మిథిలీన్ బ్లూ, న్యూరోట్రాన్స్‌మిటర్లు: సెరోటోనిన్, డోపమైన్, GABA, ఎసిటైల్‌కోలిన్

మిథిలీన్ బ్లూ గురించి తరచూ వినిపించే ఒక వాక్యం ఇలా ఉంటుంది: అది ఒకేసారి సెరోటోనిన్‌ను పెంచుతుంది, డోపమైన్‌ను పెంచుతుంది, GABAను శాంతింపజేస్తుంది, ఎసిటైల్‌కోలిన్ పనితీరును పదునుపెడుతుంది. ఆ వాక్యం నాలుగు వేర్వేరు ప్రయోగశాల ఫలితాలను ఒక వ్యక్తి శరీరంలో కలిగే ఒకే ప్రభావంగా చూపిస్తుంది. దాని వెనుక ఉన్న పరిశోధన పత్రాలు వేర్వేరు ప్రయోగ నమూనాల్లో, దాదాపు వెయ్యి రెట్ల తేడా ఉన్న సాంద్రతల వద్ద, వేర్వేరు లక్ష్యాలను కొలిచాయి. ఆ లక్ష్యాలను విడివిడిగా పరిశీలిస్తే, ఆ ఒక్క వాక్యం సూచించేదానికంటే విషయం మరింత ఆసక్తికరంగా, మరింత జాగ్రత్తగా చూడాల్సినదిగా మారుతుంది.

ఈ విషయాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మూల సూత్రం సరళమైనది. ఒక అణువు పరీక్ష నాళికలోని ఎంజైమ్‌తో బంధం ఏర్పరచుకుంటే, అది చేసిన పని ఒక్కటే: పరీక్ష నాళికలోని ఎంజైమ్‌తో బంధం ఏర్పరచుకోవడం. దానివల్ల సజీవ మెదడులో న్యూరోట్రాన్స్‌మిటర్ స్థాయి మారుతుందా లేదా అనేది కణజాలానికి చేరే సాంద్రతపై, అక్కడికి చేరేసరికి ఆ అణువు ఏ రసాయన రూపంలో ఉందనే దానిపై, అదే సాంద్రత వద్ద అది చేసే ఇతర పనులన్నింటిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కింద ప్రతి విభాగంలోనూ ఈ మూడు ప్రశ్నలను సంబంధిత పరిశోధన ఫలితంతో కలిపే పరిశీలిస్తాం.

సెరోటోనిన్: రెండు లక్ష్యాలు, రెండు సాంద్రతలు

ఈ నాలుగు వ్యవస్థల్లో సెరోటోనిన్‌కు సంబంధించిన ఆధారాలే అత్యంత బలంగా ఉన్నాయి. అవి రెండు విభిన్న అణుస్థాయి లక్ష్యాల నుంచి వచ్చాయి; వాటిని కలిపి చూడకూడదు.

మొదటి లక్ష్యం మోనోఅమైన్ ఆక్సిడేజ్ రకం A. ఇది సెరోటోనిన్‌ను విచ్ఛిన్నం చేసే మైటోకాండ్రియల్ ఎంజైమ్. శుద్ధీకరించిన మానవ MAO-Aను మిథిలీన్ బ్లూ గట్టిగా బంధించే నిరోధకంగా అడ్డుకుంటుంది; దాని Ki సుమారు 27 nanomolar. అయితే MAO-Bపై ప్రభావం పడాలంటే చాలా ఎక్కువ సాంద్రతలు అవసరం. ఇది ఈ రంగు పదార్థాన్ని సెరోటోనిన్ విషప్రభావంతో అనుసంధానించిన గతిశాస్త్ర అధ్యయనంలో చూపబడింది. దీనికి అనుబంధమైన పరిశోధనల్లో ఎలుకల పీనియల్ కణజాలంలోనూ ఇదే ఎంపికాత్మకత కనిపించింది. అక్కడ MAO-A నిరోధం వల్ల సెరోటోనిన్ నుంచి ఉత్పన్నమయ్యే ఇండోల్స్ పెరిగాయి, సెరోటోనిన్ జీవక్రియా ఉత్పత్తి 5-HIAA తగ్గింది. కప్పల్లో సెరోటోనిన్‌తో సంబంధమున్న, తిరిగి నిటారుగా నిలబడే ప్రతిచర్య కూడా మారింది. ఈ ఫలితాలను రెడాక్స్ రంగు పదార్థాలు, పీనియల్ ఇండోల్స్‌పై అధ్యయనం నివేదించింది. రెండు వేర్వేరు ప్రయోగ నమూనాలు, ఒకే దిశలో ఫలితం: విచ్ఛిన్నం తగ్గడం, ఎంజైమ్ తొలగించి ఉండే చోట ఎక్కువ సెరోటోనిన్ మిగలడం.

రెండవ లక్ష్యం సెరోటోనిన్ రవాణా ప్రోటీన్ స్వయంగా. మానవ రవాణా ప్రోటీన్‌ను వ్యక్తీకరించే కణాల్లో మిథిలీన్ బ్లూ ఫ్లోరోసెంట్ సబ్‌స్ట్రేట్, గుర్తు పెట్టిన సెరోటోనిన్ రెండింటి గ్రహణాన్ని తగ్గించింది; IC50 సుమారు 1.4 micromolarగా ఉంది. ప్యాచ్-క్లాంప్ రికార్డింగుల్లో సెరోటోనిన్ ప్రేరేపించిన విద్యుత్ ప్రవాహాలను కూడా అణచింది. ఈ ఫలితాలు SERT వద్ద మిథిలీన్ బ్లూ చర్యను నేరుగా విశ్లేషించిన అధ్యయనంలో ఉన్నాయి. రచయితలు సాధ్యమైన ప్రత్యామ్నాయ వివరణలను పరీక్షించి, ఈ ప్రభావం cGMP సంకేత ప్రసారం, కాల్షియం మార్పులు, కణ ఉపరితలంపై రవాణా ప్రోటీన్ వ్యక్తీకరణకు స్వతంత్రంగా ఉందని గుర్తించారు.

ఈ రెండు సంఖ్యల మధ్య తేడాను గమనించండి. MAO-A నిరోధం nanomolar స్థాయిలో జరుగుతుంది. రవాణా ప్రోటీన్ నిరోధానికి దాదాపు యాభై రెట్లు ఎక్కువ రంగు పదార్థం అవసరం. తక్కువ ఎక్స్‌పోజర్ వద్ద ఎంజైమ్‌పై పూర్తి ప్రభావం ఉన్నా, రవాణా ప్రోటీన్‌పై ప్రభావం దాదాపుగా ఉండకపోవచ్చు. వీటిని కలిపి సెరోటోనిన్ గురించి ఒకే వాదనగా చెప్పేవారు రెండు వేర్వేరు మోతాదు పరిధులను ఒకటిగా కలుపుతున్నారు.

ఇతర సెరోటోనిన్-సంబంధిత మందులు తీసుకుంటున్న వ్యక్తిలో ఈ రెండు లక్ష్యాల్లో ఏదైనా ముఖ్యమవుతుందా అనేది ఔషధాలకు సంబంధించిన ప్రశ్న. అది ఔషధ పరస్పర చర్యల మార్గదర్శినికి చెందిన విషయం. ఈ వ్యాసం లక్ష్యాలను వివరిస్తుంది; ఆ పేజీలో క్లినికల్ సలహా ఉంటుంది.

డోపమైన్: ప్రత్యక్ష ఆధారాలు అత్యంత బలహీనంగా ఉన్న వ్యవస్థ

డోపమైన్ విషయంలో నిజాయితీగా ఉండాలంటే అత్యంత సంయమనం అవసరం. మిథిలీన్ బ్లూ డోపమైన్ రవాణా ప్రోటీన్‌ను అడ్డుకుంటుందని లేదా డోపమైన్ గ్రాహకాలతో నేరుగా బంధం ఏర్పరచుకుంటుందని చూపించే సుస్థిరమైన అధ్యయనం లేదు. తరచూ ప్రస్తావించే రవాణా ప్రోటీన్ IC50 అయిన 1.4 micromolar సెరోటోనిన్ రవాణా ప్రోటీన్‌కు చెందినది, DATకు కాదు. దాన్ని ఎప్పుడూ DATకు చెందినదిగా పేర్కొనకూడదు.

ఉన్న ఆధారాలు పరోక్షమైనవి. MAO ఎంజైమ్‌లు డోపమైన్‌ను కూడా జీవక్రియలో విచ్ఛిన్నం చేస్తాయి కాబట్టి, MAO నిరోధం సెరోటోనిన్, నోరాడ్రినలిన్‌తో పాటు డోపమైన్‌ను కూడా నిలుపుతుంది. మైటోకాండ్రియల్ నమూనాల్లో MAO-B ద్వారా న్యూరోటాక్సిన్ MPTP డోపమైన్ వ్యవస్థకు హాని చేసే విషపదార్థంగా మారడాన్ని మిథిలీన్ బ్లూ అడ్డుకుంది. దాని నిరోధక సామర్థ్యం పార్కిన్సన్ ఔషధమైన డెప్రెనిల్‌తో పోల్చదగినదిగా ఉంది. దీన్ని MPTP జీవక్రియాత్మక క్రియాశీలీకరణ అధ్యయనం, సంబంధిత MAO-B పరిశోధనలు వివరిస్తాయి. జంతువులపై పరిశోధనలు మరికొన్ని విడివిడి ఆధారాలను జోడిస్తాయి: 10 micromolar వద్ద ఎలుకల స్ట్రయాటల్ కణజాల ముక్కల నుంచి ప్రాథమిక డోపమైన్ విడుదల దాదాపు మూడు రెట్లు పెరిగింది. దీన్ని రవాణా ప్రోటీన్ నిరోధంగా కాకుండా, నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ సంకేత ప్రసార సందర్భంలో అధ్యయనం చేశారు. శరీరవ్యాప్తంగా మోతాదు ఇచ్చిన తర్వాత వేర్వేరు ప్రాంతాల్లో మిశ్రమ ఫలితాలు కనిపించాయి; కొన్ని అధ్యయనాల్లో సెరోటోనిన్, నోరాడ్రినలిన్ పెరిగినా డోపమైన్‌లో దాదాపుగా మార్పు లేదు.

కాబట్టి డోపమైన్‌కు సంబంధించిన విషయం వాస్తవమే అయినా, ఆధారాలు పరోక్షమైనవి. ఇది ఒకేసారి అనేక మోనోఅమైన్‌లపై పనిచేసే ఎంజైమ్ ద్వారా జరుగుతుంది; డోపమైన్‌కే ప్రత్యేకమైన లక్ష్యం ద్వారా కాదు. మిథిలీన్ బ్లూ మనుషుల్లో డోపమైన్‌ను పెంచుతుందనే ఏ వాదనైనా, దాన్ని నిజంగా నిరూపించాల్సిన దశను దాటవేస్తుంది.

GABA: బంధన స్థానంలో నిరోధక వ్యవస్థను అడ్డుకోవడం

GABAకు సంబంధించిన ఫలితం స్పష్టమైనది; ఈ రంగు పదార్థానికి ఉన్న సాధారణ పేరుప్రతిష్ఠకు విరుద్ధంగా ఉంది. మానవ GABA-A గ్రాహకాలను వ్యక్తీకరించే కణాల్లో, మిథిలీన్ బ్లూ సుమారు 3 micromolar నుంచి GABA ప్రేరేపించిన విద్యుత్ ప్రవాహాలను నిరోధించింది. సాధారణ alpha1-beta2-gamma2 అమరికకు IC50 సుమారు 31 micromolarగా ఉంది. దీన్ని చర్య జరిగే స్థానాన్ని గుర్తించిన ఎలక్ట్రోఫిజియాలజీ అధ్యయనం చూపించింది.

చర్య జరిగే స్థానాన్ని గుర్తించడం ఇందులో ముఖ్యమైన భాగం. పిక్రోటాక్సిన్ స్థానంలో ఉత్పరివర్తనలు చేసినా నిరోధం అలాగే ఉంది. ఉపయూనిట్లను పోల్చడం ద్వారా బెంజోడియాజెపిన్, జింక్ స్థానాల పాత్రను కూడా తోసిపుచ్చారు. బదులుగా, GABA బంధన స్థానాన్ని రూపొందిస్తాయని తెలిసిన రెండు అమినో ఆమ్ల అవశేషాల్లో ఉత్పరివర్తనలు చేసినప్పుడు నిరోధం బాగా తగ్గింది. దీన్నిబట్టి ఈ చర్య మరెక్కడో జరిగే అలోస్టెరిక్ నియంత్రణ కాకుండా, అగోనిస్ట్ స్థానంలో జరిగే పోటీతత్వ వ్యతిరేక చర్య అని తెలుస్తుంది. సినాప్టిక్, ఎక్స్‌ట్రాసినాప్టిక్ ఉపయూనిట్ కలయికలన్నింటిలోనూ ఈ ప్రభావం కొనసాగింది; రంగు పదార్థాన్ని కడిగి తొలగించినప్పుడు వేగంగా పోయింది.

ఇది స్పష్టంగా చెప్పాల్సిన నిజమైన వైరుధ్యాన్ని సృష్టిస్తుంది. జ్ఞాపకశక్తికి తోడ్పాటు కోసం పరిశోధిస్తున్న ఒక అణువు, ప్రయోగ పాత్రలో వేగవంతమైన నిరోధక సంకేత ప్రసారాన్ని కూడా అణచివేస్తుంది. ఆ అణచివేత సజీవ మెదడులో జరుగుతుందా అనేది స్థానిక సాంద్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. శరీరవ్యాప్తంగా సాధారణంగా కలిగే చాలా ఎక్స్‌పోజర్ స్థాయులతో పోలిస్తే 31 micromolar ఎక్కువ; చివరి విభాగంలో దీన్ని పరిశీలిస్తాం. ఈ వైరుధ్యమే పరిశోధన ఫలితం; దాన్ని పరిష్కరించడానికి ఇప్పటివరకు ఎవరూ చేయని ప్రయోగాలు అవసరం.

ఎసిటైల్‌కోలిన్: పరస్పర విరుద్ధంగా పనిచేసే రెండు లక్ష్యాలు

ఎసిటైల్‌కోలిన్‌కు సంబంధించి వ్యతిరేక దిశల్లో పనిచేసే రెండు ఫలితాలు ఉన్నాయి. అందుకే వాటిని విడివిడిగా వివరించాలి.

ఒకవైపు, ఎసిటైల్‌కోలిన్‌ను తొలగించే ఎంజైమ్‌లను మిథిలీన్ బ్లూ నిరోధిస్తుంది. ఆవు ఎర్ర రక్తకణాల ఎసిటైల్‌కోలినెస్టరేజ్ సుమారు 0.57 micromolar వద్ద, గోజాతి ఎంజైమ్ సుమారు 0.42 micromolar వద్ద, మానవ ప్లాస్మా ఎస్టరేజ్ కార్యకలాపం సుమారు 1.1 micromolar వద్ద పోటీతత్వ నిరోధానికి లోనయ్యాయి. జాతి, ప్రయోగ నమూనాను బట్టి బ్యూటిరైల్‌కోలినెస్టరేజ్ నిరోధం దాదాపు 0.4 నుంచి 5.3 micromolar పరిధిలో కనిపించింది. వీటిని నాడీ వ్యవస్థలో మిథిలీన్ బ్లూ చర్యల సమీక్ష సంగ్రహించింది. తొలగింపును నెమ్మదించడం వల్ల సినాప్స్‌లో ఎక్కువ న్యూరోట్రాన్స్‌మిటర్ మిగులుతుంది. ఆమోదం పొందిన అనేక అల్జీమర్ ఔషధాల వెనుక ఉన్న సూత్రం కూడా ఇదే.

అయితే ఈ రసాయన చర్యకు ఒక షరతు ఉంది. ఆక్సీకరణ చెందిన నీలిరంగు రూపం ఎంజైమ్‌ను నిరోధిస్తుంది; క్షయీకరణ చెందిన రంగులేని రూపం నిరోధించదు. రంగు పదార్థం క్షయీకరణ చెందడానికి వీలిచ్చే సుదీర్ఘ ఇంక్యుబేషన్‌లలో, ఆ ఒక్క కారణంతోనే తక్కువ నిరోధం నమోదవుతుంది. కోలినెస్టరేజ్‌కు సంబంధించిన ఏ పరీక్షా సంఖ్య వెనుకైనా కనిపించని ఒక చరరాశి ఉంటుంది: కొలిచే సమయానికి రంగు పదార్థంలో ఎంత భాగం ఇంకా నీలిరంగులో ఉంది?

మరోవైపు, ఎసిటైల్‌కోలిన్ పనిచేసే గ్రాహకాల్లో ఒకటైన alpha7 నికోటినిక్ గ్రాహకాన్ని మిథిలీన్ బ్లూ అడ్డుకుంటుంది. కప్ప అండకణాల్లో వ్యక్తీకరించిన మానవ alpha7 గ్రాహకాలు సుమారు 3.4 micromolar IC50 వద్ద నిరోధానికి లోనయ్యాయి. ఇది అగోనిస్ట్ సామర్థ్యాన్ని మార్చని, పోటీతత్వం లేని, వోల్టేజ్‌పై ఆధారపడని వ్యతిరేక చర్య ద్వారా జరిగింది. అలాగే, 3 micromolar వద్ద ఎలుకల హిప్పోకాంపల్ కణజాల ముక్కల్లో కోలిన్ ప్రేరేపించిన సినాప్టిక్ స్పందనలు పూర్తిగా ఆగిపోయాయి. దీన్ని alpha7 గ్రాహక అధ్యయనం నివేదించింది. అంటే, సారూప్యమైన తక్కువ micromolar సాంద్రతల వద్ద ఈ రంగు పదార్థం న్యూరోట్రాన్స్‌మిటర్‌ను నిలుపుతూనే, దాని గ్రాహకాల్లో ఒకదాని స్పందనను తగ్గిస్తుంది. కోలినర్జిక్ సంకేత ప్రసారంపై మొత్తం ప్రభావాన్ని ఈ రెండు ఫలితాల్లో ఏ ఒక్కదాని నుంచీ నిర్ణయించలేం. ఈ సందిగ్ధత విస్తృతమైన అల్జీమర్ పరిశోధనా సాహిత్యంతోనూ, జ్ఞాన ప్రక్రియలు, వ్యాధులపై పరిశోధనకు సంబంధించిన చర్చతోనూ ముడిపడి ఉంది; అయితే ఇక్కడ అది పరిష్కారం కాదు.

పోలిక అంతా ఒకే చోట

అత్యంత సున్నితమైన లక్ష్యానికి, అతి తక్కువ సున్నితమైన లక్ష్యానికి మధ్య మూడు పదుల ఘాతాల మేర సాంద్రత తేడా ఉంది. ఈ వ్యాసంలోని విషయాన్ని ఆ వ్యత్యాసమే ఒక పట్టికలో చూపిస్తుంది.

ఈ సాంద్రతలు మెదడుకు చేరుతాయా?

పక్కనే ఎక్స్‌పోజర్ సంఖ్య లేకుంటే పరీక్ష నాళికలోని సంఖ్యకు అర్థం ఉండదు. సుమారు 1.4 mg per kg మోతాదును శిరలోకి ఒకేసారి వేగంగా ఇచ్చిన తర్వాత, మనుషుల ప్లాస్మాలో సగటు స్థాయులు సుమారు 5 micromolarగా నమోదయ్యాయి. అదే పరిశోధనా సాహిత్యంలో, నోటి ద్వారా ఇచ్చిన 100 mg మోతాదు మొత్తం రక్తంలో సుమారు 0.08 micromolar స్థాయులను కలిగించింది. ఎలుకల్లో పంపిణీపై పరిశోధనలు, రక్తప్రసరణలోని స్థాయులతో పోలిస్తే మెదడులో స్థాయులు దాదాపు పది నుంచి ఇరవై రెట్లు ఎక్కువగా ఉన్నట్లు చూపిస్తున్నాయి. అయితే అది సమంగా కలిపిన కణజాలంలో ఉన్న మొత్తం రంగు పదార్థం; సినాప్స్ వద్ద స్వేచ్ఛగా ఉన్న ఆక్సీకరణ చెందిన రంగు పదార్థం కాదు. దాదాపు 94 శాతం ప్లాస్మా ప్రోటీన్ బంధనం, రక్తకణాల్లోకి పంపిణీ స్వేచ్ఛగా ఉండే భాగాన్ని మరింత తగ్గిస్తాయి.

ఈ విషయాలను పట్టికతో పోల్చి చూస్తే, నమూనా ఉంది లేదా లేదు అనే రెండు స్థితుల్లో కాకుండా, వివిధ స్థాయుల్లో కనిపిస్తుంది. MAO-A నిరోధానికి అవసరమైన సాంద్రత సాధారణ శిరా ఎక్స్‌పోజర్ స్థాయుల కంటే చాలా తక్కువ. రంగు పదార్థాన్ని ఆ విధంగా ఇచ్చినప్పుడు ఈ నిరోధం ఔషధశాస్త్రపరంగా సంభవించదగినది. కోలినెస్టరేజ్, alpha7 ప్రభావాలు తక్కువ micromolar పరిధిలో ఉంటాయి. శిరలో ఇచ్చినప్పుడు వచ్చే గరిష్ఠ స్థాయులు ఆ పరిధిని చేరతాయి, కానీ సాధారణ నోటి మోతాదులు చేరకపోవచ్చు. GABA-A IC50 అయిన 31 micromolar, శరీరవ్యాప్తంగా సాధ్యమని భావించే చాలా ఎక్స్‌పోజర్ స్థాయుల కంటే ఎక్కువ. అందువల్ల పూర్తి వ్యక్తిలో ఆ ప్రత్యేక నిరోధం జరుగుతుందని చెప్పడం అత్యంత కష్టం. ఈ పోలికలో ప్రతి వరుసకూ ఒకే జాగ్రత్త వర్తిస్తుంది: ముఖ్యమైన సాంద్రత అంటే లక్ష్యం వద్ద కణాల వెలుపల స్వేచ్ఛగా ఉన్న, ఆక్సీకరణ చెందిన రంగు పదార్థం సాంద్రత. ఏ రక్త నమూనా పరీక్షా ఆ పరిమాణాన్ని నేరుగా కొలవదు.

ఏ నిర్ధారణలకు రావద్దు

మిథిలీన్ బ్లూ ఒక వ్యక్తిలో ఏ న్యూరోట్రాన్స్‌మిటర్‌నైనా ఊహించదగిన రీతిలో పెంచుతుందని లేదా తగ్గిస్తుందని ఈ పట్టికలోని ఏ వరుసా నిరూపించదు. శుద్ధీకరించిన నమూనాలో ఎంజైమ్ నిరోధం, కణ శ్రేణిలో రవాణా ప్రోటీన్ నిరోధం, కణజాల ముక్కలో గ్రాహక వ్యతిరేక చర్య—ఇవన్నీ వాస్తవ సినాప్టిక్ పరిస్థితుల నుంచి ఒక్క నియంత్రిత ప్రయోగ దశ దూరంలో ఉన్న ఫలితాలే. కోలినర్జిక్ విభాగంలో రెండు నిజమైన ఫలితాలు పరస్పరం విరుద్ధంగా పనిచేసి అనిశ్చితికి దారితీస్తాయని కనిపిస్తుంది. ఈ అణువు ఏ లక్ష్యాలతో పరస్పర చర్య జరుపుతుందని నిరూపించబడిందో, ఆ చర్య బలం ఎంతనో తెలిపే పటంగా ఈ పేజీని ఉపయోగించడం బాధ్యతాయుతమైన విధానం. అలా చేస్తే యంత్రాంగాలపై చర్చ నిజంగా కొలిచిన విషయాలకే కట్టుబడి ఉంటుంది. ఈ లక్ష్యాలపై చర్యలు వైద్యులు సూచించిన మందులతో ఎలా పరస్పరం ప్రభావితం అవుతాయనే విషయానికి పరస్పర చర్యల మార్గదర్శిని తగిన వివరణ అందించే పేజీ. ఔషధశాస్త్ర పునాదులు, అనుబంధ యంత్రాంగ వివరణలో మరింత నేపథ్యం లభిస్తుంది.