Metilen mavisi ve nörotransmiterler: serotonin, dopamin, GABA ve asetilkolin

Metilen mavisi hakkında sık kullanılan bir ifade, serotonini ve dopamini artırdığını, GABA'yı sakinleştirdiğini ve asetilkolini keskinleştirdiğini, üstelik bunların hepsini aynı anda yaptığını söyler. Bu ifade, birbirinden ayrı dört laboratuvar bulgusunu insan vücudunda ortaya çıkan tek bir etki gibi ele alır. Dayandığı makaleler, farklı deneysel preparatlarda, aralarında yaklaşık bin kat fark bulunan konsantrasyonlarda farklı hedefleri ölçmüştür. Hedefleri birbirinden ayırdığınızda ortaya çıkan tablo, bu tek cümlenin sunduğundan hem daha ilginçtir hem de daha temkinli yorumlanmayı gerektirir.

Konuyu düzenleyen temel düşünce basittir. Bir deney tüpünde bir enzime bağlanan molekül tek bir şey yapmıştır: deney tüpünde bir enzime bağlanmıştır. Bunun canlı bir beyindeki nörotransmiter düzeyini değiştirip değiştirmediği, dokuya ulaşan konsantrasyona, molekülün oraya ulaştığında hangi kimyasal formda olduğuna ve aynı konsantrasyonda başka neler yaptığına bağlıdır. Aşağıdaki her bölümde bu üç soru, ilgili bulguyla birlikte ele alınır.

Serotonin: iki hedef, iki konsantrasyon

Dört sistem arasında en güçlü kanıt serotonine ilişkindir ve bu kanıt, birbirine karıştırılmaması gereken iki ayrı moleküler hedeften gelir.

İlk hedef, serotonini parçalayan mitokondriyal enzim olan monoamin oksidaz tip A'dır. Boyayı serotonin toksisitesiyle ilişkilendiren kinetik çalışmada gösterildiği üzere metilen mavisi, saflaştırılmış insan MAO-A enzimini yaklaşık 27 nanomolar Ki değeriyle sıkı bağlanan bir inhibitör olarak inhibe ederken, MAO-B'nin etkilenmesi için çok daha yüksek konsantrasyonlar gerekir. Aynı doğrultudaki başka araştırmalarda, sıçan epifiz dokusunda da aynı seçicilik bulunmuştur. Redoks boyaları ve epifiz indolleri üzerine çalışmada bildirildiği gibi, MAO-A blokajı serotonin kaynaklı indolleri artırmış, serotonin metaboliti 5-HIAA'yı azaltmış ve kurbağalarda serotoninle ilişkili bir doğrulma refleksini değiştirmiştir. İki farklı preparatta aynı yönlü sonuç: daha az parçalanma ve enzimin normalde ortadan kaldıracağı yerlerde daha fazla serotoninin korunması.

İkinci hedef, serotonin taşıyıcısının kendisidir. Metilen mavisinin SERT üzerindeki etkilerini doğrudan karakterize eden çalışmaya göre, insan taşıyıcısını eksprese eden hücrelerde metilen mavisi hem floresan bir substratın hem de işaretli serotoninin alımını yaklaşık 1.4 mikromolar IC50 değeriyle azaltmış ve patch-clamp kayıtlarında serotoninin tetiklediği akımları baskılamıştır. Yazarlar, akla ilk gelen alternatif açıklamaları kontrol etmiş ve etkinin cGMP sinyal iletiminden, kalsiyum değişikliklerinden ve taşıyıcının hücre yüzeyindeki ekspresyonundan bağımsız olduğunu bulmuştur.

İki sayı arasındaki farka dikkat edin. MAO-A inhibisyonu nanomolar düzeyde gerçekleşir. Taşıyıcı inhibisyonu için yaklaşık elli kat daha fazla boya gerekir. Enzimi tamamen etkileyen düşük bir maruziyet, taşıyıcıyı çok az etkileyebilir. Bunları serotonin hakkında tek bir iddiada birleştiren kişi, iki farklı doz aralığını tek bir aralık gibi sunmuş olur.

Diğer serotonerjik ilaçları kullanan bir kişide bu hedeflerden herhangi birinin önem taşıyıp taşımadığı, ilaç kullanımına ilişkin bir sorudur ve ilaç etkileşimleri rehberinin konusudur. Bu makale hedefleri ortaya koyar; klinik öneriler o sayfada yer alır.

Dopamin: doğrudan kanıtın en zayıf olduğu sistem

Dopamin konusunda dürüstlük, en fazla ölçülülüğü gerektirir. Metilen mavisinin dopamin taşıyıcısını bloke ettiğini veya dopamin reseptörlerine doğrudan bağlandığını gösteren, sağlam biçimde ortaya konmuş bir çalışma yoktur. Sıklıkla alıntılanan 1.4 mikromolar taşıyıcı IC50 değeri DAT'a değil, serotonin taşıyıcısına aittir ve hiçbir zaman DAT'a aitmiş gibi sunulmamalıdır.

Mevcut kanıtlar ise dolaylıdır. MAO enzimleri dopamini de metabolize ettiğinden, MAO inhibisyonu serotonin ve noradrenalinin yanı sıra dopamini de korur. MPTP biyoaktivasyonu çalışmasının ve ilgili MAO-B araştırmalarının açıkladığı üzere, mitokondriyal preparatlarda metilen mavisi, nörotoksin MPTP'nin dopaminerjik sisteme zarar veren toksik ürüne MAO-B aracılığıyla dönüşümünü, Parkinson ilacı deprenil ile karşılaştırılabilir bir güçle bloke etmiştir. Hayvan çalışmaları da parçalı bulgular ekler: taşıyıcı blokajı olarak değil, nitrik oksit sinyal iletimi bağlamında incelenen bir çalışmada, 10 mikromolar konsantrasyonda sıçan striatum kesitlerinden bazal dopamin salımında yaklaşık üç kat artış; sistemik uygulamadan sonra ise bölgelere göre farklı sonuçlar. Bazı çalışmalarda serotonin ve noradrenalin artarken dopamin çok az değişmiştir.

Dolayısıyla dopaminle ilgili bulgular gerçektir, ancak dolaylıdır. Etki, dopamine özgü bir hedef üzerinden değil, aynı anda birkaç monoamini işleyen bir enzim üzerinden ilerler. Metilen mavisinin insanlarda dopamini artırdığına ilişkin herhangi bir iddia, bunun gerçekten gösterilmesi gereken adımı atlar.

GABA: bağlanma cebinde frenin bloke edilmesi

GABA bulgusu nettir ve boyanın genel olarak bilinen etkileriyle ters düşer. Etki bölgesini belirleyen elektrofizyoloji çalışmasında, insan GABA-A reseptörlerini eksprese eden hücrelerde metilen mavisi, yaklaşık 3 mikromolardan itibaren GABA'nın tetiklediği akımları inhibe etmiştir. Yaygın alfa1-beta2-gama2 yapılandırması için IC50 değeri yaklaşık 31 mikromolardır.

Çalışmanın değerli kısmı, etki bölgesinin belirlenmesidir. Pikrotoksin bölgesindeki mutasyonlar inhibisyonu etkilememiş, benzodiazepin ve çinko bölgeleri ise alt birim karşılaştırmalarıyla dışlanmıştır. Buna karşılık, GABA bağlanma cebini oluşturduğu bilinen iki amino asit kalıntısındaki mutasyonlar blokajı belirgin biçimde azaltmıştır. Bu sonuç, etkinin başka bir bölgedeki allosterik modülasyon yerine agonist bölgesinde kompetitif antagonizma olduğunu gösterir. Etki, sinaptik ve ekstrasinaptik alt birim kombinasyonlarında da görülmüş ve boya ortamdan uzaklaştırıldığında hızla ortadan kalkmıştır.

Bu durum, açıkça ifade edilmesi gereken gerçek bir çelişki yaratır. Belleği destekleme potansiyeli açısından araştırılan bir molekül, deney kabında hızlı inhibitör iletimi de baskılamaktadır. Bu baskılanmanın canlı bir beyinde gerçekleşip gerçekleşmediği yerel konsantrasyona bağlıdır. Son bölümde ele alındığı üzere, 31 mikromolar çoğu sistemik maruziyete göre yüksektir. Bulguyu oluşturan şey, bu çelişkinin kendisidir; çözülmesi için henüz kimsenin yapmadığı deneyler gerekir.

Asetilkolin: zıt yönlerde etkili iki hedef

Asetilkolinle ilgili iki bulgu zıt yönlere işaret eder ve tam da bu nedenle ayrı ayrı bildirilmelidir.

Bir tarafta, metilen mavisi asetilkolini uzaklaştıran enzimleri inhibe eder. Metilen mavisinin sinir sistemindeki etkilerini inceleyen derlemede özetlendiği üzere, inek alyuvarlarındaki asetilkolinesteraz yaklaşık 0.57 mikromolarda, sığır enzimi yaklaşık 0.42 mikromolarda ve insan plazmasındaki esteraz aktivitesi yaklaşık 1.1 mikromolarda kompetitif olarak inhibe edilmiştir. Bütirilkolinesteraz ise türe ve preparata bağlı olarak yaklaşık 0.4 ile 5.3 mikromolar arasında inhibe edilmiştir. Uzaklaştırmanın yavaşlaması, sinapsta daha fazla nörotransmiter bırakır; onaylı bazı Alzheimer ilaçlarının arkasındaki mantık da budur.

Ancak bu kimyasal etkinin bir koşulu vardır. Oksitlenmiş mavi form enzimi inhibe eder; indirgenmiş renksiz form etmez. Boyanın indirgenmesine izin veren uzun inkübasyonlarda, yalnızca bu nedenle daha zayıf inhibisyon bildirilir. Kolinesteraz için herhangi bir deneysel ölçüm değeri, görünmeyen bir değişkeni de beraberinde taşır: ölçüm sırasında boyanın ne kadarının hâlâ mavi olduğu.

Diğer tarafta, metilen mavisi asetilkolinin etki ettiği reseptörlerden biri olan alfa7 nikotinik reseptörü bloke eder. Alfa7 reseptör çalışmasının bildirdiği üzere, kurbağa oositlerinde eksprese edilen insan alfa7 reseptörleri, agonist gücünü değiştirmeyen, nonkompetitif ve voltajdan bağımsız antagonizma yoluyla yaklaşık 3.4 mikromolar IC50 değeriyle inhibe edilmiştir. Ayrıca 3 mikromolar, sıçan hipokampus kesitlerinde kolinin tetiklediği sinaptik yanıtları ortadan kaldırmıştır. Dolayısıyla boya, benzer düşük mikromolar konsantrasyonlarda hem nörotransmiteri korur hem de reseptörlerinden birinin yanıtını zayıflatır. Kolinerjik sinyal iletimi üzerindeki net etki, bu bulgulardan herhangi biri tek başına ele alınarak çıkarılamaz. Bu belirsizlik, daha geniş Alzheimer literatürüyle ve biliş ile hastalık araştırmalarına ilişkin bağlantılı tartışmayla ilişkilidir, ancak burada çözüme kavuşmaz.

Karşılaştırma, tek bir yerde

En duyarlı hedef ile en az duyarlı hedef arasında üç büyüklük mertebesi fark vardır. Bu aralık, makalenin tek bir tabloda özetidir.

Bu konsantrasyonlara beyinde ulaşılıyor mu?

Bir deney tüpü değeri, yanında bir maruziyet değeri olmadan hiçbir anlam taşımaz. Kg başına yaklaşık 1.4 mg intravenöz bolus uygulamasından sonra, insanlarda ortalama plazma düzeylerinin yaklaşık 5 mikromolar olduğu bildirilmiştir. Aynı literatürde, ağızdan alınan 100 mg dozun ise tam kanda yaklaşık 0.08 mikromolar düzey oluşturduğu bildirilmiştir. Sıçanlarda yapılan dağılım çalışmalarında, beyindeki düzeyler dolaşımdaki düzeylerin yaklaşık on ila yirmi katı bulunmuştur. Ancak bu ölçüm, sinapstaki serbest oksitlenmiş boyayı değil, homojenize dokudaki toplam boyayı gösterir. Ayrıca yaklaşık yüzde 94 plazma proteinlerine bağlanma ve kan hücrelerine dağılım, serbest fraksiyonu daha da düşürür.

Tabloyla birlikte okunduğunda, örüntü ikili değil, kademelidir. MAO-A inhibisyonu, tipik intravenöz maruziyetlerin çok altında gerçekleşir ve boya bu yolla verildiğinde farmakolojik açıdan olasıdır. Kolinesteraz ve alfa7 etkileri, intravenöz doruk düzeyleriyle örtüşen, ancak olağan oral dozlarla ulaşılamayabilecek düşük mikromolar aralıkta yer alır. GABA-A için 31 mikromolar IC50 değeri, olası sistemik maruziyetlerin çoğunun üzerindedir. Bu da söz konusu blokajı, insan vücudunun bütünü için ileri sürülmesi en güç etki hâline getirir. Bu karşılaştırmanın her satırı aynı ihtiyat kaydını gerektirir: ilgili konsantrasyon, hedefte bulunan serbest, oksitlenmiş, hücre dışı boyanın konsantrasyonudur ve hiçbir kan örneği bu miktarı doğrudan ölçmez.

Hangi sonuçlar çıkarılmamalı?

Tablodaki hiçbir satır, metilen mavisinin bir insanda herhangi bir nörotransmiteri öngörülebilir biçimde artırdığını veya azalttığını ortaya koymaz. Saflaştırılmış bir preparatta enzim inhibisyonu, bir hücre hattında taşıyıcı blokajı ve bir doku kesitinde reseptör antagonizması, sinaptik gerçeklikten kontrollü bir deneysel adım uzaktadır. Kolinerjik bölüm de iki doğru bulgunun, birbirine zıt etkileri nedeniyle net sonuç açısından belirsizlik yarattığını gösterir. Bu sayfanın sorumlu biçimde kullanımı, molekülün etkilediği gösterilmiş hedefleri ve her bir hedef üzerindeki etki gücünü ortaya koyan bir harita olarak değerlendirilmesidir. Böylece mekanizmalara ilişkin tartışma, gerçekten ölçülen bulgulara dayanır. Bu hedeflerdeki etkilerin reçeteli ilaçlarla nasıl etkileştiğine ilişkin açıklamalar etkileşim rehberinde yer alır; farmakolojinin temelleri ve tamamlayıcı mekanizma açıklaması da ek bağlam sunar.