Кіріспе

Н-метил-D-аспартат рецепторы (NMDA рецепторы немесе NMDAR деп те аталады) – глутамат рецепторы және негізінен Ca2+ иондық каналы, жүйке жасушаларында табылған. NMDA рецепторы – ионотроптық глутамат рецепторларының үш түрінің бірі, қалған екеуі AMPA және кайнатты рецепторлар. Оның суббөлімдерінің құрамына байланысты лигандалары глутамат және глицин (немесе D-серин) болып табылады. Дегенмен, лигандалардың байланысуы арнаны ашу үшін жеткіліксіз, себебі ол Mg2+ иондарымен бұғатталуы мүмкін, олар тек нейрон жеткілікті деполяризацияланған кезде ғана алынып тасталады. Осылайша, арна «қосылыс детекторы» ретінде әрекет етеді және осы екі шарт орындалғаннан кейін ғана арна ашылады және жасушалық мембрана арқылы оң зарядталған иондардың (катиондардың) ағылуына мүмкіндік береді. NMDA рецепторы ионотроптық, яғни ол иондардың жасуша мембранасынан өтуіне мүмкіндік беретін ақуыз. NMDA рецепторының аталуы агонист молекуласы N-метил-D-аспартат (NMDA) басқа глутамат рецепторларына емес, оған селективті түрде байланысады. NMDA рецепторларын белсендіру катиондарға селективті емес иондық каналдың ашылуына әкеледі, оның біріктірілген кері потенциалы шамамен 0 мВ-қа жақын. Иондық каналдың ашылуы мен жабылуы негізінен лиганд байланысымен реттеледі, ал канал арқылы ағын вольтажға тәуелді. Рецепторда орналасқан магний (Mg2+) және мырыш (Zn2+) иондары басқа катиондардың ашық иондық канал арқылы ағып кетуіне кедергі жасай алады. Жасушаның деполяризациясы Mg2+ және Zn2+ иондарын каналдан ығыстырып, керітеді, нәтижесінде негізінен кальций (Ca2+), натрий (Na+) және калий (K+) иондарының жасушаға және одан шығуына вольтажға тәуелді ағын мүмкін болады. Әсіресе, Ca2+ иондарымен байланысатын және оларды белсендіретін ақуыздардың арқасында, Ca2+ ағыны синапты пластикалық процесте маңызды рөл атқарады, бұл оқу мен есте сақтау үшін жасушалық механизм болып табылады. NMDA рецепторларының белсенділігін көптеген психоактивті препараттар, мысалы фенциклидин (PCP), алкоголь (этанол) және декстрометорфан (DXM) бұғаттайды. Кетамин мен азот оксидінің анестезиялық және анальгетикалық әсерлері де NMDA рецепторларының белсенділігін бұғаттаумен байланысты. Керісінше, NMDA агонисттерімен NMDAR-дың шамадан тыс белсенділігі кальций мен мырыш цитозольдық концентрациясын арттырады, бұл нейрондық өлімге елеулі үлес қосады, бұл әсерді канабиноидтар болдырмайды, бұл CB1 рецепторының белсенділігі арқылы жүзеге асырылады, бұл HINT1 ақуызына NMDAR-дың NO өндірісі мен мырыш шығарудың уытты әсеріне қарсы әрекет етуге мүмкіндік береді. Метамфетаминмен шақырылған нейротоксикалық әсердің алдын алу үшін, nNOS экспрессиясын және астроциттердің белсенділігін тежеумен қатар, метамфетаминмен шақырылған мидың зақымдануын CB1-ге тәуелді және тәуелсіз механизмдер арқылы азайтады, ал метамфетаминмен шақырылған астроглиозды тежеу ТГК үшін CB2 рецепторына тәуелді механизм арқылы жүреді. 1989 жылдан бері мемантин NMDA рецепторының бәсекеге қабілетсіз антагонисті ретінде танылды, ол рецептордың каналына белсендірілгеннен кейін кіреді және осылайша иондар ағынын тоқтатады. Рецептордың шамадан тыс белсенділігі, Ca2+ шамадан тыс ағынына алып келуі мүмкін, бұл кейбір нейродегенеративті ауруларға қатысы бар экзитотоксикалық әсер болып табылады. Сондықтан NMDA рецепторларын бұғаттау теория бойынша мұндай ауруларды емдеуде пайдалы болуы мүмкін. Алайда, NMDA рецепторларының жеткіліксіз функциясы (глютатион тапшылығына немесе басқа себептерге байланысты) синапты пластикалық қабілеттің нашарлауына және басқа да жағымсыз салдарларға әкелуі мүмкін. NMDA рецепторларының антагонисттерін нейропротекция үшін пайдаланудың басты мәселесі – NMDA рецепторларының физиологиялық әрекеттері қалыпты нейрондық функция үшін маңызды. Клиникалық тұрғыдан тиімді NMDA антагонисттері қалыпты функцияларға кедергі келтірмей, шамадан тыс белсенділікті тежеуі керек. Мемантин осы қасиеттерге ие.

GluN2

Омыртқасыз организмдерде бір ғана GluN2 кішібірлігі кездеседі, ал омыртқалыларда GluN2 кішібірлігінің төрт түрлі изоформасы экспрессияланады және GluN2A-дан GluN2D-ге дейінгі номенклатурамен (GRIN2A, GRIN2B, GRIN2C, GRIN2D кодтарымен) аталады. Нақты деректер көрсетіп тұрғандай, омыртқалы жануарлардағы GluN2 кішібірліктерін кодтайтын гендер кем дегенде екі рет гендік дупликацияға ұшыраған. Олар глютамат байланысатын орынды қамтиды. Ең маңыздысы, әрбір GluN2 кішібірлігі әртүрлі сигналдық молекулалар жиынтығымен өзара әрекеттесетін жасушаішілік C-терминалды доменге ие. GluN1 кішібірліктерінен айырмашылығы, GluN2 кішібірліктері әртүрлі жасуша түрлерінде және даму кезеңдерінде әртүрлі экспрессияланады және NMDA рецепторларының электрофизиологиялық қасиеттерін реттейді. Классикалық тізбектерде GluN2B негізінен дамымаған нейрондарда және өсу конустары сияқты синапсқа жақын емес жерлерде кездеседі және селективті тежегіш ифенпродилге байланысатын орынды қамтиды. Дегенмен, жаңа дамыған приматтардың дорсолатеральді префронтальді қабығындағы пирамидалық жасушалардың синапстарында GluN2B тек постсинаптикалық тығыздық ішінде болады және жұмыс жады сияқты жоғары когнитивтік функцияларды орындайды. Бұл маймылдар мен адамдардағы қабық иерархиясы және приматтар қабығының эволюциясы бойынша GluN2B әрекеттері мен экспрессиясының кеңеюімен сәйкес келеді.

GluN2B-дан GluN2C-ге ауыстырғыш

Мишаның түйіршік жасушаларының прекурсорлары (ТЖЖ) сыртқы түйіршік жасушалар қабатында (СТЖҚ) симметриялық клеткалық бөлінуден өткеннен кейін ішкі түйіршік жасушалар қабатына (ІТЖҚ) миграцияланып, онда GluN2B экспрессиясын төмендетіп, GluN2C-ні белсендіреді. Бұл процесс ErbB2 және ErbB4 рецепторлары арқылы нейрегулин-бета сигналына тәуелсіз.

Экситотоксикациядағы рөлі

Бірнеше зерттеулер NMDA рецепторларының экзитотоксикалық әсеріне қатысты екенін көрсетті. NMDA рецепторлары нейрондардың денсаулығы мен жұмысы үшін маңызды болғандықтан, осы рецепторлардың жасушалардың тірі қалуына және өліміне қалай әсер ететіні талқыланды. Жақындағы мәліметтер экстрасинаптық NMDA рецепторларының артық стимуляциясы, олардың синаптық әріптестеріне қарағанда экзитотоксикалық әсерге көбірек себеп болатынын көрсетеді. Көптеген жолдар бірдей ақуыз сигналдарын пайдаланады, бірақ NMDAR-лардың орналасқан жеріне байланысты қарама-қарсы реттеледі. Мысалы, синаптық NMDA стимуляциясы p38 митогенге белсендірілген протеинкиназаның (p38MAPK) жасуша ішіндегі концентрациясын төмендетті. Экстрасинаптық стимуляция NMDAR p38MAPK-ті кері бағытта реттеді, нәтижесінде жасуша ішіндегі концентрация артты. Осы сияқты эксперименттер қайта-қайта жасалды және нәтижелері осы айырмашылықтардың жасушалардың тірі қалуымен және экзитотоксикалықпен байланысты көптеген жолдарға таралатынын көрсетті.

Нейропластикалық

NMDA рецепторлары (NMDAR) синапты пластикалық өзгерістердің қалыптасуына маңызды әсер етеді. NMDAR жылдам синаптық беріліс арқылы ұзақ мерзімді күшейтуді (LTP) және ұзақ мерзімді әлсіреуді (LTD) қозғауға мүмкіндік береді. Эксперименттік деректер экстрасинаптикалық NMDA рецепторлары LTP-ді тежейтінін, LTD-ні тудыратынын көрсетеді. LTP-ді тежеу NMDA антагонистін енгізу арқылы болдырмауға болады. Зерттеулер сонымен қатар LTP-нің қалыптасуы үшін экстрасинаптикалық белсенділік қажет еместігін көрсетеді. Бұған қоса, толық LTD-ні жүзеге асыру үшін синаптық және экстрасинаптикалық белсенділік екеуі де қатысады.

Әр түрлі бөлімшелердің рөлі

NMDAR-ға әсер ететін тағы бір фактор – суббұрыштар құрамындағы байқалатын айырмашылықтар. NMDA рецепторлары – екі GluN1 суббұрылысы және екі өзгермелі суббұрылысы бар гетеротетрамерлер. Осы өзгермелі суббұрылыштардың екеуі, GluN2A және GluN2B, жасушаның тірі қалуына және жасушаның өліміне алып келетіні анықталды. Екі суббұрылыс та синапты және экстрасинапты NMDAR-да кездеседі, бірақ GluN2B суббұрылысы экстрасинапты рецепторларда жиірек кездесетінін көрсететін деректер бар. Бұл байқау NMDA рецепторларының экситотоксикалық екі жақты рөлін түсіндіруге көмектеседі. NMDA рецепторлары уақытша бөлігі эпилепсиясында нейрондардың экситотоксикалық өліміне қатысты. Осы екі теорияның бірлесіп жұмыс істеуінің нақты дәлелдері мен салыстырмалы қарапайымдығына қарамастан, бұл мәлімдемелердің маңыздылығы туралы пікір келіспеушіліктер бар. Бұл теорияларды дәлелдеудегі қиындықтар, нақты NMDAR субтиптерін анықтау үшін фармакологиялық әдістерді қолданудың қиындығынан туындайды. Сонымен қатар, суббұрылыстардың өзгеру теориясы бұл әсердің қалай басым болатынын түсіндірмейді, себебі ең көп таралған тетрамер – екі GluN1 суббұрылысынан және бір-бір GluN2A және GluN2B суббұрылысынан тұрады және NMDAR-дың үлкен бөлігін құрайды.

Клиникалық жағдайда экцитотоксикалық әсер

Эксцитотоксикалық әсерлер 1950 жылдардың аяғынан бері нейродегенеративті жағдайлардың дегенеративті қасиеттеріне қатысты деп есептеледі. NMDA рецепторлары миға әсер ететін көптеген дегенеративті ауруларда маңызды рөл атқарады. Ең бастысы, NMDA рецепторларына қатысты эксцитотоксикалық оқиғалар Альцгеймер ауруы және Хантингтон ауруымен, сондай-ақ инсульт және эпилепсия сияқты басқа да медициналық жағдайлармен байланысты. Дегенмен, осы жағдайларды белгілі NMDA рецепторларының антагонистерінің бірімен емдеу түрлі жағымсыз әсерлерге алып келеді, олардың кейбіреулері ауыр болуы мүмкін. Бұл жанама әсерлер NMDA рецепторлары жасушалардың өліміне ғана емес, сонымен қатар олардың тіршілігіне де маңызды рөл атқаратынын көрсетеді. Мида синтезделетін NMDA рецепторларының антагонисті/кері коагонисті болып табылатын D серин, уақытша бөлік эпилепсиясының жануарлар моделінде нейрон қанағатсыздығын азайтуға көмектеседі. Сонымен қатар, NMDAR-лар иондық каналдың тиімді ашылуы үшін коагонист глициннің байланысын қажет етеді, бұл рецептордың бір бөлігі болып табылады. D серинінің глицинге қарағанда NMDA рецепторын күштірек коагонистеуі анықталды. Ол серин рацемаза ферменті арқылы синтезделеді және NMDA рецепторларымен бірдей аймақтарда жинақталады. D серинін алып тастау NMDA-мен шақырылған көптеген аймақтардағы оқу-жаттығу беруді тоқтатуы мүмкін. Жақында D серині нейрондар мен астроциттер арқылы NMDA рецепторларын реттеу үшін шығарылатыны көрсетілді. Сондай-ақ, D серині NMDA рецепторлары үшін антагонист/кері коагонист ретінде де әрекет ететіні белгілі. 3,5-дибром-L-фенилаланин нейропсихиатриялық бұзылыстар, мысалы, шизофрения, және ишемиялық инсульт, эпилепсиялық ұстамалар сияқты неврологиялық ауруларды емдеу үшін жаңа терапиялық препарат ретінде ұсынылған. Рапастинел (GLYX 13) және апимостинел (NRX 1074) сияқты NMDA рецепторларының жаңа сайттарға әсер ететін жартылай агонистері қазіргі кезде психотомиметикалық әсерлері байқалмайтын антидепрессанттық және анальгетикалық әсерлері бар жаңа препараттарды әзірлеу үшін қарастырылуда.

Қарсылас жандар

NMDA рецепторларының антагонисттері жануарлар және кейде адамдар үшін анестезиялық зат ретінде қолданылады, сондай-ақ олардың галлюциногендік қасиеттеріне байланысты рекреациялық препараттар ретінде жиі пайдаланылады, үлкен дозаларда диссоциация сияқты ерекше әсерлерімен қатар. Кейбір NMDA рецепторларының антагонисттері кеміргіштерге үлкен дозаларда берілгенде, Олни зақымдары деп аталатын мидың зақымдануын тудыруы мүмкін. Олни зақымдарын тудыратын NMDA рецепторларының антагонисттеріне кетамин, фенциклидин және декстрорфан (декстрометорфанның метаболиті), сондай-ақ зертханалық зерттеулерде ғана қолданылатын кейбір NMDA рецепторларының антагонисттері жатады. Қазіргі уақытқа дейін Олни зақымдары туралы жарияланған зерттеулер адам немесе маймыл миының тіндерінде NMDA рецепторларының антагонисттерінің мөлшерінің артуына байланысты оның пайда болуы туралы нақты қорытынды жасауға мүмкіндік бермейді. Көптеген NMDAR антагонисттері – каналдың тесігінің бәсекелеспейтін немесе бәсекелес емес блокаторлары, немесе белсенді/глутаматтық орынға емес, глицинмен реттелетін орынға әсер ететін антагонисттер болып табылады.

Нитромемантин

NMDA рецепторы нитрозилдеу арқылы реттеледі, ал аминоадамантан азот оксидін (NO) NMDA рецепторының нитрозилдеуге және иондық арна өткізгіштігін реттеуге мүмкіндік беретін орынға жақындату үшін бағытталған тасымалдағыш ретінде қолданылуы мүмкін.

NMDA рецепторларының антагонисттерін әзірлеу

НМДА антагонисттерін нейропротекция үшін дамытудағы басты мәселе – физиологиялық НМДА рецепторларының активтілігі қалыпты нейрондық функция үшін қажет. НМДА рецепторларының барлық активтілігін толық блокадалау галлюцинациялар, алағайлық және анестезия сияқты қосымша әсерлерге алып келеді. Клиникалық тұрғыдан маңызды болу үшін НМДА рецепторларының антагонисті рецептордың қалыпты жұмысын шектемей, оның шамадан тыс белсенділігін ғана тоқтатуы керек. Денсаулы аймақтарда патологиялық аймақтарға қарағанда агонист деңгейі төмен болғандықтан, олар патологиялық аймақтарға әсер етуден бұрын денсаулы ми аймақтарын бұғаттайды. Осы антагонисттерді экзитотоксикалық жағдайларда кездесетін жоғары концентрациядағы глутамат рецептордан ығыстыра алады.

Мемантин және ұқсас қосылыстар

Жоғары аффинитетті блокаторлардың осы зиянды қосымша әсерлеріне байланысты, нейродегенеративті аурулар үшін клиникалық жағдайда тиімді NMDA рецепторларының антагонисттерін іздеу жалғасты, және төмен аффинитетті блокаторларды жасауға бағытталды. Дегенмен, аффинитет тым төмен болмауы керек, ал тұру уақыты да тым қысқа болмауы керек (Mg2+ мысалында көрініп тұрғандай), себебі мембрананың деполяризациясы блокаданы жеңілдетеді. Соның нәтижесінде, Mg2+ қарағанда каналда ұзақ, бірақ MK 801-ден қысқа тұратын бәсекеге қабілетсіз антагонист дамытылды. Осылайша алынған препарат, NMDA рецепторымен байланысты арналарды ғана шектеуге мүмкіндік берді, ал қалыпты нейротрансмиссияға әсер етпеді. NMDA рецепторларындағы оның ілеспе иондық каналынан өзге, қауіпсіз, бірақ тиімді модуляциялық орындарды пайдалану – осы саладағы басты ой болды. Қазіргі кезде көптеген екінші буын мемнтин туындылары жасалуда, олар одан да жақсы нейропротекторлық әсерлерді көрсетуі мүмкін.

Терапиялық қолдану

Экситотоксикация Альцгеймер, Паркинсон, Хантингтон аурулары және амиотрофиялық бүйірлік склероз сияқты кейбір нейродегенеративті ауруларға қатысты болуы мүмкін. Магнийдің блокадасын жою дереу болмайды; барлық қол жетімді каналдарды ашу үшін постсинаптикалық жасуша жеткілікті ұзақ уақыт бойы (миллисекундтар шамасында) деполяризациялануы керек. Сондықтан NMDA рецепторы «молекулалық сәйкестік детектор» ретінде жұмыс істейді. Оның иондық каналы келесі екі шарт орындалғанда ғана ашылады: глютамат рецептормен байланысады және постсинаптикалық жасуша деполяризацияланады (бұл каналды бөгеп тұрған Mg2+ иондарын жояды). NMDA рецепторларының осы қасиеті ұзақ мерзімді потенциациялаудың (LTP) және синапты пластикалық қасиеттердің көптеген аспектілерін түсіндіреді. Тыныш мембраналық потенциалда NMDA рецепторларының тесігі ашылады, бұл сыртқы магний иондарының ішке өтуіне мүмкіндік береді, олар иондардың одан әрі өтуіне жол бермейді. Сыртқы магний иондары миллимолярлық диапазонда, ал ішкі жасушалық магний иондары микромолярлық диапазонда болады, нәтижесінде мембрананың теріс потенциалы пайда болады. NMDA рецепторлары көптеген эндогенді және экзогенді қосылыстармен модуляцияланады және физиологиялық (мысалы, жад) және патологиялық процестердің (мысалы, экситотоксикация) кең ауқымында маңызды рөл атқарады. Магний оң мембраналық потенциалда NMDA-ны қоздыратын жауаптарды күшейтуге көмектеседі, сонымен қатар NMDA каналын бөгеп тұрады. NMDAR белсенділігін модуляциялау үшін кальций, калий және натрий иондары NMDA мембранасы арқылы өтеді. H+ концентрациясының өзгеруі әртүрлі физиологиялық жағдайларда NMDA рецепторларының белсенділігін ішінара тежеуі мүмкін.

Клиникалық маңызы

Жалпы анестезия үшін кетамин, эскетамин, тилетамин, фенциклидин, азот оксиді және ксенон сияқты NMDAR антагонисттері қолданылады. Бұл және декстрометорфан мен метоксетамин сияқты ұқсас препараттар да диссоциативті, галлюциногенді және эйфориялық әсерлер тудырады және рекреациялық препараттар ретінде қолданылады. NMDAR-ға бағытталған қосылыстар, соның ішінде кетамин, эскетамин (JNJ 54135419), рапастинел (GLYX 13), апимостинел (NRX 1074), зельквистинел (AGN 241751), 4-хлорокинурен (AV 101) және рисленемдаз (CERC 301, MK 0657) көңіл күйдің бұзылуларын, соның ішінде ауыр депрессиялық бұзылу мен емдеуге төзімді депрессияны емдеу үшін әзірленуде. Сонымен қатар, кетамин кейбір клиникаларда осы мақсатта этикетсіз терапия ретінде қолданылады. Зерттеулер тианептиннің глютамат рецепторларының белсенділігін және босатылуын жанама түрде өзгертіп, тежеу арқылы антидепрессанттық әсер ететінін, бұл нейрондық пластикалыққа әсер ететінін көрсетеді. Тианептин сондай-ақ NMDA және AMPA рецепторларына әсер етеді және қазір Ұлыбританияның Ұлттық денсаулық сақтау және күтім институты басқа емдеулер сәтсіз болған пациенттерге шектеулі ұсыныс жасады. Кохлеарлық NMDAR құлақтағы шуды емдеу үшін фармакологиялық шешімдерді табуға қатысты қарқынды зерттеулердің нысаны болып табылады. NMDAR сирек кездесетін аутоиммундық аурумен – NMDA рецепторларына қарсы энцефалитпен (NMDAR энцефалит деп те аталады) байланысты, ол әдетте иммундық жүйеден туындаған антиденелердің мидың тератома сияқты эктопикалық тіндерімен қиылысқан реакциясынан туындайды. Бұл антиглутамат рецепторларына қарсы антиденелер деп аталады. Дофаминергиялық стимуляторлар, мысалы, метамфетаминмен салыстырғанда, NMDAR антагонисті фенциклидин сау еріктілерде шизофренияға ұқсас симптомдардың кең ауқымын тудыра алады, бұл шизофренияның глютамат гипотезасына әкелді. Кеміргіштерді NMDA рецепторларының антагонисттерімен емдеу эксперименттері қазір шизофренияның жаңа терапиясын сынау немесе шизофренияны емдеу үшін мақұлданған препараттардың нақты механизмін зерттеу үшін ең көп қолданылатын модель болып табылады. NMDAR антагонисттері, мысалы, элипродил, гавестинел, ликостинел және севелотел экзитотоксикациямен шақырылған нейротоксикацияны емдеу үшін ишемиялық инсульт және мидың жарақаттануы сияқты жағдайларда кеңінен зерттелді, бірақ клиникалық сынақтарда сәтті болмады. Олар седацияны болдырмау үшін кішкентай дозаларда қолданылды, бірақ NMDAR антагонисттері жануарларда және ми жарақаттары бар пациенттерде таралатын деполяризацияларды тоқтата алады. Бұл қолданылу әлі клиникалық сынақтарда тексерілмеген.