Следовые амины (TAAR) и их рецепторы часть 2
3. Хранение и прохождение через мембраны
В отличие от структурных аналогов нейротрансмиттеров, PEA, TYR и TRP, по-видимому, не накапливаются. Все три легко диффундируют через синтетические липидные бислои в отсутствие транспортеров, с периодом полураспада диффузии 15 секунд или менее. В соответствии с этим прохождение PEA через гематоэнцефалический барьер происходит по механизму, совместимому с пассивной диффузией, тогда как прохождение TYR через эпителиальные клетки кишечника также, по-видимому, опосредовано диффузией. Высвобождение PEA из всего мозга, полосатых срезов или синаптосом не увеличивается при K+-индуцированной деполяризации. Аналогичные результаты были также получены с TYR, при этом лишь небольшое увеличение высвобождения в ответ на K+-индуцированную деполяризацию наблюдалось в срезах мозга. Аналогично, не было обнаружено влияния деполяризации на высвобождение TRP из полосатых срезов. Отсутствие эффекта K+-индуцированная деполяризация убедительно свидетельствует о том, что эти соединения не накапливаются в синаптических пузырьках и не высвобождаются путем экзоцитоза, что предположительно указывает на “высвобождение” путем простой диффузии через мембрану, что согласуется с предыдущими сообщениями об отсутствии резерпинчувствительного везикулярного накопления. Напротив, индуцируемая вератридином деполяризация действительно увеличивает высвобождение TYR из полосатых срезов, хотя возникают ли аналогичные эффекты при применении PEA и / или TRP, не изучалось. Представляет ли это подмножество синаптических пузырьков, к которым может получить доступ TYR (и, возможно, другие следовые амины), требует дальнейшего изучения. Однако, в соответствии с недостаточным накоплением в везикулах, период полураспада эндогенного пула PEA и TRP, по оценкам, составляет менее 30 секунд. Также сообщалось, что скорость обмена ОСT заметно выше, чем у норэпинефрина или дофамина.
Как недавно обсуждалось, отмеченное выше отсутствие эффекта деполяризации на PEA, TRP и, в менее ясной степени, высвобождение TYR из препаратов нейронов трудно объяснить термодинамически. Даже если “высвобождение” происходит путем диффузии, деполяризация мембраны должна увеличить это из-за последующего увеличения электрохимического градиента. Отсутствие такого эффекта может указывать на присутствие мембранного транспортера, регулирующего синаптические уровни PEA, TYR и TRP. В соответствии с таким выводом, ранее сообщалось, что перенос PEA в эритроциты кроликов связан с неизвестным переносчиком, как и транспорт через клетки Caco-2. С помощью фармакологических зондов переносчик органических катионов 2 (OCT2; Slc22A2) недавно был идентифицирован как вероятный переносчик TYR в синаптосомах мозга крыс, проявляющий Kt, приблизительно равный 100 нМ, что в разумных пределах согласуется с оценками эндогенных концентраций TYR. OCT2 широко рассматривается как полиспецифический переносчик, который взаимодействует с широким спектром терапевтических средств, не отличающийся от широкой настройки субстрата, о которой сообщалось для TAAR1 (см. IV.B.1.c. Лиганды рецептора 1, связанные с следовыми аминами). Если будет подтверждена роль OCT2 в регуляции прохождения остаточных аминов через мембраны в физиологически значимых концентрациях, это позволит использовать систему trace amine / TAAR в качестве новой молекулярной мишени, которую следует рассматривать в отношении нежелательных лекарственных взаимодействий для терапевтических средств, взаимодействующих с переносчиком OCT2.
В совокупности приведенные выше исследования предполагают, что архетипические микроэлементы легко проникают через клеточные мембраны путем диффузии, но что их уровни дополнительно регулируются одним или несколькими транспортерами. Современное понимание синтеза, метаболизма и транспорта PEA и TYR в нейронах кратко представлено на рис. 5.
Современное понимание взаимодействия между TAAR1 и дофаминовыми системами. β-PEA и TYR синтезируются в дофаминергических терминалах. В отличие от дофамина, они не накапливаются в синаптических пузырьках и легко диффундируют через плазматические мембраны. Обратному захвату в пресинаптических терминалях, по-видимому, способствует OCT2. TAAR1 имеет преимущественно внутриклеточное расположение, при котором возможны как пре-, так и постсинаптические эффекты. Способствует ли переносчик постсинаптическому поглощению следовых аминов, пока неизвестно. TAAR1 может перемещаться на поверхность клетки после гетеродимеризации с помощью D2R, эффект, который способствует преимущественной передаче сигналов D2R через каскад сигнальной трансдукции Gi, а не через путь β-аррестина 2. Взаимодействия TAAR1 с D1R не происходят. Присутствует сложная система перекрестных помех между дофаминовой системой и системой TAAR1. Пресинаптическая активация D2R через каскад передачи сигнала Gi приводит к ингибированию синтеза PEA/TYR. Внеклеточный метаболизм дофамина под действием COMT приводит к образованию 3-MT, агониста TAAR1, который, подобно внеклеточным PEA и TYR, может активировать гетеромерный комплекс TAAR1 / D2R как на пре-, так и на постсинаптических мембранах. Пунктирные синие стрелки указывают на движение молекул, сплошные зеленые стрелки указывают на рецепторно-опосредованную стимуляцию, а сплошные красные линии указывают на рецепторно-опосредованное ингибирование. DOPAC, 3,4-дигидроксифенилуксусная кислота; L-Phe, l-фенилаланин; l-Tyr, l-тирозин; PAA, фенилуксусная кислота / 4-гидроксифенилуксусная кислота; TH, тирозингидроксилаза; VMAT2, везикулярный переносчик моноаминов 2.
4. Клеточные эффекты
Эффекты, которые, как ясно продемонстрировано, обусловлены взаимодействием с одним или несколькими TAAR, подробно описаны в последующих разделах, посвященных отдельным подтипам TAAR. Однако до идентификации TAAR был описан ряд клеточных реакций, и они кратко изложены в следующих параграфах. Часто неизвестно, обусловлены ли эти эффекты взаимодействием с TAARs, хотя во многих случаях реакции поразительно похожи на современные представления о физиологической функции TAARs.
A. НЕПРЯМЫЕ СИМПАТОМИМЕТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
Давно известно, что лиганды TAAR1, в частности PEA и TYR, обладают непрямыми симпатомиметическими, амфетаминоподобными эффектами. Такие эффекты, которые включают ингибирование процессов обратного захвата и вытеснение моноаминных нейротрансмиттеров из их запасов, обычно требуют концентрации PEA / TYR не менее 10 uМ , что, как полагают, по меньшей мере в 100 раз превышает физиологические концентрации. Стереотипия поведения, подобная амфетаминоподобной, также индуцируется введением высоких доз (> 25 мг / кг) PEA / TYR. Хотя они менее изучены, также сообщалось о похожих непрямых симпатомиметических реакциях на ОCТ. Как описано ранее, такие результаты привели к предположению, что следовые амины, и PEA в частности, выполняют роль эндогенного амфетамина. Первоначальная фармакологическая характеристика TAARs дала дополнительный поворот этой гипотезе с использованием различных соединений, полученных из амфетамина (рис. 2), проявляющий активность агониста в отношении TAAR1. Однако сосредоточение внимания исключительно на так называемых амфетаминергических эффектах оказывает значительную медвежью услугу физиологии следовых аминергий, а последующее фармакологическое профилирование TAAR1 (подробно описано в IV.B. Рецептор 1, ассоциированный с следовыми аминами) указывает на то, что это чрезмерное упрощение. Препараты амфетаминового ряда действуют довольно разнородно, и гораздо точнее описывать амфетамины как включающие микроэлементы, подобные аминам, как часть спектра их активности, чем описывать микроэлементы как эндогенные амфетамины. В соответствии с этим различия в свойствах вызывающего отвращение стимула, вызываемых PEA и амфетамином, были описаны еще в 1980-х годах, так что, в отличие от амфетамина (и других наркотиков, вызывающих злоупотребление), PEA не вызывает условной реакции отвращения к вкусу.
B. Β-ФЕНИЛЭТИЛАМИН
Сообщалось, что ионофоретическое или внутриартериальное введение низких доз PEA вызывает изменения в активности нейронов. Хотя использованных доз было недостаточно для изменения базовой активности нейронов, реакции на норэпинефрин, электрическую стимуляцию голубого пятна, дофамин или синтетические агонисты дофамина модулируются PEA. Такие эффекты не требуют присутствия эндогенного норэпинефрина или дофамина и не имитируются экзогенным применением дофамина. Кроме того, избирательное повышение уровня эндогенного PEA за счет ингибирования MAO-B дает те же реакции, что и экзогенное введение PEA, и эффекты обращены вспять за счет последующего избирательного снижения уровня PEA за счет частичного ингибирования AADC. Эти модулирующие реакции проявляют избирательность, проявляющуюся в ответах нейронов на серотонин, ацетилхолин, глутамат и ГАМК остаются незатронутыми.
Аналогичным образом, опосредованные дофамином эффекты на текучесть мембран усиливаются присутствием низких концентраций PEA, хотя PEA сам по себе не оказывает влияния на текучесть мембран. Было высказано предположение, что эти реакции представляют собой PEA-опосредованное изменение как конформации белка микротрубочек, так и полимеризации, хотя это, по-видимому, не изучалось дополнительно.
Сообщалось, что хроническое повышение PEA индуцирует снижение регуляции D1R, но не D2-подобных дофаминовых рецепторов (D2Rs), а также обоих β1- и β2-адренергических рецепторов. Механизм, с помощью которого происходит такая регуляция, неизвестен. Остро PEA взаимодействует с D1R только тогда, когда концентрации приближаются к миллимолярным уровням. Поскольку сообщалось, что уровни PEA в мозге увеличиваются только в 10 раз, прямое взаимодействие с D1R несколько маловероятно. Кроме того, эффект на β-адренорецепторы наблюдался не во всех областях мозга, что свидетельствует против реакции, вторичной по отношению к прямому взаимодействию PEA с β-адренорецепторами. Возможно, что эти эффекты хронического повышения PEA вторичны по отношению к увеличению синаптических концентраций моноаминов после непрямых симпатомиметических эффектов PEA, усиливающих транспортноопосредованный отток. Действительно, Сотникова и соавт. наблюдали, что быстрые эффекты PEA короткого действия на внеклеточные уровни дофамина отсутствовали, и соответствующая локомоторная активация и стереотипия не наблюдались, если транспортер дофамина (DAT) был отключен. Скорее, спонтанная активность, проявляемая мышами с нокаутом DAT (KO) при воздействии новой среды, была значительно подавлена PEA на длительный период времени. Это указывает на то, что, подобно ранее наблюдавшимся реакциям на амфетамин, PEA может оказывать парадоксальное успокаивающее действие на гиперактивность, опосредованную дофамином, через механизмы, опосредуемые другими моноаминами, возможно, также включающие взаимодействие с TAAR1.
Помимо регуляции рецепторов нейротрансмиттеров, PEA, как сообщалось, стимулирует секрецию гастрина из G-клеток антрального отдела желудка крысы, эффект, общий с другими эндогенными лигандами TAAR1 TYR и TRP. Это особенно интересно, учитывая последующие исследования, показывающие TAAR1-опосредованные эффекты на индуцируемую питательными веществами секрецию гормонов из желудочно-кишечного тракта (см. IV.B.3. Эффекты на периферии). Сообщалось также, что выработка PEA (а также TYR и TRP) усиливает способность видов Staphylococcus и Enterococcus прикрепляться к эпителиальным клеткам, способствуя последующей интернализации и секреции цитокинов энтероцитами. Наконец, было высказано предположение, что PEA является тигровым феромоном.
C. P-ТИРАМИН
Сообщалось, что TYR в целом оказывает действие, сходное с PEA. Усиление реакции нейронов как на дофамин, так и на норэпинефрин наблюдалось после ионофоретического введения в низких концентрациях либо м-тирамина, либо TYR). Как видно из PEA, присутствует избирательность ответов при отсутствии влияния TYR на ответы на ГАМК, глутамат или серотонин. Как и прежде, дополнительное ионофоретическое применение дофамина на низком уровне не смогло воспроизвести наблюдаемые реакции на TYR.
Сообщалось, что как PEA, так и TYR высвобождаются из активированных тромбоцитов, наблюдение, которое приобретает дополнительный интерес в свете TAAR-опосредованных хемотаксических реакций лейкоцитов (см. IV.B.3.b. Иммуномодулирующие эффекты). Интересно, что зависящие от вида эффекты TYR на хемотаксис и агрегацию лейкоцитов и эритроцитов были описаны еще в начале 1920-х годов. В этой связи интересно отметить, что выработка TYR видами Enterococcus, обнаруженными в сыре, усиливается в условиях, имитирующих прохождение через желудочно-кишечный тракт. Как описано выше, такая продукция способствует прикреплению микробов к энтероцитам и может модулировать последующую передачу сигналов цитокинов энтероцитами. Недавно сообщалось, что TYR, наряду с TRP, также регулирует отдельные изоформы нейронных кислоточувствительных ионных каналов (ASIC), эффект, рассматриваемый как зависящее от напряжения ингибирование открытия и независимое от напряжения потенцирование закрытия изоформы ASIC1a.
Д. ТРИПТАМИН
По сравнению с PEA и TYR электрофизиологические реакции на TRP несколько сложнее. Хотя TRP усиливает ингибирующие серотониновые реакции, возбуждающие серотониновые реакции либо не затрагиваются, либо преобразуются в ингибирующие реакции в присутствии применения TRP низкого уровня. Аналогичные эффекты TRP наблюдаются на реакции нейронов коры головного мозга на электрическую стимуляцию ядер шва. Здесь возбуждающий компонент двухфазных реакций был заметно снижен присутствием TRP, тогда как ингибирующий компонент оставался незатронутым. Возбуждение кортикальных нейронов в ответ на стимуляцию raphe обычно сопровождается длительным снижением базального возбуждения, и это вторичное снижение усиливалось присутствием TRP. Такие эффекты TRP на электрическую стимуляцию не были имитированы низкоуровневым ионофоретическим применением самого серотонина. Напротив, применение TRP не влияет на реакции, индуцированные ацетилхолином. Аналогичным образом, индуцируемое серотонином сокращение гладкой мускулатуры снижается в присутствии TRP в концентрациях ниже тех, которые имитируют действие серотонина, эффект, предположительно, обусловлен увеличением доли рецепторов 5-гидрокситриптамина 2a (5-НТ2a), которые находятся в состоянии высокого сродства к агонисту. Такой эффект предполагает TRP-опосредованную регуляцию механизмов сопряжения рецептора с G-белком. Как указывалось выше, сообщалось также, что TRP регулирует ионные каналы ASIC1a и способствует прикреплению видов стафилококков к эпителиальным клеткам желудочно-кишечного тракта.
ОКТОПАМИН
Хотя ОСТ был впервые синтезирован в 1910 году, он не был идентифицирован в тканевых экстрактах до 1952 года, когда было обнаружено, что он является компонентом слюнной железы обыкновенного осьминога. Более 40 лет назад было высказано предположение, что OCT является котрансмиттером норэпинефрина и, возможно, изменяет норадренергическую активность посредством взаимодействия с участками, отличными от рецепторов норэпинефрина и дофамина. Ионофоретическое применение ОСТ в количествах, недостаточных для воздействия на базальную активность нейронов, усиливает как ингибирующие, так и возбуждающие реакции на норэпинефрин. Однако, в отличие от TYR и PEA, не наблюдалось никакого эффекта на реакции на дофамин или серотонин. Как наблюдалось в случае с другими следовыми аминами, применение низких доз норэпинефрина не смогло вызвать аналогичную модификацию ответов.