เมทิลีนบลูกับสารสื่อประสาท: เซโรโทนิน โดพามีน GABA และอะเซทิลโคลีน

ข้อความที่พบได้บ่อยเกี่ยวกับเมทิลีนบลูระบุว่า มันเพิ่มเซโรโทนิน เพิ่มโดพามีน ทำให้ GABA สงบลง และเพิ่มความเฉียบคมให้อะเซทิลโคลีน ทั้งหมดพร้อมกัน ข้อความนี้นำผลการทดลองในห้องปฏิบัติการสี่อย่างที่แยกจากกันมารวมเป็นผลอย่างเดียวที่เกิดขึ้นภายในคน งานวิจัยที่อยู่เบื้องหลังวัดเป้าหมายต่างกัน ใช้ตัวอย่างทดลองต่างกัน และใช้ความเข้มข้นที่ต่างกันประมาณหนึ่งพันเท่า เมื่อแยกเป้าหมายเหล่านี้ออกจากกัน ภาพที่ได้ทั้งน่าสนใจกว่าและต้องตีความอย่างระมัดระวังกว่าที่ข้อความเดียวนี้สื่อไว้

แนวคิดหลักนั้นเรียบง่าย โมเลกุลที่จับกับเอนไซม์ในหลอดทดลองได้ทำสิ่งเดียว นั่นคือจับกับเอนไซม์ในหลอดทดลอง การจับนั้นจะเปลี่ยนระดับสารสื่อประสาทในสมองที่มีชีวิตหรือไม่ ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นที่ไปถึงเนื้อเยื่อ รูปแบบทางเคมีของโมเลกุลเมื่อไปถึง และสิ่งอื่นทั้งหมดที่โมเลกุลทำที่ความเข้มข้นเดียวกัน แต่ละหัวข้อด้านล่างจะพิจารณาคำถามทั้งสามนี้ควบคู่ไปกับผลการทดลองที่เกี่ยวข้อง

เซโรโทนิน: สองเป้าหมาย สองความเข้มข้น

ในบรรดาสี่ระบบ เซโรโทนินมีหลักฐานหนักแน่นที่สุด และหลักฐานนั้นมาจากเป้าหมายระดับโมเลกุลสองชนิดที่แตกต่างกัน ซึ่งไม่ควรนำมารวมเป็นเรื่องเดียว

เป้าหมายแรกคือโมโนเอมีนออกซิเดสชนิด A ซึ่งเป็นเอนไซม์ในไมโทคอนเดรียที่สลายเซโรโทนิน เมทิลีนบลูยับยั้ง MAO-A ของมนุษย์ที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ในลักษณะสารยับยั้งที่จับแน่น โดยมีค่า Ki ใกล้ 27 nanomolar ขณะที่ MAO-B ต้องใช้ความเข้มข้นสูงกว่ามากจึงจะได้รับผล ดังที่แสดงในการศึกษาจลนพลศาสตร์ที่เชื่อมโยงสีย้อมนี้กับภาวะพิษจากเซโรโทนิน งานวิจัยอีกชุดที่เกี่ยวข้องพบความจำเพาะแบบเดียวกันในเนื้อเยื่อต่อมไพเนียลของหนูแรต โดยการยับยั้ง MAO-A เพิ่มสารอินโดลที่มาจากเซโรโทนิน ลด 5-HIAA ซึ่งเป็นสารเมแทบอไลต์ของเซโรโทนิน และเปลี่ยนรีเฟล็กซ์การพลิกตัวกลับสู่ท่าปกติที่เกี่ยวข้องกับเซโรโทนินในกบ ตามรายงานในการศึกษาสีย้อมรีดอกซ์และอินโดลในต่อมไพเนียล ตัวอย่างทดลองสองแบบให้ผลในทิศทางเดียวกัน: การสลายลดลง และมีเซโรโทนินคงเหลือมากขึ้นในบริเวณที่เอนไซม์ควรจะกำจัดมันออกไป

เป้าหมายที่สองคือตัวขนส่งเซโรโทนินเอง ในเซลล์ที่แสดงออกตัวขนส่งของมนุษย์ เมทิลีนบลูลดการนำเข้าทั้งสารตั้งต้นเรืองแสงและเซโรโทนินที่ติดฉลาก โดยมีค่า IC50 ประมาณ 1.4 micromolar และกดกระแสไฟฟ้าที่เซโรโทนินกระตุ้นในการบันทึกแบบแพตช์แคลมป์ ตามการศึกษาคุณสมบัติของเมทิลีนบลูที่ SERT โดยตรง ผู้วิจัยตรวจสอบคำอธิบายทางเลือกที่เห็นได้ชัด และพบว่าผลนี้ไม่ขึ้นกับการส่งสัญญาณ cGMP การเปลี่ยนแปลงแคลเซียม หรือระดับการแสดงออกของตัวขนส่งบนผิวเซลล์

สังเกตช่องว่างระหว่างตัวเลขสองค่านี้ การยับยั้ง MAO-A เกิดขึ้นในระดับ nanomolar ส่วนการยับยั้งตัวขนส่งต้องใช้สีย้อมมากกว่าประมาณห้าสิบเท่า การได้รับสารในระดับต่ำที่ออกฤทธิ์ต่อเอนไซม์ได้เต็มที่อาจแทบไม่กระทบตัวขนส่งเลย การนำทั้งสองอย่างมารวมเป็นข้อกล่าวอ้างเดียวเกี่ยวกับเซโรโทนินจึงเท่ากับนำช่วงขนาดสารที่ต่างกันสองช่วงมาเฉลี่ยเป็นช่วงเดียว

เป้าหมายใดเป้าหมายหนึ่งจะมีความสำคัญต่อผู้ที่ใช้ยาอื่นซึ่งมีผลต่อเซโรโทนินหรือไม่นั้น เป็นคำถามเกี่ยวกับการใช้ยา และควรอยู่ในคู่มือปฏิกิริยาระหว่างยา บทความนี้อธิบายเป้าหมาย ส่วนคำแนะนำทางคลินิกอยู่ในหน้านั้น

โดพามีน: หลักฐานโดยตรงที่อ่อนที่สุด

โดพามีนเป็นส่วนที่ต้องระมัดระวังในการกล่าวอ้างมากที่สุดเพื่อให้ตรงกับหลักฐาน ยังไม่มีงานศึกษาที่เป็นที่ยอมรับอย่างชัดเจนว่าเมทิลีนบลูยับยั้งตัวขนส่งโดพามีนหรือจับกับตัวรับโดพามีนโดยตรง ค่า IC50 ของตัวขนส่งที่ 1.4 micromolar ซึ่งถูกอ้างถึงบ่อยนั้น เป็นค่าของตัวขนส่งเซโรโทนิน ไม่ใช่ DAT และไม่ควรนำไปอ้างว่าเป็นค่าของ DAT เด็ดขาด

สิ่งที่มีอยู่เป็นหลักฐานทางอ้อม เนื่องจากเอนไซม์ MAO เผาผลาญโดพามีนด้วย การยับยั้ง MAO จึงช่วยให้โดพามีนคงเหลืออยู่ควบคู่กับเซโรโทนินและนอร์อะดรีนาลีน ในตัวอย่างไมโทคอนเดรีย เมทิลีนบลูยับยั้งการเปลี่ยน MPTP ซึ่งเป็นสารพิษต่อระบบประสาทให้กลายเป็นสารพิษต่อระบบโดพามีนผ่าน MAO-B โดยมีความแรงใกล้เคียงกับเดพรีนิลซึ่งเป็นยาสำหรับโรคพาร์กินสัน ตามที่อธิบายในการศึกษาการเปลี่ยน MPTP ให้เป็นรูปที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ และงานวิจัย MAO-B ที่เกี่ยวข้อง งานวิจัยในสัตว์เพิ่มหลักฐานบางส่วน: การหลั่งโดพามีนพื้นฐานจากชิ้นเนื้อสไตรเอตัมของหนูแรตเพิ่มขึ้นประมาณสามเท่าที่ 10 micromolar โดยศึกษาในบริบทการส่งสัญญาณไนตริกออกไซด์ ไม่ใช่การยับยั้งตัวขนส่ง และผลในสมองแต่ละบริเวณหลังให้สารเข้าสู่ระบบร่างกายไม่สอดคล้องกัน โดยบางงานศึกษาพบว่าเซโรโทนินและนอร์อะดรีนาลีนเพิ่มขึ้น ขณะที่โดพามีนแทบไม่เปลี่ยนแปลง

ดังนั้น เรื่องของโดพามีนมีหลักฐานจริง แต่เป็นหลักฐานทางอ้อม ผลเกิดผ่านเอนไซม์ที่จัดการโมโนเอมีนหลายชนิดพร้อมกัน ไม่ใช่ผ่านเป้าหมายที่จำเพาะต่อโดพามีน ข้อกล่าวอ้างใดก็ตามว่าเมทิลีนบลูเพิ่มโดพามีนในคน ล้วนข้ามขั้นตอนที่ต้องแสดงให้เห็นว่าผลนั้นเกิดขึ้นจริง

GABA: ปิดกั้นระบบเบรกที่ช่องจับสาร

ผลการทดลองเกี่ยวกับ GABA มีความเฉพาะเจาะจง และสวนทางกับภาพลักษณ์ของสีย้อมนี้ ในเซลล์ที่แสดงออกตัวรับ GABA-A ของมนุษย์ เมทิลีนบลูยับยั้งกระแสไฟฟ้าที่ GABA กระตุ้น โดยเริ่มเห็นผลประมาณ 3 micromolar และมีค่า IC50 ใกล้ 31 micromolar สำหรับองค์ประกอบหน่วยย่อย alpha1-beta2-gamma2 ที่พบได้ทั่วไป ตามการศึกษาสรีรวิทยาไฟฟ้าที่ระบุตำแหน่งออกฤทธิ์

ส่วนที่มีคุณค่าคือการระบุตำแหน่งออกฤทธิ์ การกลายพันธุ์ที่ตำแหน่งจับพิโครทอกซินไม่ทำให้การยับยั้งเปลี่ยนไป และการเปรียบเทียบหน่วยย่อยช่วยตัดตำแหน่งจับเบนโซไดอะซีพีนและสังกะสีออกจากคำอธิบาย ในทางกลับกัน การกลายพันธุ์ที่กรดอะมิโนสองตำแหน่งซึ่งทราบว่าเป็นส่วนประกอบของช่องจับ GABA เอง ทำให้การปิดกั้นลดลงอย่างมาก จึงบ่งชี้ว่าเป็นการต้านฤทธิ์แบบแข่งขันที่ตำแหน่งจับสารกระตุ้นตัวรับ ไม่ใช่การปรับการทำงานผ่านตำแหน่งแอลโลสเตอริกที่อื่น ผลนี้พบได้ทั้งในชุดหน่วยย่อยของตัวรับที่อยู่ในไซแนปส์และนอกไซแนปส์ และหายไปอย่างรวดเร็วเมื่อล้างสารออก

สิ่งนี้สร้างความขัดแย้งที่ควรกล่าวให้ชัดเจน โมเลกุลที่มีการศึกษาเพื่อสนับสนุนความจำ กลับกดการส่งสัญญาณยับยั้งแบบรวดเร็วในจานทดลองด้วย การกดสัญญาณนั้นจะเกิดขึ้นในสมองที่มีชีวิตหรือไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นเฉพาะที่ และ 31 micromolar เป็นระดับสูงเมื่อเทียบกับระดับสารในระบบร่างกายส่วนใหญ่ ซึ่งจะกล่าวถึงในหัวข้อท้าย ความขัดแย้งนี้เองคือผลที่ค้นพบ การคลี่คลายมันต้องอาศัยการทดลองที่ยังไม่มีใครทำ

อะเซทิลโคลีน: สองเป้าหมายที่ให้ผลตรงข้ามกัน

อะเซทิลโคลีนมีผลการทดลองสองอย่างที่ชี้ไปคนละทิศทาง และนี่คือเหตุผลที่ต้องรายงานแยกจากกัน

ด้านหนึ่ง เมทิลีนบลูยับยั้งเอนไซม์ที่กำจัดอะเซทิลโคลีน อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสในเม็ดเลือดแดงของโคถูกยับยั้งแบบแข่งขันที่ประมาณ 0.57 micromolar เอนไซม์ของโคที่ใกล้ 0.42 micromolar และกิจกรรมเอสเทอเรสในพลาสมามนุษย์ที่ใกล้ 1.1 micromolar ส่วนบิวทิริลโคลีนเอสเทอเรสถูกยับยั้งในช่วงประมาณ 0.4 ถึง 5.3 micromolar ขึ้นอยู่กับชนิดสัตว์และตัวอย่างทดลอง ตามที่สรุปไว้ในบทความทบทวนการออกฤทธิ์ของเมทิลีนบลูในระบบประสาท การกำจัดที่ช้าลงทำให้สารสื่อประสาทคงเหลือในไซแนปส์มากขึ้น ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับยาสำหรับโรคอัลไซเมอร์หลายชนิดที่ได้รับอนุมัติ

แต่ปฏิกิริยาเคมีนี้มีเงื่อนไข รูปออกซิไดซ์ที่เป็นสีน้ำเงินยับยั้งเอนไซม์ ส่วนรูปรีดิวซ์ที่ไม่มีสีไม่ยับยั้ง และการบ่มเป็นเวลานานจนสีย้อมเปลี่ยนเป็นรูปรีดิวซ์จะให้ผลการยับยั้งที่อ่อนลงด้วยเหตุผลนี้เพียงอย่างเดียว ค่าการทดสอบโคลีนเอสเทอเรสทุกค่าจึงมีตัวแปรที่มองไม่เห็นร่วมอยู่ด้วย นั่นคือสีย้อมยังคงเป็นสีน้ำเงินอยู่มากเพียงใดขณะวัด

อีกด้านหนึ่ง เมทิลีนบลูปิดกั้นตัวรับนิโคตินิก alpha7 ซึ่งเป็นหนึ่งในตัวรับที่อะเซทิลโคลีนออกฤทธิ์ ตัวรับ alpha7 ของมนุษย์ที่แสดงออกในเซลล์ไข่กบถูกยับยั้งด้วยค่า IC50 ใกล้ 3.4 micromolar ผ่านการต้านฤทธิ์แบบไม่แข่งขันและไม่ขึ้นกับศักย์ไฟฟ้า โดยไม่เปลี่ยนความแรงของสารกระตุ้นตัวรับ และที่ 3 micromolar ทำให้การตอบสนองของไซแนปส์ที่กระตุ้นด้วยโคลีนในชิ้นเนื้อฮิปโปแคมปัสของหนูแรตหายไป ตามรายงานในการศึกษาตัวรับ alpha7 ดังนั้น ที่ความเข้มข้นระดับ micromolar ต่ำ ๆ ใกล้เคียงกัน สีย้อมนี้ทั้งทำให้สารสื่อประสาทคงเหลืออยู่และลดการทำงานของตัวรับชนิดหนึ่ง ผลสุทธิต่อการส่งสัญญาณโคลิเนอร์จิกจึงไม่อาจสรุปจากผลการทดลองอย่างใดอย่างหนึ่งเพียงอย่างเดียว ความไม่ชัดเจนนี้เชื่อมโยงกับงานวิจัยอัลไซเมอร์ในภาพรวม และการอภิปรายที่เกี่ยวข้องกับงานวิจัยด้านการรู้คิดและโรค แต่ยังไม่อาจหาข้อสรุปได้ในที่นี้

รวมการเปรียบเทียบไว้ในที่เดียว

เป้าหมายที่ไวที่สุดกับเป้าหมายที่ไวน้อยที่สุดมีความเข้มข้นต่างกันสามลำดับขนาด ช่วงความแตกต่างนี้คือใจความของบทความที่รวมไว้ในตารางเดียว

ความเข้มข้นเหล่านี้ไปถึงสมองหรือไม่?

ค่าจากหลอดทดลองไม่มีความหมายหากไม่มีระดับการได้รับสารมาเทียบเคียง มีรายงานว่าหลังฉีดเข้าหลอดเลือดดำแบบรวดเร็วในขนาดใกล้ 1.4 mg per kg ระดับเฉลี่ยในพลาสมามนุษย์อยู่ที่ประมาณ 5 micromolar ขณะที่ขนาดรับประทาน 100 mg ให้ระดับในเลือดครบส่วนใกล้ 0.08 micromolar ตามรายงานในกลุ่มวรรณกรรมเดียวกัน งานศึกษาการกระจายตัวในหนูแรตพบระดับในสมองประมาณสิบถึงยี่สิบเท่าของระดับในระบบไหลเวียน แต่ค่านั้นคือสีย้อมทั้งหมดในเนื้อเยื่อที่บดให้เป็นเนื้อเดียวกัน ไม่ใช่สีย้อมรูปออกซิไดซ์ที่เป็นอิสระ ณ ไซแนปส์ อีกทั้งการจับกับโปรตีนในพลาสมาใกล้ 94 percent รวมกับการกระจายเข้าเซลล์เม็ดเลือด ยังทำให้สัดส่วนสารอิสระต่ำลง

เมื่ออ่านเทียบกับตาราง รูปแบบที่เห็นเป็นระดับลดหลั่น ไม่ใช่แค่เกิดหรือไม่เกิด การยับยั้ง MAO-A เกิดที่ความเข้มข้นต่ำกว่าระดับสารหลังให้ทางหลอดเลือดดำโดยทั่วไปมาก จึงมีความเป็นไปได้ทางเภสัชวิทยาเมื่อให้สีย้อมด้วยวิธีนั้น ผลต่อโคลีนเอสเทอเรสและ alpha7 อยู่ในช่วง micromolar ต่ำ ซึ่งทับซ้อนกับระดับสูงสุดหลังให้ทางหลอดเลือดดำ แต่ขนาดรับประทานทั่วไปอาจไปไม่ถึง ค่า IC50 ของ GABA-A ที่ 31 micromolar สูงกว่าระดับสารในระบบร่างกายส่วนใหญ่ที่มีความเป็นไปได้ จึงทำให้การปิดกั้นชนิดนี้เป็นผลที่นำมาอธิบายการเกิดขึ้นในคนทั้งร่างกายได้ยากที่สุด ทุกแถวในการเปรียบเทียบนี้ต้องมีข้อควรระวังเดียวกัน: ความเข้มข้นที่เกี่ยวข้องคือสีย้อมรูปออกซิไดซ์ที่เป็นอิสระและอยู่นอกเซลล์ ณ เป้าหมาย ซึ่งเป็นปริมาณที่การเจาะเลือดไม่สามารถวัดได้โดยตรง

สิ่งที่ไม่ควรสรุป

ไม่มีแถวใดในตารางยืนยันว่าเมทิลีนบลูเพิ่มหรือลดสารสื่อประสาทชนิดใดในคนได้อย่างคาดการณ์ได้ การยับยั้งเอนไซม์ในตัวอย่างที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ การปิดกั้นตัวขนส่งในเซลล์ไลน์ และการต้านฤทธิ์ตัวรับในชิ้นเนื้อ ต่างเป็นการทดลองภายใต้เงื่อนไขควบคุมที่ยังห่างจากสภาพจริงในไซแนปส์อีกหนึ่งขั้น และหัวข้อโคลิเนอร์จิกแสดงให้เห็นว่าผลการทดลองสองอย่างที่เป็นจริงกลับหักล้างกันจนเหลือความไม่แน่นอน การใช้หน้านี้อย่างรับผิดชอบคือใช้เป็นแผนที่แสดงเป้าหมายที่พิสูจน์แล้วว่าโมเลกุลนี้จับหรือออกฤทธิ์ได้ พร้อมระบุความแรงของการออกฤทธิ์ เพื่อให้การอภิปรายกลไกยึดโยงกับสิ่งที่วัดได้จริง สำหรับปฏิกิริยาระหว่างเป้าหมายเหล่านี้กับยาที่แพทย์สั่ง คู่มือปฏิกิริยาระหว่างยา เป็นหน้าที่อธิบายประเด็นนั้น พร้อมบริบทเพิ่มเติมในบทความพื้นฐานเภสัชวิทยาและบทความอธิบายกลไกที่อ่านประกอบกัน