Xanh methylen và các chất dẫn truyền thần kinh: serotonin, dopamine, GABA và acetylcholine

Một nhận định thường gặp về xanh methylen là chất này làm tăng serotonin, tăng dopamine, làm dịu qua GABA và tăng cường acetylcholine, tất cả cùng lúc. Nhận định đó gộp bốn phát hiện riêng biệt trong phòng thí nghiệm thành một tác động trong cơ thể người. Các bài báo làm cơ sở cho nhận định ấy đã đo những đích khác nhau, trong các mẫu thí nghiệm khác nhau, ở những nồng độ chênh lệch khoảng một nghìn lần. Khi tách riêng từng đích, bức tranh vừa thú vị hơn, vừa đòi hỏi sự thận trọng hơn so với những gì một câu nhận định có thể thể hiện.

Ý tưởng xuyên suốt rất đơn giản. Một phân tử gắn với enzyme trong ống nghiệm mới chỉ làm được một việc: gắn với enzyme trong ống nghiệm. Việc đó có làm thay đổi nồng độ một chất dẫn truyền thần kinh trong não sống hay không còn phụ thuộc vào nồng độ đạt được tại mô, dạng hóa học của phân tử khi đến nơi và mọi tác động khác của phân tử ở cùng nồng độ ấy. Mỗi phần dưới đây đều gắn ba câu hỏi đó với phát hiện tương ứng.

Serotonin: hai đích, hai nồng độ

Trong bốn hệ, serotonin có bằng chứng vững chắc nhất, đến từ hai đích phân tử riêng biệt không nên gộp chung.

Đích thứ nhất là monoamine oxidase loại A, enzyme trong ty thể phân hủy serotonin. Xanh methylen ức chế MAO-A người đã tinh sạch theo cơ chế gắn kết chặt, với Ki gần 27 nanomolar, trong khi MAO-B cần nồng độ cao hơn nhiều mới bị ảnh hưởng, như trình bày trong nghiên cứu động học liên hệ chất màu này với độc tính serotonin. Một hướng nghiên cứu song hành cũng ghi nhận tính chọn lọc đó trong mô tuyến tùng chuột cống, nơi việc phong bế MAO-A làm tăng các indole có nguồn gốc từ serotonin, giảm chất chuyển hóa serotonin là 5-HIAA và làm thay đổi phản xạ tự lật về tư thế bình thường có liên quan đến serotonin ở ếch, theo nghiên cứu về các chất màu oxy hóa–khử và indole trong tuyến tùng. Hai mẫu thí nghiệm khác nhau, cùng một chiều tác động: giảm phân hủy, giữ lại nhiều serotonin hơn tại nơi enzyme lẽ ra đã loại bỏ nó.

Đích thứ hai là chính protein vận chuyển serotonin. Trong các tế bào biểu hiện protein vận chuyển của người, xanh methylen làm giảm sự thu nhận cả cơ chất huỳnh quang lẫn serotonin được đánh dấu, với IC50 khoảng 1.4 micromolar, đồng thời ức chế các dòng điện do serotonin gây ra trong phép ghi kẹp màng, theo nghiên cứu mô tả trực tiếp tác động của xanh methylen lên SERT. Các tác giả đã kiểm tra những cách giải thích thay thế dễ nghĩ đến và nhận thấy tác động này độc lập với tín hiệu cGMP, thay đổi canxi và mức biểu hiện của protein vận chuyển trên bề mặt tế bào.

Hãy lưu ý khoảng cách giữa hai con số. Sự ức chế MAO-A diễn ra ở mức nanomolar. Sự ức chế protein vận chuyển cần lượng chất màu cao hơn khoảng năm mươi lần. Mức phơi nhiễm thấp đủ để tác động đầy đủ lên enzyme có thể gần như không ảnh hưởng đến protein vận chuyển. Gộp hai phát hiện này thành một nhận định duy nhất về serotonin là đánh đồng hai khoảng liều khác nhau.

Việc một trong hai đích này có ý nghĩa hay không ở người đang dùng các thuốc tác động lên hệ serotonin là câu hỏi về dùng thuốc, thuộc phạm vi của hướng dẫn tương tác thuốc. Bài viết này lập bản đồ các đích tác động; trang hướng dẫn đó cung cấp lời khuyên lâm sàng.

Dopamine: bằng chứng trực tiếp yếu nhất

Dopamine là trường hợp cần thận trọng nhất để trình bày trung thực. Chưa có nghiên cứu được xác lập vững chắc cho thấy xanh methylen phong bế protein vận chuyển dopamine hoặc gắn trực tiếp với các thụ thể dopamine. Giá trị IC50 1.4 micromolar thường được trích dẫn là của protein vận chuyển serotonin, không phải DAT, và tuyệt đối không nên gán lại cho DAT.

Thay vào đó, bằng chứng hiện có là gián tiếp. Vì các enzyme MAO cũng chuyển hóa dopamine, sự ức chế MAO giúp giữ lại dopamine cùng với serotonin và noradrenaline. Trong các mẫu ty thể, xanh methylen ngăn quá trình chuyển hóa độc tố thần kinh MPTP qua MAO-B thành chất độc đối với hệ dopamine, với hiệu lực tương đương thuốc điều trị Parkinson deprenyl, như mô tả trong nghiên cứu về sự hoạt hóa sinh học của MPTP và các nghiên cứu MAO-B liên quan. Nghiên cứu trên động vật bổ sung những mảnh bằng chứng: mức giải phóng dopamine nền từ lát cắt thể vân chuột cống tăng khoảng ba lần ở 10 micromolar, được nghiên cứu trong bối cảnh tín hiệu nitric oxide chứ không phải phong bế protein vận chuyển; và kết quả khác nhau giữa các vùng sau khi dùng thuốc toàn thân, trong đó một số nghiên cứu ghi nhận serotonin và noradrenaline tăng còn dopamine gần như không thay đổi.

Vì vậy, các phát hiện về dopamine là có thật nhưng mang tính gián tiếp. Chúng đi qua một enzyme xử lý đồng thời nhiều monoamine, chứ không qua một đích riêng cho dopamine. Mọi khẳng định rằng xanh methylen làm tăng dopamine ở người đều bỏ qua bước cần chứng minh điều đó thực sự xảy ra.

GABA: chặn cơ chế hãm tại hốc gắn kết

Phát hiện về GABA rất cụ thể và đi ngược lại hình ảnh thường được gán cho chất màu này. Trong các tế bào biểu hiện thụ thể GABA-A của người, xanh methylen bắt đầu ức chế dòng điện do GABA gây ra ở khoảng 3 micromolar, với IC50 gần 31 micromolar đối với tổ hợp alpha1-beta2-gamma2 phổ biến, theo nghiên cứu điện sinh lý xác định vị trí tác động.

Việc xác định vị trí tác động là phần có giá trị. Các đột biến tại vị trí picrotoxin không làm mất sự ức chế, còn các vị trí benzodiazepine và kẽm được loại trừ thông qua so sánh các tiểu đơn vị. Ngược lại, đột biến tại hai gốc axit amin đã được biết là tạo nên chính hốc gắn GABA làm giảm mạnh sự phong bế. Điều này xác định tác động là đối kháng cạnh tranh tại vị trí gắn chất chủ vận, thay vì điều biến dị lập thể ở vị trí khác. Tác động được duy trì ở cả các tổ hợp tiểu đơn vị trong và ngoài synap, và nhanh chóng biến mất khi rửa loại chất màu.

Điều này tạo ra một mâu thuẫn thực sự cần nói rõ. Một phân tử được nghiên cứu về khả năng hỗ trợ trí nhớ cũng ức chế dẫn truyền ức chế nhanh trong mẫu nuôi cấy. Sự ức chế ấy có xảy ra trong não sống hay không phụ thuộc vào nồng độ tại chỗ, và 31 micromolar là mức cao so với phần lớn mức phơi nhiễm toàn thân, điều sẽ được bàn ở phần cuối. Chính mâu thuẫn đó là phát hiện; để giải quyết nó cần những thí nghiệm chưa ai thực hiện.

Acetylcholine: hai đích tác động đối nghịch

Với acetylcholine, có hai phát hiện theo hai hướng trái ngược, và đó chính là lý do phải trình bày riêng.

Một mặt, xanh methylen ức chế các enzyme loại bỏ acetylcholine. Acetylcholinesterase trong hồng cầu bò bị ức chế cạnh tranh ở khoảng 0.57 micromolar, enzyme của bò ở gần 0.42 micromolar và hoạt tính esterase trong huyết tương người ở gần 1.1 micromolar; butyrylcholinesterase bị ức chế trong khoảng 0.4 đến 5.3 micromolar tùy loài và mẫu thí nghiệm, như tổng hợp trong bài tổng quan về tác động của xanh methylen trong hệ thần kinh. Làm chậm quá trình loại bỏ sẽ giữ lại nhiều chất dẫn truyền hơn trong synap, cũng là cơ sở của một số thuốc điều trị Alzheimer đã được phê duyệt.

Nhưng tác động hóa học này đi kèm một điều kiện. Dạng oxy hóa màu xanh ức chế enzyme; dạng khử không màu thì không. Các phép thử có thời gian ủ dài, cho phép chất màu chuyển sang dạng khử, ghi nhận mức ức chế yếu hơn chỉ vì lý do đó. Mọi giá trị xét nghiệm cholinesterase đều đi kèm một biến số khó thấy: bao nhiêu chất màu vẫn còn ở dạng màu xanh khi đo.

Mặt khác, xanh methylen phong bế thụ thể nicotinic alpha7, một trong các thụ thể tiếp nhận acetylcholine. Thụ thể alpha7 người biểu hiện trong noãn bào ếch bị ức chế với IC50 gần 3.4 micromolar thông qua đối kháng không cạnh tranh, không phụ thuộc điện thế và không làm thay đổi hiệu lực của chất chủ vận; nồng độ 3 micromolar loại bỏ hoàn toàn các đáp ứng synap do choline gây ra trong lát cắt hồi hải mã chuột cống, theo nghiên cứu về thụ thể alpha7. Như vậy, ở những nồng độ micromolar thấp tương tự nhau, chất màu vừa giữ lại chất dẫn truyền vừa làm giảm khả năng đáp ứng của một trong các thụ thể của nó. Không thể suy ra tác động tổng thể lên tín hiệu cholinergic chỉ từ một trong hai phát hiện. Sự chưa rõ ràng này liên hệ với tài liệu nghiên cứu Alzheimer rộng hơn và với phần thảo luận liên quan về nghiên cứu nhận thức và bệnh lý, nhưng chưa được giải quyết ở đây.

So sánh trong một bảng

Đích nhạy nhất và đích kém nhạy nhất cách nhau ba bậc độ lớn. Khoảng chênh lệch đó tóm lược bài viết trong một bảng.

Những nồng độ này có đạt được trong não không?

Một con số trong ống nghiệm không có ý nghĩa nếu không đặt cạnh một con số về mức phơi nhiễm. Sau một lần tiêm nhanh tĩnh mạch ở mức gần 1.4 mg mỗi kg, đã có báo cáo về nồng độ trung bình trong huyết tương người khoảng 5 micromolar, trong khi liều uống 100 mg tạo ra nồng độ trong máu toàn phần gần 0.08 micromolar trong cùng nhóm tài liệu. Các nghiên cứu phân bố trên chuột cống ghi nhận nồng độ trong não cao hơn khoảng mười đến hai mươi lần nồng độ trong tuần hoàn. Tuy nhiên, đó là tổng lượng chất màu trong mô đã đồng nhất hóa, không phải chất màu tự do ở dạng oxy hóa tại synap; đồng thời, tỷ lệ gắn với protein huyết tương gần 94 phần trăm cùng sự phân bố vào tế bào máu làm giảm tỷ lệ tự do.

Đối chiếu với bảng, bức tranh có nhiều mức độ chứ không chỉ có hoặc không. Ngưỡng ức chế MAO-A thấp hơn nhiều so với mức phơi nhiễm điển hình khi dùng đường tĩnh mạch, nên tác động này có tính khả dĩ về mặt dược lý khi chất màu được đưa vào bằng đường đó. Tác động lên cholinesterase và alpha7 nằm trong khoảng micromolar thấp, có thể trùng với nồng độ đỉnh sau dùng tĩnh mạch nhưng liều uống thông thường có thể không đạt tới. IC50 31 micromolar của GABA-A cao hơn phần lớn mức phơi nhiễm toàn thân có thể đạt được, khiến sự phong bế này khó được dùng để giải thích tác động trong cơ thể người nhất. Mỗi hàng trong bảng so sánh đều cần cùng một lưu ý: nồng độ liên quan là nồng độ chất màu tự do, ở dạng oxy hóa, ngoài tế bào tại đích tác động — một đại lượng mà việc lấy máu không đo được trực tiếp.

Những điều không nên kết luận

Không có hàng nào trong bảng chứng minh rằng xanh methylen làm tăng hoặc giảm bất kỳ chất dẫn truyền thần kinh nào ở người theo cách có thể dự đoán. Sự ức chế enzyme trong mẫu đã tinh sạch, phong bế protein vận chuyển trong dòng tế bào và đối kháng thụ thể trong lát cắt mô đều mới là từng bước được kiểm soát, vẫn còn cách thực tế tại synap một khoảng; phần về hệ cholinergic cho thấy hai phát hiện đúng nhưng đối nghịch nhau dẫn đến kết quả tổng thể chưa rõ. Cách sử dụng trang này có trách nhiệm là xem nó như bản đồ các đích mà phân tử đã được chứng minh là có thể gắn vào, với mức độ gắn kết được ghi rõ, để việc thảo luận cơ chế luôn bám sát những gì thực sự đã được đo. Về cách các đích tác động này tương tác với thuốc kê đơn, hướng dẫn tương tác là trang đảm nhận nội dung đó, cùng với bối cảnh bổ sung trong phần nền tảng dược lý và bài giải thích cơ chế đi kèm.