Methylenblåt og neurotransmittere: serotonin, dopamin, GABA og acetylkolin

En almindelig påstand om methylenblåt er, at det øger serotonin, øger dopamin, beroliger GABA og skærper acetylkolin, alt sammen på én gang. Den påstand behandler fire separate laboratoriefund som én effekt i et menneske. Studierne bag den målte forskellige mål i forskellige forsøgspræparater ved koncentrationer, der varierer med en faktor på omkring tusind. Når man skiller målene ad, bliver billedet både mere interessant og mere forbeholdent, end den ene sætning giver plads til.

Den grundlæggende idé er enkel. Et molekyle, der binder til et enzym i et reagensglas, har gjort én ting: bundet til et enzym i et reagensglas. Om det ændrer niveauet af en neurotransmitter i en levende hjerne, afhænger af den koncentration, der når frem til vævet, hvilken kemisk form molekylet har, når det ankommer, og alt andet, molekylet gør ved samme koncentration. Hvert afsnit nedenfor holder disse tre spørgsmål knyttet til det fund, de hører til.

Serotonin: to mål, to koncentrationer

Serotonin har den stærkeste evidens af de fire systemer, og den stammer fra to forskellige molekylære mål, som ikke bør slås sammen.

Det første mål er monoaminoxidase type A, det mitokondrielle enzym, der nedbryder serotonin. Oprenset human MAO-A hæmmes af methylenblåt som en tætbindende hæmmer med en Ki på omkring 27 nanomolar, mens MAO-B kræver langt højere koncentrationer, før det påvirkes, som vist i det kinetiske studie, der forbandt farvestoffet med serotonintoksicitet. En beslægtet forskningslinje fandt den samme selektivitet i væv fra rotters pinealkirtel, hvor blokade af MAO-A øgede serotonin-afledte indoler, sænkede serotoninmetabolitten 5-HIAA og ændrede en serotoninrelateret opretningsrefleks hos frøer, som beskrevet i studiet af redoxfarvestoffer og indoler i pinealkirtlen. To forskellige forsøgspræparater, samme retning: mindre nedbrydning og mere serotonin tilbage dér, hvor enzymet ellers ville have fjernet det.

Det andet mål er selve serotonintransportøren. I celler, der udtrykker den humane transportør, reducerede methylenblåt optagelsen af både et fluorescerende substrat og mærket serotonin med en IC50 på omkring 1.4 mikromolar, og det undertrykte serotonin-fremkaldte strømme i patch-clamp-målinger ifølge den direkte karakterisering af methylenblåts virkning på SERT. Forfatterne undersøgte de oplagte alternative forklaringer og fandt, at effekten var uafhængig af cGMP-signalering, calciumændringer og transportørens ekspression på celleoverfladen.

Bemærk afstanden mellem de to tal. MAO-A-hæmning foregår i det nanomolære område. Hæmning af transportøren kræver omkring halvtreds gange mere farvestof. En lav eksponering, der påvirker enzymet fuldt ud, kan knap nok berøre transportøren. Når nogen samler disse fund i én påstand om serotonin, udjævner de to forskellige dosisområder til ét.

Om nogen af målene har betydning hos en person, der tager andre serotonerge lægemidler, er et spørgsmål om medicin og hører hjemme i guiden til lægemiddelinteraktioner. Denne artikel kortlægger målene; den side indeholder den kliniske vejledning.

Dopamin: det svageste direkte grundlag

Dopamin er det område, hvor redelighed kræver størst tilbageholdenhed. Der findes ikke noget veletableret studie, som viser, at methylenblåt blokerer dopamintransportøren eller binder direkte til dopaminreceptorer. Den ofte citerede IC50 for transportørhæmning på 1.4 mikromolar gælder serotonintransportøren, ikke DAT, og må aldrig ommærkes.

Den viden, der findes, er i stedet indirekte. Fordi MAO-enzymer også omsætter dopamin, bevarer MAO-hæmning dopamin sammen med serotonin og noradrenalin. I mitokondriepræparater blokerede methylenblåt den MAO-B-medierede omdannelse af neurotoksinet MPTP til dets dopaminerge giftstof med en potens, der var sammenlignelig med Parkinson-lægemidlet deprenyl, som beskrevet i studiet af MPTP-bioaktivering og beslægtet forskning i MAO-B. Dyreforsøg tilføjer brudstykker: omtrent en tredobling af den basale dopaminfrigivelse fra skiver af rotters striatum ved 10 mikromolar, undersøgt i forbindelse med nitrogenmonoxid-signalering snarere end som transportørblokade, og blandede regionale resultater efter systemisk dosering, hvor nogle studier fandt stigninger i serotonin og noradrenalin, mens dopamin næsten ikke ændrede sig.

Historien om dopamin er altså reel, men indirekte. Den går via et enzym, der håndterer flere monoaminer på én gang, ikke via et dopaminspecifikt mål. Enhver påstand om, at methylenblåt øger dopamin hos mennesker, springer det trin over, hvor det faktisk skulle være vist.

GABA: blokering af bremsen i bindingslommen

GABA-fundet er præcist og går imod farvestoffets ry. I celler, der udtrykker humane GABA-A-receptorer, hæmmede methylenblåt GABA-fremkaldte strømme fra omkring 3 mikromolar med en IC50 nær 31 mikromolar for den almindelige alpha1-beta2-gamma2-konfiguration i det elektrofysiologiske studie, der kortlagde virkningsstedet.

Kortlægningen af stedet er den værdifulde del. Mutationer ved picrotoxin-stedet lod hæmningen forblive intakt, og benzodiazepin- og zinkstederne blev udelukket ved sammenligning af underenheder. Derimod reducerede mutationer i to aminosyrerester, som vides at danne selve GABA-bindingslommen, blokaden markant. Det karakteriserer virkningen som kompetitiv antagonisme ved agonistens bindingssted frem for allosterisk modulation et andet sted. Effekten var til stede på tværs af synaptiske og ekstrasynaptiske kombinationer af underenheder og forsvandt hurtigt ved udvaskning.

Det skaber et reelt spændingsforhold, som er værd at sige ligeud. Et molekyle, der undersøges for understøttelse af hukommelsen, undertrykker også hurtig hæmmende signaloverførsel i en laboratorieskål. Om den undertrykkelse forekommer i en levende hjerne, afhænger af den lokale koncentration, og 31 mikromolar er højt i forhold til de fleste systemiske eksponeringer, som det sidste afsnit behandler. Selve spændingsforholdet er fundet; at afklare det ville kræve forsøg, som ingen har udført.

Acetylkolin: to modsatrettede angrebspunkter

For acetylkolin findes der to fund, som trækker i hver sin retning, og netop derfor skal de beskrives hver for sig.

På den ene side hæmmer methylenblåt de enzymer, der fjerner acetylkolin. Acetylkolinesterase fra køers røde blodlegemer blev hæmmet kompetitivt ved omkring 0.57 mikromolar, bovint enzym ved omkring 0.42 mikromolar og esteraseaktivitet i humant plasma ved omkring 1.1 mikromolar. Butyrylkolinesterase blev hæmmet i intervallet cirka 0.4 til 5.3 mikromolar afhængigt af art og forsøgspræparat, som opsummeret i oversigten over methylenblåts virkninger i nervesystemet. Langsommere fjernelse efterlader mere signalstof i synapsen, hvilket er den samme logik, der ligger bag flere godkendte Alzheimer-lægemidler.

Men der er en betingelse knyttet til kemien. Den oxiderede blå form hæmmer enzymet; den reducerede farveløse form gør ikke. Lange inkubationer, der lader farvestoffet blive reduceret, viser alene af den grund svagere hæmning. Ethvert måleresultat for kolinesterase har en skjult variabel: hvor meget af farvestoffet der stadig var blåt, da det blev målt.

På den anden side blokerer methylenblåt den nikotinerge alpha7-receptor, en af de receptorer, som acetylkolin virker på. Humane alpha7-receptorer udtrykt i frø-oocytter blev hæmmet med en IC50 nær 3.4 mikromolar gennem ikke-kompetitiv, spændingsuafhængig antagonisme, der lod agonistens potens være uændret, og 3 mikromolar ophævede kolin-drevne synaptiske responser i skiver af rotters hippocampus, som studiet af alpha7-receptoren beskriver. Ved tilsvarende lave mikromolære koncentrationer bevarer farvestoffet altså både signalstoffet og dæmper en af dets receptorer. Nettoeffekten på kolinerg signalering kan ikke udledes af nogen af fundene alene. Den tvetydighed knytter an til den bredere Alzheimer-litteratur og til den beslægtede diskussion af kognitions- og sygdomsforskning, uden at blive afklaret her.

Sammenligningen samlet ét sted

Tre størrelsesordener adskiller det mest følsomme mål fra det mindst følsomme. Den spredning er artiklen samlet i én tabel.

Når disse koncentrationer frem til hjernen?

Et tal fra et reagensglas betyder intet uden et eksponeringstal ved siden af. Efter en intravenøs bolus på omkring 1.4 mg pr. kg er der rapporteret gennemsnitlige humane plasmaniveauer på omkring 5 mikromolar, mens en oral dosis på 100 mg gav niveauer i fuldblod nær 0.08 mikromolar i samme litteraturgrundlag. Fordelingsstudier i rotter finder niveauer i hjernen på cirka ti til tyve gange niveauerne i kredsløbet, men det er den samlede mængde farvestof i homogeniseret væv, ikke frit oxideret farvestof ved en synapse. Plasmaproteinbinding på omkring 94 procent samt fordeling til blodceller sænker den frie fraktion yderligere.

Set i forhold til tabellen er mønstret gradueret snarere end binært. MAO-A-hæmning ligger langt under typiske intravenøse eksponeringer og er farmakologisk plausibel, når farvestoffet gives på den måde. Effekterne på kolinesterase og alpha7 ligger i det lave mikromolære område, som intravenøse topkoncentrationer overlapper, men som almindelige orale doser måske ikke når. GABA-A-IC50 på 31 mikromolar ligger over de fleste plausible systemiske eksponeringer, hvilket gør netop den blokade sværest at påberåbe sig hos et helt menneske. Hver række i denne sammenligning kræver det samme forbehold: Den relevante koncentration er frit, oxideret, ekstracellulært farvestof ved målet, en størrelse, som ingen blodprøve måler direkte.

Hvad man ikke skal konkludere

Ingen række i tabellen fastslår, at methylenblåt forudsigeligt øger eller sænker nogen neurotransmitter hos et menneske. Enzymhæmning i et oprenset præparat, transportørblokade i en cellelinje og receptorantagonisme i en vævsskive er hver især ét kontrolleret trin fra den synaptiske virkelighed, og afsnittet om kolinerg signalering viser to sande fund, der tilsammen efterlader usikkerhed. Den ansvarlige brug af denne side er som et kort over de angrebspunkter, molekylet har vist sig at kunne påvirke, med styrken af påvirkningen angivet, så diskussionen af mekanismer forbliver forankret i det, der faktisk blev målt. For hvordan disse angrebspunkter spiller sammen med receptpligtig medicin, er interaktionsguiden den side, der behandler spørgsmålet, med yderligere kontekst i gennemgangen af farmakologiens grundlag og den ledsagende forklaring af mekanismerne.