الكيمياء وعلم الأحياء من الإشارات Orexin (2010)

انتقل إلى:

ملخص

و orexins (تسمى أيضا hypocretins) هي neuropeptides التي تم اكتشافها لأول مرة في 1998 من قبل مجموعتي بحث مستقلتين^{1, 2}. مشتق من Orexins A (الأحماض الأمينية 33) و B (الأحماض الأمينية 28) من بولي ببتيد واحد قبل الموالية orexin³. يتوسطون تصرفاتهم من خلال التفاعل مع اثنين من GPCRs وثيقة الصلة تسمى Orexin Receptor 1 و 2 (OxR1 و OxR2). يقوم OxR1 بربط Orexin A مع تقارب 100-fold أعلى من Orexin B في حين يقوم OxR2 بربط كل من الببتيدات بنفس التقارب تقريباً. يتم إنتاج الأوروتينات بواسطة عصبونات متخصصة في منطقة ما تحت المهاد ، والتي تصل إلى العديد من مناطق الدماغ المختلفة^{4, 5}.

كما سيتم استعراضها بإيجاز أدناه ، فإن الدراسات الفسيولوجية على مدى السنوات العشر الماضية قد اشارت إلى أن orexin يشير إلى لعب دور مركزي في مجموعة متنوعة من العمليات البيولوجية الهامة ، بما في ذلك التغذية ، واستتباب الطاقة ، ودورات النوم / الاستيقاظ ، والإدمان ومكافأة البحث ، من بين آخرين⁶. هناك أدلة واضحة على وجود عيوب في إشارات orexin التي تشارك في السمنة الناجمة عن النظام الغذائي ومرض السكري^{7, 8}، حالة الخدار^{9, 10}اضطراب القلق الذعر¹¹، إدمان المخدرات¹² ومرض الزهايمر¹³. وبالتالي ، هناك اهتمام كبير في صناعة الأدوية في تطوير مركبات قوية للتلاعب في إشارة orexin. يتم مراجعة التقدم الأخير في فهم ومعالجة إشارات orexin هنا.

Orexin يشير في تنسيق النوم والتغذية

أفضل دور تفهم الإشارات orexin هو تنسيق التغذية والنوم. ويرتبط مستوى إنتاج orexin في منطقة ما تحت المهاد عكسيا مع مستويات الجلوكوز في الدم ¹⁴. تستحث إشارات Orexin ، على الأقل في المدى القصير ، إحساسًا بالجوع وتحفز سلوك التغذية ، ربما من خلال تنشيط الخلايا العصبية في الدماغ التي تنتج النيوروببتيد Y والهرمونات ذات الصلة وظيفيًا. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر إشارات orexin عنصرا رئيسيا في إحداث حالة من اليقظة في الثدييات^{9, 15}. وبعبارة أخرى ، فإن إشارات الأويكسين تنص على أنه عندما تكون الحيوانات جائعة ، فهي أيضا مستيقظة ، ولكن عندما تكون مشبعة ، فإنها يمكن أن تكون نائمة. وهذا من شأنه أن يجعل الحس الفسيولوجي جيدًا لأن الحيوانات تريد أن تتغذى على الطعام ، لا أن تنام ، عندما تكون جائعة.

يؤدي الاجتثاث الوراثي لجين الأوريكسين أو المستقبِل في القوارض إلى تشابه ملحوظ مع الخدار البشري مع الجمدة ، حيث يعاني الحيوان من تداخل غير ملائم للنوم في وقت الاستيقاظ الطبيعي ، بما في ذلك الانهيار في لحظات غريبة⁹. وينطبق الشيء نفسه على الكلاب مع طفرة معطلة في الجين التعبير OxR2¹⁰. معظم ، وليس كل ، الخدارات البشرية ، على الرغم من أنها لا تحمل طفرات في الجينات التي تكوّد الأوريكسين ومستقبلاتها ، إلا أنها تفتقر إلى الأويكسين القابل للكشف. ويعتقد أن هذا يرجع إلى هجوم المناعة الذاتية على الخلايا العصبية المنتجة للأوركسين في الدماغ^{16, 17}. ومع ذلك ، فإن هذا النموذج المناعي الذاتي الخاص بحالات الخدار عند الإنسان لا يزال غير مثبت ، ولا يُعرف شيئًا عن طبيعة تفاعل المناعة الذاتية المفترض.

وهكذا تتنبأ البيولوجيا المعروفة لإشارات الأوريكسين بأن المنبهات OxSt2 المخترقة للمخ يجب أن تحفز اليقظة وقد تكون مفيدة في علاج الخدار. وقد نشر ياناجيساوا وزملاؤه دليلاً على التجارب المفاهيمية التي تدعم هذه الفكرة¹⁸. أظهروا أن الحقن المباشر داخل الجمجمة لالببتيد أويكسين في أدمغة القوارض التي تعاني من نقص الأوكسين أدى إلى حالة من اليقظة المتزايدة. على العكس من ذلك ، يمكن استخدام مضادات مستقبلات orexin لعلاج الأرق¹⁹، على الرغم من التحريض ممكن من cataplexy ، ينظر في الحيوانات والبشر مع نقص orexin المزمن ، هو مصدر قلق (الأشعة تحت الحمراء).

الإشارات Orexin في السلوكيات الإدمانية وغيرها من الأمراض

إن إنسولا هي منطقة دماغ معروف أنها تشارك في تطوير الحوافز والرغبة الشديدة ، وهي تشارك بشكل عام في سلوك المكافأة²⁰. إن الضرر الذي يلحق بهذه المنطقة من الدماغ يؤدي إلى انخفاض مذهل في حافز المدخنين لمواصلة هذه العادة²¹. في المقابل ، من المعروف أن الامتناع عن التدخين في مدخني السجائر ينشط العصيدة²². ويبدو أن نفس المنطقة من الدماغ تشارك في سلوك البحث عن المكافأة ، بالإضافة إلى المورفين والكوكايين والكحول. الخلايا العصبية المنتجة لل Orexin يعصبها بشكل مكثف هذه المنطقة من الدماغ ويشير إشارة orexin دورا رئيسيا في هذه السلوكيات^23-25. على سبيل المثال ، إدارة المضاد الانتقائي OxR1 SB-334867 (انظر الشكل 5) انخفاض كبير في حملة القوارض على حقن نفسها بنفسها بالنيكوتين¹². تم الحصول على نتائج مماثلة لمركبات إدمانية أخرى. ومن المثير للاهتمام ، في دراسة النيكوتين ، أن الحصار الصيدلاني لـ OxR1 لم يقمع بشكل كبير تناول الطعام ، والذي يعتقد أنه ، إلى جانب اليقظة ، يتم توسطه في الغالب بواسطة OxR2. وهكذا ، فإن البيانات ما قبل السريرية في القوارض تشير بقوة إلى أن المضادات الانتقائية OxR1 قد تكون مثيرة للاهتمام لمكافحة المخدرات من الإدمان.

 

الشكل 5

هياكل مضادات مستقبلات orexin التي طورتها Glaxo Smith Kline (GSK) و Merck.

كما تبين مؤخرا أن إشارات Orexin تشارك في نوبات الهلع والقلق¹¹. باستخدام نموذج جرذ يتم فيه حدوث نوبات الهلع من خلال معالجة الحيوان بشكل مزمن مع مثبط تخليق GABA متبوعًا بعلاج حاد مع لاكتات الصوديوم ، تم إثبات أن حصار SB-334867 بوساطة OxR1 أو إسكات siRNA من إنتاج orexin بقوة يمنع نوبات الهلع في هذا النموذج. وعلاوة على ذلك ، فإن الأشخاص الخاضعين لنوبات الذعر لديهم مستويات مرتفعة من الأوريكسين في السائل المخي الشوكي (CSF) ¹¹، بما يتفق مع دور الإشارات أوريكسين في اضطرابات القلق البشري.

في الآونة الأخيرة ظهر تقرير يربط دورة النوم / الاستيقاظ بمرض الزهايمر¹³. على وجه التحديد ، فقد تبين أن تراكم amyloid بيتا ، وهو السمة المميزة للمرض ، ويرتبط مع اليقظة. على سبيل المثال ، زاد الحرمان من النوم المزمن مستويات بيتا اميلويد في CSF للحيوان. ومن المثير للاهتمام أن تناول مضادات مستقبلات الأوركسين SB-334867 قد خفض مستويات هذه المادة العصبية المتوسطة. وبالتالي ، فمن الممكن أن يكون نظام المعالجة المناسب مع مضادات الـ OxR علاجًا فعالًا لإبطاء تطور مرض الزهايمر ، إذا تم تشخيصه في وقت مبكر بما فيه الكفاية.

الإشارات Orexin في توازن الطاقة ، والسمنة الناجمة عن النظام الغذائي ومرض السكري

هناك أدلة ظرفية تشير إلى أن orexin يشير إلى أهمية في توازن الطاقة. على سبيل المثال ، يُظهر الإنسان الخافق في الأوركسين مؤشر كتلة جسم أعلى من الأفراد المصابين بالخدار بمستويات طبيعية من الأوركسين²⁶. الاستئصال الوراثي للخلايا العصبية orexin في الفئران يؤدي إلى الحيوانات السمينة²⁷ وتطور هذه الفئران أيضًا مقاومة للأنسولين مرتبطة بالعمر⁷. يبدو أن هذه النتائج غير منطقية في أن التحريض الدوائي للإشارات الخاصة بالأوريكسين يعزز بشكل كبير سلوك التغذية¹. هذا يشير إلى أن الآثار على المدى القصير وعلى المدى الطويل من إشارات الأوريكسين على توازن الطاقة تختلف.

في الآونة الأخيرة ، تم توضيح هذه المنطقة من بيولوجيا الأوريكسين عن طريق دراسة تاريخية أظهرت بشكل قاطع أن إشارة الأويكسين تعارض بشدة السمنة الناجمة عن النظام الغذائي والتطور اللاحق لمقاومة الأنسولين في القوارض⁸. وقد تبين أن التعبير المزمن عن الجين orexin أو الحث الدوائية لمستقبل الأوركسين قد منع بشكل كامل تقريبا تطور السمنة ومقاومة الأنسولين في الفئران التي غذيت غذاء عالي الدهون. وقد تبين أن هذا يرجع إلى حد كبير إلى زيادة نفقات الطاقة ، على الرغم من عدم وجود أي تغيير في حاصل التنفس ، وهو مؤشر غير مباشر على استخدام الكربوهيدرات مقابل استخدام الدهون. التحفيز المزمن من اشارات orexin خفضت أيضا استهلاك الأغذية. أشارت مجموعة متنوعة من التجارب الوراثية والدوائية إلى أن معظم هذا التأثير تم بوساطة الإشارات من خلال OxR2 ، وليس OxR1. وأخيرًا ، فإن النتيجة المدهشة لهذه الدراسة هي أن التحفيز المزمن لإشارات الأوريكسين ليس له أي تأثير على الفئران التي تفتقر إلى الليبتين. هذه الحيوانات ، عندما تتغذى على نظام غذائي غني بالدهون ، لا تزال تعاني من الحساسية ومقاومة الأنسولين حتى عند التعامل مع ناهض مستقبلات الأوركسين. وهكذا ، يبدو أن التأثير الوقائي للأوريكسين متأصل في تحسين حساسية اللبتين. هذه الدراسة لها آثار علاجية واضحة في علاج السمنة الناجمة عن النظام الغذائي ومرض السكري.

على الرغم من أن هذه الدراسة أشارت في الغالب إلى وجود إشارات من خلال OxR2 باعتبارها مهمة بالنسبة للنمط الظاهري المقاوم للسمنة ، فقد لوحظت بعض التأثيرات التداخلية مع OxR1⁸. وجد الباحثون أن الاجتثاث الجيني لـ OxR1 وحده محمي ضد ارتفاع السكر في الدم الذي يسببه ارتفاع نسبة الدهون ، ولكن ليس السمنة. هذا يدل على أن orexin الإشارات من خلال OxR1 عن طريق المستويات الفسيولوجية الطبيعية من orexin تلعب دورا متساهلا في تطوير مقاومة الانسولين التي يسببها النظام الغذائي في العمر أو الدهون عالية. ومع ذلك ، في السيناريو غير الفسيولوجية من orexin المستمر على التعبير عن طريق transgene ، كل من OxR1- و OxR2 حماية بوساطة ضد تطور مقاومة الأنسولين على النظام الغذائي عالي الدهون. تشير هذه المجموعة المعقدة من النتائج فيما يتعلق بـ OxR1 إلى أن المستقبِل يلعب أدوارًا مختلفة في ظل ظروف التعبير العادي و supraphysiological orexin ، أو أن المستقبِل يتوسط تأثيرًا فسيولوجيًا مختلفًا يمكن أن يعزز أو يعارض تطور فرط أنسولين الدم ، وأن "الفائز" هذه الآثار المتنافسة تختلف تبعا لمستوى orexin أو توقيت ومدة تشويرها.

اقتران تأثير orexin إلى إشارة leptin مثير للاهتمام فيما يتعلق بدراسة أخرى نُشرت مؤخرًا ووجد فيها أن مستويات supraphysiological من الليبتين تسمح للقوارض بالسكري التي تفتقر تمامًا إلى الأنسولين لتزدهر ²⁸. في السابق ، كان اللي leتين معروفًا بخفض مستوى الجلوكوز في الدم عن طريق تقوية مستويات متبقية من الأنسولين الداخلي في الجرذان المصابة بدواء الستربتوزوتوسين المصابة بنقص الأنسولين الجزئي. ²⁹. ومع ذلك ، فإن الفكرة القائلة بأن الليبتين لوحده يمكن أن ينقذ الحيوانات التي تعاني من نقص في الأنسولين من أعراض مرض السكري لم يتم اختبارها أبداً ، وقد جاءت هذه النتيجة كمفاجأة كبرى. إن النمط الظاهري المماثل الناجم عن المعالجة المزمنة للحيوانات بمستويات supraphysiological من orexin و leptin ، إلى جانب اكتشاف أن orexin يعمل على ما يبدو من خلال تحسين حساسية الليبتين ، يقود المرء إلى التساؤل عما إذا كانت هاتان الدراستان هما وجهان مختلفان للعملة نفسها وأن التحفيز قد تكون مسارات الإشارة في orexin / leptin في الواقع واعدة للغاية لعلاج مرض السكري من النوع الأول أو النوع الثاني.

هل تؤثر إشارات orexin في المحيط؟

ويعتقد أن معظم آثار الإشارات orexin الموضحة أعلاه تحدث في منطقة ما تحت المهاد. أدوار إشارة orexin ، إن وجدت ، خارج الجهاز العصبي هي مثيرة للجدل. تم الكشف عن التعبير عن الأوروتينات ومستقبلاتها في الأنسجة المحيطية المختلفة ، بما في ذلك الأمعاء والبنكرياس والكلى والغدة الكظرية والأنسجة الدهنية والجهاز التناسلي ^30-33، ولكن دليل وظيفي لدور إشارات orexin في المحيط أمر نادر الحدوث.

أظهرت دراسة حديثة أن معدل حدوث خلايا OxR1 للتعبير في الجزر البنكرياسية يزداد مع ارتفاع سكر الدم الذي يسببه الستربتوزوتوسين (STZ) في الجرذان ، ويتشارك مع glucagon³⁴. وعلاوة على ذلك ، مشترك مع caspase-xnumx co-localized immunochemically مع OxR3 في الجزر. من ناحية أخرى ، أظهرت الحيوانات التي تفتقر إلى الأوركسين أن انخفاض نسبة السكر في الدم وتحمل الغلوكوز أفضل من الحيوانات البرية. هذه النتائج تشير إلى أن orexin الإشارات من خلال OxR1 في البنكرياس قد تسهم في موت الخلايا المبرمج للخلية بيتا وتطوير مرض السكري في الاستجابة للعلاج STZ. في حين أن الاتصال ضعيف ، فمن الممكن أن هذا التأثير يمكن أن يفسر ملاحظات Funato ، وآخرون ، المذكورة أعلاه ، أن الاجتثاث الجيني لـ OxR1 كان وقائيا ضد ارتفاع السكر في الدم الذي يسببه ارتفاع نسبة الدهون في الدم و hyperinsulinemia⁸.

تتالي orexin تتالي

في حين تم دراسة إشارات الأويكسين بشكل مكثف على المستوى الفسيولوجي ، كان هناك جهد أقل بكثير لتوصيف الأحداث داخل الخلايا الناجمة عن ارتباط هرمونات الأوركسين بمستقبلاتها. من المعروف أن ربط الهرمون بمستقبلاته يؤدي إلى تدفق الكالسيوم إلى جانب تنشيط إرك ³⁵. تقترن المستقبلات أيضًا بمسار ممدود phospholipase C (PLC) يُطلق مخازن الكالسيوم داخل الخلايا.

تم الإبلاغ عن التحليل الأكثر شمولاً لبرامج النسخ الجيني الناتجة عن إشارات orexin في 2007 ³⁶. استعملت هذه الدراسة توصيفًا عالميًا للتعبير الجيني لتحديد الجينات بقوة أعلى أو أدنى مرتبة في خلايا HEK293 التي تعبر بشكل ثابت عن OxR1. تم العثور على جينات 260 بالتنظيم و 64 خاضعًا للتنظيم مرتين أو أكثر عند أخذ عينات كل ساعتين وأربع ساعات بعد تحفيز orexin. أشارت الشروح الجينية إلى أن حوالي نصف الجينات عالية التنظيم كانت تشارك في نمو الخلايا (30٪) أو التمثيل الغذائي (27٪). أدرج تحليل مسار باستخدام برنامج Ingenuity التجارية العديد من المسارات التي يتم تنظيمها من خلال إشارات orexin (الشكل 1). وكانت أبرز مسارات الإشارات TGF-β / Smad / BMP ، و FGF ، و NF-kB ، ومسارات تأشير الأكسجين هي الأبرز. ركزت هذه الدراسة بالتفصيل على مسار نقص الأوكسجين ، والذي كان "ضربة" غريبة في هذه الدراسة منذ أن تم زرع الخلايا تحت ظروف طبيعية. ومع ذلك ، فإن عامل النسخ Hypoxia-Inducible Factor 1-α (HIF-1α) ، والذي كان معروفًا سابقًا بارتفاعه استجابةً لنقص الأكسجة ، وكثير من جيناته المستهدفة تم تحفيزه بشكل كبير من خلال علاج الأكسجين. في الخلايا السرطانية نقص الأكسجة ، حيث تمت دراسة عمل HIF-1α على أفضل وجه ، فإنه يشترك مع HIF-1β لتشكيل عامل نسخ غير متجانس (HIF-1) الذي يقود إعادة برمجة الأيض الخلوي³⁷. على وجه الخصوص ، فإنه ينظم على نطاق واسع تنظيم استيراد الجلوكوز وتحلل السكر ، وله مواقع ملزمة أمام معظم الجينات المعنية في هذه الأحداث. في خلايا نقص الأكسجين ، يعمل HIF-1 على تحويل منتج التحلل السكري ، البيروفات ، إلى إنتاج اللاكتات بدلاً من التحويل إلى الأسيتيل -CA والدخول في دورة TCA والفسفرة المؤكسدة. ويتم ذلك ، على الأقل جزئيًا ، من خلال التنظيم المرتفع المعتمد على HIF-1 للتعبير عن إنزيم dehydrogenase A (LDH-A) ، وهو الإنزيم الذي يتوسط تحويل البيروفات إلى اللاكتات ، بالإضافة إلى كيندات ديهيدروجيناز البيروفات ( PDHK) ، الذي يعطل PDH ، الإنزيم الذي يتوسط تحويل البيروفات إلى الأسيتيل Co-A (انظر الشكل 2). ولكن من المدهش أن الخلايا المعالجة بالأوريكسين قد دفعت معظم تدفقها الأيضي عبر دورة TCA والفسفرة التأكسدية. ³⁶، مما أدى إلى إنتاج معزّز بقوة من ATP ، ومن المفترض أن تكون الوسائط الوسطية الحيوية الأخرى مرافقة لتنشيط هذه المسارات. من غير المعروف كيف يمكن أن يحث كل من إشارات orexin ونقص الأكسجين نشاط HIF-1α ، ومع ذلك يتم تنشيط مجموعة فرعية فقط من الجينات التي ينشطها عامل النسخ في نقص الأكسجة في الخلايا المعالجة بالأوريكسين.

 

الشكل 1

ملخص نتائج تحليل التعبير الجيني لتأثير orexin على الخلايا معربا عن مستقبلات orexin 1. أعلى: مخطط دائري يلخص الوظائف المشروحة للجينات المتأثرة بشكل كبير عن طريق إشارات orexin. أسفل: مسارات الإشارات المقترحة ...

 

التين 2

موجز تخطيطي للتأثير الرئيسي للإشارات orexin على استقلاب الجلوكوز. OxSig = orexin signaling. يمثل البيضاوي البرتقالي ناقل الجلوكوز. تشير الأسهم إلى تحفيز العملية المشار إليها ، وتمثل الخطوط العمودية ...

دراسات متوازية من شرائح المهاد التي تم الحصول عليها من النوع البري أو الفئران SNR1 الضربة القاضية عموما اتفق مع هذه الاستنتاجات والتحقق من صحة أن الآثار ينظر إليها كانت نتيجة إشارات orexin ³⁶. في بعض النواحي ، هذه النتيجة جذابة من حيث أنها تفسر لغزًا في فهمنا لبيولوجيا الأوريكسين على المستوى الفسيولوجي. إذا كنا مساويًا لحالة من اليقظة مع نشاط استقلابي عصبي مرتفع ، والذي يبدو معقولًا ، فمن الغريب أن يحدث هذا عندما يتم استغراق الدماغ في مستويات منخفضة من الجلوكوز. لذلك ، من المنطقي أن يتطلب اليقظة تجاوز هذا الوضع من خلال آلية تزيد من كفاءة امتصاص الجلوكوز ومعالجته. كما يبدو أن تنظيم الأيض الخلوي بوساطة الأوريكسين يتناسب مع ملاحظة زيادة الإنفاق على الطاقة ومقاومة السمنة الناجمة عن الحمية الغذائية عالية الدهون. ⁸. ومع ذلك ، فمن المهم أن نتذكر أن هذه الدراسة ركزت على خلايا التعبير عن OxR1 وشرائح الخلايا العصبية التي تم الحصول عليها من الفئران من النوع البري أو OxR1. ويعتقد الآن أن الاستيقاظ والمقاومة للسمنة الناجمة عن النظام الغذائي ، كما ذكر أعلاه ، هي أكثر من تأثير الإشارات بوساطة OxR2. قد يكون أن الممرات الملاحظة أكثر صلة بسلوك المكافأة والعمليات الأخرى التي يبدو أنها تهيمن عليها إشارة OxR1-mediated. سيكون هناك حاجة إلى المزيد من العمل في أنواع وأنواع الخلايا المختلفة لفرز هذه القضايا. لكن الفكرة التي تشير إلى أن orexin يشير إلى أن المنظم الرئيسي لعملية استقلاب الطاقة هو نموذج مثير للاهتمام سيوجه الدراسات المستقبلية.

هل يشير orexin إلى أهمية في السرطان؟

توحي النتيجة التي تشير إلى أن إشارة orexin قادرة على توربو شحن استهلاك الجلوكوز صلة محتملة لانتشار الخلايا في الخلايا الانقسام وبالتالي إلى السرطان. ومع ذلك ، تشير النتائج المنشورة أعلاه إلى أن orexin يمكن أن يحفز استقلاب الطاقة المؤكسدة ³⁶، في حين أن العديد من الخلايا السرطانية توظف تحلل السكر اللاهوائي بالنسبة لمعظم التمثيل الغذائي ³⁸. أحد الاحتمالات هو أن الخلايا السرطانية التي تستخدم عملية الأيض التأكسدي يمكن أن تستخدم إشارة التشتيت في طريقة الأوتوقراطية أو الباراكرين لتحفيز الأيض والانتشار ، وإذا كان الأمر كذلك ، فإن مضادات مستقبلات الأويكسين ستكون خيارات علاجية مثيرة للاهتمام. من ناحية أخرى، إذا أوركسين إشارات قوات تدفق التمثيل الغذائي من خلال TCA والفسفرة التأكسدية مسارات على حساب تحلل اللاهوائي، ثم تفعيل هذا المسار قد تكون سامة للخلايا السرطانية "مدمنة" لنمط الحياة حال السكر.

هناك بعض المؤشرات الدالة على دور إشارات orexin في الخلايا السرطانية ، وكما قد يتنبأ المرء من التحليل أعلاه ، فإن تأثير إشارات orexin يبدو مختلفًا في أنواع مختلفة من الخلايا السرطانية. على سبيل المثال ، تثبط الأوروتينات نمو الخلايا عن طريق إحداث موت الخلايا المبرمج في سرطان القولون البشري ، وخلايا ورم الخلايا العصبية ، وخلايا ورم البنكرياس الفئران. ³⁹. من ناحية أخرى ، التعبير عن OxR1 و OxR2 أعلى في الأورام الغدية من القشرة الكظرية الطبيعية. يمكن لـ Orexin A و B تحفيز تكاثر الخلايا في هذه الخلايا وكانت التأثيرات أكثر وضوحًا في الخلايا الغدية المثريَّة من الخلايا الطبيعية القشرية. ⁴⁰. على الرغم من أن هذه التقارير مثيرة للاهتمام ، إلا أن فهمنا لأهمية الإشارة إلى orexin في السرطان ، إن وجدت ، هو في مهدها ، وسيتطلب المزيد من العمل لتحديد ما إذا كانت مستقبلات orexin أو المستجيبات النهائية لمسار الإشارة تمثل أهدافًا قابلة للحياة من أجل العلاج الكيميائي للسرطان. .

السيطرة الدوائية من الإشارات Orexin

تشير البيولوجيا التي تمت مراجعتها أعلاه إلى أن المنشطات ، والخصوم ، و potentiators من إشارات orexin يمكن أن تكون ذات أهمية كبيرة سريريا. على سبيل المثال ، يجب علاج علاج الخدار و cataplexy الناجمة عن عدم وجود إنتاج orexin باستخدام ناهض مستقبلات orexin. من ناحية أخرى ، يجب معالجة سلوك الإدمان باستخدام مضاد لمستقبلات الأوريكسين. يمكن مكافحة السمنة التي يسببها النظام الغذائي ومرض السكري مع ناهض مستقبلات orexin أو ربما potentiator إيجابية allosteric. قامت العديد من شركات الأدوية الكبرى بتطوير جزيئات تستهدف مستقبلات الأوركسين ⁴¹.

مضادات مستقبلات أوريكسين

بما أن إشارة الأويكسين في الدماغ تعزز اليقظة ، فمن المنطقي أن الحصار الصيدلاني لهذا المسار يجب أن يؤدي إلى النعاس وبالتالي قد تكون مضادات مستقبلات الأويكسين أدوية مفيدة لعلاج الأرق. ومع ذلك ، سيكون مصدر قلق رئيسي هو تحريض الجمدة. في الواقع ، فإن السؤال المركزي في تطوير مضادات مستقبلات orexin مفيدة علاجيا هو ما إذا كان تثبيط الدوائية العابرة لمستقبل orexin سوف phenocopy phenotype الخانق و cataplectic من نقص orexin المزمن.

وتؤكد البيانات السريرية والإكلينيكية المتوفرة حتى الآن أن الإجابة "لا". معظم البيانات تأتي من دراسات المروريكسانت (الشكل 3. المعروف أيضا باسم ACT-078573) ، الذي يتم تطويره من قبل Actelion Pharmaceuticals لعلاج الأرق. Almorexant هو patrahydroisoquinoline المتاحة شفويًا الذي يعادي كل من OxR1 و OxR2. نشرت Actelion دراسة أولية في أوائل 2007 التي أفادت نجاح العلاج من الجرذان والكلب والإنسان مع مروريكسانت أو ناهض مستقبلات GABA الكلاسيكية ، الزولبيديم ¹⁹. تم إثبات أن الموركسنت آمن و جيد التحمل في هذه الدراسة. انها تسببت علامات فيزيولوجية ذاتية وموضوعية للنوم. في تجارب الفئران ، ثبت أن المكوركسانت تسبب كلا من نوم غير حركة العين السريعة و حركة العين السريعة. هذا أمر مهم في أن الزولبيديم لا يحفز نوم الريم. الأهم من ذلك ، لوحظت أي علامات على الجمدة في أي من الحيوانات التجريبية أو المرضى من البشر.

 

الشكل 3

موجز لتطوير المروريكانت ، المرشح السريري لعلاج الأرق ، والمركبات ذات الصلة مع انتقائية مختلفة لمستقبلات أويكسين.

في نهاية 2009 ، أعلنت Actelion الانتهاء من دراسة موسعة للمرحلة الثالثة من العلاج لمدة أسبوعين من البالغين والمسنين الذين يعانون من الأرق المزمن الأساسي. تدعي الشركة أن نقطة النهاية الأولية للتجربة ، الفعالية الفائقة للموركسانت على الدواء الوهمي ، قد تم الوفاء بها ، وكذلك العديد من نقاط النهاية الثانوية (انظر http://www1.actelion.com/en/our-company/news-and-events/index.page?newsId=1365361). ومع ذلك ، ذكر خط خفي في البيان الصحفي أنه "... تم تقديم ملاحظات سلامة معينة تتطلب مزيدًا من التقييم والتقييم في دراسات المرحلة الثالثة على المدى الطويل". سيكون من المثير للاهتمام معرفة معنى ذلك عندما تصبح البيانات متاحة.

كان المروريكانت نتيجة لبرنامج تطوير شامل بدأ مع tatrahydroisoquinoline 1 (الشكل 3) ⁴². نشأ هذا المركب كضربة أولية من شاشة إنتاجية عالية باستخدام اختبار الكالسيوم المعتمد على FLIPR في خلايا المبيض الصينية (CHO) التي تعبر عن مستويات عالية من OxR1 البشرية أو OxR2. لاحظ أن المجمع 1 هو انتقائي إلى حد ما ل OxR1. في الواقع ، أنتج هذا البرنامج الطبي العديد من المركبات القوية المختلفة ، وبعضها كان مضادات مستقبلات مزدوجة ، في حين كان بعضها مثبطات انتقائية بشكل معقول إما OxR1 أو OxR2 (انظر الشكل 3). لوحظت تقلبات كبيرة في درجة الانتقائية نتيجة لتغييرات هيكلية متواضعة. على سبيل المثال ، استبدال واحدة من مجموعات methoxy في حلقة "العطرية العلوية اليسرى" من 1 مع الأثير الآيزوبروبيل أدى إلى مضادات محددة OxR1 تماما. تباين آخر مثير للاهتمام هو مركب 3، والتي هي انتقائية بدلا من OxR2 ، ولكن يشارك العديد من الميزات الهيكلية مع Almorexant المضاد المزدوج. لسوء الحظ ، لا توجد بيانات هيكلية حول مستقبلات الأوركسين ، وبالتالي فإن الأساس الجزيئي لهذه الانتقائية غير معروف.

و tetrahydroisoquinolines بعيدة عن مضادات مستقبلات orexin الوحيدة المبلغ عنها. على سبيل المثال ، أبلغ Actelion عن مركبات منفصلة بنيوياً مثل السلفوناميدات 4 و 5، والتي هي مضادات انتقائية قوية و OxR2 ، على التوالي (الشكل 4) ⁴³. من خلال التفتيش على المنشآت، والتي تشمل نواة الجلايسين تعديل للغاية، هو واحد يميل إلى استنتاج أن tetrahydroisoquinolines والسلفوناميدات قد تحتل المواقع على مستقبلات متداخلة، ولكن على حد علمنا، وهذا لم يتم اختباره.

 

الشكل 4

هياكل غيرها من مضادات مستقبلات الأوركسن التي طورتها شركة Actelion Pharmaceuticals.

ذكرت GSK واحدة من أول مستقبلات orexin ، SB-334867 ^44-46 (الشكل 5) ، وهو مركب انتقائي نسبياً لـ OxR1 ويظل "مركب الأدوات" الأكثر استخدامًا في مختبرات الأبحاث التي تدرس بيولوجيا الأويكسين. كما أبلغوا عن قريب قريب نسبيا من SB-334867 ، 6، والذي يتضمن وحدة البرولين ، مع قوة أفضل بكثير ضد كل من المستقبلات ، ولكن مع الاحتفاظ بالانتقائية OxR1 معقولة ⁴⁷. لقد تم التكهن بذلك 6 قد يكون قريبًا قريبًا لمركب من البنية غير المعروفة التي أخذتها GSK في التجارب الإكلينيكية لعلاج الأرق المسمى SB-674042 ⁴¹. أعلنت شركة GSK عن تطور هذا المركب إلى المرحلة الثانية من التجارب السريرية في 2007 ، ولكن لم تتوفر أي بيانات سريرية أخرى على علمنا.

طور فريق شركة ميرك مضادات مستقبلات orexin المحتوية على البرولين ⁴⁸. مركب 7 (الشكل 5) نشأت من شاشة عالية الإنتاجية وأثبتت قوة ممتازة في المختبر ضد OxR2 فضلا عن نشاط متواضع ضد OxR1 ، ولكن في الجسم الحي أظهرت ضعف حاجز الدم الدماغي في الدم. تم العثور على هذا ليكون نتيجة لكونه ركيزة لبروتين سكري. وجدوا أن هذه المشكلة يمكن تخفيفها عن طريق ميثيل من النيتروجين بنزيميدازول ^{41, 48}. مركب 8والذي يحتوي أيضًا على حلقة فينيل بدلاً من شق البيرول في الربع العلوي الأيمن للجزيء ، وهو مضاد مستقبلات قوي قوي مع اختراق ممتاز لحاجز الدم في الدماغ. 8 وقد تبين أن تنشط في الفئران.

أبلغت شركات الأدوية الأخرى عن وجود بعض المركبات ذات النشاط المخبري ضد مستقبلات الأوركسين ، ولكن لن يتم مراجعتها هنا.

من المغري أن نتكهن بأن نفس المركبات التي يتم تطويرها كأدوات مساعدة للنوم قد تكون مفيدة أيضًا لعلاج الإدمان المزمن ، على الرغم من أن الأثر الجانبي الواضح لنظام المعالجة هذا هو أنها ستجعل الأشخاص يشعرون بالنعاس إذا كانوا مناهضين لمستقبلات مزدوجة. ومع ذلك ، فإن اكتشاف دور إشارات orexin في السلوك الإدماني حديث نسبيا ، وعلى حد علمنا ، لم تبدأ التجارب السريرية باستخدام المركبات التي نوقشت أعلاه لهذا المؤشر.

Orexin مستقبلات و Potentiators

كما ذكرنا أعلاه ، قدم ياناجيساوا وزملاؤه إثباتًا للمبادئ في النماذج الحيوانية بأنه يجب علاج الخدار بواسطة ناهض مستقبلات الأوريكسين ¹⁸. انهم استخدموا الببتيد اوريكسين المعدلة في هذه الدراسات. غير أنه من اللافت للنظر أنه لم يتم الإبلاغ عن أي منبهات غير ببتيد في الأدبيات على حد علمنا. من الصعب أن نتصور أن الشاشات لمثل هذه المركبات لم يتم تنفيذها ، نظرا لكمية واسعة من العمل على مضادات مستقبلات. وهكذا ، يبدو من المرجح أن من الصعب العثور على ناهضات قوية ، على الرغم من أنه ليس من الواضح لماذا هذا هو الحال.

في الآونة الأخيرة ، كان أول عامل إيجابي موجب لمستقبلات الأوركسين ، 9 (الشكل 6)، تم تحديدها. تم اكتشاف هذا المركب بشكل محسوس خلال حملة كيميائية طبية متواضعة تهدف إلى زيادة فاعلية مضاد مستقبلات orexin المستندة إلى peptoid ⁴⁹. Peptoid 10 تم التعرف على الشاشة في أي من الخلايا التي لا أو لا تعبر عن OxR1، ولكن متطابقة خلاف ذلك وصفت، مع الأصباغ الملونة مختلفة (الأحمر والأخضر، على التوالي)، وتهجين لميكروأري عرض عدة آلاف من peptoids ثبتوا على شريحة زجاجية. تم تحديد المركبات التي تربط الخلايا المعبر عنها بـ OxR1 بشكل انتقائي بواسطة نسبة اللون الأحمر المرتفع: الأخضر للأصباغ الفلورية الملتقطة في تلك البقعة (انظر المرجع. ⁵⁰ لتطوير هذه المنهجية). تجربة المسح sarcosine ⁵¹ كشفت أن اثنين فقط من السلاسل الجانبية التسعة الموجودة في الجزيء كان ضروريًا للارتباط بالخلايا التي تعبر عن المستقبل (مظللة باللون الأحمر في التين 6). التوليف والتحليل اللاحق للمركب 11 أكدت أنه كان "الحد الأدنى من الصيدليات" لارتباط المستقبِل. 11 هو خصم ضعيف جدا من كل من مستقبلات orexin مع IC₅₀ فقط 300 ميكرومتر تقريبا في المختبر.

 

الشكل 6

تطوير anexin مستقبلات الإيجابية potentiator. يظهر هيكل الببتويد الذي نشأ كضربة أساسية من شاشة ملزمة في الجزء العلوي. يتم تمييز الجزء من الجزيء المهم في ربط المستقبِلات باللون الأحمر. هذه ...

هيكل 11 على ما يبدو تشير إلى وجود تشابه ضعيف مع المروريكسانت (الشكل 6) في أن المركب يحتوي على حلقة بابرونيل مرتبطة بوحدة جليسين ، في حين أن نفس الوحدات تقريبا ، ولكن مع عصابة dimethoxybenyl في مكان piperonyl ، موجودة في Almorexant. باستخدام هذا النموذج كدليل ، العديد من مشتقات 11 تم تركيبها في وحدات الهيدروكربونات التي أضيفت إلى النيتروجين أمين عن طريق amination اختزال. مشتق بنزيل 12حيث تم أيضًا إدراج مثيلين إضافي بين الحلقة العطرية والنيتروجين أثبت أنه مضاد محسّن كثيرًا ، وإن كان لا يزال يتمتع بقدرات متواضعة فقط (التين 6) ، مما يشير إلى أن النموذج قد يكون صحيحًا. دراسات المنافسة لتحديد ما إذا كان مشتق peptoid 12 والمراكورسيانت تتنافس مع بعضها البعض لربط للمستقبل لم يتم الإبلاغ عنها.

خلال مزيد من جهود التحسين ، مركب 9 تم توليفها ، والتي تختلف عن 12 فقط في ذلك تم فتح حلقة piperonyl إلى وحدتين methoxy و رابط الميثيلين الوحيد بين النيتروجين الجليسين والحلقة العطرية التي كانت موجودة في المركب 10 تم ترميمه. لافت للنظر، 9 لم يعادي OxR1 في اختبار ثقافة الخلية ولكن يبدو أن زيادة طفيفة في التعبير عن الجينات المراسلات التي تعتمد على orexin. وبالتالي تم تكرار المقايسات في تركيزات orexin أقل (EC₂₀ من هرمون) والنتائج أظهرت بوضوح ذلك 9 هو عامل إيجابي لتفعيل المستقبِل بوساطة orexin. عند هذا التركيز بالهرمونات 9 عرضت المفوضية الأوروبية₅₀ حول 120 nM. عندما تم إجراء الاختبار على مستويات تشبع من potentiator 9 وتم معاير مستوى orexin ، وجد أن المفوضية الأوروبية₅₀ من orexin انخفض حوالي أربعة أضعاف وأن المستوى الأقصى من التعبير الجيني المراسل كان حوالي ثلاثة أضعاف أكبر من ذلك بسبب مستويات تشبع orexin. تم الحصول على نتائج مماثلة في التجارب باستخدام الخلايا التي تعبر عن OxR2 ، والتي تبين ذلك 9 potentiator ثنائي المستقبل.

من المحتمل أن يكون اكتشاف العامل الأول لمستقبلات orexin مثيرًا فيما يتعلق بالتطبيقات الممكنة كعلاج لمكافحة السمنة / السكّري. ⁸، على الرغم حتى الآن لا في الجسم الحي تم الإبلاغ عن التجارب باستخدام هذا المركب. كما ذكرنا أعلاه ، أظهر ياناجيساوا أن ناهض مستقبل الأوريكسين المستند إلى الببتيد يقوم بحجب السمنة الناجمة عن النظام الغذائي وتطوير مرض السكري من النوع الثاني في القوارض. ⁸. بما أن هذه الحيوانات ، وعلى ما يبدو ، على مدى تغذية البشر لا تزال تعبر عن مستويات طبيعية من هرمون الأوركسين ، فربما يكون العامل الإيجابي مفيدًا في تحفيز الإجراء الطبيعي المؤاتي للهرمون لدى هؤلاء الأفراد. بطبيعة الحال ، من غير المرجح أن يكون العامل المجهول موضع اهتمام في علاج التغفيق ، لأن الأفراد المصابين ينتجون القليل أو ليس لديهم أي أويكسين.

نبذة عامة

لقد أصبح من الواضح الآن أن نوريببتيد أوركسين ومستقبلاته المعرفية تلعب دوراً مركزياً في تنظيم التغذية والنوم وإنفاق الطاقة والبحث عن المكافأة ومجموعة متنوعة من السلوكيات الأخرى. لا يعرف سوى القليل عن الأحداث داخل الخلايا التي تحددها إشارة orexin. من الواضح أن هناك وعدًا كبيرًا طبياً في التلاعب الدوائي في إشارات orexin ، وهناك عدد من شركات الأدوية والمختبرات الأكاديمية لديها برامج نشطة في هذا المجال. على الرغم من عدم وجود مثل هذه المركبات في العيادة ، إلا أن مضاد المستقبل الأوريكسين الثنائي القوي Almorexant أكمل ما يبدو أنه تجربة سريرية ناجحة للمرحلة الثالثة لعلاج الأرق. حتى الآن ، لم يتم الإبلاغ عن أي من ناهضات مستقبلات orexin. يبدو من المحتمل أنه سيكون هناك قدر كبير من النشاط في هذا المجال خلال السنوات القليلة القادمة.

شكر وتقدير

مراجع حسابات