Введение
химическое соединение MPTP (1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин) является органическим соединением. Оно классифицируется как тетрагидропиридин. Оно представляет интерес как предшественник нейротоксина MPP+, который вызывает стойкие симптомы болезни Паркинсона, разрушая дофаминергические нейроны в черной субстанции головного мозга. Оно использовалось для изучения моделей заболевания на различных животных. Хотя сам MPTP не обладает психоактивным действием, это соединение может случайно образовываться в процессе производства MPPP – синтетического опиоидного препарата с эффектами, сходными с эффектами морфина и петидина (меперидина). Индуцирующие болезнь Паркинсона эффекты MPTP были впервые обнаружены после случайной инъекции, вызванной загрязнением MPPP.
MPTP (1 methyl 4 phenyl 1,2,3,6 tetrahydropyridine) is an organic compound. It is classified as a tetrahydropyridine. It is of interest as a precursor to the neurotoxin MPP+, which causes permanent symptoms of Parkinson's disease by destroying dopaminergic neurons in the substantia nigra of the brain. It has been used to study disease models in various animals. While MPTP itself has no psychoactive effects, the compound may be accidentally produced during the manufacture of MPPP, a synthetic opioid drug with effects similar to those of morphine and pethidine (meperidine). The Parkinson inducing effects of MPTP were first discovered following accidental injection as a result of contaminated MPPP.
Токсичность
Инъекция MPTP вызывает быстрое развитие паркинсонизма, поэтому у потребителей MPPP, загрязненного MPTP, разовьются эти симптомы. Сам по себе MPTP не токсичен, но является липофильным соединением и, следовательно, способен проникать через гематоэнцефалический барьер. Попав в мозг, MPTP метаболизируется в токсичный катион 1-метил-4-фенилпиридиний (MPP+) ферментом моноаминооксидазой B (MAO-B) глиальных клеток, в частности астроцитов. MPP+ избирательно уничтожает дофаминпродуцирующие нейроны в части мозга, называемой pars compacta (парс компакта) черной субстанции. MPP+ вмешивается в работу комплекса I цепи переноса электронов, компонента митохондриального метаболизма, что приводит к гибели клеток и накоплению свободных радикалов – токсичных молекул, усугубляющих разрушение клеток. Поскольку сам MPTP не является напрямую вредным, токсические эффекты острого отравления MPTP можно смягчить при помощи ингибиторов моноаминооксидазы (MAOI), таких как селегилин. MAOI предотвращают метаболизм MPTP в MPP+, ингибируя активность MAO-B, тем самым снижая токсичность и предотвращая гибель нейронов. Дофаминергические нейроны особенно уязвимы к воздействию MPP+, поскольку DA-нейроны осуществляют обратный захват дофамина, опосредованный DAT, который также обладает высокой аффинностью к MPP+. Транспортер дофамина собирает избыток дофамина в синаптической щели и возвращает его обратно в клетку. Несмотря на то, что это свойство проявляется как в нейронах VTA, так и SNc, нейроны VTA защищены от повреждающего воздействия MPP+ благодаря экспрессии кальбиндина. Кальбидин регулирует доступность Ca2+ внутри клетки, чего не происходит в нейронах SNc из-за их высокой кальций-зависимой автономной активности пейсмекера. Значительное истощение дофаминергических нейронов серьезно нарушает корковый контроль над сложными движениями. Направление сложных движений обеспечивается путем передачи сигналов от черной субстанции к путамену и хвостатому ядру, которые затем ретранслируют их в другие отделы мозга. Этот путь контролируется дофамином посредством нейронов, которые MPTP избирательно разрушает, что со временем приводит к развитию паркинсонизма. MPTP вызывает паркинсонизм у приматов, включая людей. Грызуны гораздо менее восприимчивы. Крысы практически не подвержены негативному воздействию MPTP. Ранее считалось, что мыши страдают лишь от гибели клеток в черной субстанции (в различной степени, в зависимости от используемого штамма), но не проявляют симптомов паркинсонизма; однако, большинство современных исследований указывают на то, что MPTP может вызывать паркинсоноподобные синдромы у мышей (особенно хронические). Предполагается, что это связано с более низким уровнем MAO-B в капиллярах мозга грызунов. В 1983 году у четырех человек в округе Санта-Клара, штат Калифорния, США, был диагностирован паркинсонизм после употребления MPPP, загрязненного MPTP, и, по сообщениям, у 120 человек были выявлены симптомы болезни Паркинсона. Невролог Дж. Уильям Лэнгстон совместно с NIH установил, что причиной является MPTP, и исследовал его воздействие на приматов. После проведения нейронной трансплантации ткани плода трем пациентам в университетской больнице Лунд в Швеции, двигательные симптомы у двух из трех пациентов были успешно устранены, а у третьего наблюдалось частичное восстановление. Лэнгстон описал этот случай в своей книге 1995 года «Дело замороженных наркоманов», которая впоследствии была показана в двух выпусках NOVA на PBS и повторно продемонстрирована в Великобритании в научно-популярном сериале BBC Horizon.
Вклад MPTP в исследования болезни Паркинсона
Лэнгстон и др. (1984) обнаружили, что инъекции МПТП обезьянам-белкам вызывали паркинсонизм, симптомы которого впоследствии уменьшались при применении леводопы – препарата выбора для лечения болезни Паркинсона в сочетании с карбидопой и энтакапоном. Симптомы и поражения мозга при паркинсонизме, вызванном МПТП, настолько неотличимы от таковых при болезни Паркинсона, что МПТП может использоваться для моделирования заболевания с целью изучения физиологии болезни Паркинсона и поиска возможных методов лечения в лабораторных условиях. Исследования на мышах показали, что восприимчивость к МПТП возрастает с возрастом. Знание о МПТП и его способности надежно воспроизводить симптомы болезни Паркинсона в экспериментальных моделях побудило ученых исследовать возможности хирургической замены утраченных нейронов посредством имплантации ткани плода, субталамической электрической стимуляции и исследований стволовых клеток, все из которых продемонстрировали первоначальные, предварительные успехи. Предполагается, что болезнь Паркинсона может быть вызвана крайне малыми дозами соединений, подобных MPP+, попадающих в организм с пищей или извне при повторном воздействии, и что эти вещества слишком малы, чтобы быть значимо обнаруженными в ходе эпидемиологических исследований. В 2000 году была обнаружена еще одна животная модель болезни Паркинсона. Было показано, что пестицид и инсектицид ротенон вызывает паркинсонизм у крыс, уничтожая дофаминергические нейроны в черной субстанции. Подобно MPP+, ротенон также нарушает работу комплекса I электрон-транспортной цепи.
Синтез и применение
MPTP был впервые синтезирован в 1947 году Зиерингом и соавторами как потенциальное обезболивающее средство, в результате реакции бромида фенилмагния с 1-метил-4-пиперидиноном. Он тестировался для лечения различных заболеваний, но испытания были прекращены, когда у обезьян были замечены симптомы, сходные с болезнью Паркинсона. В одном из испытаний этого вещества умерли двое из шести добровольцев. MPTP используется в промышленности в качестве химического промежуточного продукта; хлорид токсичного метаболита MPP+, циперквата, использовался как гербицид. Хотя циперкват больше не применяется, близкое по структуре вещество паракват до сих пор используется в качестве гербицида в некоторых странах.
В популярной культуре
В романе «Нейромант», написанном Уильямом Гибсоном, MPTP используется для вызывания паркинсонизма у другого персонажа. Болезнь Паркинсона, вызванная MPTP, фигурирует в эпизоде «Stiff» сериала «Закон и порядок». В романе Роджера Уильямса «Метаморфоза первобытного интеллекта» главный герой вводит MPTP бывшей медсестре антагонистки, укравшей у неё обезболивающие при жизни, используя это как средство нейродегенеративных пыток.