Аннотация
Рост объема наркотических веществ на рынке и их доступность способствуют распространению наркотиков, принявшему за последнее десятилетие катастрофический размах и приобретшему черты социального бедствиям. По данным исследований, в России не менее 6 млн больных наркоманией, а в мире более 200 млн. За последние 10 лет число смертей от наркотиков в нашей стране увеличилось в 12 раз, а среди детей в 42 раза, а в 65% причиной смерти является их передозировка. В попытке объяснить это состояние использовались различные теории, от экономических до психологических. По мере появления возможности исследовать субстрат наркотической зависимости на клеточном и субклеточном уровнях, стало возможным сделать наиболее показательную модель этиологии развития зависимости. Наиболее важным прогрессом, в исследовании клеточного механизма данной патологии, стало более детальное изучение рецепторного механизма для каждого из ПАВ, их взаимодействии в контексте работы целой нейротрансмиттерной системы. Такое углубленное изучение настоящей темы является наиболее важной в контексте идентификации потенциальных мишеней для лечения зависимости, вызываемых алкоголем, агонистами опиоидных рецепторов, каннабисом, никотином и кокаином.
Нейробиологические аспекты зависимости
Наркотическая зависимость – это действительно сложный и долгий патологический процесс, который возникает и продолжается в головном мозге и регулируется различными генетическими, эпигенетическими и факторами внешней среды. Самым важным воспроизводимым открытием в исследовании наркотической зависимости стал тот факт, что злоупотребление ПАВ активирует мезолимбическую дофаминергическую систему, которая усиливает как фармакологические, так и естественные источники системы вознаграждения. Мезолимбическая система состоит из следующих структур:
дофаминергические нейроны (вентральная покрышечная область), их аксоны (терминальные области прилежащих ядер и префронтальная кора).
Психостимуляторы, алкоголь, никотин, опиаты, ТГК - действуют на вышеуказанную систему, что приводит к увеличению синаптических концентраций дофамина. Данные вещества имеются специфические рецепторы в определенных участках головного мозга, конечным эффектом их действия является увеличение уровня дофамина в мезолимбической системе. Известен факт, что основным механизмом работы медиаторной системы является рецептор-опосредованная активность, химические медиаторы, в данном случае, это обычные макромолекулы (часто белки), выполняющие две основные функции:
распознавание и преобразование (трансдукция). Соответственно, у каждого рецептора будет иметься два домена:
эффекторный и для связывания лиганда, последний, на последнем, в свою очередь, имеются гидро- и липофильные участки, а присоединение лиганда способствует изменению структуры рецептора.
Наиболее распространенные типы эффекторных механизмов рецепторов:
1. G-белковые рецепторы (Gs, Gi, Gq, G13);
2. Рецепторы ионных каналов;
3. Каталитические рецепторы;
4. Рецепторы, регулирующие экспрессию генов.
Одним из наиболее важных и общезначимых достижений в контексте исследования злоупотребления ПАВ стало определение мишеней для основных видов наркотиков, что является следствием многочисленных работ по разработке методов связывания радиолигандов, изучения биохимической характеристики участков для связывания ЛС, молекулярной биологии клонирования и идентификации данных структур. В таблице 1 приведены основные виды ПАВ и их рецепторы-мишени.
Психоактивные вещества имеют способность как увеличивать, так и уменьшать регуляторные свойства рецепторов (Таблица 2). Данные изменения, которые осуществляются с помощью генетических механизмов, связанны с развитием толерантности к веществам и\или синдромом отмены. Прошлые результаты исследований поддерживали представление о том, что локализация непосредственного клеточного эффекта ПАВ является исключительно гомогенным. Однако на данный момент известно много различных типов взаимодействий между ПАВ и рецептором. Примером, считалось, что у никотина имеется единственный класс центров связывания. Сейчас уже известно о существовании множество различных олигомерных рецепторов, связываемых и активирующихся никотином.
И разнообразие типов рецепторов, и кросс-модальность взаимодействий между наркотическим веществом и рецептором становятся все более и более значимыми. Ранее считалось, что применение наркотиков вызывает изменения в специфических центрах связывания, в механизмах инактивации или в уровнях эндогенных лигандов. На данный момент разнообразие рецепторов НВ вынуждает нас выяснить, происходят ли изменения в структуре рецепторной молекулы или в количестве этих рецепторов на поверхности нейронов. Злоупотребление наркотиками имеет и долгосрочные последствия, обусловленные активацией экспрессии генов в результате действия препарата.
Опиоидная зависимость
Было предложено несколько механизмов для объяснения опиоидной зависимости.
Гипотеза цАМФ. Опиоидные рецепторы действуют путем снижения активности аденилатциклазы, что приводит к снижению уровня внутриклеточного цАМФ. Это было обнаружено Sharma с соавт.,когда они продемонстрировали снижение уровня внутриклеточной цАМФ после добавления морфина к культуре клеток нейробластомы. Тем не менее при продолжающемся воздействии уровень цАМФ возвращается в норму, а при добавлении антагониста опиоидных рецепторов концентрация цАМФ превышает контрольные значения. Это показало, что устойчивость и зависимость возникли на клеточном уровне. Предположительно, процессы адаптации в сигнальном пути цАМФ способствуют появлению устойчивости к опиоидам и зависимости от них. Это было названо гипотезой цАМФ опиоидной зависимости. Хроническое воздействие опиоидов вызвало индукцию аденилатциклазы и протеинкиназы А, но после отмены опиоидов произошло резкое снижение концентрации этих ферментов. Кроме того, было обнаружено, что все три типа опиоидных рецепторов подверглись развитию устойчивости. Также было выяснено, что механизм развития устойчивости к агонистам каппа-рецепторов состоит в разобщении рецептора и G-белка, опосредованном киназой бета-адренергических рецепторов.
Изменения в проводимости ионов. Активация опиоидных рецепторов может изменять проницаемость мембран для ионов калия. Активация протеинкиназы С может ослаблять активность опиоидных рецепторов и влиять на ионную проводимось.
Изменения в эндогенных лигандах. Хроническое употребление морфина вызывает ответное ингибирование синтеза эндогенных опиоидов, которое в дальнейшем ведет к опиоидной зависимости и синдрому отмены. Было показано, что опиоидные агонисты уменьшают экспрессию мРНК проэнкефалинов.
Алкогольная зависимость
ГАМК-ергическая система. При исследовании эффектов алкоголя на ГАМК-опосредованный захват ионов хлора (CL-) в “микромешочках” мозга (изолированные слившиеся мембраны клеток мозга) было обнаружено, что захват CL- увеличился. Таким образом алкоголь мог усилить ГАМК-опосредованное ингибирование нейронов. Каждый рецептор ГАМК состоит из пяти субъединиц, которые образуют канал в центре комплекса. Хроническое употребление алкоголя снизило функцию ГАМКА рецептора, в связи с чем для вызова припадков были необходимы меньшие дозы антагонистов ГАМКА. Единичный прием алкоголя усилил ГАМК-индуцированный ток CL- в микромешочки мозга у мышей, но подобный эффект не возникал после постоянного приема алкоголя. Результаты анализов показали, что постоянное получение крысами алкоголя ведет к снижению уровня мРНК одной из альфа субъединиц рецептора (т.е. альфа 1 субъединицы), а также к снижению уровня белка альфа 1. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что развитие устойчивости связано с уменьшением количества ГАМКА-рецепторов.
Глутаматергическая система. Алкоголь снижает передачу в NMDA-рецепторах глутамата. Было замечено, что экспрессия определенных субъединиц рецепторов NMDA в коре увеличена у людей с алкогольной зависимостью. Отклонения в работе NMDA-рецепторов (оцениваемые по ответу на кетамин) могут способствовать субъективному ответу на прием этанола и увеличивать риск развития алкоголизма.
Серотонинергическая система. Низкие уровни 5-гидроксииндолуксусной кислоты (CSF HIAA) в ликворе ассоциируются с быстрым развитием алкоголизма, агрессивностью и сильной импульсивностью. Существуют данные, что селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (SSRIs) — циталопрам и флукостеин — уменьшают потребление алкоголя. Плотность переносчиков серотонина была ниже в коре алкоголиков (в периколенной и передней поясной коре).
Дофаминергическая система. Хроническое употребление алкоголя было связано с уменьшением активности мезостриальной дофаминергической системы у грызунов и концентрации дофамина и его метаболитов у пациентов-алкоголиков. Снижение функции дофаминергической системы привело к компенсаторным адаптационным изменениям D2-рецепторов (гиперчувствительность и увеличение их количества). Алкоголезависимые пациенты, у которых произошел ранний срыв, имели низкий уровень дофамина и повышенное количество D2-рецепторов. Было предложено использовать этот показатель как биологический маркер риска раннего рецидива у пациентов, страдающих хроническим алкоголизмом. Полногеномный поиск ассоциаций полиморфизма генов нейромедиаторов у алкоголиков-европиоидов показал значительное преобладание полиморфизма гена D2-рецептора (DRD2 TaqI B1 аллель).
Эндоканнабиноидная система. Хронический алкоголизм приводит к снижению количества CB1-рецепторов эндоканнабиноидной системы и их проводящей сигналы системы, а также вызывает увеличение эндогенных каннабиноидов: арахидонилэтаноламида и 2-арахидоноилглицерола. Удаление рецептора CB1 блокирует добровольное потребление алкоголя у крыс. Также антагонист CB1, SR141716, снижает потребление алкоголя среди грызунов.
Система глицина. Рецепторы глицина (GlyR) в прилежащем ядре могут выступать в качестве мишеней для алкоголя при его действии на мезолимбическую дофаминергическую систему. Глицин и стрихнин изменяют внеклеточную концентрацию дофамина в прилежащем ядре, вероятно, через активирование и ингибирование GlyR. Глицин и стрихнин обоюдно влияют на потребление алкоголя среди самцов крыс линии Вистар, в большей степени предпочитающих алкоголь.
Протеомика алкоголизма. Пероксиредоксин, креатинкиназа, белки, связывающие жирные кислоты, — это некоторые белки, экспрессия которых повышена у хронических алкоголиков. Экспрессия синуклеина, тубулина, енолаз, напротив, понижена. Эти белки связаны с нейродегенерацией при хроническом алкоголизме, а некоторые из них совпадают с изменениями при болезни Альцгеймера.
Никотиновая зависимость
Холинергическая система. Никотин воздействует на никотинзависимые холинорецепторы. Разные комбинации альфа и бета субъединиц образуют рецепторы с различным ответом на агонистов и антагонистов. Чувствительность рецептора к агонистам и антагонистам зависит от субъединиц, входящих в состав рецептора. При стимуляции никотиновых рецепторов никотином происходит отключение рецептора. Таким образом, дофаминергическая стимуляция нейронов мезолимбической системы прекращается довольно быстро после воздействия низкой концентрацией никотина. Следовательно, эффекты никотина саморегулируются, и его влияние на поведение не так выражено, как у кокаина. Количество участков связывания изменяется при постоянном употреблении никотина. При отмене никотина у крыс активируется аденилатциклаза в миндалевидном теле. Аденилатциклазная активность стимулируется кальций-кальмодулиновой системой (как и в случае опиоидной и каннабиноидной абстиненции).
ГАМК и метаботропные рецепторы глутамата. 2-метил-6-(фенилэтинил)-пиридин (MPEP), антагонист метаботропного рецептора глутамата подтипа 5 (mGluR5), уменьшил потребление никотина крысами. Таким образом, соединения, увеличивающие ГАМК-ергическую передачу, и mGluR5 антагонисты глутаматных рецепторов могут быть использованы в качестве препаратов, направленных против курения.
Опиоидергическая система. 24-часовое воздержание от приема никотина вызвало значительное увеличение уровня мРНК препроэнкефалинов в гиппокампе и полосатом теле. При предварительном назначении мекамиламина крысам данные эффекты были заблокированы. Предполагается, что опиоидная система мозга вовлечена в передачу сигнала никотина и в возникновение синдрома отмены.
Рост объема наркотических веществ на рынке и их доступность способствуют распространению наркотиков, принявшему за последнее десятилетие катастрофический размах и приобретшему черты социального бедствиям. По данным исследований, в России не менее 6 млн больных наркоманией, а в мире более 200 млн. За последние 10 лет число смертей от наркотиков в нашей стране увеличилось в 12 раз, а среди детей в 42 раза, а в 65% причиной смерти является их передозировка. В попытке объяснить это состояние использовались различные теории, от экономических до психологических. По мере появления возможности исследовать субстрат наркотической зависимости на клеточном и субклеточном уровнях, стало возможным сделать наиболее показательную модель этиологии развития зависимости. Наиболее важным прогрессом, в исследовании клеточного механизма данной патологии, стало более детальное изучение рецепторного механизма для каждого из ПАВ, их взаимодействии в контексте работы целой нейротрансмиттерной системы. Такое углубленное изучение настоящей темы является наиболее важной в контексте идентификации потенциальных мишеней для лечения зависимости, вызываемых алкоголем, агонистами опиоидных рецепторов, каннабисом, никотином и кокаином.
Нейробиологические аспекты зависимости
Наркотическая зависимость – это действительно сложный и долгий патологический процесс, который возникает и продолжается в головном мозге и регулируется различными генетическими, эпигенетическими и факторами внешней среды. Самым важным воспроизводимым открытием в исследовании наркотической зависимости стал тот факт, что злоупотребление ПАВ активирует мезолимбическую дофаминергическую систему, которая усиливает как фармакологические, так и естественные источники системы вознаграждения. Мезолимбическая система состоит из следующих структур:
дофаминергические нейроны (вентральная покрышечная область), их аксоны (терминальные области прилежащих ядер и префронтальная кора).
Психостимуляторы, алкоголь, никотин, опиаты, ТГК - действуют на вышеуказанную систему, что приводит к увеличению синаптических концентраций дофамина. Данные вещества имеются специфические рецепторы в определенных участках головного мозга, конечным эффектом их действия является увеличение уровня дофамина в мезолимбической системе. Известен факт, что основным механизмом работы медиаторной системы является рецептор-опосредованная активность, химические медиаторы, в данном случае, это обычные макромолекулы (часто белки), выполняющие две основные функции:
распознавание и преобразование (трансдукция). Соответственно, у каждого рецептора будет иметься два домена:
эффекторный и для связывания лиганда, последний, на последнем, в свою очередь, имеются гидро- и липофильные участки, а присоединение лиганда способствует изменению структуры рецептора.
Наиболее распространенные типы эффекторных механизмов рецепторов:
1. G-белковые рецепторы (Gs, Gi, Gq, G13);
2. Рецепторы ионных каналов;
3. Каталитические рецепторы;
4. Рецепторы, регулирующие экспрессию генов.
Одним из наиболее важных и общезначимых достижений в контексте исследования злоупотребления ПАВ стало определение мишеней для основных видов наркотиков, что является следствием многочисленных работ по разработке методов связывания радиолигандов, изучения биохимической характеристики участков для связывания ЛС, молекулярной биологии клонирования и идентификации данных структур. В таблице 1 приведены основные виды ПАВ и их рецепторы-мишени.
Психоактивные вещества имеют способность как увеличивать, так и уменьшать регуляторные свойства рецепторов (Таблица 2). Данные изменения, которые осуществляются с помощью генетических механизмов, связанны с развитием толерантности к веществам и\или синдромом отмены. Прошлые результаты исследований поддерживали представление о том, что локализация непосредственного клеточного эффекта ПАВ является исключительно гомогенным. Однако на данный момент известно много различных типов взаимодействий между ПАВ и рецептором. Примером, считалось, что у никотина имеется единственный класс центров связывания. Сейчас уже известно о существовании множество различных олигомерных рецепторов, связываемых и активирующихся никотином.
И разнообразие типов рецепторов, и кросс-модальность взаимодействий между наркотическим веществом и рецептором становятся все более и более значимыми. Ранее считалось, что применение наркотиков вызывает изменения в специфических центрах связывания, в механизмах инактивации или в уровнях эндогенных лигандов. На данный момент разнообразие рецепторов НВ вынуждает нас выяснить, происходят ли изменения в структуре рецепторной молекулы или в количестве этих рецепторов на поверхности нейронов. Злоупотребление наркотиками имеет и долгосрочные последствия, обусловленные активацией экспрессии генов в результате действия препарата.
Опиоидная зависимость
Было предложено несколько механизмов для объяснения опиоидной зависимости.
Гипотеза цАМФ. Опиоидные рецепторы действуют путем снижения активности аденилатциклазы, что приводит к снижению уровня внутриклеточного цАМФ. Это было обнаружено Sharma с соавт.,когда они продемонстрировали снижение уровня внутриклеточной цАМФ после добавления морфина к культуре клеток нейробластомы. Тем не менее при продолжающемся воздействии уровень цАМФ возвращается в норму, а при добавлении антагониста опиоидных рецепторов концентрация цАМФ превышает контрольные значения. Это показало, что устойчивость и зависимость возникли на клеточном уровне. Предположительно, процессы адаптации в сигнальном пути цАМФ способствуют появлению устойчивости к опиоидам и зависимости от них. Это было названо гипотезой цАМФ опиоидной зависимости. Хроническое воздействие опиоидов вызвало индукцию аденилатциклазы и протеинкиназы А, но после отмены опиоидов произошло резкое снижение концентрации этих ферментов. Кроме того, было обнаружено, что все три типа опиоидных рецепторов подверглись развитию устойчивости. Также было выяснено, что механизм развития устойчивости к агонистам каппа-рецепторов состоит в разобщении рецептора и G-белка, опосредованном киназой бета-адренергических рецепторов.
Изменения в проводимости ионов. Активация опиоидных рецепторов может изменять проницаемость мембран для ионов калия. Активация протеинкиназы С может ослаблять активность опиоидных рецепторов и влиять на ионную проводимось.
Изменения в эндогенных лигандах. Хроническое употребление морфина вызывает ответное ингибирование синтеза эндогенных опиоидов, которое в дальнейшем ведет к опиоидной зависимости и синдрому отмены. Было показано, что опиоидные агонисты уменьшают экспрессию мРНК проэнкефалинов.
Алкогольная зависимость
ГАМК-ергическая система. При исследовании эффектов алкоголя на ГАМК-опосредованный захват ионов хлора (CL-) в “микромешочках” мозга (изолированные слившиеся мембраны клеток мозга) было обнаружено, что захват CL- увеличился. Таким образом алкоголь мог усилить ГАМК-опосредованное ингибирование нейронов. Каждый рецептор ГАМК состоит из пяти субъединиц, которые образуют канал в центре комплекса. Хроническое употребление алкоголя снизило функцию ГАМКА рецептора, в связи с чем для вызова припадков были необходимы меньшие дозы антагонистов ГАМКА. Единичный прием алкоголя усилил ГАМК-индуцированный ток CL- в микромешочки мозга у мышей, но подобный эффект не возникал после постоянного приема алкоголя. Результаты анализов показали, что постоянное получение крысами алкоголя ведет к снижению уровня мРНК одной из альфа субъединиц рецептора (т.е. альфа 1 субъединицы), а также к снижению уровня белка альфа 1. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что развитие устойчивости связано с уменьшением количества ГАМКА-рецепторов.
Глутаматергическая система. Алкоголь снижает передачу в NMDA-рецепторах глутамата. Было замечено, что экспрессия определенных субъединиц рецепторов NMDA в коре увеличена у людей с алкогольной зависимостью. Отклонения в работе NMDA-рецепторов (оцениваемые по ответу на кетамин) могут способствовать субъективному ответу на прием этанола и увеличивать риск развития алкоголизма.
Серотонинергическая система. Низкие уровни 5-гидроксииндолуксусной кислоты (CSF HIAA) в ликворе ассоциируются с быстрым развитием алкоголизма, агрессивностью и сильной импульсивностью. Существуют данные, что селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (SSRIs) — циталопрам и флукостеин — уменьшают потребление алкоголя. Плотность переносчиков серотонина была ниже в коре алкоголиков (в периколенной и передней поясной коре).
Дофаминергическая система. Хроническое употребление алкоголя было связано с уменьшением активности мезостриальной дофаминергической системы у грызунов и концентрации дофамина и его метаболитов у пациентов-алкоголиков. Снижение функции дофаминергической системы привело к компенсаторным адаптационным изменениям D2-рецепторов (гиперчувствительность и увеличение их количества). Алкоголезависимые пациенты, у которых произошел ранний срыв, имели низкий уровень дофамина и повышенное количество D2-рецепторов. Было предложено использовать этот показатель как биологический маркер риска раннего рецидива у пациентов, страдающих хроническим алкоголизмом. Полногеномный поиск ассоциаций полиморфизма генов нейромедиаторов у алкоголиков-европиоидов показал значительное преобладание полиморфизма гена D2-рецептора (DRD2 TaqI B1 аллель).
Эндоканнабиноидная система. Хронический алкоголизм приводит к снижению количества CB1-рецепторов эндоканнабиноидной системы и их проводящей сигналы системы, а также вызывает увеличение эндогенных каннабиноидов: арахидонилэтаноламида и 2-арахидоноилглицерола. Удаление рецептора CB1 блокирует добровольное потребление алкоголя у крыс. Также антагонист CB1, SR141716, снижает потребление алкоголя среди грызунов.
Система глицина. Рецепторы глицина (GlyR) в прилежащем ядре могут выступать в качестве мишеней для алкоголя при его действии на мезолимбическую дофаминергическую систему. Глицин и стрихнин изменяют внеклеточную концентрацию дофамина в прилежащем ядре, вероятно, через активирование и ингибирование GlyR. Глицин и стрихнин обоюдно влияют на потребление алкоголя среди самцов крыс линии Вистар, в большей степени предпочитающих алкоголь.
Протеомика алкоголизма. Пероксиредоксин, креатинкиназа, белки, связывающие жирные кислоты, — это некоторые белки, экспрессия которых повышена у хронических алкоголиков. Экспрессия синуклеина, тубулина, енолаз, напротив, понижена. Эти белки связаны с нейродегенерацией при хроническом алкоголизме, а некоторые из них совпадают с изменениями при болезни Альцгеймера.
Никотиновая зависимость
Холинергическая система. Никотин воздействует на никотинзависимые холинорецепторы. Разные комбинации альфа и бета субъединиц образуют рецепторы с различным ответом на агонистов и антагонистов. Чувствительность рецептора к агонистам и антагонистам зависит от субъединиц, входящих в состав рецептора. При стимуляции никотиновых рецепторов никотином происходит отключение рецептора. Таким образом, дофаминергическая стимуляция нейронов мезолимбической системы прекращается довольно быстро после воздействия низкой концентрацией никотина. Следовательно, эффекты никотина саморегулируются, и его влияние на поведение не так выражено, как у кокаина. Количество участков связывания изменяется при постоянном употреблении никотина. При отмене никотина у крыс активируется аденилатциклаза в миндалевидном теле. Аденилатциклазная активность стимулируется кальций-кальмодулиновой системой (как и в случае опиоидной и каннабиноидной абстиненции).
ГАМК и метаботропные рецепторы глутамата. 2-метил-6-(фенилэтинил)-пиридин (MPEP), антагонист метаботропного рецептора глутамата подтипа 5 (mGluR5), уменьшил потребление никотина крысами. Таким образом, соединения, увеличивающие ГАМК-ергическую передачу, и mGluR5 антагонисты глутаматных рецепторов могут быть использованы в качестве препаратов, направленных против курения.
Опиоидергическая система. 24-часовое воздержание от приема никотина вызвало значительное увеличение уровня мРНК препроэнкефалинов в гиппокампе и полосатом теле. При предварительном назначении мекамиламина крысам данные эффекты были заблокированы. Предполагается, что опиоидная система мозга вовлечена в передачу сигнала никотина и в возникновение синдрома отмены.
