เมทิลีนบลู เทา และแอมีลอยด์: เหตุใดกลไกการกำจัดโปรตีนจึงแตกต่างกัน

หากถามว่าเมทิลีนบลูทำอะไรกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์ คุณมักจะได้ยินคำตอบเดียวที่มั่นใจเต็มที่ ทั้งที่ควรได้ยินคำตอบสามข้อพร้อมเงื่อนไขกำกับ ในหลอดทดลอง มันรบกวนการจับกันเองของเทา ในแบบจำลองหนูแบบหนึ่ง มันลดแอมีลอยด์ที่ละลายได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงเทา ในอีกแบบจำลองหนึ่ง มันลดการทำงานของเอนไซม์ที่สร้างแอมีลอยด์ตั้งแต่ต้น ข้อค้นพบแต่ละอย่างนี้มีอยู่จริง แต่ไม่มีข้อใดอธิบายเรื่องทั้งหมด และผลเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกันทั้งหมดในสัตว์ตัวเดียวกัน บทความนี้จะแยกทั้งสามประเด็นออกจากกัน เพื่อไม่ให้ผลจากการทดลองหนึ่งถูกนำไปอ้างเป็นหลักฐานยืนยันอีกการทดลองหนึ่ง

ผู้อ่านที่ต้องการภาพรวมของการออกฤทธิ์ของเมทิลีนบลูภายในเซลล์ ควรเริ่มจากบทความนั้น ส่วนผู้อ่านที่ต้องการทราบว่าสิ่งเหล่านี้ช่วยผู้ป่วยหรือไม่ ควรอ่านข้อมูลการศึกษาทางคลินิกในโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งเป็นที่สำหรับผลลัพธ์จากการทดลองในมนุษย์ บทความนี้จะไม่กล่าวซ้ำถึงข้อมูลเหล่านั้น

ข้อค้นพบเกี่ยวกับเทามาจากการทดสอบการรวมตัวของโปรตีน

เรื่องที่เก่าแก่ที่สุดในสามเรื่องนี้มาจากงานศึกษาเทาในระบบที่ไม่มีเซลล์ เทาเป็นโปรตีนที่ก่อให้เกิดกลุ่มเส้นใยพันกันภายในเซลล์ประสาท ในการทดสอบการจับกันระหว่างเทากับเทา ชิ้นส่วนของเทาจะประกอบตัวเป็นเส้นใยเกลียวคู่ และสีย้อมกลุ่มฟีโนไทอาซีนซึ่งรวมถึงเมทิลีนบลูจะขัดขวางการประกอบตัวนั้นที่ความเข้มข้นระดับ micromolar ต่ำ งานชีวเคมีในเวลาต่อมาให้คำอธิบายทางเคมีว่า สีย้อมนี้ออกซิไดซ์หมู่ซิสเทอีนบนเทา ทำให้รูปโมโนเมอร์มีเสถียรภาพและยับยั้งเส้นใยที่มิฉะนั้นจะก่อตัวเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นที่รายงานว่ายับยั้งการรวมตัวของเทาอยู่ราวระดับ micromolar หลักหน่วยถึงหลักสิบต้น ๆ ซึ่งเป็นช่วงที่มีความสำคัญต่อประเด็นทั้งหมดที่จะกล่าวต่อไป

ควรสังเกตว่าข้อค้นพบนี้เป็นข้อกล่าวอ้างประเภทใด มันไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับการสร้างเทา การเติมหมู่ฟอสเฟตให้เทาในสมองที่มีชีวิต หรือการกำจัดเทา มันบอกเพียงว่า ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดในหลอดทดลอง สีย้อมในรูปออกซิไดซ์ช่วยไม่ให้เทาเรียงซ้อนกัน นี่เป็นผลที่ชัดเจน มีขอบเขตจำกัด และมีประโยชน์ ปัญหาเริ่มขึ้นเมื่อมีการขยายความเป็นข้อความทั่วไปว่าเมทิลีนบลูกำจัดพยาธิสภาพของเทา เพราะข้อมูลจากสัตว์ไม่สอดคล้องกับคำอธิบายแบบนั้น

ข้อค้นพบเกี่ยวกับโปรตีโอโซมมาจากหนู 3xTg-AD และแสดงผลต่อแอมีลอยด์ที่แยกจากเทา

การทดลองที่แสดงผลลัพธ์แยกกันได้ชัดเจนที่สุดคือการศึกษาให้อาหารเป็นเวลา 16 สัปดาห์ในหนูที่มีการกลายพันธุ์สามตำแหน่งที่เกี่ยวข้องกับอัลไซเมอร์ สัตว์ได้รับอาหารที่มีเมทิลีนบลูตั้งแต่อายุหกเดือน และผู้วิจัยวัดสามสิ่งพร้อมกัน ได้แก่ โปรตีโอโซม ระดับแอมีลอยด์ และเทา

กิจกรรมของโปรตีโอโซมเปลี่ยนไป กิจกรรมแบบไคโมทริปซินเพิ่มขึ้นประมาณหนึ่งในสี่ และกิจกรรมแบบทริปซินเพิ่มขึ้นประมาณครึ่งหนึ่ง ขณะที่กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาชนิดที่สามไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ แอมีลอยด์เบตา 40 และ 42 ที่ละลายได้ต่างลดลงประมาณหนึ่งในสี่ ผู้เขียนตีความว่าเป็นผลจากการกำจัดที่เพิ่มขึ้นมากกว่าการสร้างที่ลดลง เพราะโปรตีนสารตั้งต้นและชิ้นส่วนที่เกิดจากการตัดแต่งโปรตีนนั้นไม่เปลี่ยนแปลง และการเรียนรู้กับความจำดีขึ้นในการทดสอบโพรบของเขาวงกตน้ำ

แต่ยังมีผลลัพธ์ที่ไม่ได้เปลี่ยนไปด้วย แอมีลอยด์ที่ไม่ละลายไม่เปลี่ยนแปลง การย้อมตรวจคราบสะสมไม่เปลี่ยนแปลง ปริมาณเทาของมนุษย์ทั้งหมดและเทาที่มีหมู่ฟอสเฟต ณ ตำแหน่งทรีโอนีน 181 ไม่เปลี่ยนแปลง และการอยู่ผิดตำแหน่งของเทาก็ไม่เปลี่ยนแปลง ตัวชี้วัดด้านไมโทคอนเดรียก็ไม่เปลี่ยนแปลงเช่นกัน โดยไม่มีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อกิจกรรมของไซโตโครมซีออกซิเดส ปริมาณโปรตีนออกซิเดส หรือ ATP ดังนั้น ในแบบจำลองนี้และภายใต้รูปแบบการให้สารนี้ เมทิลีนบลูเพิ่มกิจกรรมของโปรตีโอโซมสองในสามชนิด ลดแอมีลอยด์ที่ละลายได้ ทำให้ตัวชี้วัดด้านพฤติกรรมดีขึ้น และไม่เปลี่ยนแปลงตัวชี้วัดของเทา แอมีลอยด์ที่ไม่ละลาย และตัวชี้วัดด้านไมโทคอนเดรียที่ทดสอบ

ข้อควรระวังประการหนึ่งช่วยให้ประเด็นนี้ชัดเจนขึ้น ไม่ใช่ทำให้น้ำหนักลดลง หนูเหล่านี้ยังไม่เกิดกลุ่มโปรตีนเทาที่รวมตัวกันในช่วงอายุที่ทดสอบ ดังนั้นการทดลองนี้จึงไม่สามารถแสดงว่าเมทิลีนบลูใช้ไม่ได้ผลต่อกลุ่มเส้นใยเทาที่พันกัน มันแสดงว่าแอมีลอยด์ที่ละลายได้สามารถลดลงโดยที่ตัวชี้วัดของเทาที่วัดไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นผลแบบโปรตีนหนึ่งเปลี่ยนแต่อีกโปรตีนหนึ่งไม่เปลี่ยนที่หัวข้อนี้จำเป็นต้องแยกให้ชัด หากคุณเข้ามาอ่านโดยเชื่อว่าการกระตุ้นโปรตีโอโซมด้วยเมทิลีนบลูจะกำจัดโปรตีนลักษณะสำคัญทั้งสองชนิดไปพร้อมกัน การศึกษานี้คือข้อมูลที่ช่วยแก้ความเข้าใจนั้น

ข้อค้นพบเกี่ยวกับการสร้างแอมีลอยด์มาจากหนู PSAPP อายุมาก และขัดกับกลไกก่อนหน้า

คณะวิจัยต่างกัน แบบจำลองต่างกัน และคำอธิบายกลไกต้นทางก็ตรงกันข้าม ในการศึกษาให้สารผ่านสายเข้ากระเพาะเป็นเวลาสามเดือนในหนู PSAPP อายุ 15 เดือน การให้สารทางปากทุกวันที่ขนาด 3 mg/kg ลดปริมาณคราบสะสมในบริเวณต่าง ๆ ของสมองประมาณหนึ่งในสามถึงครึ่งหนึ่ง และลดแอมีลอยด์หลายส่วน รวมถึงโอลิโกเมอร์ที่วัดด้วยการทดสอบเฉพาะ แต่กลไกที่เสนอในที่นี้คือการสร้างที่ลดลง ไม่ใช่การกำจัดที่เร็วขึ้น กล่าวคือ โปรตีน BACE1 ในสมองลดลง ผลิตภัณฑ์ของมันคือ C99 ลดลง แต่ RNA ส่งสารไม่ลดลง ซึ่งชี้ว่าเป็นผลในระดับโปรตีนมากกว่าการแสดงออกของยีนที่ลดลง

งานศึกษาในเซลล์ช่วยเสริมคำอธิบายนี้ ในการทดสอบแบบไม่มีเซลล์โดยใช้เอนไซม์รีคอมบิแนนต์ เมทิลีนบลูยับยั้ง BACE1 โดยตรง และในเซลล์รังไข่แฮมสเตอร์ที่แสดงออกโปรตีนสารตั้งต้นแอมีลอยด์ของมนุษย์ แอมีลอยด์ 40 และ 42 ที่หลั่งออกมาลดลงที่ความเข้มข้นต่ำถึง 1.56 micromolar ขณะที่ตัวโปรตีนสารตั้งต้นไม่เปลี่ยนแปลง ลองเปรียบเทียบกับการศึกษาก่อนหน้า ซึ่งชิ้นส่วนจากการตัดแต่งสารตั้งต้นไม่เปลี่ยนแปลงและผู้วิจัยอธิบายผลด้วยการกำจัดที่เพิ่มขึ้น ทั้งสองการศึกษาไม่อาจอธิบายกลไกสากลเดียวกันได้ เพราะแบบจำลอง อายุ ขนาดสาร ช่องทางการให้ และระยะเวลาแตกต่างกัน นั่นคือประเด็นสำคัญ ผลของเมทิลีนบลูต่อแอมีลอยด์เกิดผ่านการสร้างในเงื่อนไขการทดลองหนึ่ง และผ่านการกำจัดในอีกเงื่อนไขหนึ่ง การอ้างผลใดผลหนึ่งโดยไม่ระบุเงื่อนไขการทดลองจึงทำให้เข้าใจผิด

เคมีเดียว หลายเป้าหมาย: จุดเชื่อมโยงผ่านการออกซิไดซ์ซิสเทอีน

งานวิจัยอีกแนวหนึ่งอธิบายว่าเคมีรีดอกซ์แบบเดียวสามารถปรากฏในเรื่องของโปรตีนที่ไม่เกี่ยวข้องกันได้อย่างไร ในการศึกษาทางชีวเคมีเกี่ยวกับการยับยั้งแคสเปส เมทิลีนบลูทำให้แคสเปส-6 สูญเสียการทำงานโดยออกซิไดซ์ซิสเทอีนที่ตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาให้เป็นกรดซัลฟีนิก ซึ่งยืนยันด้วยแมสสเปกโทรเมทรี โดยมีความเข้มข้นที่ทำให้เกิดการยับยั้งครึ่งหนึ่งของผลสูงสุดอยู่ใกล้ 10.6 micromolar แคสเปส-3 ถูกยับยั้งที่ความเข้มข้นใกล้เคียงกัน ผู้เขียนเชื่อมโยงเรื่องนี้กับวรรณกรรมเกี่ยวกับเทาอย่างชัดเจนว่า เคมีการออกซิไดซ์ซิสเทอีนแบบเดียวกับที่เสนอว่าช่วยคงเทาไว้ในรูปโมโนเมอร์ สามารถทำให้เอนไซม์ซิสเทอีนโปรตีเอสสูญเสียการทำงานได้ และช่วงความเข้มข้นที่ให้ผลก็ทับซ้อนกัน

นี่เป็นคำอธิบายที่งดงาม และเป็นคำเตือนด้วย โมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางรีดอกซ์และออกซิไดซ์ซิสเทอีนที่เปิดให้เข้าถึงได้ย่อมมีมากกว่าหนึ่งเป้าหมาย ณ ความเข้มข้นใดก็ตามที่ออกฤทธิ์ เรื่องการสลายการรวมตัวของเทา เรื่องแคสเปส และอาจรวมถึงเรื่องอื่น ๆ ใช้การกระทำทางเคมีเดียวกันกับเป้าหมายคนละชนิด การกระทำร่วมกันนั้นไม่ได้ทำให้ข้อค้นพบใช้แทนกันได้ แต่หมายความว่าขนาดสารและบริบทเป็นตัวกำหนดว่าเป้าหมายใดมีความสำคัญ และการให้สารอย่างต่อเนื่องเพื่อมุ่งไปที่กระบวนการหนึ่งซึ่งอาศัยซิสเทอีน อาจกระทบกระบวนการอื่นด้วย ซึ่งเป็นข้อพิจารณาที่ผู้เขียนงานแคสเปสกล่าวไว้โดยตรง คำถามที่เกี่ยวข้องว่าเคมีรีดอกซ์ของเมทิลีนบลูเลือกเป้าหมายอย่างไร การกระตุ้นโปรตีโอโซมมีความหมายอย่างไรต่อโปรตีนที่รวมตัวกันชนิดอื่น และการให้สารระยะยาวเปลี่ยนรูปแบบของเป้าหมายที่ได้รับผลหรือไม่ ต่างควรได้รับการอภิปรายแยกกัน

กลไกตามตัวชี้วัดผลลัพธ์: ข้อค้นพบใดมาจากแบบจำลองใด

อ่านตารางทีละแถวแล้วบทเรียนจะชัดเจน ไม่มีแถวใดแสดงการเปลี่ยนแปลงในทุกคอลัมน์ ผลเกี่ยวกับการสร้างแอมีลอยด์ที่ชัดเจนที่สุดมาจากการศึกษาที่ไม่ได้ทดสอบโปรตีโอโซมเลย ผลเกี่ยวกับโปรตีโอโซมที่ชัดเจนที่สุดมาจากการศึกษาที่การตัดแต่งสารตั้งต้นไม่เปลี่ยนแปลงเลย ผลเกี่ยวกับเทาส่วนใหญ่อยู่ในหลอดทดลองและในเคมีที่ใช้ร่วมกับเอนไซม์นอกเป้าหมาย ใครก็ตามที่รวมคอลัมน์เหล่านี้เป็นข้อกล่าวอ้างเดียวว่าเมทิลีนบลูกำจัดโปรตีนที่ก่อพยาธิสภาพได้ทั้งกลุ่ม กำลังเขียนบททบทวนการทดลองที่ไม่เคยเกิดขึ้น

การแยกแยะอย่างเคร่งครัดนี้ใช้กับผู้ป่วยด้วยเช่นกัน กลไกเหล่านี้รวมกันแล้วให้ประโยชน์ทางคลินิกหรือไม่ เป็นอีกคำถามหนึ่งที่มีการทดลองและข้อสรุปของตนเอง และคำตอบอยู่ในหลักฐานทางคลินิกเกี่ยวกับอัลไซเมอร์ ไม่ใช่ในบทความนี้