Curr Opin Pharmacol. Müəllif əlyazması; PMC 2013 Oct 7-də mövcuddur.
Son olaraq redaktə şəklində dərc olunub:
PMCID: PMC3791851
NIHMSID: NIHMS468294
Bu məqalənin nəşrin son redaktə olunmuş versiyasını əldə edə bilərsiniz Curr Opin Pharmacol
PMC-də digər məqalələrə baxın quote dərc edilmiş məqalə.
mücərrəd
Hipokretinlər (qısaldılmış "Hcrts" - "oreksinlər" adlanır), yalnız yanal hipotalamusun neyron kiçik bir əhalisi tərəfindən ifraz olunan iki nöropeptiddir. Bu peptidlər müxtəlif idrak və fizioloji funksiyalarla əlaqəli nüvələrdə beynin daxilində yerləşən iki reseptoru bağlayır. Əvvəlcə beyin Hcrt sisteminin yuxu / oyanma keçişlərinin tənzimlənməsində böyük rol oynadığı aşkar edildi. Son araşdırmalar, Hcrts'in qida qəbulu, asılılıq və stres də daxil olmaqla digər fizioloji funksiyalarda bir rol oynaya biləcəyini göstərir. Birlikdə aparılmış bu araşdırmalar, xüsusən bir orqanizmin ətraf mühitdəki gözlənilməz stresslərə və problemlərə cavab verməli olduğu zaman, oyanışın vasitəçiliyində Hcrts üçün ümumi rol oynayacağını göstərir.
giriş
Hipokretinlərin (Hcrts) kəşfindən on il keçib və son on il ərzində onların ifadəsi, quruluşu və funksiyası haqqında çox şey öyrəndik. Demək olar ki, kəşf edildikdən dərhal sonra Hcrts-in oyanıqlığı qorumaqdakı vacib rolu insanlar da daxil olmaqla bir çox növdə bildirildi [1-5]. Sonrakı illər yalnız Hcrts'ın qorunması üçün lazımlı olduğunu və oyanışa səbəb olmaq üçün kifayət olduğunu sübut etdi və indi onlar ümumiyyətlə "oyandırıcı" peptidlər hesab olunurlar [6-7]. Son zamanlar Hcrts oyanmaqdan başqa fizioloji funksiyalara və davranışlara da təsir edir. Bu araşdırmada beyin Hcrts və onların reseptorları haqqında ümumi məlumat veririk və bu müxtəlif fizioloji funksiyalarda Hcrts üçün rol oynayan son tədqiqatları araşdırırıq. Bu tədqiqatları birləşdirməyə çalışarkən Hcrts'ın iki ümumi funksiyasının oyanış və allostatik oyanışa vasitəçilik etməsini təklif edirik.
Hipokretinlər
Hcrts mərhum 1990-lərdə iki qrup tərəfindən müstəqil olaraq kəşf edildi [8,9]. Bunlar bir cüt ifraz olunan peptidlərdən, hipokretin-1 və hipokretin-2 (Hcrt1 və Hcrt2; müvafiq olaraq “orexin A” və “orexin B” kimi də tanınır) ibarətdir. Bu peptidlər eyni "gen", "preprohypocretin" (ppHcrt) tərəfindən işlənir və yalnız beynin periferik yanal hipotalamik bölgəsində ifadə olunur.8,9]. Hctrs və onların reseptorları da periferiyada ifadə olunur [10], lakin bu araşdırmada mərkəzi sinir sisteminin Hctrlarına diqqət yetiririk.
Beyin Hcrt neyronları hipotalamusdakı bir çox nüvədən, seportorteksdən, klaustrumdan, stria terminalisin yataq nüvəsindən, periaqueduktal boz, dorsal raf nüvəsindən və yan parabraçial nüvədən afferent proqnozlar alır.11]. Hcrt neyronları GABAergik, glutamatergik və xolinergik neyronlardan giriş alır [12]. Bundan əlavə vitro elektrofizyolojik tədqiqatlar bir sıra nörotransmitterlər / neyromodülatörler Hcrt neyronlarını (kortikotropini buraxan amil, qrelin, neyrotensin, vasopressin və oksitosin daxil olmaqla) həyəcanlandırır və ya Hcrt neyronlarını (serotonin, noradrenalin, dopamin, nöropeptid Y və leptin) inhibə edir.13].
Öz növbəsində Hcrt neyronları mərkəzi sinir sisteminin müxtəlif sahələrini, o cümlədən noradrenergik lok coeruleus (LC), histaminerjik tuberomammilyar nüvəni (TMN), serotoninerjik irin nüvələrini, dopaminergik ventral tegramal bölgəni (VTA), görkəmli proqnozları əhatə edir. xolinergik pedunculopontine tegramal sahə (PPT) və laterodorsal tegnal sahəsi (LDT) və galaninergik ventrolateral preoptic nüvə (VLPO) [14]. Hcrt neyronları da beyin qabığı boyunca yayılır. Hcrts həyəcanlandıran peptidlərdir və buna görə də onların efferent hədəflərini depolarizasiya edirlər [8,9].
Birlikdə aparılmış bu anatomik və elektrofizyolojik tədqiqatlar, Hcrt neyronlarının, mərkəzi sinir sistemindən və periferiyasından gələn müxtəlif homeostatik siqnalları birləşdirdiyini və digər neyromodülatörləri ifadə edən və müxtəlif fizioloji funksiyaları və davranışları tənzimləməyi bacaran çoxsaylı beyin bölgələrinə proyekt etdiyini göstərir (Şəkil 1).
Hipokretin reseptorları
Hər ikisi də Hcrt peptidləri iki Hcrt reseptoru, hipokretin reseptoru 1 (Hcrtr-1 - "OxR1" adlanır) və 2 (Hcrtr-2 - "OxR2" adlanır) ilə bir-birinə bağlanır. [8,9]. Hcrt-r1, Hcrt1-ı yüksək yaxınlıq ilə bağlayır və Hcrt2-ı 100 ilə 1000 qat qat aşağı bağlantı bağlayır [9,15]. Hcrt-r2 həm Hcrt1, həm də Hcrt2 üçün yüksək bir yaxınlığa malikdir (Şəkil 2).
Hcrt reseptorları postsinaptik terminallarda yuxarıda təsvir edilmiş hipokretin neyronlarının anterograd proqnozlarına uyğundur.Rəqəmlər 1 və Və2) 2) [6,8,9,14]. Hcrt-r1 mRNA hipotalamusun, LC-nin, beyin qabığının və bir neçə beyin nüvəsinin içərisində aşkar edilir. Bunun əksinə olaraq, Hcrt-r2 mRNA beyin sistemindəki xolinergik nüvələrdə, ventral tegramal bölgədə və TMN-də, hipotalamusda Hcrt-r1 ilə üst-üstə düşən ifadə ilə ifadə olunur. Xüsusi antagonistlərin olmaması səbəbindən qismən (Box 1), Hcrt-r1 və Hcrt-r2-ın fərqli funksiyaları haqqında az şey məlumdur. Bununla birlikdə, Hcrt-r2 siçanları deyil, Hcrt-r1 sökülən heyvanlar narkolepsi göstərir və buna görə də bu reseptorun oyanış sabitliyində rolunu dəstəkləyir.
Box 1
Hcrt sisteminin farmakoloji pozğunluğu
Yuxu və digər nevroloji pozğunluqlarda Hcrts-in mühüm rolunu nəzərə alaraq, bir çox dərman şirkəti, Hcrt sistemini hədəfə almaq üçün agentləri inkişaf etdirməyə çalışdı. vivo ilə [49]. Ədəbiyyatda ən çox istifadə olunan Hcrt antaqonisti SB-334867 [50]. Bu antaqonist sistemli şəkildə enjekte edilə bilər və əksinə Hcrtr-1 bağlamasını bloklaya bilər, baxmayaraq ki, bunun Hcrtr-2 bağlamasına da təsir edib-etmədiyi aydın deyil. SB-334867 çoxlarında istifadə edilmişdir vitro Hcrt neyronlarının, eyni zamanda 100 + -dan çox tədqiqatları vivo ilə Tədqiqatlar, qida qəbulu, yuxu, stress və asılılıq da daxil olmaqla bir çox davranışda Hcrts rolunu izah edir.
Ən yeni Hcrt reseptor antaqonisti ACT-078573 ("Almorexant") [51], şifahi olaraq qəbul edilə bilər, qan-beyin baryerini asanlıqla aşır və hər iki Hcrt reseptorunu yüksək yaxınlıq ilə bloklayır. Yəqin ki, daha önəmlisi, ilkin sınaqlarda bu birləşmə kataplexyanı (təsirli antaqonistdən həm Hcrt reseptorlarına qədər proqnozlaşdırıla biləcəyinə baxmayaraq) yuxusuzluq müalicəsi üçün həyəcan verici hala gətirmir. Beləliklə, ACT-078573, həm laboratoriya tezgahında, həm də klinikada gələcəkdə çox araşdırma mövzusu olacaqdır.
Hal hazırda istifadə edilə bilən güclü Hcrt agonistləri yoxdur vivo ilə iki Hcrt peptidinin özlərindən başqa. Heyvan tədqiqatlarında bu peptidlər çox vaxt birbaşa diskret beyin bölgələrinə mikroinekte edilir və ya beynin ventrikül sisteminə intracerebroventrikulyar şəkildə enjekte edilir. Lakin, insanlarda və heyvanlarda sistematik şəkildə vurulduqda Hcrt peptidləri nisbətən təsirsiz olur [52]. Buna görə narkolepsiya və ya cataplexy simptomları ən çox digər beyin arousal sistemlərini hədəf alan birləşmələrdən istifadə edərək müalicə olunur. Məsələn, Modafinil, FDA tərəfindən narkolepsi və digər yuxu xəstəliklərinin müalicəsi üçün təsdiq edilmişdir. Bu oyandırıcı təbəqə, ehtimal ki, dopamin nəqlini maneə törədir, lakin dəqiq hərəkət mexanizmi məlum deyil [52].
Hcrt sisteminin qida qəbulu, mükafat emalı, stress, sayıqlıq və depresiyada yeni kəşf edilmiş rollarını nəzərə alaraq, Hcrt sisteminin manipulyasiyasının piylənmə, narkomaniya, xəstəlik kimi xəstəliklərin müalicəsi üçün faydalı ola biləcəyini fərz etmək fikrindədir. narahatlıq, diqqət çatışmazlığı və ya depressiya. Yuxarıda təsvir edilən yeni və təkmilləşdirilmiş Hcrt reseptor antaqonistlərinin inkişafı nəzərə alınmaqla, ən azı bu potensial müalicə variantlarından bəziləri artıq mümkündür.
Arosal sabitliyində hipokretinlərin həlledici rolu
Geniş sübutlar Hcrts'in digər mükəmməl rəylərdə daha yaxşı təsvir olunduğu kimi oyanıqlığı təşviq etdiyini və qoruduğunu göstərir. [6-7,13]. Əsas sübutlar Hcrt sisteminin dəyərsizləşməsinin siçanlar, itlər və insanlarda yuxu pozğunluğunun narkolepsiyaya səbəb olmasına dair ilkin tapıntıdan irəli gəlir.1-5]. İnsan narkoleptiklərinin çoxunun beyin-onurğa boşluğunda Hcrt səviyyəsinin aşağı düşdüyünü və postmortem analizində insan narkoleptik beyinlərində Hcrt neyronlarının azaldığını göstərir.4,5]. Maraqlıdır ki, Hcrt sistemi ümumi anesteziyadan normal bir şəkildə ortaya çıxması üçün də lazımdır.16]. Hcrt1 və / və ya Hcrt2-a intracerebroventrikulyar (icv) enjeksiyon oyaq vaxtı artırır və müxtəlif onurğalı növlərdə yavaş dalğalı və REM yuxusuna sərf olunan vaxtı azaldır [17-18]. Bundan əlavə, Hcrt neyronlarının yüngül aktivləşdirilmiş bir kation kanalından istifadə edərək kanalrhodopsin-2, həm yavaş dalğa, həm də REM yuxusu zamanı yuxudan oyanma vəziyyətinə keçmə ehtimalını artırır.19]. Beləliklə, Hcrts-in qorunması üçün zəruri olduğuna və oyanışa səbəb olmaq üçün kifayət qədər sübutlar var.
Hipokretin sisteminin digər potensial funksiyaları
Hcrts oyaqlığı qorumaqdan başqa bir çox fizioloji funksiyalara aiddir. Məsələn, Hcrts-in alternativ adı, "orexinlər", Hcrts-in infuz infuziyası gəmiricilərdə qida qəbulunu artırdığına görə təyin edilmişdir.9]. Artıq bu nəticələr Hcrts-in oyandırıcı təsirinin dolayı təsiri hesab olunur, lakin bu hələ də aktiv araşdırma sahəsidir. Arktur nüvəsinə Hcrts-in mikroinjeksiyası oreksigenik GABAergik neyronları stimullaşdırır və anoreksigen POMC ifadə edən neyronları inhibə edir. Hcrts də qurulmuş bir doyma mərkəzi olan ventromedial hipotalamusda neyronları maneə törədir.20]. Beləliklə, Hcrts hipotalamusun əhəmiyyətli enerji-homeostatik bölgələrində leptinin doyma hormonu ilə qarşılıqlı bir şəkildə hərəkət edir.
Bu yaxınlarda, Hcrts üçün maraqlı bir rol, mükafat axtaran və asılılıq yaratmışdır. Hcrt neyronlarının aktivləşdirilməsi dərman və qida mükafatı ilə əlaqələndirilir. Hcrt neyronlarının stimullaşdırılması və ya Hcrt1 mikroinjeksiyonunun VTA ya da ventricles'də əvvəllər söndürülmüş dərman axtaran davranışları bərpa edilir və bu təsirlər Hcrtr-1 antaqonisti tərəfindən bloklanır [21,22]. Bu seminal tədqiqatlar Hcrts-in mükafat emalını modulyasiya etdiyini dəfələrlə təsdiqləyən sürətlə böyüyən tədqiqat orqanına səbəb oldu.23].
Oyanış / oyanıqlığı artıran stullar da tez-tez stres və narahatlığı artırır. Buna görə Hcrts'in oyanışı təşviq etmək qabiliyyəti, bu peptidlərin stresin davranış və fizioloji əlamətlərinin artırılmasında rol oynaya biləcəyini göstərir. Bu fərziyyəni dəstəkləmək üçün Hcrt1-nin icv enjeksiyonu bir çox streslə əlaqəli davranışları artırır [17,24]. Artan Hcrt aktivliyi, arterial qan təzyiqinin yüksəlməsi, ürək dərəcəsi, oksigen istehlakı və bədən istiliyi kimi müxtəlif streslə əlaqəli avtonom proseslərlə əlaqələndirilir.25-27]. Bundan əlavə, Hcrt lifləri, paraventriküler nüvədəki (PVN) kortikotropini buraxan faktoru (CRF) neyronlara yönəldir.28-29], hipotalamus-hipofiz-adrenal (HPA) ox orqanizminin stresə qarşı reaksiyasını aktivləşdirən neyronlar. Hcrt1 hamam tətbiqi bu CRF hüceyrələrində depolarizasiya və artan sünbül tezliyini azaldır [28]. Bu dəlil, Hcrts'ın HPA oxunu və digər streslə əlaqəli digər prosesləri aktivləşdirmək üçün mərkəzi CRF sistemləri ilə qarşılıqlı əlaqədə ola biləcəyini göstərir.
Qida qəbulu, asılılıq və stresdən əlavə, Hcrts də gəmiricilərin diqqət modellərində tətbiq edilmişdir [30] və kişi cinsi davranışı [31]. Hcrts də Parkinson Xəstəliyinin simptomlarında rol oynayacağı ehtimal edilir.32], şizofreniya [33-34] və depressiya [35-36]. Yekun olaraq Hcrt sisteminin tədqiqatları Hcrts'in yuxu və oyaqlıqda iştirakının ilkin kəşfindən çox irəliləmişdir. Bu tədqiqatlar sual verir: Hcrts oyaqlıqdan, qida qəbulundan, asılılıqdan, stressdən, sayıqlıqdan və hətta cinsi davranışdan tutmuş bu qədər müxtəlif davranış arsenalında necə rol oynaya bilər? Aşağıda, bu suala ilkin cavabı təqdim edirik.
Hipokretinlər: arousal və allostazların tənzimləyiciləri
Hipokretin sisteminin oyanışın təşviq edilməsindəki rolu tez-tez "oyanışda" rol kimi təsvir olunur. Ümumiləşdirilmiş oyanış motor fəaliyyətinin artması və hissiyyat və emosional cəlbedici stimullara qarşı yüksək reaksiya ilə qeyd olunur.37-40]. Daha az tez-tez vurğulanır ki, oyanış sistemləri oyaqlıq, narahatlıq və bir çox psixi pozğunluq əlamətləri kimi yuxu / oyanma dövrlərini tənzimləməkdən daha çox şeyə qarışır [41]. Vacibdir ki, medulla və ponların retikulyar formalaşması, orta beyin və paraventrikulyar, dorsomedial və yan hipotalamik nüvələr də daxil olmaqla ümumiləşdirilmiş arousalda iştirak edən beyin strukturları.42], Hcrt neyronlarından proqnozlar alın. Təklif edirik ki, Hcrts bu oyatma şəbəkəsini modulyasiya edə bilirsə, ehtimal ki, bu şəbəkə tərəfindən qurulmuş davranışları modulyasiya edə bilərlər. Yuxu sahəsindən kənarda öyrənilən bu cür davranışlarda bilinən oyanış rolunu qiymətləndirərək, tədqiqatçılar yuxu olmayan davranışlarda Hcrts'in funksiyası haqqında getdikcə daha yeni bir fikir irəli sürə bilərlər. Məsələn, son zamanlarda Hcrts'nin depresiyanın köhnə modellərində davranışları tənzimlədiyi bildirilir [35-36] psixiatrik tədqiqat illərində depressiya olan insanlarda oyanma emalının pozulduğunu göstərən başa düşülən və hətta gözləniləndir43].
Uyğunluq, aclıq, narahatlıq və ya cinsi əlaqə kimi əsas homeostatik təzyiqləri tənzimləmək üçün lazım olduqda Hctrs ən böyük təsir göstərir. Buna görə də Hcrts-in allostaz üçün vacib olduğunu təklif edirik. Homeostazdan fərqli olaraq, allostazis normal həddən kənar səviyyədə sabitliyi qoruyur və qəbul edilən və gözlənilən ekoloji tələblərə uyğun daxili mühitin dəyişməsi ilə əldə edilir.44,45]. Məsələn, kalori məhdudluğunun stres və depresiyaya təsirini sınaqdan keçirən bir araşdırmaya baxaq.46]. Stress və depressiyanı əlaqələndirən iş göstərir ki, preprohypocretin knockout siçanları və Hcrt neyron bağışlanmış siçanları kəskin və xroniki stresslərə qarşı stress reaksiyalarını azaldır.47]. Bununla birlikdə, məcburi üzmə testi nəticəsində yaranan kəskin stresə və xroniki sosial məğlubiyyətə səbəb olan xroniki stressə qarşı bəzi stres reaksiyaları qorunur. Bu stress depressiya əlamətlərinə səbəb olur [46]. Təəccüblü olaraq, allostatik təzyiq altında Hcrts, stresdən qaynaqlanan depresif simptomları inhibə edə bilər, beyin arousalına “homeostatik” nəzarəti bərpa edir. Kalori məhdudlaşdırılan siçanlar məcburi bir üzmə testində daha yaxşı çıxış edirlər (hərəkətsizliyə və daha az ümumi hərəkətsizliyə daha uzun gecikmələrə malikdirlər) və sosial qarşılıqlı kəsir nümayiş etdirmirlər. ad libitum-fed siçanlar. Hcrt null siçanlar bu kalorili məhdudlaşdıran faydalardan birini də göstərmir. Bundan əlavə, kalorili məhdudlaşdırma nəticəsində meydana gələn c-Fos müsbət Hcrt neyronlarının sayı sosial qarşılıqlı testdə yaxşılaşdırılır.46]. Bu, Hcrt neyronlarının, bir heyvanın xroniki stress səbəb olduğu zərərli depresif simptomları aradan qaldırmasına imkan verən kalorili məhdudiyyətə qarşı allostatik bir ümumiləşdirilmiş stres reaksiyasını təklif edir. Eynilə, Hcrts normal şəraitdə qida qəbulunu mütləq stimullaşdırmasa da, kalori məhdudlaşdırıldığı hallarda, Hcrts qida qəbuledici davranışlarında adaptiv artım üçün zəruridir.48]. Bu araşdırma daha sonra Hcrt neyronlarının, davranışdakı allostatik dəyişikliklərin vasitə olduğunu, bu vəziyyətdə heyvanların oyanacağını və mövcud olduğu məhdud vaxtlarda qida almağa həvəs göstərmələrini təmin edir. Müxtəlif ekoloji problemlərdə Hcrts-in funksiyalarını başa düşmək üçün daha çox tədqiqat tələb olunsa da, bu nümunələr Hctrs-in homeostazda və allostazdakı rolunu qiymətləndirdiyimiz zaman Hcrts-in fizioloji funksiyalarının necə tam açılacağını göstərir.
Nəticələr
Onların kəşfindən bəri on il ərzində beyin Hcrt sistemi haqqında çox şey öyrəndik. Həqiqətən, oyanışın təbliğində Hcrts-in rolu mübahisəsizdir. Bu baxış digər davranışlarda da Hcrts üçün ümumi rol haqqında düşünmək üçün bir çərçivə təklif edir. Hcrts-in dəqiq funksiyalarını aydınlaşdırmaq üçün daha çox tədqiqat tələb olunsa da, bəlkə Hcrt sisteminin rolu yalnız orqanizmdəki homeostaz və allostaz kontekstində tam qiymətləndiriləcəkdir. Mürəkkəb yeni görüntüləmə və optogenetik texnologiyalarla növbəti on il, şübhəsiz ki, bu ecazkar beyin oyatma sistemini dərk etməyimizdə davam edən irəliləyişlərə sahib olacaqdır.
Box 2
Hipokretin sistemi ilə bağlı həll olunmamış suallar
- Hcrt nüvələri daxilində funksional bölmələr varmı? Hcrt neyronlarının ən azı iki diskret funksional populyasiyasının olması təklif edilmişdir: qida qəbulu və asılılıq rolunu oynayan yanal əhali və oyanma və stressdə rol oynayan daha çox medial əhali [53]. Bu fərziyyəni sınamaq üçün gələcək tədqiqatlar lazımdır.
- İki Hcrt reseptoru fərqli fizioloji funksiyaları və davranışları fərqli şəkildə tənzimləyirmi? Hər ikisi bir davranışı tənzimləmək üçün zəruridir və ya tək reseptor kifayətdir?
- Hcrt neyronları beyindəki bir çox saytlara və ya neyronların yalnız bir neçə əsas populyasiyasına proqnoz verməklə oyanışı təşviq edirmi? Yuxu flip / flop modeli kimi bir neçə yuxu / oyanma dövriyyəsinin modelləri Hcrt'nin LC, TMN və dorsal raf nüvələri kimi digər oyanma mərkəzlərinə proqnoz verərək oyaq bir vəziyyət inkişaf etdirdiyini təklif edir.7]. Bununla birlikdə, bu nüvələrin lezyonları güclü bir fenotipə səbəb olmur və bütün bu nüvələr eyni heyvanda boşaldılsa da normal oyanış saxlanılır [54]. Beləliklə, Hcrt nörotransmissiyasının hərəkətinə vasitəçilik etmək üçün lazım olan postsinaptik saytlar hələ də bəlli deyil.
- Hcrt vasitəçiliyi oyandırmaq üçün hansı allostatik təzyiqlər zəruridir və ya kifayətdir? Ətraf mühitdəki təzyiqlər Hcrt sisteminin aktivləşməsinə necə çevrilir?
Minnətdarlıq
MEC və JSB Milli Elm Fondunun Lisansüstü Araşdırma Təqaüdü Mükafatları tərəfindən dəstəklənir. MEC, Milli Sağlamlıq İnstitutlarından bir Milli Araşdırma Xidməti Mükafatı ilə də dəstəklənir. LdL, Narkotiklərlə Mübarizə üzrə Milli İnstitutun qrantları, DARPA və NARSAD tərəfindən dəstəklənir.
References