Methyleenblauw en neurotransmitters: serotonine, dopamine, GABA en acetylcholine

Een veelgehoorde uitspraak over methyleenblauw is dat het serotonine verhoogt, dopamine verhoogt, GABA kalmeert en acetylcholine aanscherpt, allemaal tegelijk. Die uitspraak behandelt vier afzonderlijke laboratoriumbevindingen als één effect in een persoon. De onderliggende publicaties onderzochten verschillende doelwitten, in verschillende preparaten, bij concentraties die ongeveer een factor duizend uiteenlopen. Zodra je de doelwitten afzonderlijk bekijkt, wordt het beeld zowel interessanter als voorzichtiger dan die ene uitspraak doet vermoeden.

Het uitgangspunt is eenvoudig. Een molecuul dat in een reageerbuis aan een enzym bindt, heeft één ding gedaan: in een reageerbuis aan een enzym gebonden. Of dat de hoeveelheid van een neurotransmitter in levende hersenen verandert, hangt af van de concentratie die het weefsel bereikt, van de chemische vorm waarin het molecuul daar aankomt en van alles wat het molecuul bij diezelfde concentratie nog meer doet. In elke sectie hieronder blijven die drie vragen gekoppeld aan de bijbehorende bevinding.

Serotonine: twee doelwitten, twee concentraties

Voor serotonine is het bewijs van de vier systemen het sterkst. Het betreft twee verschillende moleculaire doelwitten die niet op één hoop mogen worden gegooid.

Het eerste doelwit is monoamineoxidase type A, het mitochondriale enzym dat serotonine afbreekt. Methyleenblauw remt gezuiverd menselijk MAO-A als een sterk bindende remmer met een Ki van ongeveer 27 nanomolair, terwijl MAO-B pas bij veel hogere concentraties wordt beïnvloed, zoals blijkt uit de kinetische studie die de kleurstof in verband bracht met serotoninetoxiciteit. Een verwante onderzoekslijn vond dezelfde selectiviteit in pijnappelklierweefsel van ratten. Daar verhoogde MAO-A-blokkade de hoeveelheid van serotonine afgeleide indolen, verlaagde deze de serotoninemetaboliet 5-HIAA en veranderde deze een aan serotonine gekoppelde oprichtreflex bij kikkers, zoals gerapporteerd in de studie naar redoxkleurstoffen en indolen in de pijnappelklier. Twee verschillende preparaten, dezelfde richting: minder afbraak en meer behoud van serotonine waar het enzym die anders zou hebben verwijderd.

Het tweede doelwit is de serotoninetransporter zelf. In cellen die de menselijke transporter tot expressie brengen, verminderde methyleenblauw de opname van zowel een fluorescerend substraat als gelabelde serotonine, met een IC50 van ongeveer 1.4 micromolair. Het onderdrukte ook door serotonine opgewekte stromen in patch-clampmetingen, volgens de directe karakterisering van methyleenblauw bij SERT. De auteurs controleerden de voor de hand liggende alternatieve verklaringen en stelden vast dat het effect onafhankelijk was van cGMP-signalering, veranderingen in calcium en de expressie van de transporter aan het celoppervlak.

Let op het verschil tussen de twee getallen. MAO-A-remming vindt plaats in het nanomolaire bereik. Voor remming van de transporter is ongeveer vijftig keer zoveel kleurstof nodig. Een lage blootstelling die het enzym volledig beïnvloedt, kan de transporter nauwelijks raken. Wie deze bevindingen samenvoegt tot één claim over serotonine, maakt van twee verschillende dosisbereiken één gemiddelde.

Of een van beide doelwitten relevant is bij iemand die andere serotonerge geneesmiddelen gebruikt, is een medicatievraag die thuishoort in de gids over geneesmiddelinteracties. Dit artikel brengt de doelwitten in kaart; die pagina bevat het klinische advies.

Dopamine: het zwakste directe bewijs

Bij dopamine vraagt een eerlijke weergave om de meeste terughoudendheid. Er is geen goed onderbouwde studie die aantoont dat methyleenblauw de dopaminetransporter blokkeert of rechtstreeks aan dopaminereceptoren bindt. De vaak aangehaalde IC50 van 1.4 micromolair voor een transporter hoort bij de serotoninetransporter, niet bij DAT, en mag nooit anders worden aangeduid.

Wat er wel is, is indirect. Omdat MAO-enzymen ook dopamine metaboliseren, houdt MAO-remming naast serotonine en noradrenaline ook dopamine in stand. In mitochondriale preparaten blokkeerde methyleenblauw de door MAO-B gemedieerde omzetting van het neurotoxine MPTP in de voor dopaminerge neuronen giftige vorm, met een potentie vergelijkbaar met die van het parkinsonmiddel deprenyl. Dat beschrijven de studie naar MPTP-bioactivatie en verwant onderzoek naar MAO-B. Dieronderzoek voegt losse bevindingen toe: een ongeveer drievoudige stijging van de basale dopamineafgifte uit striatale weefselplakjes van ratten bij 10 micromolair, onderzocht in de context van stikstofmonoxidesignalering in plaats van transporterblokkade, en wisselende regionale resultaten na systemische toediening. Sommige studies vonden daarbij een stijging van serotonine en noradrenaline terwijl dopamine nauwelijks veranderde.

Het verhaal over dopamine is dus reëel, maar indirect. Het verloopt via een enzym dat meerdere monoaminen tegelijk verwerkt, niet via een dopaminespecifiek aangrijpingspunt. Elke claim dat methyleenblauw dopamine bij mensen verhoogt, slaat de stap over waarin dat daadwerkelijk is aangetoond.

GABA: de rem blokkeren in de bindingsplaats

De GABA-bevinding is nauwkeurig en gaat in tegen de reputatie van de kleurstof. In cellen die menselijke GABA-A-receptoren tot expressie brengen, remde methyleenblauw door GABA opgewekte stromen vanaf ongeveer 3 micromolair. De IC50 lag rond 31 micromolair voor de veelvoorkomende alpha1-beta2-gamma2-configuratie, volgens de elektrofysiologische studie die de plaats van werking in kaart bracht.

Het in kaart brengen van de bindingsplaats is het waardevolle deel. Mutaties op de picrotoxineplaats lieten de remming intact, en de benzodiazepine- en zinkplaatsen werden uitgesloten door subeenheden te vergelijken. Mutaties van twee residuen waarvan bekend is dat ze de GABA-bindingsplaats zelf vormen, verminderden de blokkade daarentegen sterk. Daarmee wordt de werking gekenmerkt als competitief antagonisme op de agonistbindingsplaats, in plaats van allosterische modulatie elders. Het effect bleef bestaan bij zowel synaptische als extrasynaptische combinaties van subeenheden en verdween snel na uitwassen.

Dit levert een wezenlijk spanningsveld op dat duidelijk benoemd moet worden. Een molecuul dat wordt onderzocht voor ondersteuning van het geheugen, onderdrukt in een kweekschaal ook snelle remmende signaaloverdracht. Of die onderdrukking in levende hersenen optreedt, hangt af van de lokale concentratie. En 31 micromolair is hoog ten opzichte van de meeste systemische blootstellingen, waarop de laatste sectie ingaat. Het spanningsveld zelf is de bevinding; om het op te lossen zijn experimenten nodig die nog niemand heeft uitgevoerd.

Acetylcholine: twee tegengestelde aangrijpingspunten

Voor acetylcholine zijn er twee bevindingen die in tegengestelde richtingen wijzen. Juist daarom moeten ze afzonderlijk worden beschreven.

Aan de ene kant remt methyleenblauw de enzymen die acetylcholine afbreken. Acetylcholinesterase uit rode bloedcellen van koeien werd competitief geremd rond 0.57 micromolair, het runderenzym rond 0.42 micromolair en de esteraseactiviteit in menselijk plasma rond 1.1 micromolair. Butyrylcholinesterase werd geremd bij ongeveer 0.4 tot 5.3 micromolair, afhankelijk van de soort en het preparaat. Dit is samengevat in het overzicht van de werking van methyleenblauw in het zenuwstelsel. Als de afbraak vertraagt, blijft er meer neurotransmitter in de synaps achter, hetzelfde principe waarop verschillende goedgekeurde alzheimermiddelen berusten.

Maar aan die chemie zit een voorwaarde. De geoxideerde blauwe vorm remt het enzym; de gereduceerde kleurloze vorm niet. Bij lange incubaties waarin de kleurstof kan reduceren, wordt alleen al om die reden een zwakkere remming gemeten. Elk meetgetal voor cholinesterase bevat een onzichtbare variabele: hoeveel van de kleurstof op het moment van meten nog blauw was.

Aan de andere kant blokkeert methyleenblauw de nicotinerge alpha7-receptor, een van de receptoren waarop acetylcholine inwerkt. Menselijke alpha7-receptoren die in oöcyten van kikkers tot expressie werden gebracht, werden geremd met een IC50 van ongeveer 3.4 micromolair via niet-competitief, spanningsonafhankelijk antagonisme dat de potentie van de agonist onveranderd liet. Daarnaast hief 3 micromolair door choline opgewekte synaptische responsen in hippocampale weefselplakjes van ratten op, zoals de studie naar de alpha7-receptor rapporteert. Bij vergelijkbare lage micromolaire concentraties houdt de kleurstof dus zowel de neurotransmitter in stand als dat zij een van diens receptoren afremt. Het netto-effect op cholinerge signalering kan niet uit een van beide bevindingen afzonderlijk worden afgeleid. Die onduidelijkheid sluit aan bij de bredere alzheimerliteratuur en bij de verwante bespreking van onderzoek naar cognitie en ziekte, zonder hier te worden opgelost.

De vergelijking op één plek

Het gevoeligste en het minst gevoelige doelwit liggen drie ordes van grootte uit elkaar. Die spreiding vat het artikel samen in één tabel.

Bereiken deze concentraties de hersenen?

Een getal uit een reageerbuis zegt niets zonder een blootstellingsgetal ernaast. Na een intraveneuze bolus van ongeveer 1.4 mg per kg zijn gemiddelde plasmaconcentraties bij mensen van ongeveer 5 micromolair gerapporteerd, terwijl een orale dosis van 100 mg in dezelfde onderzoeksliteratuur concentraties in volbloed van ongeveer 0.08 micromolair opleverde. Distributieonderzoek bij ratten vindt hersenconcentraties die ongeveer tien tot twintig keer zo hoog zijn als de circulerende concentraties. Daarbij gaat het echter om de totale hoeveelheid kleurstof in gehomogeniseerd weefsel, niet om vrije geoxideerde kleurstof bij een synaps. Bovendien verlagen een plasma-eiwitbinding van ongeveer 94 procent en verdeling over bloedcellen de vrije fractie.

Naast de tabel gelegd is het patroon gradueel in plaats van binair. MAO-A-remming ligt ver onder de gebruikelijke intraveneuze blootstellingen en is farmacologisch plausibel wanneer de kleurstof op die manier wordt toegediend. Effecten op cholinesterase en alpha7 liggen in het lage micromolaire bereik, waarmee intraveneuze piekconcentraties overlappen, maar dat gewone orale doses mogelijk niet bereiken. De IC50 van 31 micromolair voor GABA-A ligt boven de meeste plausibele systemische blootstellingen. Daardoor is juist die blokkade het moeilijkst aannemelijk te maken in een persoon als geheel. Voor elke rij in deze vergelijking geldt dezelfde kanttekening: de relevante concentratie is die van vrije, geoxideerde, extracellulaire kleurstof bij het doelwit, een hoeveelheid die geen bloedafname rechtstreeks meet.

Welke conclusies je niet moet trekken

Geen enkele rij in de tabel toont aan dat methyleenblauw bij een persoon voorspelbaar een neurotransmitter verhoogt of verlaagt. Enzymremming in een gezuiverd preparaat, transporterblokkade in een cellijn en receptorantagonisme in een weefselplakje staan elk één gecontroleerde stap af van de synaptische werkelijkheid. De cholinerge sectie laat bovendien zien hoe twee geldige bevindingen samen tot onzekerheid leiden. Verantwoord gebruik van deze pagina betekent haar te lezen als een kaart van aangrijpingspunten waarvan is aangetoond dat het molecuul erop inwerkt, met vermelding van de sterkte van die werking. Zo blijft de bespreking van mechanismen verankerd in wat daadwerkelijk is gemeten. Voor de wisselwerking tussen deze aangrijpingspunten en voorgeschreven medicatie is de interactiegids de aangewezen pagina, met aanvullende context in de farmacologische grondslagen en de bijbehorende uitleg over mechanismen.