Metylenblått och signalsubstanser: serotonin, dopamin, GABA och acetylkolin

Ett vanligt påstående om metylenblått är att det höjer serotonin, höjer dopamin, lugnar GABA och skärper acetylkolin, allt på samma gång. Det påståendet behandlar fyra separata laboratoriefynd som en enda effekt i en människa. Studierna bakom det mätte olika mål i olika preparat vid koncentrationer som skiljer sig åt med ungefär en faktor tusen. När man skiljer målen åt blir bilden både mer intressant och mer försiktig än det enda påståendet ger utrymme för.

Grundtanken är enkel. En molekyl som binder till ett enzym i ett provrör har gjort en sak: bundit till ett enzym i ett provrör. Om det förändrar nivån av en signalsubstans i en levande hjärna beror på vilken koncentration som når vävnaden, vilken kemisk form molekylen har när den kommer dit och allt annat molekylen gör vid samma koncentration. Varje avsnitt nedan knyter dessa tre frågor till det fynd de hör till.

Serotonin: två mål, två koncentrationer

Serotonin har det starkaste evidensstödet av de fyra systemen, och det kommer från två olika molekylära mål som inte bör slås samman.

Det första målet är monoaminoxidas typ A, det mitokondriella enzym som bryter ned serotonin. Renat humant MAO-A hämmas av metylenblått genom stark bindning med ett Ki nära 27 nanomolar, medan MAO-B kräver betydligt högre koncentrationer innan det påverkas, vilket visas i den kinetiska studie som kopplade färgämnet till serotonintoxicitet. En närliggande forskningslinje fann samma selektivitet i tallkottkörtelvävnad från råtta, där blockad av MAO-A ökade serotoninbaserade indoler, minskade serotoninmetaboliten 5-HIAA och förändrade en serotoninkopplad rätningsreflex hos grodor, enligt studien av redoxfärgämnen och indoler i tallkottkörteln. Två olika preparat, samma riktning: mindre nedbrytning och mer serotonin kvar där enzymet annars skulle ha avlägsnat det.

Det andra målet är själva serotonintransportören. I celler som uttryckte den humana transportören minskade metylenblått upptaget av både ett fluorescerande substrat och märkt serotonin med ett IC50 runt 1.4 mikromolar, och det dämpade serotoninframkallade strömmar vid patch-clamp-registreringar, enligt den direkta karakteriseringen av metylenblått vid SERT. Författarna undersökte de uppenbara alternativa förklaringarna och fann att effekten var oberoende av cGMP-signalering, kalciumförändringar och transportörens uttryck på cellytan.

Notera skillnaden mellan de två talen. MAO-A-hämning sker på nanomolär nivå. Transportörhämning kräver ungefär femtio gånger mer färgämne. En låg exponering som påverkar enzymet fullt ut kan knappt påverka transportören. Den som slår samman detta till ett enda påstående om serotonin gör ett medelvärde av två olika dosintervall.

Om något av målen har betydelse hos en person som tar andra serotonerga läkemedel är en läkemedelsfråga, och den hör hemma i guiden om läkemedelsinteraktioner. Den här artikeln kartlägger målen; den sidan innehåller de kliniska råden.

Dopamin: svagast direkt stöd

För dopamin kräver en ärlig redogörelse störst återhållsamhet. Det finns ingen väletablerad studie som visar att metylenblått blockerar dopamintransportören eller binder direkt till dopaminreceptorer. Det ofta citerade IC50-värdet för transportören på 1.4 mikromolar gäller serotonintransportören, inte DAT, och får aldrig tillskrivas den senare.

Det som finns är i stället indirekt. Eftersom MAO-enzymer också metaboliserar dopamin bevarar MAO-hämning dopamin tillsammans med serotonin och noradrenalin. I mitokondriella preparat blockerade metylenblått den MAO-B-medierade omvandlingen av neurotoxinet MPTP till dess dopaminerga gift med en potens jämförbar med Parkinsonläkemedlet deprenyl, vilket beskrivs i studien av MPTP:s bioaktivering och närliggande forskning om MAO-B. Djurstudier tillför fragment: ungefär en trefaldig ökning av basal dopaminfrisättning från striatumsnitt från råtta vid 10 mikromolar, studerad i samband med kväveoxidsignalering snarare än som transportörblockad, och varierande regionala resultat efter systemisk dosering, där vissa studier fann att serotonin och noradrenalin ökade medan dopamin knappt förändrades.

Dopaminbilden har alltså en grund, men den är indirekt. Den går via ett enzym som hanterar flera monoaminer samtidigt, inte via en dopaminspecifik angreppspunkt. Varje påstående om att metylenblått höjer dopamin hos människor hoppar över steget där detta faktiskt skulle ha visats.

GABA: blockering av bromsen vid bindningsfickan

GABA-fyndet är precist och går på tvärs mot färgämnets rykte. I celler som uttryckte humana GABA-A-receptorer hämmade metylenblått GABA-framkallade strömmar från omkring 3 mikromolar, med ett IC50 nära 31 mikromolar för den vanliga konfigurationen alpha1-beta2-gamma2, enligt den elektrofysiologiska studie som kartlade verkningsstället.

Kartläggningen av verkningsstället är den värdefulla delen. Mutationer vid pikrotoxinbindningsstället lämnade hämningen intakt, och bensodiazepin- och zinkbindningsställena uteslöts genom jämförelser mellan subenheter. I stället minskade mutationer vid två aminosyrarester som är kända för att bilda själva GABA-bindningsfickan blockeringen kraftigt. Det pekar ut verkan som kompetitiv antagonism vid agonistbindningsstället snarare än allosterisk modulering någon annanstans. Effekten kvarstod i både synaptiska och extrasynaptiska subenhetskombinationer och försvann snabbt när ämnet sköljdes bort.

Detta skapar en verklig motsättning som är värd att uttrycka tydligt. En molekyl som undersöks för minnesstöd hämmar också snabb inhibitorisk signalöverföring i en odlingsskål. Om den hämningen sker i en levande hjärna beror på den lokala koncentrationen, och 31 mikromolar är högt i förhållande till de flesta systemiska exponeringar, vilket tas upp i det sista avsnittet. Motsättningen i sig är fyndet; att reda ut den skulle kräva experiment som ingen har utfört.

Acetylkolin: två motverkande angreppspunkter

För acetylkolin finns två fynd som drar åt motsatta håll, vilket är precis varför de måste redovisas separat.

Å ena sidan hämmar metylenblått de enzymer som avlägsnar acetylkolin. Acetylkolinesteras från röda blodkroppar hos nötkreatur hämmades kompetitivt runt 0.57 mikromolar, bovint enzym nära 0.42 mikromolar och esterasaktivitet i human plasma nära 1.1 mikromolar, medan butyrylkolinesteras hämmades inom ungefär 0.4 till 5.3 mikromolar beroende på art och preparat. Detta sammanfattas i översikten över metylenblåtts verkan i nervsystemet. Långsammare borttagning lämnar mer signalsubstans i synapsen, samma princip som ligger bakom flera godkända Alzheimerläkemedel.

Men kemin har ett villkor. Den oxiderade blå formen hämmar enzymet; den reducerade färglösa formen gör det inte. Långa inkubationer som låter färgämnet reduceras ger därför svagare uppmätt hämning enbart av det skälet. Varje analysvärde för kolinesteras har en osynlig variabel: hur mycket av färgämnet som fortfarande var blått när mätningen gjordes.

Å andra sidan blockerar metylenblått den nikotinerga alpha7-receptorn, en av de mottagare som acetylkolin verkar på. Humana alpha7-receptorer uttryckta i grodoocyter hämmades med ett IC50 nära 3.4 mikromolar genom icke-kompetitiv, spänningsoberoende antagonism som lämnade agonistens potens oförändrad, och 3 mikromolar upphävde kolindrivna synaptiska svar i hippocampussnitt från råtta, enligt studien av alpha7-receptorn. Vid liknande låga mikromolära koncentrationer bevarar färgämnet alltså signalsubstansen samtidigt som det dämpar en av dess receptorer. Nettoeffekten på kolinerg signalering kan inte utläsas ur något av fynden ensamt. Denna tvetydighet knyter an till den bredare Alzheimerlitteraturen och den relaterade diskussionen om kognitions- och sjukdomsforskning, utan att få någon lösning här.

Jämförelsen på ett ställe

Tre storleksordningar skiljer det känsligaste målet från det minst känsliga. Den spridningen sammanfattar artikeln i en enda tabell.

Når dessa koncentrationer hjärnan?

Ett provrörsvärde betyder ingenting utan ett exponeringsvärde bredvid. Efter en intravenös bolusdos nära 1.4 mg per kg har genomsnittliga plasmanivåer hos människor runt 5 mikromolar rapporterats, medan en oral dos på 100 mg gav nivåer i helblod nära 0.08 mikromolar i samma litteraturunderlag. Distributionsstudier på råtta finner nivåer i hjärnan som är ungefär tio till tjugo gånger högre än nivåerna i cirkulationen, men det gäller den totala mängden färgämne i homogeniserad vävnad, inte fritt oxiderat färgämne vid en synaps. En plasmaproteinbindning nära 94 procent tillsammans med fördelning till blodkroppar minskar dessutom den fria fraktionen.

Jämfört med tabellen är mönstret graderat snarare än binärt. MAO-A-hämning ligger långt under typiska intravenösa exponeringar och är farmakologiskt rimlig när färgämnet ges på det sättet. Effekter på kolinesteras och alpha7 ligger i det låga mikromolära intervallet, som intravenösa toppnivåer överlappar men som vanliga orala doser kanske inte når. GABA-A:s IC50 på 31 mikromolar ligger över de flesta rimliga systemiska exponeringar, vilket gör just den blockeringen svårast att åberopa hos en människa som helhet. Varje rad i denna jämförelse kräver samma förbehåll: den relevanta koncentrationen är fritt, oxiderat, extracellulärt färgämne vid målet, en storhet som inget blodprov mäter direkt.

Vilka slutsatser man inte bör dra

Ingen rad i tabellen fastställer att metylenblått på ett förutsägbart sätt höjer eller sänker någon signalsubstans hos en människa. Enzymhämning i ett renat preparat, transportörblockad i en cellinje och receptorantagonism i ett vävnadssnitt ligger var och en ett kontrollerat steg från verkligheten i synapsen, och avsnittet om kolinerg signalering visar hur två sanna fynd tillsammans lämnar osäkerhet. Ett ansvarsfullt sätt att använda denna sida är som en karta över de angreppspunkter molekylen har visats binda till, med bindningsstyrkan angiven, så att diskussionen om mekanismer förblir förankrad i vad som faktiskt mättes. För hur dessa angreppspunkter samverkar med ordinerade läkemedel är interaktionsguiden den sida som behandlar den frågan, med ytterligare sammanhang i genomgången av farmakologiska grunder och den tillhörande mekanismförklaringen.