Кіріспе
Биологиялық рецепторлар тобы. Опиоидты рецепторлар – опиоидтарды лигандтар ретінде пайдаланатын тежегіш G протеинімен жұптасқан рецепторлар тобы. Ішкі опиоидтар – динорфиндер, энкефалиндер, эндорфиндер, эндоморфиндер және ноцицептин. Опиоидты рецепторлар соматостатин рецепторларымен (SSTR) шамамен 40% үйлеседі. Опиоидты рецепторлар мида, жұлын миында, шеткі нейрондарда және ас қорыту жолында кеңінен таралған.
Opioid receptors are a group of inhibitory G protein coupled receptors with opioids as ligands. The endogenous opioids are dynorphins, enkephalins, endorphins, endomorphins and nociceptin. The opioid receptors are ~40% identical to somatostatin receptors (SSTRs). Opioid receptors are distributed widely in the brain, in the spinal cord, on peripheral neurons, and digestive tract.
Ашылу
1960 жылдардың ортасына қарай фармакологиялық зерттеулер опиоидтардың белгілі бір рецепторлар арқылы әсер ететіні және мұндай рецепторлардың көп болуы мүмкін екенін көрсетті. Алғашқы зерттеулер опиаттардың мида жинақталатынын анықтаған болатын. Рецепторлар алғаш рет радиоизотоптармен белгіленген опиаттардың ми мембранасы гомогенаттарымен байланысуын зерттеу арқылы нақты молекулалар ретінде анықталды. Осындай алғашқы зерттеу 1971 жылы 3H-леворфанол қолданылып жарияланды. 1973 жылы Кандис Перт және Соломон Х. Снайдер 3H-налоксонды пайдалана отырып, болашақта μ-опиоид рецепторы болып шығатын рецепторды егжей-тегжейлі зерттеудің нәтижесін жариялады. Бұл зерттеу опиоид рецепторын анықтаған алғашқы нақтылы жарияланым деп есептеледі, алайда одан кейін қысқа мерзім ішінде тағы екі зерттеу жүргізілді.
Тазарту
Рецепторды тазарту оның бар екенін одан әрі растады. Рецепторды тазартуға жасалған алғашқы әрекет хлорналтрексамин деп аталатын жаңа опиоид антагонистін пайдалану болды, бұл антагонист опиоид рецепторына байланысатыны дәлелденген. Кейін Карузо тышқан миының мембранасынан жуу арқылы алынған, 3H хлорналтрексаминмен арнайы байланысқан компонентті тазартып алды.
Эволюция
Опиоидты рецепторлар (ОР) туысы омыртқалы жануарлар эволюциясының басында бір ғана ата-бабалық опиоидты рецептордың екі еселенуінен пайда болды. Филогенетикалық талдау көрсетіп тұрғандай, опиоидты рецепторлар туысы 450 миллион жылдан астам бұрын жақ сүйегі бар омыртқалы жануарлар пайда болған кезде-ақ қалыптасқан. Адамда, екі тетраплоидизация оқиғасының нәтижесінде, рецептор гендері 1, 6, 8 және 20 хромосомаларда орналасқан. Тетраплоидизация оқиғалары көбінесе еселенген гендердің бірінің немесе бірнешесінің жоғалуына әкеледі, бірақ осы жағдайда, дерлік барлық түрлер төрт опиоидты рецепторды сақтайды, бұл осы жүйелердің биологиялық маңыздылығын көрсетеді. Стефано ОР мен иммундық жүйенің бірге эволюцияласуын зерттеді, бұл рецепторлардың ертеректегі жануарларға ауырсыну мен қабыну шокінен агрессивті ортада аман қалуға көмектескенін анықтады. Дельта, каппа және мю рецепторлары бір-бірімен 55–58% сәйкес келеді, ал ноцицептин рецепторымен 48–49% гомологияны көрсетеді. Осы деректерге сүйенсек, NOP рецепторының OPRL1 генінің эволюциялық тегі басқа рецептор гендерімен бірдей, бірақ мутация жылдамдығы жоғары. Опиоидты рецепторлар отбасылары көптеген ұқсастықтарға ие болғанымен, олардың құрылымдық айырмашылықтары функционалдық айырмашылықтарға әкеледі. Мю-опиоидты рецепторлар релаксацияны, сенімділік, қанағаттандыруды және анальгезияны тудырады. Бұл жүйе тұрақты, эмоционалды байланысқа негізделген қарым-қатынастарды орнатуға да көмектеседі. Жастар теңіз шошқаларымен жүргізілген тәжірибелер әлеуметтік байланыстың опиоидтық жүйе арқылы жүзеге асырылатынын көрсетті. Опиоидты сигнал берудің осы мінез-құлықтағы эволюциялық рөлі иттілерде, тауықтарда және егеуқұйрықтарда расталды. Опиоидты рецепторлар жұптасу мінез-құлқында да маңызды рөл атқарады. Алайда, мю-опиоидты рецепторлар тек әлеуметтік мінез-құлықты ғана бақыламайды, сонымен қатар адамдарға көптеген жағдайларда жайлы сезінуге мүмкіндік береді. Каппа және дельта опиоидты рецепторлары релаксациямен және анальгезиямен азырақ байланысты болуы мүмкін, себебі каппа опиоидты рецепторы мю-опиоидты рецепторының белсенділігін басады, ал дельта опиоидты рецепторы агонисттер мен антагонисттермен әртүрлі өзара әрекеттеседі. Каппа опиоидты рецепторлары созылмалы алаңдаушылықтың қабылдау деңгейін жоғарылатады, ал дельта опиоидты рецепторлары әрекетке бастауды, импульсивтілікті және мінез-құлықты белсендіруді тудырады. Осы айырмашылықтар кейбір зерттеушілерді үш опиоидты рецепторлар отбасындағы жоғары немесе төмен реттеудің психикалық ауруларда байқалатын әртүрлі эмоционалдық бейімділіктің негізі болуы мүмкін деген тұжырымға келтірді. Адамға тән опиоидты модуляцияланған когнитивтік ерекшеліктер рецепторлардың немесе лигандтардың кодтауындағы айырмашылықтарға емес (олар приматтармен 99% ұқсас), бірақ экспрессия деңгейінің реттелуіндегі өзгерістерге байланысты.
Номенклатура
Рецепторларға олармен байланысатын алғашқы лигандтың бірінші әрпі арқылы ат қойылды. Морфин "мю" рецепторларымен байланысатын алғашқы химиялық зат болды. Морфин сөзінің бірінші әрпі – м, грек әрпі μ арқылы көрсетіледі. Осыған ұқсас, кетоциклазоцин деп аталатын препараттың "κ" (каппа) рецепторларына бірінші болып байланысы анықталды, ал "δ" (дельта) рецепторы алғаш рет сипатталған егеуқұйрықтың ұрық жолы тінінің атымен аталды. Кейіннен тағы бір опиоидты рецептор анықталып, кДҚ-мен гомология негізінде клондалды. Бұл рецептор ноцицептин рецепторы немесе ORL1 (опиат рецепторына ұқсас 1) деп аталады. Опиоидты рецепторлардың түрлері шамамен 70% бірдей, ал айырмашылықтар N және C терминалдарында орналасқан. Мю рецепторы ең маңыздысы болуы мүмкін. G белгісінің барлық опиоидты рецепторлардың үшінші ішкі циклдарына байланысатыны белгілі. Тышқандар мен адамдарда әртүрлі рецепторлардың субтиптеріне жататын гендер жеке хромосомаларда орналасқан. Адам тінінде жеке опиоидты рецепторлардың субтиптері анықталды. Зерттеулерге дейін субтиптердің генетикалық дәлелдері табылмады, және олар клондалған рецептор түрлерінің посттрансляциялық модификациясынан пайда болады деп есептеледі. IUPHAR кіші комитеті 3 классикалық (мю, дельта, каппа) рецепторлары мен классикалық емес (ноцицептин) рецепторлары үшін тиісті терминологияны MOP ("Мю опиат рецепторы"), DOP, KOP және NOP деп атауды ұсынды.
Қосымша рецепторлар
Сигма (σ) рецепторлары бір кезде опиоид рецепторлары деп есептелген, себебі көптеген опиоидтік препараттардың қақырық тоқтату әсері σ рецепторлары арқылы жүзеге асырылды, ал алғашқы таңдамалы σ агонистері опиоидтік препараттардың туындылары болды (мысалы, аллильнорметазоцин). Дегенмен, σ рецепторлары эндогендік опиоид пептидтерімен белсендірілмейтіні анықталды және олар функциясы мен гендік тізбегі жағынан басқа опиоид рецепторларынан едәуір өзгеше, сондықтан қазір олар көбінесе опиоид рецепторларымен бірге жіктелмейді. Эндогендік опиоид пептидтерінің әсерін көрсететін фармакологиялық дәлелдерге байланысты, тағы да опиоид рецепторларының (немесе рецепторлардың) қосымша субтиптерінің болуы болжамдалды, бірақ бұл әсерлер белгілі төрт опиоид рецептор субтиптерінің ешқайсысы арқылы орын алмайтындығы көрсетілді. Опиоид рецепторларынан (μ, δ, κ) өзге рецептор субтиптерінің немесе қосымша рецепторлардың болуы туралы мәліметтер шектеулі, себебі үш негізгі рецептор үшін тек үш ген ғана анықталған. Осы қосымша рецепторлардың ішінде нақты анықталған жалғыз рецептор – зета (ζ) опиоид рецепторы, ол жасушалық өсу факторының модуляторы болып табылады және оның эндогендік лиганды – мет-энкeфалин. Бұл рецептор қазір көбінесе опиоид өсу факторы рецепторы (OGFr) деп аталады.
Эпсилон (ε) опиоидты рецептор
Тағы бір болжамдалған опиоидты рецептор – ε опиоидты рецептор. Бұл рецептордың бар екендігі күдік тудырған себеп, эндогендік опиоидты пептид бета-эндорфин, белгілі опиоидты рецепторлардың ешқайсысы арқылы жүзеге аспайтын қосымша әрекеттерді тудырғандығы болды. Бұл рецептордың белсендірілуі күшті анальгезияға және мет-энкeфалиннің босатылуына әкеледі; кеңінен қолданылатын опиоидты агонистердің көптеген түрлері, мысалы, μ агонисті эторфин және κ агонисті бремазоцин, осы әсерге агонист ретінде әрекет етеді (олардың жақсы белгілі нысандарына қарсыластардың болуына қарамастан), ал бупренорфин эпсилон антагонисті ретінде әрекет етеді. Қазіргі уақытта болжамды эпсилон рецепторы үшін бірнеше селективті агонистер мен антагонистер қолжетімді; алайда, осы рецептордың генін табуға жасалған әрекеттер сәтсіз аяқталды, ал μ/δ/κ "үштік нокаут" егештерінде эпсилонмен шақырылған әсерлер байқалмады, бұл эпсилон рецепторының баламалы посттрансляциялық өзгертуден туындаған сплайс-вариант немесе екі немесе одан көп белгілі опиоидты рецепторлардың гибридтелуінен пайда болған гетеромер болуы мүмкін екенін көрсетеді.
Белсенділендіру механизмі
Опиоидты рецепторлар – G белоктерімен байланысқан рецепторлардың (GPCR) бір түрі. Бұл рецепторлар орталық жүйке жүйесі бойымен және нейрондық және нейрондық емес тіндердің шеткі қабаттарында таралады. Олардың жоғары концентрациясы периаквадукттік сұр зат, көк мұз (Locus coeruleus) және ростральды вентромедиалдық ми жолында (rostral ventromedial medulla) орналасқан. Рецепторлардың құрамына клеткадан тыс аминқышқылы N-терминалы, жеті трансмембраналық спиральді цикл, үш клеткадан тыс цикл, үш клеткаішілік цикл және клеткаішілік карбоксилді C-терминалы кіреді. Үш GPCR клеткадан тыс циклдері сигнал молекулаларының жауап беру үшін байланысатын бөлігін қамтамасыз етеді. Гетеротримерлі G белоктері үш түрлі кіші бірліктен тұрады: альфа (α) кіші бірлігі, бета (β) кіші бірлігі және гамма (γ) кіші бірлігі. Гамма және бета кіші бірліктері тұрақты байланысып, бір Gβγ кіші бірлігін құрайды. Гетеротримерлі G белоктері «молекулалық қосқыштар» ретінде әрекет етеді, сигналдарды беруде маңызды рөл атқарады, себебі олар белсендірілген рецепторлардан ақпаратты тиісті эффекторлық белоктарға жеткізеді. Барлық G белок α кіші бірлігінде 16 көміртекті қаныққан май қышқылы – пальмитат болады, ол N-терминалының жанында цистеин аминқышқылына лабилді, қайтымды тиоэстер байланысы арқылы бекітіледі. Осы пальмитоилдану G белгісінің альфа-бөлімшелерінің гидрофобты табиғаты арқасында мембраналық фосфолипидтермен өзара әрекеттесуіне мүмкіндік береді. Гамма кіші бірлігі де липидтік модификацияланған және плазмалық мембранаға да жабыса алады. Екі кіші бірліктің осы қасиеттері опиоид рецепторының G белгісіне липидтік тіректер арқылы мембранамен тұрақты өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Агонистік лиганд опиоид рецепторына байланысқанда конформациялық өзгеріс пайда болады және Gα кіші бірлігінен GDP молекуласы шығарылады. Бұл механизм күрделі және сигналдарды трандукциялау жолының маңызды кезеңі болып табылады. GDP молекуласы қосылған кезде Gα кіші бірлігі белсенді емес күйде болады, ал нуклеотидті байланыстыру қалтасы белок кешенінің ішінде жабылады. Алайда, лиганд байланысқаннан кейін рецептор белсенді конформацияға ауысады, бұл трансмембраналық спиральдар арасындағы молекулааралық қайта құрылымдану арқылы жүзеге асады. Рецептордың белсенділігі цитоплазмалық үшінші және алтыншы трансмембраналық спиральдарды біріктіріп, олардың айналуына себеп болатын «иондық құлыпты» босатады. Бұл конформациялық өзгеріс цитозолдық жақтағы жасушалық рецептор домендерін ашып, G белгісін белсендіре бастайды. GDP молекуласы Gα кіші бірлігінен бөлініп кеткенде, GTP молекуласы бос нуклеотидті байланыстыру қалтасына байланысады және G белок белсенді болады. Gα(GTP) кешені қалыптасады, ол Gα(GDP) кешенінен гөрі Gβγ кіші бірлігіне әлсіз жақындыққа ие, бұл Gα кіші бірлігінің Gβγ кіші бірлігінен бөлінуіне және G белгісінің екі бөлігін құруына әкеледі. Кіші бірліктер қазір эффектті белоктармен өзара әрекеттесуге еркін, бірақ олар әлі де липидтік тіректер арқылы плазмалық мембранаға бекітілген. Байланысқаннан кейін белсенді G белок кіші бірліктері мембранада таралады және әртүрлі клеткаішілік эффектор жолдарына әсер етеді. Бұл нейрондық аденолат циклаза белсенділігін тежеуді, сондай-ақ мембраналық гиперполяризацияны арттыруды қамтиды. Аденилатциклаза фермент кешені ынталандырылған кезде циклдік аденозин 3', 5' монофосфаты (cAMP) аденозин 5' трифосфатынан (ATP) түзіледі. cAMP екіншілік хабаршы ретінде әрекет етеді, себебі ол плазмалық мембранадан жасушаға өтіп, сигналды қайтарады. cAMP нейронда клеткаішілік орналасқан cAMP тәуелді А протеинкиназасына (PKA) байланысады және оны белсендіреді. PKA-ның құрамындағы холофермент – фермент пен коферменттің бірігуі нәтижесінде белсенді болатын қосылыс. PKA ферменті екі каталитикалық PKS Cα кіші бірлігін және PKA R кіші бірлігі димерін реттейді. PKA голоферментінің белсенділігі қалыпты жағдайда төмен, алайда сигнал трандукциясы механизміне сәйкес бұрын пайда болған cAMP молекулалары ферментпен біріккенде PKA конформациялық өзгеріске ұшырайды. Бұл оны белсендіреді, оған субстраттың фосфорилирленуін катализациялау қабілетін береді. CREB (cAMP жауап элементімен байланыстыратын белок) транскрипция факторларының бір туысына жатады және нейронның ядросында орналасқан. PKA белсендірілген кезде ол CREB ақуызын фосфорилирлейді (жоғары энергиялы фосфат тобын қосады) және оны белсендіреді. CREB ақуызы cAMP жауап элементтері CRE-мен байланысады және белгілі бір гендердің транскрипциясын арттыра немесе азайта алады. cAMP/PKA/CREB сигналдау жолы жоғарыда сипатталғандай, жад қалыптасу және ауырсынуды басуда маңызды рөл атқарады. Ол сондай-ақ ұзақ мерзімді потенцияцияның индукциясы мен сақталуында маңызды, бұл синаптық пластикалықтың негізгі құбылысы – синапстардың уақыт өте келе күшею немесе әлсіреу қабілеті. Кернеуге тәуелді кальций арналары (VDCC), нейрондардың деполяризациясында маңызды рөл атқарады және нейротрансмиттерлердің босатылуын ынталандыруда маңызды рөл атқарады. Агонистер опиоид рецепторларына байланысқанда, G белоктері белсендіріледі және құрамына кіретін Gα және Gβγ кіші бірліктеріне бөлінеді. Gβγ кіші бірлігі VDCC трансмембраналық спиральдарының арасындағы клеткаішілік циклға байланысады. Кіші бірлік кернеуге тәуелді кальций арнасына байланысқанда, ол кернеуге тәуелді бұғаттау тудырады, бұл арнаны тежейді және нейронға кальций иондарының ағынын болдырмайды. Және де жасуша мембранасына енгізілген G белоктерімен байланысқан ішке қарай түзетуші калий арнасы бар. Gβγ немесе Gα(GTP) молекуласы калий арнасының C-терминалына байланысқанда, ол белсенді болады және калий иондары нейроннан шығарылады. Калий арнасының белсендірілуі және кальций арнасының келесі деактивациясы мембраналық гиперполяризацияға әкеледі. Бұл мембрананың потенциалындағы өзгеріс, оны одан да теріс етеді. Кальций иондарының азаюы нейротрансмиттерлердің босатылуының азаюына әкеледі, себебі кальций осы оқиғаның болуы үшін қажет. Бұл нейротрансмиттерлер, мысалы, глутамат және P заты, пресинаптық нейрон терминалынан босатылмайды. Бұл нейротрансмиттерлер ауырсынудың берілуі үшін маңызды, сондықтан опиоид рецепторының белсенділігі осы заттардың босатылуын азайтады, осылайша күшті анальгетикалық эффект тудырады.
Патология
δ опиоидты рецепторлардың кейбір мутациялары рецептордың үнемі белсенді болуына әкеп соқты.