Metilena biru dan neurotransmiter: serotonin, dopamin, GABA, dan asetilkolina

Satu kenyataan yang lazim tentang metilena biru menyebut bahawa ia meningkatkan serotonin, meningkatkan dopamin, menenangkan GABA, dan menajamkan fungsi asetilkolina, semuanya serentak. Kenyataan itu menganggap empat dapatan makmal yang berasingan sebagai satu kesan dalam tubuh seseorang. Makalah yang menjadi asasnya mengukur sasaran yang berbeza, dalam sediaan yang berbeza, pada kepekatan yang berbeza kira-kira seribu kali ganda. Apabila sasaran itu dipisahkan, gambaran yang terhasil menjadi lebih menarik dan memerlukan lebih banyak kewaspadaan daripada yang dibayangkan oleh satu kenyataan tersebut.

Idea asasnya mudah. Molekul yang mengikat enzim dalam tabung uji hanya melakukan satu perkara: mengikat enzim dalam tabung uji. Sama ada hal itu mengubah aras neurotransmiter dalam otak yang hidup bergantung pada kepekatan yang sampai ke tisu, bentuk kimia molekul itu ketika tiba, dan semua tindakan lain molekul itu pada kepekatan yang sama. Setiap bahagian di bawah mengaitkan ketiga-tiga persoalan tersebut dengan dapatan yang berkenaan.

Serotonin: dua sasaran, dua kepekatan

Serotonin mempunyai bukti paling kukuh antara keempat-empat sistem ini, dan bukti itu datang daripada dua sasaran molekul berbeza yang tidak sepatutnya digabungkan.

Sasaran pertama ialah monoamina oksidase jenis A, enzim mitokondria yang menguraikan serotonin. MAO-A manusia yang telah ditulenkan direncat oleh metilena biru sebagai perencat pengikatan kuat dengan Ki sekitar 27 nanomolar, manakala MAO-B memerlukan kepekatan yang jauh lebih tinggi sebelum terjejas, seperti yang ditunjukkan dalam kajian kinetik yang mengaitkan pewarna ini dengan ketoksikan serotonin. Satu siri penyelidikan berkaitan menemukan selektiviti yang sama dalam tisu pineal tikus, apabila sekatan MAO-A meningkatkan indol yang terhasil daripada serotonin, menurunkan metabolit serotonin 5-HIAA, dan mengubah refleks membetulkan kedudukan badan yang berkaitan dengan serotonin pada katak, seperti yang dilaporkan dalam kajian pewarna redoks dan indol pineal. Dua sediaan berbeza, arah yang sama: kurang penguraian, lebih banyak serotonin dikekalkan di tempat enzim itu sepatutnya menyingkirkannya.

Sasaran kedua ialah pengangkut serotonin itu sendiri. Dalam sel yang mengekspresikan pengangkut manusia, metilena biru mengurangkan pengambilan kedua-dua substrat pendarfluor dan serotonin berlabel dengan IC50 sekitar 1.4 micromolar, dan menekan arus yang dicetuskan oleh serotonin dalam rakaman pengapit tampalan, menurut pencirian langsung metilena biru pada SERT. Penulis menguji penjelasan alternatif yang jelas dan mendapati kesan itu tidak bergantung pada pengisyaratan cGMP, perubahan kalsium, atau ekspresi pengangkut pada permukaan sel.

Perhatikan jurang antara kedua-dua angka itu. Perencatan MAO-A berlaku pada julat nanomolar. Perencatan pengangkut memerlukan kira-kira lima puluh kali lebih banyak pewarna. Pendedahan rendah yang bertindak sepenuhnya pada enzim mungkin hampir tidak mempengaruhi pengangkut. Sesiapa yang menggabungkannya menjadi satu dakwaan tentang serotonin sedang meratakan dua julat dos yang berbeza menjadi satu.

Sama ada mana-mana sasaran ini memberi kesan pada seseorang yang mengambil ubat serotonergik lain merupakan persoalan berkaitan ubat, dan tempatnya ialah dalam panduan interaksi ubat. Artikel ini memetakan sasaran; halaman tersebut menyediakan nasihat klinikal.

Dopamin: bukti langsung yang paling lemah

Dopamin ialah bahagian yang paling memerlukan sikap berhati-hati demi ketepatan. Tiada kajian yang mantap menunjukkan metilena biru menyekat pengangkut dopamin atau mengikat reseptor dopamin secara langsung. IC50 pengangkut sebanyak 1.4 micromolar yang sering dipetik merujuk kepada pengangkut serotonin, bukan DAT, dan tidak sepatutnya sekali-kali dilabel semula.

Bukti yang ada sebaliknya bersifat tidak langsung. Oleh sebab enzim MAO juga memetabolismekan dopamin, perencatan MAO mengekalkan dopamin bersama serotonin dan noradrenalin. Dalam sediaan mitokondria, metilena biru menyekat penukaran neurotoksin MPTP kepada racun dopaminergiknya yang diperantarai oleh MAO-B, dengan potensi yang setanding dengan ubat Parkinson deprenyl, seperti yang dihuraikan dalam kajian bioaktivasi MPTP dan penyelidikan MAO-B berkaitan. Kajian haiwan menambah beberapa cebisan bukti: peningkatan kira-kira tiga kali ganda dalam pelepasan dopamin basal daripada hirisan striatum tikus pada 10 micromolar, yang dikaji dalam konteks pengisyaratan nitrik oksida dan bukannya sekatan pengangkut, serta hasil yang berbeza-beza mengikut kawasan selepas pemberian dos sistemik, dengan sesetengah kajian mendapati serotonin dan noradrenalin meningkat sedangkan dopamin hampir tidak berubah.

Jadi, dapatan tentang dopamin memang wujud, tetapi bersifat tidak langsung. Ia melibatkan enzim yang mengendalikan beberapa monoamina serentak, bukan sasaran khusus dopamin. Sebarang dakwaan bahawa metilena biru meningkatkan dopamin pada manusia melangkaui langkah yang sepatutnya menunjukkan perkara itu benar-benar berlaku.

GABA: menyekat brek pada poket pengikatan

Dapatan GABA adalah tepat dan bercanggah dengan reputasi pewarna ini. Dalam sel yang mengekspresikan reseptor GABA-A manusia, metilena biru merencat arus yang dicetuskan oleh GABA bermula sekitar 3 micromolar, dengan IC50 hampir 31 micromolar bagi konfigurasi lazim alpha1-beta2-gamma2, dalam kajian elektrofisiologi yang memetakan tapak tindakan.

Pemetaan tapak itu ialah bahagian yang bernilai. Mutasi pada tapak pikrotoksin tidak mengubah perencatan, manakala tapak benzodiazepina dan zink diketepikan melalui perbandingan subunit. Sebaliknya, mutasi pada dua residu yang diketahui membentuk poket pengikatan GABA itu sendiri mengurangkan sekatan dengan ketara, yang mengenal pasti tindakan itu sebagai antagonisme kompetitif pada tapak agonis dan bukannya modulasi alosterik di tempat lain. Kesan itu berlaku merentas gabungan subunit sinaptik dan ekstrasinaptik serta hilang dengan cepat selepas bahan itu dibilas keluar.

Ini mewujudkan percanggahan sebenar yang wajar dinyatakan dengan jelas. Molekul yang dikaji untuk sokongan ingatan turut menekan penghantaran perencatan pantas dalam bekas kultur. Sama ada penekanan itu berlaku dalam otak yang hidup bergantung pada kepekatan setempat, dan 31 micromolar adalah tinggi berbanding kebanyakan pendedahan sistemik, yang dibincangkan dalam bahagian terakhir. Percanggahan itu sendiri ialah dapatan kajian; untuk menyelesaikannya, eksperimen yang belum pernah dijalankan diperlukan.

Asetilkolina: dua sasaran yang bertentangan

Asetilkolina mempunyai dua dapatan yang bertindak dalam arah bertentangan, dan itulah sebabnya kedua-duanya mesti dilaporkan secara berasingan.

Di satu pihak, metilena biru merencat enzim yang menyingkirkan asetilkolina. Asetilkolinesterase sel darah merah lembu direncat secara kompetitif sekitar 0.57 micromolar, enzim bovin sekitar 0.42 micromolar, dan aktiviti esterase plasma manusia sekitar 1.1 micromolar, dengan butirilkolinesterase direncat pada julat kira-kira 0.4 hingga 5.3 micromolar bergantung pada spesies dan sediaan, seperti yang diringkaskan dalam ulasan tentang tindakan metilena biru dalam sistem saraf. Memperlahankan penyingkiran meninggalkan lebih banyak neurotransmiter dalam sinaps, prinsip yang sama di sebalik beberapa ubat Alzheimer yang diluluskan.

Namun, sifat kimia ini tertakluk pada satu syarat. Bentuk biru yang teroksida merencat enzim; bentuk tidak berwarna yang terturun tidak berbuat demikian, dan tempoh inkubasi panjang yang membolehkan pewarna mengalami penurunan menghasilkan laporan perencatan yang lebih lemah semata-mata atas sebab itu. Sebarang angka asai bagi kolinesterase disertai pemboleh ubah yang tidak kelihatan: berapa banyak pewarna yang masih berwarna biru ketika diukur.

Di pihak satu lagi, metilena biru menyekat reseptor nikotinik alpha7, salah satu penerima yang menjadi sasaran tindakan asetilkolina. Reseptor alpha7 manusia yang diekspresikan dalam oosit katak direncat dengan IC50 sekitar 3.4 micromolar melalui antagonisme bukan kompetitif yang tidak bergantung pada voltan dan tidak mengubah potensi agonis, manakala 3 micromolar menghapuskan tindak balas sinaptik yang dicetuskan oleh kolina dalam hirisan hipokampus tikus, seperti yang dilaporkan oleh kajian reseptor alpha7. Jadi, pada kepekatan micromolar rendah yang serupa, pewarna ini mengekalkan neurotransmiter sambil melemahkan salah satu reseptornya. Kesan bersih terhadap pengisyaratan kolinergik tidak dapat ditentukan daripada mana-mana dapatan secara bersendirian. Ketidakjelasan itu berkaitan dengan literatur Alzheimer yang lebih luas serta perbincangan berkaitan tentang penyelidikan kognitif dan penyakit, tanpa diselesaikan di sini.

Perbandingan di satu tempat

Tiga tertib magnitud memisahkan sasaran paling sensitif daripada yang paling kurang sensitif. Julat itu merangkum artikel ini dalam satu jadual.

Adakah kepekatan ini sampai ke otak?

Angka tabung uji tidak bermakna tanpa angka pendedahan untuk dibandingkan dengannya. Selepas bolus intravena sekitar 1.4 mg per kg, purata aras plasma manusia sekitar 5 micromolar telah dilaporkan, manakala dos oral 100 mg menghasilkan aras darah penuh sekitar 0.08 micromolar dalam rangkaian literatur yang sama. Kajian pengedaran pada tikus mendapati aras otak kira-kira sepuluh hingga dua puluh kali aras dalam peredaran darah, walaupun itu ialah jumlah pewarna dalam tisu yang dihomogenkan, bukan pewarna teroksida bebas pada sinaps, dan pengikatan protein plasma sekitar 94 peratus bersama pembahagian ke dalam sel darah mengurangkan lagi pecahan bebas.

Apabila dibandingkan dengan jadual, coraknya berperingkat dan bukannya sekadar ya atau tidak. Perencatan MAO-A berlaku jauh di bawah pendedahan intravena lazim dan munasabah dari sudut farmakologi apabila pewarna diberikan melalui cara itu. Kesan kolinesterase dan alpha7 berada dalam julat micromolar rendah yang bertindih dengan aras puncak intravena tetapi mungkin tidak dicapai oleh dos oral biasa. IC50 GABA-A sebanyak 31 micromolar berada di atas kebanyakan pendedahan sistemik yang munasabah, menjadikan sekatan khusus itu paling sukar dianggap berlaku dalam tubuh seseorang secara keseluruhan. Setiap baris perbandingan ini memerlukan peringatan yang sama: kepekatan yang relevan ialah pewarna bebas, teroksida, dan ekstrasel pada sasaran, suatu kuantiti yang tidak diukur secara langsung oleh sebarang pengambilan sampel darah.

Kesimpulan yang tidak patut dibuat

Tiada baris dalam jadual itu membuktikan bahawa metilena biru meningkatkan atau menurunkan mana-mana neurotransmiter pada seseorang dengan cara yang boleh diramalkan. Perencatan enzim dalam sediaan yang ditulenkan, sekatan pengangkut dalam garis sel, dan antagonisme reseptor dalam hirisan masing-masing merupakan satu langkah terkawal yang masih terpisah daripada keadaan sebenar di sinaps, dan bahagian kolinergik menunjukkan dua dapatan benar yang saling mengimbangi lalu menghasilkan ketidakpastian. Penggunaan halaman ini secara bertanggungjawab ialah sebagai peta sasaran yang telah terbukti dapat diikat atau dipengaruhi oleh molekul tersebut, dengan kekuatan tindakan dilabelkan, supaya perbincangan mekanisme kekal berpaksikan perkara yang benar-benar diukur. Untuk mengetahui bagaimana sasaran ini berinteraksi dengan ubat preskripsi, panduan interaksi ialah halaman yang membincangkan perkara tersebut, bersama konteks lanjut dalam asas farmakologi dan penerangan mekanisme yang berkaitan.