Введение
Область исследования журнала Neuropharmacology – это изучение влияния лекарственных препаратов на функции нервной системы и нейронные механизмы, посредством которых они воздействуют на поведение. Существуют две основные ветви нейрофармакологии: поведенческая и молекулярная. Поведенческая нейрофармакология фокусируется на изучении влияния лекарств на поведение человека (нейропсихофармакология), включая исследование того, как зависимость от психоактивных веществ и наркомания влияют на мозг. Молекулярная нейрофармакология включает изучение нейронов и их нейрохимических взаимодействий с общей целью разработки препаратов, оказывающих положительное воздействие на неврологические функции. Обе эти области тесно связаны, поскольку обе связаны с изучением взаимодействия нейротрансмиттеров, нейропептидов, нейрогормонов, нейромодуляторов, ферментов, вторичных посредников, ко-транспортеров, ионных каналов и рецепторных белков в центральной и периферической нервной системе. Изучая эти взаимодействия, исследователи разрабатывают лекарства для лечения различных неврологических расстройств, включая боль, нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, психические расстройства, зависимость и многие другие.
the journal
Neuropharmacology is the study of how drugs affect function in the nervous system, and the neural mechanisms through which they influence behavior. There are two main branches of neuropharmacology: behavioral and molecular. Behavioral neuropharmacology focuses on the study of how drugs affect human behavior (neuropsychopharmacology), including the study of how drug dependence and addiction affect the human brain. Molecular neuropharmacology involves the study of neurons and their neurochemical interactions, with the overall goal of developing drugs that have beneficial effects on neurological function. Both of these fields are closely connected, since both are concerned with the interactions of neurotransmitters, neuropeptides, neurohormones, neuromodulators, enzymes, second messengers, co transporters, ion channels, and receptor proteins in the central and peripheral nervous systems. Studying these interactions, researchers are developing drugs to treat many different neurological disorders, including pain, neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease and Alzheimer's disease, psychological disorders, addiction, and many others.
Обзор
Нейрофармакология – очень широкая область науки, охватывающая множество аспектов нервной системы, от воздействия на отдельные нейроны до целых областей мозга, спинного мозга и периферических нервов. Для лучшего понимания принципов разработки лекарственных препаратов необходимо сначала разобраться в механизмах взаимодействия нейронов.
Нейрохимические взаимодействия
Чтобы понять потенциальные достижения в медицине, которые может принести нейрофармакология, важно понять, как человеческое поведение и мыслительные процессы передаются от нейрона к нейрону и как лекарственные препараты могут изменять химические основы этих процессов. Нейроны известны как возбудимые клетки, поскольку на их поверхностной мембране в изобилии присутствуют белки, известные как ионные каналы, которые позволяют мелким заряженным частицам проникать внутрь и наружу клетки. Структура нейрона позволяет химической информации поступать через его дендриты, распространяться через перикарион (тело клетки) и вниз по его аксону, и, в конечном итоге, передаваться другим нейронам через его аксонный терминал. Эти потенциал-зависимые ионные каналы обеспечивают быструю деполяризацию по всей клетке. Эта деполяризация, если она достигает определенного порога, вызывает потенциал действия. Как только потенциал действия достигает аксонного терминала, он вызывает приток ионов кальция в клетку. Ионы кальция затем заставляют везикулы – небольшие пузырьки, заполненные нейротрансмиттерами – связываться с клеточной мембраной и высвобождать свое содержимое в синапс. Эта клетка известна как пресинаптический нейрон, а клетка, взаимодействующая с высвобожденными нейротрансмиттерами, – как постсинаптический нейрон. После высвобождения нейротрансмиттера в синапс, он может либо связываться с рецепторами на постсинаптической клетке, пресинаптическая клетка может повторно захватывать его и сохранять для последующей передачи, либо он может быть расщеплен ферментами в синапсе, специфичными для данного нейротрансмиттера. Эти три различных механизма являются основными областями, в которых действие лекарственных средств может влиять на связь между нейронами.
ГАМК
Нейротрансмиттер ГАМК опосредует быстрое синаптическое торможение в центральной нервной системе. При высвобождении ГАМК из пресинаптической клетки, он связывается с рецептором (наиболее вероятно, с ГАМКA рецептором), что вызывает гиперполяризацию постсинаптической клетки (поддержание ее ниже порога потенциала действия). Это противодействует эффекту любой возбуждающей стимуляции, вызванной другими нейротрансмиттерами/рецепторами. ГАМКA рецептор содержит множество участков связывания, обеспечивающих конформационные изменения и являющихся основной мишенью для разработки лекарственных препаратов. Наиболее распространенным из этих участков связывания является бензодиазепиновый, который позволяет оказывать как агонистическое, так и антагонистическое воздействие на рецептор. Распространенный препарат, диазепам, действует как аллостерический модулятор в этом участке связывания. Другой рецептор ГАМК, известный как ГАМКB, может быть активирован молекулой под названием баклофен. Эта молекула действует как агонист, активируя рецептор, и известна своей способностью контролировать и уменьшать спастичность.
Допамин
Нейротрансмиттер дофамин опосредует синаптическую передачу, связываясь с пятью специфическими GPCR. Эти пять рецепторных белков разделены на два класса в зависимости от того, вызывает ли реакция возбуждающий или тормозной ответ в постсинаптической клетке. Существует множество лекарственных средств, как легальных, так и нелегальных, которые влияют на дофамин и его взаимодействие в мозге. При болезни Паркинсона, заболевании, которое снижает количество дофамина в мозге, пациенту назначают прекурсор дофамина – леводопу, поскольку дофамин не способен преодолеть гематоэнцефалический барьер, а L-допа – способен. Некоторые агонисты дофамина также назначаются пациентам с болезнью Паркинсона, страдающим от синдрома беспокойных ног (СБН). Примерами таких препаратов являются ропинирол и прамипексол. Психологические расстройства, такие как синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), можно лечить препаратами, такими как метилфенидат (также известный как Риталин), который блокирует обратный захват дофамина пресинаптической клеткой, тем самым увеличивая количество дофамина, остающегося в синаптической щели. Это увеличение синаптического дофамина усиливает связывание с рецепторами постсинаптической клетки. Тот же механизм используется и другими нелегальными, более сильными стимуляторами, такими как кокаин.
Серотонин
Нейротрансмиттер серотонин способен опосредовать синаптическую передачу через GPCR или LGIC рецепторы. Возбуждающий или тормозной постсинаптический эффект серотонина определяется типом рецептора, экспрессируемого в конкретной области мозга. Наиболее распространенными и широко используемыми препаратами для регуляции серотонина при депрессии являются СИОЗС, или селективные ингибиторы обратного захвата серотонина. Эти препараты блокируют транспорт серотонина обратно в пресинаптический нейрон, оставляя больше серотонина в синаптической щели. До открытия СИОЗС существовали также препараты, ингибировавшие фермент, расщепляющий серотонин. Ингибиторы МАО, или моноаминооксидазы, повышали уровень серотонина в синапсе, но вызывали множество побочных эффектов, включая сильные мигрени и повышенное кровяное давление. Впоследствии это было связано с взаимодействием препаратов с тирамином – химическим веществом, содержащимся во многих продуктах питания.
Ионные каналы
Ионные каналы, расположенные на поверхности мембраны нейрона, обеспечивают приток ионов натрия и отток ионов калия во время потенциала действия. Селективное блокирование этих ионных каналов снижает вероятность возникновения потенциала действия. Препарат рилузол – нейропротекторное средство, блокирующее натриевые ионные каналы. Поскольку эти каналы не могут активироваться, потенциал действия не возникает, и нейрон не осуществляет преобразование химических сигналов в электрические, что приводит к прекращению передачи сигнала. Этот препарат используется в качестве анестетика и седативного средства.
Поведенческая нейрофармакология
Одна из областей поведенческой нейрофармакологии посвящена изучению лекарственной зависимости и влияния наркотической зависимости на психику человека. Большинство исследований показали, что ключевую роль в подкреплении зависимости посредством нейрохимического вознаграждения играет прилежащее ядро (nucleus accumbens). На изображении справа показано, как дофамин проецируется в эту область мозга. Длительное и чрезмерное употребление алкоголя может привести к развитию зависимости и пристрастия. Механизмы развития этой зависимости описаны ниже.
Этанол
Вознаграждающие и подкрепляющие (то есть вызывающие зависимость) свойства алкоголя опосредуются его воздействием на дофаминовые нейроны в мезолимбическом пути вознаграждения, соединяющем вентральную тегментальную область с прилежащим ядром (NAcc). Одним из основных эффектов алкоголя является аллостерическое ингибирование NMDA-рецепторов и облегчение функции GABAA-рецепторов (например, усиление потока хлоридов, опосредованного GABAA-рецептором, посредством аллостерической регуляции рецептора). В высоких дозах этанол ингибирует большинство лиганд-зависимых и потенциал-зависимых ионных каналов в нейронах. При остром употреблении алкоголя дофамин высвобождается в синапсах мезолимбического пути, что, в свою очередь, усиливает активацию постсинаптических D1-рецепторов.
Болезнь Паркинсона
Болезнь Паркинсона – это нейродегенеративное заболевание, характеризующееся селективной потерей дофаминергических нейронов, расположенных в черной субстанции. В настоящее время наиболее часто используемым препаратом для лечения этого заболевания является леводопа или L-ДОФА. Этот предшественник дофамина способен проникать через гематоэнцефалический барьер, в то время как сам нейромедиатор дофамин – нет. Проведено множество исследований, чтобы выяснить, является ли L-ДОФА более эффективным средством лечения болезни Паркинсона по сравнению с другими агонистами дофамина. Некоторые полагают, что длительное применение L-ДОФА может ухудшить нейропротекцию и, следовательно, в конечном итоге привести к гибели дофаминергических клеток. Несмотря на отсутствие доказательств, как in vivo, так и in vitro, некоторые по-прежнему считают, что длительное использование агонистов дофамина предпочтительнее для пациентов.
Болезнь Альцгеймера
Хотя существует множество гипотез относительно причин болезни Альцгеймера, наше понимание этого заболевания еще далеко от полного, что затрудняет разработку эффективных методов лечения. В мозге пациентов с болезнью Альцгеймера известно о снижении регуляции как нейронных никотиновых ацетилхолиновых (nACh) рецепторов, так и NMDA-рецепторов. В связи с этим, в США были разработаны и одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) четыре антихолинэстеразных препарата для лечения этого заболевания. Однако, учитывая их побочные эффекты и ограниченную эффективность, эти препараты нельзя назвать идеальными. Нефирацетам – перспективный препарат, разрабатываемый для лечения болезни Альцгеймера и других форм деменции, – обладает уникальным механизмом действия, усиливающим активность как nACh, так и NMDA-рецепторов.
Будущее
С развитием технологий и углублением нашего понимания нервной системы, разработка лекарственных препаратов будет продолжаться с повышением их чувствительности и специфичности. Изучение взаимосвязи структура-активность является одной из ключевых областей исследований в нейрофармакологии, направленной на изменение эффекта или потенции (то есть активности) биоактивных химических соединений путем модификации их химической структуры.