Метиленово синьо и невротрансмитери: серотонин, допамин, GABA и ацетилхолин

Често срещано твърдение за метиленовото синьо гласи, че то повишава серотонина, повишава допамина, успокоява чрез GABA и изостря функциите на ацетилхолина — всичко това едновременно. Това твърдение представя четири отделни лабораторни наблюдения като един общ ефект в човешкия организъм. Проучванията зад него измерват различни мишени в различни експериментални системи, при концентрации, които се различават приблизително хиляда пъти. Когато разграничим мишените, картината става едновременно по-интересна и изискваща повече предпазливост, отколкото позволява това единствено изречение.

Основната идея е проста. Молекула, която се свързва с ензим в епруветка, е направила едно нещо: свързала се е с ензим в епруветка. Дали това променя нивото на невротрансмитер в жив мозък, зависи от концентрацията, която достига до тъканта, от химичната форма на молекулата при пристигането ѝ и от всичко останало, което тя прави при същата концентрация. Всеки раздел по-долу разглежда тези три въпроса заедно със съответното наблюдение.

Серотонин: две мишени, две концентрации

От четирите системи за серотонина има най-солидни доказателства. Те идват от две различни молекулни мишени, които не бива да се смесват.

Първата мишена е моноаминооксидазата тип A — митохондриалният ензим, който разгражда серотонина. Метиленовото синьо инхибира пречистена човешка MAO-A като инхибитор със здраво свързване и Ki около 27 наномола на литър, докато за повлияване на MAO-B са необходими много по-високи концентрации, както показва кинетичното проучване, което свързва багрилото със серотониновата токсичност. Друга свързана линия на изследване установява същата селективност в епифизна тъкан от плъхове: блокирането на MAO-A повишава индолите, получени от серотонин, понижава серотониновия метаболит 5-HIAA и променя свързан със серотонина рефлекс за изправяне при жаби, както е описано в проучването на редокс багрилата и епифизните индоли. Две различни експериментални системи, една и съща посока: по-малко разграждане и повече задържан серотонин там, където ензимът би го отстранил.

Втората мишена е самият серотонинов транспортер. В клетки, експресиращи човешкия транспортер, метиленовото синьо намалява поемането както на флуоресцентен субстрат, така и на белязан серотонин, с IC50 около 1.4 микромола на литър. То потиска и токовете, предизвикани от серотонин, при записи с метода patch-clamp, според прякото характеризиране на действието на метиленовото синьо върху SERT. Авторите проверяват очевидните алтернативни обяснения и установяват, че ефектът е независим от сигнализирането чрез cGMP, промените в калция и експресията на транспортера върху клетъчната повърхност.

Обърнете внимание на разликата между двете стойности. Инхибирането на MAO-A се проявява при наномоларни концентрации. За инхибирането на транспортера е необходимо приблизително петдесет пъти повече багрило. Ниска експозиция, която напълно повлиява ензима, може почти да не засегне транспортера. Всеки, който ги обединява в едно твърдение за серотонина, свежда два различни концентрационни диапазона до един.

Дали някоя от тези мишени е от значение при човек, който приема други серотонинергични лекарства, е въпрос за лекарствените взаимодействия и мястото му е в ръководството за тях. Тази статия описва мишените; клиничните съвети са на онази страница.

Допамин: най-слабите преки доказателства

При допамина честното представяне изисква най-голяма сдържаност. Няма утвърдено проучване, което да показва, че метиленовото синьо блокира допаминовия транспортер или се свързва пряко с допаминовите рецептори. Често цитираната IC50 от 1.4 микромола на литър за транспортер се отнася до серотониновия транспортер, а не до DAT, и никога не бива да се приписва на него.

Наличните данни са косвени. Тъй като ензимите MAO метаболизират и допамина, инхибирането на MAO запазва допамина наред със серотонина и норадреналина. В митохондриални препарати метиленовото синьо блокира опосредстваното от MAO-B превръщане на невротоксина MPTP в токсичния му продукт за допаминергичните неврони, с потентност, сравнима с тази на лекарството за Паркинсон депренил, както описват проучването на биоактивацията на MPTP и свързани изследвания на MAO-B. Изследванията при животни добавят отделни фрагменти: около трикратно увеличение на базалното освобождаване на допамин от срезове на стриатума на плъхове при 10 микромола на литър, изследвано в контекста на сигнализирането чрез азотен оксид, а не като блокиране на транспортер; както и разнопосочни резултати в различни области след системно приложение, като някои проучвания установяват повишаване на серотонина и норадреналина, докато допаминът почти не се променя.

И така, данните за допамина са реални, но косвени. Действието преминава през ензим, който обработва няколко моноамина едновременно, а не през специфична за допамина мишена. Всяко твърдение, че метиленовото синьо повишава допамина при хора, прескача необходимата стъпка това да бъде действително показано.

GABA: блокиране на спирачката в джоба за свързване

Наблюдението за GABA е прецизно и противоречи на обичайната представа за багрилото. В клетки, експресиращи човешки GABA-A рецептори, метиленовото синьо инхибира предизвиканите от GABA токове, започвайки от около 3 микромола на литър, с IC50 близо до 31 микромола на литър за разпространената конфигурация alpha1-beta2-gamma2, според електрофизиологичното проучване, което определя мястото на действие.

Определянето на мястото на действие е ценната част. Мутациите в мястото за свързване на пикротоксин не променят инхибирането, а местата за бензодиазепини и цинк са изключени чрез сравнения между субединици. За сметка на това мутациите в два аминокиселинни остатъка, за които е известно, че изграждат самия джоб за свързване на GABA, рязко намаляват блокирането. Това определя действието като конкурентен антагонизъм в мястото за агониста, а не като алостерична модулация на друго място. Ефектът се наблюдава при комбинации от субединици на синаптични и извънсинаптични рецептори и бързо изчезва след отмиване.

Това създава действително противоречие, което заслужава да бъде назовано ясно. Молекула, изследвана за подпомагане на паметта, същевременно потиска бързото инхибиторно предаване в лабораторна среда. Дали това потискане възниква в жив мозък, зависи от локалната концентрация, а 31 микромола на литър е висока стойност спрямо повечето системни експозиции — въпрос, разгледан в последния раздел. Самото противоречие е наблюдението; за разрешаването му са необходими експерименти, които никой не е провел.

Ацетилхолин: две противоположно действащи мишени

За ацетилхолина има две наблюдения, които сочат в противоположни посоки — именно затова трябва да се представят отделно.

От едната страна метиленовото синьо инхибира ензимите, които отстраняват ацетилхолина. Ацетилхолинестеразата от еритроцити на крави е конкурентно инхибирана при около 0.57 микромола на литър, ензимът от говеда — при около 0.42 микромола на литър, а естеразната активност в човешка плазма — при около 1.1 микромола на литър. Бутирилхолинестеразата е инхибирана в диапазон от приблизително 0.4 до 5.3 микромола на литър в зависимост от вида и препарата, както е обобщено в прегледа на действията на метиленовото синьо в нервната система. Забавянето на отстраняването оставя повече невротрансмитер в синапса — същата логика стои зад няколко одобрени лекарства за Алцхаймер.

Но химията поставя условие. Окислената синя форма инхибира ензима; редуцираната безцветна форма не го инхибира. Продължителните инкубации, при които багрилото се редуцира, показват по-слабо инхибиране дори само по тази причина. Всяка стойност от анализ на холинестеразата е придружена от невидима променлива: каква част от багрилото е била все още синя при измерването.

От другата страна метиленовото синьо блокира alpha7 никотиновия рецептор — един от рецепторите, върху които действа ацетилхолинът. Човешки alpha7 рецептори, експресирани в ооцити от жаби, са инхибирани с IC50 около 3.4 микромола на литър чрез неконкурентен, независим от напрежението антагонизъм, който не променя потентността на агониста. При 3 микромола на литър синаптичните отговори, предизвикани от холин, в срезове от хипокампа на плъхове са премахнати, както съобщава проучването на alpha7 рецептора. Така при сходни ниски микромоларни концентрации багрилото едновременно запазва невротрансмитера и притъпява един от рецепторите му. Общият ефект върху холинергичното сигнализиране не може да се изведе само от едното наблюдение. Тази неяснота е свързана с по-широката литература за Алцхаймер и с обсъждането на изследванията върху когнитивните функции и заболяванията, без тук да получава разрешение.

Сравнението на едно място

Най-чувствителната и най-малко чувствителната мишена са разделени от три порядъка. Този диапазон обобщава статията в една таблица.

Достигат ли тези концентрации до мозъка?

Стойност от епруветка не означава нищо, ако до нея няма стойност за експозицията. След интравенозен болус от около 1.4 mg на kg са докладвани средни нива в човешката плазма около 5 микромола на литър, докато перорална доза от 100 mg води до нива в цялата кръв близо до 0.08 микромола на литър според същата изследователска литература. Изследванията на разпределението при плъхове установяват нива в мозъка приблизително десет до двадесет пъти по-високи от циркулиращите. Това обаче е общото количество багрило в хомогенизирана тъкан, а не свободното окислено багрило в синапса. Свързването с плазмените протеини около 94 процента, заедно с разпределението в кръвните клетки, допълнително понижава свободната фракция.

В съпоставка с таблицата картината е постепенна, а не двоична. Инхибирането на MAO-A се проявява далеч под типичните интравенозни експозиции и е фармакологично правдоподобно, когато багрилото се прилага по този начин. Ефектите върху холинестеразата и alpha7 са в ниския микромоларен диапазон, с който пиковите интравенозни концентрации се припокриват, но който обичайните перорални дози може да не достигат. IC50 от 31 микромола на литър за GABA-A е над повечето правдоподобни системни експозиции, което прави това конкретно блокиране най-трудно за обосноваване в целия човешки организъм. Всеки ред от това сравнение изисква една и съща уговорка: значимата концентрация е тази на свободното, окислено, извънклетъчно багрило при мишената — величина, която никоя кръвна проба не измерва пряко.

Какви заключения не бива да правим

Нито един ред в таблицата не установява, че метиленовото синьо предвидимо повишава или понижава който и да е невротрансмитер при човек. Инхибирането на ензим в пречистен препарат, блокирането на транспортер в клетъчна линия и антагонизмът на рецептор в тъканен срез са по една контролирана експериментална стъпка, отдалечена от реалността в синапсите. А разделът за ацетилхолина показва как две верни наблюдения с противоположна посока оставят крайния резултат неясен. Отговорното използване на тази страница е като карта на мишените, с които молекулата доказано взаимодейства, с обозначена сила на взаимодействието, така че обсъждането на механизмите да остава свързано с действително измереното. За това как тези мишени се свързват с взаимодействията с предписани лекарства, съответната информация е в ръководството за взаимодействията, а допълнителен контекст дават основите на фармакологията и съпътстващото обяснение на механизмите.