Введение
Иботеновая кислота, или (S)-2-амино-2-(3-гидроксиизоксазол-5-ил)уксусная кислота, также известная как иботанат, — это химическое соединение и психоактивное вещество, которое естественным образом содержится в мухоморе красном (Amanita muscaria) и близких видах грибов, обычно встречающихся в умеренных и бореальных регионах Северного полушария. Она является предшественником муссимола, который расщепляется печенью до более стабильного соединения. Иботеновая кислота представляет собой конформационно ограниченный аналог нейромедиатора глутамата, и благодаря структурному сходству с ним действует как неселективный агонист глутаматных рецепторов. В связи с этим, иботеновая кислота в высоких дозах может быть мощным нейротоксином и используется в научных исследованиях в качестве средства для создания "поражений мозга" посредством инъекций в череп. Нейротоксическое действие, по-видимому, зависит от дозы, а риски, связанные с употреблением грибов, содержащих иботеновую кислоту, не до конца ясны, хотя считается, что в небольших дозах они незначительны.
Фармакология
Иботеновая кислота является мощным агонистом NMDA-рецепторов и метаботропных глутаматных рецепторов групп I (mGluR1 и mGluR5) и II (mGluR2 и mGluR3). Она неактивна в отношении mGluR группы III. Иботеновая кислота также действует как слабый агонист AMPA- и каинатных рецепторов.
Механизм действия
Иботеновая кислота является агонистом глутаматных рецепторов, в частности, как на N-метил-D-аспартате, или NMDA, так и на транс-ACPD рецепторных участках в различных системах центральной нервной системы. Иботеновая нейротоксичность может быть усилена глицином и блокирована дизоцилпином. Дизоцилпин действует как неконкурентный антагонист NMDA-рецепторов. Токсичность иботеновой кислоты обусловлена активацией NMDA-рецепторов. NMDA-рецепторы связаны с синаптической пластичностью и взаимодействуют с метаботропными глутаматными рецепторами для установления долговременной потенциации, или LTP. Считается, что процесс долговременной потенциации связан с приобретением информации. NMDA-рецептор функционирует правильно, позволяя ионам Ca2+ проходить через него после активации в рецепторном участке. Связывание иботеновой кислоты приводит к избыточному поступлению Ca2+ в систему, что вызывает гибель нейронных клеток. Ca2+ также активирует CaM KII или Ca2+/Кальмодулинкиназу, которые фосфорилируют множество ферментов. Активированные ферменты затем начинают производить активные формы кислорода, которые повреждают окружающие ткани. Избыток Ca2+ приводит к усилению митохондриальной цепи переноса электронов, что еще больше увеличивает количество активных форм кислорода.
Биологические эффекты
Иботеновая кислота обычно воздействует как на NMDA, так и на APCD или метаботропные рецепторы квискуалатов в центральной нервной системе. Симптомы, связанные с иботеновой кислотой, обычно начинаются в течение 30–60 минут и включают широкий спектр эффектов на нервную систему. Наиболее распространенными симптомами являются тошнота, рвота и сонливость. Однако через час после начала симптомы могут включать спутанность сознания, эйфорию, зрительные и слуховые искажения, ощущение парения и ретроградную амнезию.
Лечение
Лечение токсичности иботеновой кислоты направлено на поддерживающую терапию и купирование симптомов; специфического антидота не существует. Дезактивация желудка активированным углем или промывание желудка могут быть полезны при своевременном обращении пациента. Психотропные эффекты и галлюцинации, вызываемые иботеновой кислотой и ее метаболитом муссимолом, лучше всего купировать в спокойной обстановке с минимальной стимуляцией. Бензодиазепины могут быть полезны при возбуждении или панических атаках; их также можно использовать для контроля судорог при их возникновении. (Бензодиазепины, являясь модуляторами GABA A, взаимодействуют с муссимолом, как с агонистом GABA A, и могут значительно повысить риск депрессивного эффекта.) При глубокой седации может потребоваться поддержание проходимости дыхательных путей. Симптомы обычно проходят в течение нескольких часов после приема, но могут сохраняться в течение нескольких дней при значительном отравлении. После массивного или повторного воздействия может потребоваться мониторинг для выявления поражений головного мозга. В случае отравления грибами, такими как Amanita muscaria, могут потребоваться дополнительные меры, поскольку в них могут присутствовать другие активные соединения.
Использование в исследованиях
Иботеновая кислота, используемая для создания поражений мозга крыс, хранится замороженной в фосфатно-солевом буферном растворе при pH 7,4 и может сохранять свою токсичность до года. Инъекция 0,05–0,1 микролитра иботеновой кислоты в гиппокамп со скоростью 0,1 микролитра в минуту вызывала полуселективное поражение. Поражение гиппокампа приводило к значительной потере клеток пирамидальных нейронов (CA1, CA3), а также гранулярных клеток зубчатой извилины. Поражение, вызванное иботеновой кислотой, также вызывает некоторое повреждение аксонов вдоль перфорантного пути. Как правило, при использовании других химических веществ для создания поражений, испытуемый не способен повторно освоить задачу. Однако, благодаря реактивности иботеновой кислоты с глутаматными рецепторами, такими как NMDA-рецептор, поражение, вызванное иботеновой кислотой, позволяет испытуемому повторно обучаться. Таким образом, поражение иботеновой кислотой предпочтительнее в исследованиях, где повторное обучение после поражения имеет важное значение. По сравнению с другими веществами, вызывающими поражения, иботеновая кислота обладает высокой локальной специфичностью, однако в настоящее время ведется поиск менее травматичных альтернатив.
Биосинтез
Биосинтетические гены иботеновой кислоты организованы в физически сцепленный биосинтетический генный кластер. Биосинтетический путь начинается с гидроксилирования глутаминовой кислоты специализированной Fe(II)/2-оксоглутарат-зависимой оксигеназой. В результате реакции образуется трео-3-гидроксиглутаминовая кислота, которая, вероятно, под действием ферментов, кодируемых биосинтетическим генным кластером, превращается в иботеновую кислоту.