Введение

Нейропептид, регулирующий возбуждение, бодрствование и аппетит. Орексин (/ɒ/'/r/ɛ//k//s//ɪ//n/), также известный как гипокретин, – это нейропептид, который регулирует возбуждение, бодрствование и аппетит. Он существует в виде орексина А и орексина В. Наиболее распространенная форма нарколепсии, тип 1, характеризующаяся кратковременной потерей мышечного тонуса («приступами внезапного падения» или катаплексией), вызвана дефицитом орексина в мозге вследствие разрушения продуцирующих его клеток. В человеческом мозге насчитывается от 50 000 до 80 000 нейронов, производящих орексин, которые расположены преимущественно в перифорикальной области и латеральном гипоталамусе. Орексин был открыт в 1998 году почти одновременно двумя независимыми группами исследователей, изучавших мозг крысы. Одна группа назвала его орексином, от греческого слова *orexis*, означающего «аппетит», а другая – гипокретином, поскольку он вырабатывается в гипоталамусе и имеет некоторое сходство с секретином, другим пептидом. Система орексина в мозге крысы и в мозге человека обладают значительным сходством.

Открытие

В 1998 году сообщения об открытии орексина/гипокретина были опубликованы почти одновременно. Луис де Лесеа, Томас Кильдуфф и их коллеги сообщили об открытии системы гипокретина одновременно с тем, как Такеши Сакурай из лаборатории Масаши Янагисавы в Юго-Западном медицинском центре Университета Техаса в Далласе сообщил об открытии орексинов, отражающих орексигенную (стимулирующую аппетит) активность этих пептидов. В своей статье 1998 года, описывающей эти нейропептиды, они также сообщили об открытии двух орексиновых рецепторов, получивших названия OX1R и OX2R. Они выделили специфическую ДНК, обнаруженную в латеральном гипоталамусе. Они клонировали эту ДНК и изучали ее с помощью электронной микроскопии. Нейротрансмиттеры, найденные в этой области, удивительно напоминали гормон кишечника секретин, относящийся к семейству инкретинов, поэтому они назвали гипокретин, чтобы обозначить гипоталамусный член этого семейства. Первоначально считалось, что эти клетки находятся и функционируют исключительно в области латерального гипоталамуса, но методы иммуноцитохимии выявили разнообразные проекции, которые эта область на самом деле имела в другие части мозга. Большинство этих проекций достигали лимбической системы и структур, связанных с ней (включая миндалевидное тело, септум и базальный отдел переднего мозга). С другой стороны, Сакурай и его коллеги изучали систему орексинов как «рецепторы-сироты». Для этого они использовали трансгенные клеточные линии, экспрессирующие отдельные рецепторы-сироты, и затем подвергали их воздействию различных потенциальных лигандов. Они обнаружили, что пептиды орексина активируют клетки, экспрессирующие орексиновые рецепторы, и выявили экспрессию пептида орексина, особенно в гипоталамусе. Кроме того, введение любого пептида орексина крысам стимулировало прием пищи, что и послужило основанием для названия «орексин». Это возбуждающие нейропептиды с примерно 50% идентичностью последовательности, образующиеся в результате расщепления единого белка-предшественника. Орексин А состоит из 33 аминокислотных остатков и содержит две внутрицепочечные дисульфидные связи; орексин В – это линейный пептид из 28 аминокислотных остатков. Несмотря на то, что эти пептиды продуцируются очень небольшой популяцией клеток в латеральном и заднем отделах гипоталамуса, они посылают проекции по всему мозгу. Пептиды орексина связываются с двумя G-белок-связанными орексиновыми рецепторами OX1 и OX2, при этом орексин А связывается с обоими OX1 и OX2 с примерно одинаковым сродством, а орексин В связывается преимущественно с OX2 и в 5 раз менее эффективно с OX1. Орексины – это высококонсервативные пептиды, обнаруженные во всех основных классах позвоночных.

Функция

Первоначально предполагалось, что система орексина в основном участвует в стимуляции потребления пищи, что основывалось на обнаружении того, что центральное введение орексина А и В увеличивает потребление пищи. Помимо этого, она стимулирует бодрствование, регулирует энергетические затраты и модулирует функции внутренних органов. Предполагается, что система орексина функционирует, возбуждая другие нейроны, производящие нейротрансмиттеры (например, голубое пятно), а также ингибируя нейроны в вентролатеральном преоптическом ядре – области мозга, нейронная активность которой необходима для нормального функционирования сна.

Активация коричневого жира

Многие исследования подтверждают, что орексиновые нейроны регулируют активность бурой жировой ткани (БАТ) посредством симпатической нервной системы, усиливая энергозатраты. Хотя в ранних сообщениях указывалось на нарушение развития бурой жировой ткани (БАТ) у мышей с нокаутом по гену орексина, последующие исследования показали нормальное развитие БАТ.

Небоскребность

Орексин, по-видимому, способствует бодрствованию. Исследования показывают, что основная роль орексиновой системы заключается в интеграции метаболических, циркадных ритмов и накопленного дефицита сна для определения того, должно ли животное спать или быть бодрствующим и активным. Орексиновые нейроны сильно возбуждают различные ядра мозга, играющие важную роль в поддержании бодрствования, включая дофаминовую, норадреналиновую, гистаминовую и ацетилхолиновую системы, и, по-видимому, играют важную роль в стабилизации как бодрствования, так и сна. Открытие того, что мутация рецептора орексина вызывает расстройство сна – нарколепсию у доберманов, впоследствии указало на важную роль этой системы в регуляции сна. Генетически модифицированные мыши, у которых отсутствует ген орексина, также демонстрировали развитие нарколепсии. Часто и быстро переключаясь между сном и бодрствованием, эти мыши проявляют многие симптомы нарколепсии. Исследователи используют эту модель нарколепсии на животных для изучения заболевания. Нарколепсия проявляется в чрезмерной дневной сонливости, неспособности поддерживать бодрствование в течение дня (и сон ночью) и катаплексии – внезапной потерей мышечного тонуса в ответ на сильные, как правило, положительные эмоции. Собаки, у которых отсутствует функциональный рецептор орексина, страдают нарколепсией, а также нарколепсия развивается у животных и людей, у которых отсутствует сам нейропептид орексина. У организмов с нарколепсией также наблюдается наступление фазы быстрого сна (REM-сон) в любое время суток, что указывает на нарушение функции REM-сна, которое может приводить к гипнагогическим галлюцинациям (галлюцинациям, возникающим при засыпании). Центральное введение орексина А значительно усиливает бодрствование, повышает температуру тела и двигательную активность, а также вызывает существенное увеличение расхода энергии. Лишение сна также увеличивает передачу орексина А. Таким образом, система орексина может играть более важную роль в регуляции расхода энергии, чем в регуляции потребления пищи. Фактически, у людей с дефицитом орексина, страдающих нарколепсией, наблюдается увеличение ожирения, а не снижение индекса массы тела (ИМТ), как можно было бы ожидать, если бы орексин в первую очередь был пептидом, стимулирующим аппетит. Еще одним свидетельством того, что дефицит орексина вызывает нарколепсию, является то, что лишение обезьян сна в течение 30–36 часов с последующим введением им этого нейрохимического вещества облегчает когнитивные нарушения, обычно наблюдаемые при таком количестве лишения сна. У людей нарколепсия связана с определенным вариантом комплекса главного комплекса гистосовместимости (HLA). Кроме того, полногеномный анализ показывает, что помимо варианта HLA у людей с нарколепсией также наблюдается специфическая генетическая мутация в альфа-локусе рецептора Т-клеток. В совокупности эти генетические аномалии приводят к тому, что иммунная система атакует и уничтожает критически важные орексиновые нейроны. Следовательно, отсутствие орексинпродуцирующих нейронов у людей с нарколепсией может быть результатом аутоиммунного расстройства.

Прием пищи

Орексин повышает тягу к пище и коррелирует с функцией веществ, способствующих его выработке. Орексин также увеличивает размер порции, подавляя ингибирующую постпрандиальную обратную связь. Однако некоторые исследования показывают, что стимулирующее действие орексина на прием пищи может быть связано с общим повышением возбуждения, не обязательно увеличивая общее потребление пищи. Обзор данных свидетельствует о том, что гипергликемия, возникающая у мышей на фоне регулярного употребления пищи с высоким содержанием жиров, приводит к снижению передачи сигнала через орексиновый рецептор 2, и что орексиновые рецепторы могут стать будущей терапевтической мишенью. Лептин – это гормон, вырабатываемый жировыми клетками и служащий долгосрочным внутренним показателем энергетического статуса. Грелин – это кратковременный фактор, секретируемый желудком непосредственно перед ожидаемым приемом пищи, и он значительно стимулирует потребление пищи. Показано, что орексин-продуцирующие клетки ингибируются лептином (через лептин-рецепторный путь), но активируются грелином и гипогликемией (глюкоза ингибирует выработку орексина). С 2007 года орексин считается важным звеном между метаболизмом и регуляцией сна. Подобная взаимосвязь давно предполагалась, основываясь на наблюдении, что длительное лишение сна у грызунов резко увеличивает потребление пищи и энергетический обмен, то есть катаболизм, что в долгосрочной перспективе приводит к летальному исходу. Лишение сна приводит к недостатку энергии. Чтобы компенсировать этот недостаток энергии, многие люди употребляют продукты с высоким содержанием углеводов и жиров, что в конечном итоге может привести к ухудшению здоровья и набору веса. Другие питательные вещества, такие как аминокислоты, также могут активировать орексиновые нейроны, и они способны подавлять глюкозный ответ орексиновых нейронов при физиологической концентрации, нарушая тем самым энергетический баланс, который поддерживает орексин.

Зависимость

Предварительные исследования демонстрируют потенциал блокаторов орексина в лечении зависимости от кокаина, опиоидов и алкоголя. Например, лабораторные крысы, которым вводили препараты, воздействующие на систему орексина, теряли интерес к алкоголю, даже имея свободный доступ к нему в ходе экспериментов. У диких мышей, получавших морфин, риск развития зависимости оказался выше по сравнению с мышами, не вырабатывающими орексин. Исследования роли орексина в никотиновой зависимости дали смешанные результаты. Так, блокирование рецептора орексина 1 селективным антагонистом орексина SB 334,867 снизило самопроизвольное потребление никотина у крыс, а курильщики с повреждением инсулы – области мозга, регулирующей тягу и содержащей рецепторы орексина 1 – избавились от желания курить. Однако другие исследования на крысах с использованием двойного антагониста орексиновых рецепторов TCS 1102 не выявили подобных эффектов.

Метаболизм липидов

Орексин А (OXA) оказывает непосредственное влияние на один из аспектов метаболизма липидов. OXA стимулирует поглощение глюкозы в адипоцитах 3T3 L1, и это усиление поступления энергии запасается в виде липидов (триацилглицеролов). Таким образом, OXA повышает липогенез. Он также ингибирует липолиз и стимулирует секрецию адипонектина. Считается, что эти эффекты в основном опосредованы PI3K-путем, поскольку ингибитор этого пути (LY294002) полностью блокирует эффекты OXA в адипоцитах. В настоящее время изучается связь между OXA и метаболизмом липидов.

Настроение

Высокие уровни орексина А связаны с ощущением счастья у людей, а низкие – с печалью. Это открытие позволяет предположить, что повышение уровня орексина А может улучшить настроение у людей и, таким образом, стать потенциальным методом лечения расстройств, таких как депрессия. Также было высказано предположение, что орексины способствуют развитию устойчивости к стрессу, поскольку их активность в вентральном бледном шаре снижает симптомы депрессии, активируя ГАМКергические нейроны в этой области. Наблюдения показывают, что орексин, будучи вовлеченным в развитие зависимости и депрессии, также играет роль в проявлении анедонии при синдроме дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). Показано, что нормальное функционирование орексина оказывает значительное влияние на поведение, обусловленное потребностью в выживании, например, поиск пищи в состоянии голода. Нарушение функции орексина ухудшает способность организма испытывать удовольствие от действий, направленных на удовлетворение сильной мотивации.

Нейротрансмиттеры

Орексинергические нейроны проявляют чувствительность к сигналам от метаботропных глутаматных рецепторов III группы, каннабиноидных рецепторов 1 и CB1–OX1 (каннабиноид 1 и орексин 1) гетеродимеров, рецепторов аденозина A1, мускариновых M3 рецепторов, серотониновых 5-HT1A рецепторов, рецепторов нейропептида Y, рецепторов холецистокинина A и катехоламинов, а также к грелину, лептину и глюкозе. Сами орексинергические нейроны регулируют высвобождение ацетилхолина, серотонина и норадреналина. Орексинергические нейроны можно дифференцировать на две группы, основываясь на их связях и функциональности. Орексинергические нейроны латеральной гипоталамусной группы тесно связаны с функциями, связанными с вознаграждением, такими как обусловленное предпочтение места. Эти нейроны преимущественно иннервируют вентральную тегментальную область и вентромедиальную префронтальную кору. Нейроны, обнаруженные в вентральной тегментальной области, вентромедиальной префронтальной коре и оболочке ядра аккумбенса, играют важную роль в развитии зависимости и сенсибилизации нейронов к стимулирующим веществам (например, амфетаминам). Орексин-продуцирующие нейроны в этих областях, как было установлено, преимущественно участвуют в поведении, направленном на поиск, при внешнем стимулировании сигналами окружающей среды, такими как стресс. В отличие от латеральных гипоталамусных нейронов, перифорикальная дорсальная группа орексинергических нейронов вовлечена в функции, связанные с пробуждением и автономными реакциями. Эти нейроны проецируются внутри гипоталамуса, а также в ствол мозга, где высвобождение орексина модулирует различные автономные процессы.

Расстройства орексиновой системы

Дисфункция системы орексина/гипокретина может быть связана с разнообразными расстройствами и состояниями.

Синдром Такотосубо

Дисфункция системы орексина/гипокретина предложена в качестве новой патофизиологической модели синдрома Такоцубо (острого синдрома сердечной недостаточности).

Сущность

ESSENCE (Early Symptomatic Syndromes Eliciting Neurodevelopmental Clinical Examinations) – это собирательный термин, охватывающий широкий спектр нейроразвитийных расстройств и трудностей (СДВГ, нарушения координации развития, расстройства аутистического спектра), а также состояния, ассоциированные с ESSENCE (синдромы поведенческого фенотипа, некоторые неврологические состояния и расстройства, и тяжелые психические расстройства с ранним началом). Нарушение функции системы орексина/гипокретина может быть связано со многими симптомами при различных проявлениях ESSENCE.

Клиническое применение

Система орексина/гипокретина является мишенью препарата для лечения бессонницы суворексант (Belsomra), который действует, блокируя оба рецептора орексина. Суворексант прошел три клинических исследования III фазы и был одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) в 2014 году после отказа в одобрении годом ранее. Другими одобренными FDA антагонистами орексина являются лемборексант (Dayvigo) и даридорексант (Quviviq). В 2016 году Центр медицинских наук Техасского университета зарегистрировал клиническое исследование по применению суворексанта у людей с кокаиновой зависимостью. В рамках исследования планируется оценить реакцию на стимулы, тревожность и уровень стресса. В 2022 году Европейское агентство лекарственных средств разрешило применение даридорексанта (Quviviq) для лечения расстройств инициации и поддержания сна.

Другие возможные применения

Интраназальный орексин способен улучшать когнитивные функции у приматов, особенно в условиях недостатка сна, что может открыть возможности для лечения чрезмерной дневной сонливости. В одном исследовании сообщается, что трансплантация орексиновых нейронов в ретикулярную формацию моста у крыс возможна, что указывает на перспективность разработки альтернативных терапевтических подходов в дополнение к фармакологическим методам лечения нарколепсии. Считается также, что орексины могут играть роль в обучении и помогать в профилактике таких заболеваний, как деменция и другие расстройства, ухудшающие когнитивные способности.