антидепрессантоподобные активность прамипексола на животных моделях со стимуляцией D3R. Хронический стресс считается ключевым фактором в патогенезе депрессии. Активность мезолимбических дофаминергических нейронов в цепи вознаграждения является ключевым фактором, определяющим поведенческую восприимчивость / устойчивость к хроническому стрессу. Было обнаружено, что D3R понижается после хронического стресса, и это изменение обращают вспять с помощью лечения антидепрессантами или электросудорожной терапии, предполагая, что усиленная дофаминергическая нейротрансмиссия, опосредованная D3R, участвует в адаптивных изменениях к стрессу. Однако в двух исследованиях не было обнаружено депрессивноподобного поведения ни на базальном уровне (передвижение, исследование), ни в парадигмах иммобилизационного стресса у D3R- / - , хотя D3R- / - кажутся более устойчивыми к стрессовым процедурам, чем однопометники WT, демонстрируют лучшие показатели в приподнятом плюсовом лабиринте и более чувствительны к анксиолитическому эффекту диазепама.

Наконец, многочисленные данные указывают на то, что депрессия сопровождается снижением уровня нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) и что лечение антидепрессантами восстанавливает, по крайней мере частично, уровни BDNF. Экспрессия D3R жестко контролируется BDNF, так что изменения в экспрессии и функции D3R могут быть механистически связаны с BDNF при депрессии; еще предстоит определить, влияет ли этот потенциальный механизм на клинические исходы.

2.5.Глаукома

Глазная гипертензия является основным фактором риска развития глаукомы, прогрессирующей оптической нейропатии, которая является основной причиной слепоты в промышленно развитых странах. Исследование лечения глаукомы в Соединенном Королевстве показало, что риск прогрессирования глаукомы снижается на 19% на единицу снижения внутриглазного давления (ВГД) как у нормотензивных, так и у гипертонических пациентов. Повышение ВГД происходит из-за дисбаланса между притоком и оттоком водянистой влаги (АГ). Образование и дренаж АГ происходят в отростках цилиарного тела и трабекулярной сети / увеосклеральном пути соответственно. В настоящее время на рынке доступны пять классов местных препаратов: бета-блокаторы, ингибиторы карбоангидразы, производные простагландинов, симпатомиметики и миотики. Первые два класса - это препараты “притока”, остальные три - препараты “оттока”. Идея о том, что дофаминергическая система может играть определенную роль в регуляции гидродинамики АГ, была впервые выдвинута в восьмидесятых годах. Во-первых, группа антагонистов дофамина была изучена на предмет их способности подавлять скорость восстановления ВГД у кроликов, которым вводили гипертонический физиологический раствор; впоследствии было показано, что некоторые производные эрголина, обладающие активностью D2R-подобного агониста, снижают ВГД на различных моделях животных. Несколько лет спустя агонисты D1R и D2R были протестированы на пациентах с открытоугольной глаукомой высокого напряжения. Это исследование показало, что селективные агонисты D1R, такие как фенолдопам, применяемые местно в виде глазных капель, вызывали значительное повышение ВГД только в глазах с гидродинамическими нарушениями, и такой гипертензивный эффект подавлялся только селективным антагонистом D1R SCH-23390; с другой стороны, агонист D2R бромокриптин был способен снижать ВГД. Этот последний результат был подтвержден Elibol et al, продемонстрировав, что 0,05% бромокриптина и 0,1% глазного капли снижали ВГД у нормальных пациентов на 22,0+/- 5,8% и 28,4+/- 9,8% от базального уровня соответственно. Эти новаторские исследования открыли путь к дальнейшим исследованиям роли дофаминергической системы в модуляции ВГД. Зарождалась идея о том, что выработка AH стимулируется D1R и ингибируется D2R, и был предложен новый фармакологический подход, использующий одновременную блокаду D1R и стимуляцию D2R. Потенциальная роль D3R в снижении ВГД была впервые предложена в 2000 году на основании наблюдения, что местное применение 7-OH-DPAT, селективного агониста D3R, было способно снижать ВГД у кроликов, в то время как селективный антагонист D3R, U99194A, отменял его эффект. Предполагаемое расположение D3R в глазу находится в симпатических волокнах, афферентных к цилиарному телу; таким образом, активация D3R может блокировать приток АГ. Наша лаборатория подтвердила роль D3R как потенциальной фармакологической мишени для глазных гипотензивных препаратов с помощью фармакологических подходов наряду с исследованием делеции гена Поскольку DRS были идентифицированы в цилиарном теле мышей, вероятно, что активация D3R блокирует выработку AH. На основании этих фундаментальных исследований мы предполагаем, что ПРИНЯТАЯ РУКОПИСЬ глазной гипотензивный эффект, вызываемый классическими агонистами D2R, такими как бромокриптин, лерготрил, лизурид, перголид, цианерголин и каберголин, у животных и человека, связан со стимуляцией D3R, а не D2R , что согласуется с имеющимися данными об их сродстве к D2R и каберголину и D3R. Следует отметить, что вышеупомянутые производные спорыньи не являются селективными в отношении DR, они также связывают серотнергические и адренергические рецепторы. Принимая во внимание это, в последние годы было трудно выяснить точный механизм действия этих препаратов с точки зрения модуляции ВГД до использования D3R- / - мышей и / или селективных лигандов D3R. В заключение, дофаминергическая система играет ключевую роль в регуляции ВГД, а D3R является ключевым подтипом DR, представляющим многообещающую потенциальную мишень для лечения глаукомы.