Metylenblått og nevrotransmittere: serotonin, dopamin, GABA og acetylkolin

En vanlig formulering om metylenblått er at det øker serotonin, øker dopamin, roer ned GABA og skjerper acetylkolin, alt på én gang. Den formuleringen behandler fire separate laboratoriefunn som én effekt i et menneske. Studiene bak målte ulike mål i ulike forsøksmodeller, ved konsentrasjoner som varierer med en faktor på omtrent tusen. Når målene skilles fra hverandre, blir bildet både mer interessant og mer forbeholdent enn den ene setningen gir rom for.

Den overordnede tanken er enkel. Et molekyl som binder seg til et enzym i et reagensrør, har gjort én ting: bundet seg til et enzym i et reagensrør. Om det endrer nivået av en nevrotransmitter i en levende hjerne, avhenger av konsentrasjonen som når vevet, hvilken kjemisk form molekylet har når det kommer frem, og alt annet molekylet gjør ved samme konsentrasjon. Hver del nedenfor holder disse tre spørsmålene knyttet til funnet de gjelder.

Serotonin: to mål, to konsentrasjoner

Serotonin har det sterkeste evidensgrunnlaget av de fire systemene, og det kommer fra to forskjellige molekylære mål som ikke bør slås sammen.

Det første målet er monoaminoksidase type A, det mitokondrielle enzymet som bryter ned serotonin. Metylenblått hemmer renset humant MAO-A som en tettbindende hemmer med en Ki på rundt 27 nanomolar, mens MAO-B krever langt høyere konsentrasjoner før det påvirkes, slik den kinetiske studien som knyttet fargestoffet til serotonintoksisitet viser. En beslektet forskningslinje fant samme selektivitet i epifysevev fra rotter, der blokkering av MAO-A økte serotoninderiverte indoler, reduserte serotoninmetabolitten 5-HIAA og endret en serotoninrelatert opprettingsrefleks hos frosker, som beskrevet i studien av redoksfargestoffer og indoler i epifysen. To ulike forsøksmodeller, samme retning: mindre nedbrytning, mer serotonin bevart der enzymet ellers ville ha fjernet det.

Det andre målet er selve serotonintransportøren. I celler som uttrykker den humane transportøren, reduserte metylenblått opptaket av både et fluorescerende substrat og merket serotonin med en IC50 på rundt 1.4 mikromolar, og det dempet serotoninutløste strømmer i patch-clamp-målinger, ifølge den direkte karakteriseringen av metylenblått ved SERT. Forfatterne undersøkte de åpenbare alternative forklaringene og fant at effekten var uavhengig av cGMP-signalering, kalsiumendringer og uttrykk av transportøren på celleoverflaten.

Legg merke til avstanden mellom de to tallene. MAO-A-hemming skjer ved nanomolare konsentrasjoner. Hemming av transportøren krever omtrent femti ganger mer fargestoff. En lav eksponering som gir full hemming av enzymet, kan knapt påvirke transportøren. Å slå disse sammen til én påstand om serotonin er å blande to ulike doseområder til ett.

Om noen av disse målene har betydning hos en person som tar andre serotonerge legemidler, er et legemiddelspørsmål og hører hjemme i veiledningen om legemiddelinteraksjoner. Denne artikkelen kartlegger målene; den siden gir de kliniske rådene.

Dopamin: det svakeste direkte grunnlaget

For dopamin krever redelighet størst tilbakeholdenhet. Det finnes ingen veletablert studie som viser at metylenblått blokkerer dopamintransportøren eller binder seg direkte til dopaminreseptorer. Den ofte siterte IC50-verdien på 1.4 mikromolar for transportørhemming gjelder serotonintransportøren, ikke DAT, og må aldri fremstilles som noe annet.

Det som finnes, er i stedet indirekte. Fordi MAO-enzymer også metaboliserer dopamin, bevarer MAO-hemming dopamin sammen med serotonin og noradrenalin. I mitokondriepreparater blokkerte metylenblått den MAO-B-medierte omdanningen av nevrotoksinet MPTP til dets dopaminerge giftstoff, med en potens sammenlignbar med Parkinson-legemidlet deprenyl, slik studien av MPTP-bioaktivering og beslektet forskning på MAO-B beskriver. Dyreforsøk bidrar med bruddstykker: omtrent en tredobling av basal dopaminfrigjøring fra striatumsnitt fra rotter ved 10 mikromolar, undersøkt i sammenheng med nitrogenmonoksidsignalering snarere enn transportørblokkering, og varierende regionale resultater etter systemisk dosering, der noen studier fant økning i serotonin og noradrenalin mens dopamin knapt endret seg.

Dopaminhistorien er altså reell, men indirekte. Den går via et enzym som håndterer flere monoaminer samtidig, ikke via et dopaminspesifikt angrepspunkt. Enhver påstand om at metylenblått øker dopamin hos mennesker, hopper over trinnet der dette faktisk ble vist.

GABA: blokkering av bremsen i bindingslommen

GABA-funnet er presist og går på tvers av fargestoffets omdømme. I celler som uttrykker humane GABA-A-reseptorer, hemmet metylenblått GABA-utløste strømmer fra rundt 3 mikromolar, med en IC50 på rundt 31 mikromolar for den vanlige alfa1-beta2-gamma2-konfigurasjonen, i den elektrofysiologiske studien som kartla virkningsstedet.

Kartleggingen av bindingsstedet er den verdifulle delen. Mutasjoner på pikrotoksinstedet lot hemmingen bestå, og benzodiazepin- og sinkstedene ble utelukket gjennom sammenligning av underenheter. Derimot reduserte mutasjoner i to aminosyrerester som er kjent for å danne selve GABA-bindingslommen, blokkeringen kraftig. Det peker på kompetitiv antagonisme ved agonistens bindingssted, snarere enn allosterisk modulering et annet sted. Effekten gjaldt både synaptiske og ekstrasynaptiske kombinasjoner av underenheter og forsvant raskt ved utvasking.

Dette skaper en reell motsetning som er verdt å si tydelig. Et molekyl som undersøkes for mulig støtte til hukommelsen, demper også rask hemmende signaloverføring i et laboratoriepreparat. Om denne dempingen skjer i en levende hjerne, avhenger av lokal konsentrasjon, og 31 mikromolar er høyt sammenlignet med de fleste systemiske eksponeringer, som den siste delen tar opp. Motsetningen i seg selv er funnet; å avklare den ville kreve forsøk ingen har utført.

Acetylkolin: to motstridende angrepspunkter

For acetylkolin finnes det to funn som trekker i motsatte retninger, og nettopp derfor må de omtales hver for seg.

På den ene siden hemmer metylenblått enzymene som fjerner acetylkolin. Acetylkolinesterase fra røde blodceller hos ku ble kompetitivt hemmet ved rundt 0.57 mikromolar, bovint enzym ved rundt 0.42 mikromolar og esteraseaktivitet i humant plasma ved rundt 1.1 mikromolar. Butyrylkolinesterase ble hemmet ved omtrent 0.4 til 5.3 mikromolar, avhengig av art og preparat, som oppsummert i oversiktsartikkelen om metylenblåtts virkninger i nervesystemet. Langsommere fjerning etterlater mer nevrotransmitter i synapsen, samme prinsipp som ligger bak flere godkjente legemidler mot Alzheimers sykdom.

Men kjemien har en betingelse. Den oksiderte blå formen hemmer enzymet; den reduserte fargeløse formen gjør det ikke. Lange inkubasjoner som lar fargestoffet bli redusert, gir derfor svakere hemming av denne grunnen alene. Ethvert måletall for kolinesterase har en usynlig variabel: hvor mye av fargestoffet som fortsatt var blått da målingen ble gjort.

På den andre siden blokkerer metylenblått den nikotinerge alfa7-reseptoren, en av reseptorene acetylkolin virker på. Humane alfa7-reseptorer uttrykt i froskeoocytter ble hemmet med en IC50 på rundt 3.4 mikromolar gjennom ikke-kompetitiv, spenningsuavhengig antagonisme som lot agonistens potens være uendret. Ved 3 mikromolar ble kolindrevne synaptiske responser i hippocampussnitt fra rotter opphevet, slik studien av alfa7-reseptoren rapporterer. Ved lignende lave mikromolare konsentrasjoner bevarer fargestoffet altså nevrotransmitteren samtidig som det demper en av reseptorene dens. Nettoeffekten på kolinerg signalering kan ikke utledes fra noen av funnene alene. Denne tvetydigheten knytter seg til den bredere litteraturen om Alzheimers sykdom og den relaterte diskusjonen om kognitiv forskning og sykdomsforskning, uten å bli avklart her.

Sammenligningen samlet på ett sted

Tre størrelsesordener skiller det mest følsomme målet fra det minst følsomme. Dette spennet er artikkelen oppsummert i én tabell.

Når disse konsentrasjonene hjernen?

Et tall fra et reagensrør betyr ingenting uten et eksponeringstall ved siden av. Etter en intravenøs bolus på rundt 1.4 mg per kg er det rapportert gjennomsnittlige plasmanivåer hos mennesker på rundt 5 mikromolar, mens en oral dose på 100 mg ga nivåer i fullblod på rundt 0.08 mikromolar i samme forskningslitteratur. Fordelingsstudier hos rotter finner nivåer i hjernen på omtrent ti til tjue ganger nivåene i sirkulasjonen. Dette er imidlertid totalt fargestoff i homogenisert vev, ikke fritt oksidert fargestoff ved en synapse, og plasmaproteinbinding på rundt 94 prosent sammen med fordeling til blodceller reduserer den frie fraksjonen ytterligere.

Sett opp mot tabellen er mønsteret gradert snarere enn binært. MAO-A-hemming ligger langt under typiske intravenøse eksponeringer og er farmakologisk plausibel når fargestoffet gis på denne måten. Effekter på kolinesterase og alfa7 ligger i det lave mikromolare området, som overlapper med toppnivåer etter intravenøs administrasjon, men som vanlige orale doser kanskje ikke når. IC50-verdien på 31 mikromolar for GABA-A ligger over de fleste plausible systemiske eksponeringer, noe som gjør akkurat denne blokkeringen vanskeligst å begrunne hos et helt menneske. Hver rad i denne sammenligningen trenger samme forbehold: Den relevante konsentrasjonen er fritt, oksidert, ekstracellulært fargestoff ved målet, en størrelse ingen blodprøve måler direkte.

Hva man ikke bør konkludere med

Ingen rad i tabellen fastslår at metylenblått på en forutsigbar måte øker eller reduserer noen nevrotransmitter hos et menneske. Enzymhemming i et renset preparat, transportørblokkering i en cellelinje og reseptorantagonisme i et vevssnitt er hver for seg ett kontrollert trinn unna den synaptiske virkeligheten, og delen om acetylkolin viser hvordan to reelle funn samlet gir usikkerhet. En ansvarlig bruk av denne siden er som et kart over angrepspunkter molekylet har vist seg å binde seg til, med bindingsstyrken angitt, slik at diskusjonen om mekanismer forblir forankret i det som faktisk ble målt. For hvordan disse angrepspunktene samspiller med reseptbelagte legemidler, er interaksjonsveiledningen siden som tar for seg dette, med ytterligere sammenheng i gjennomgangen av farmakologiske grunnprinsipper og den tilhørende forklaringen av mekanismene.