Orexin jelzés kémia és biológia (2010)

Mol Biosyst. Szerzői kézirat; elérhető a PMC 2012 Jun 20.

Végleges szerkesztett formában megjelent:

PMCID: PMC3379554

NIHMSID: NIHMS280225

A kiadó ennek a cikknek a végleges szerkesztett változata elérhető a következő weboldalon: Mol Biosyst

Lásd a PMC egyéb cikkeit idéz a közzétett cikket.

Ugrás:

Absztrakt

Az orexinok olyan neurohormonok, amelyek együttesen a rokon receptoraikkal számos fontos élettani folyamatot szabályoznak, beleértve a táplálást, az alvást, a jutalom keresést és az energia homeosztázist. Az orexin receptorok a közelmúltban fontos gyógyszercélokként jelennek meg. Ez a felülvizsgálat áttekintést nyújt az orexin-jelzés biológiájának megfejtéséről, valamint az orexin-jelzés farmakológiailag történő manipulálására tett erőfeszítésekről.

Az orexinek (más néven hypocretins) neuropeptidek, amelyeket az első 1998-ben két független kutatócsoport fedezett fel.1, 2. Az A-rexinok (33 aminosavak) és B (28 aminosavak) egyetlen pre-pro-orexin polipeptidből származnak.3. Közreműködésüket két szorosan kapcsolódó GPCR-rel, az Orexin Receptor 1 és 2 (OxR1 és OxR2) kölcsönhatásokkal közvetítik. Az OxR1 az Orexin A-hoz kötődik körülbelül 100-szer nagyobb affinitással, mint az Oxx-B, míg az OxR2 mindkét peptidet körülbelül ugyanolyan affinitással kötődik. Az orexineket a hipotalamusz speciális neuronjai termelik, amelyek az agy számos különböző régiójához jutnak4, 5.

Amint azt az alábbiakban röviden áttekintjük, az elmúlt tíz évben végzett fiziológiai vizsgálatok az orexin-jelzést jelentik, mint központi szerepet játszanak számos fontos biológiai folyamatban, beleértve a táplálkozást, az energia homeosztázist, az alvás / ébresztő ciklusokat, a függőséget és a jutalmat, többek között6. Egyértelmű bizonyíték van arra, hogy az orexin-jelzés hibái az étrend-indukált elhízásban és a cukorbetegségben szenvednek7, 8, narkolepszia9, 10, pánik szorongásos zavar11, drog függőség12 és az Alzheimer-kór13. Ily módon jelentős mértékű érdeklődés mutatkozik a gyógyszeripar iránt az orexin jelátvitel manipulálására alkalmas hatásos vegyületek kifejlesztésében. Itt tekintjük át az orexin jelátvitel megértésében és manipulálásában a közelmúltban elért eredményeket.

Orexin jelzés az alvás és az etetés koordinálásában

Az orexin jelzés legjobban ismert szerepe az etetés és az alvás koordinációja. Az orexin termelés a hipotalamuszban fordítottan korrelál a vércukorszinttel 14. Az ászxin jelátvitel, legalábbis rövid távon, éhségérzetet vált ki, és stimulálja a táplálkozási viselkedést, valószínűleg az agy neuronjainak Y aktiválásával és funkcionálisan kapcsolódó hormonokkal való aktiválásával. Emellett az orexin jelátvitel kulcsfontosságú tényező az ébrenlét állapotának indukálásában emlősökben9, 15. Más szavakkal, az orexin jelzés azt jelenti, hogy amikor az állatok éhesek, ébren vannak, de ha telítettek, álmosak lehetnek. Ez jó fiziológiai értelemben teszi lehetővé, hogy az állatok táplálkozni akarnak, nem alszanak, amikor éhesek.

Az orexin gén vagy a rágcsálók receptorának genetikai ablációja a kataplexiával jelentősen hasonlít az emberi narkolepsziához hasonló fenotípusra, amelyben az állat nem megfelelő behatolását éri a normál ébresztési idejébe, beleértve a páratlan pillanatok összeomlását is9. Ugyanez igaz a kutyákra, akik inaktiváló mutációval rendelkeznek az OxR2-et expresszáló génben10. A legtöbb, bár nem minden, a humán narkoleptikumok, bár nem hordoznak mutációkat az orexint és annak receptorait kódoló génekben, ennek ellenére nincs kimutatható orexin. Úgy gondoljuk, hogy ez az agyban az orexin-termelő neuronok elleni autoimmun támadásnak köszönhető16, 17. Ez a humán narkolepszia autoimmun modellje azonban még nem bizonyított, és semmi nem ismert a feltételezett autoimmun reakció természetéről.

Az orexin-jelzés ismert biológiája ennélfogva azt feltételezi, hogy az agy-penetráns OxR2 agonistáknak stimulálniuk kell az éberséget, és hasznosak lehetnek a narkolepszia kezelésében. Yanagisawa és munkatársai közzétették az ötletet támogató koncepciókísérleteket18. Azt mutatták, hogy az orexin peptid közvetlen orálisin történő intracraniális injekciója az orexin-hiányos rágcsálók agyaiba fokozott ébrenlétet eredményezett. Ezzel szemben az orexin receptor antagonisták használhatók az álmatlanság kezelésére19bár a kataplexiának lehetséges kiváltása állatoknál és krónikus orexinhiányos embereknél aggodalomra ad okot (lásd infra).

Orexin-jelzés az addiktív és más patológiai viselkedésekben

Az inszula olyan agyi régió, amelyről ismert, hogy részt vesz az erők és a vágyak kialakításában, és általában részt vesz a jutalom viselkedésében20. Az agy ezen régiójának károsodása a dohányosok motivációjának meglepő csökkenését eredményezi, hogy folytassák szokásukat21. Ezzel szemben a cigarettafüstölők absztinenciája ismert, hogy aktiválja az inzulint22. Úgy tűnik, hogy az agy ugyanazon régiója részt vesz a morfin, a kokain és az alkohol mellett járó jutalmazó viselkedésben. Az öszxin-termelő neuronok az agy ezen régióját sűrűn behatolják, és az orexin-jelzés kulcsszerepet játszik ezekben a viselkedésekben23-25. Például az OxR1 szelektív antagonista SB-334867 beadása (lásd:. \ T ábra 5) jelentősen csökkentette a rágcsálóknak a nikotinnal történő öninjekciózását12. Hasonló eredményeket kaptunk más addiktív vegyületek esetében is. Érdekes, hogy a nikotin-vizsgálatban az OxR1 farmakológiai blokádja nem szignifikánsan elnyomta a táplálékfelvételt, ami az ébrenlét mellett az OxR2 által közvetítettnek tekinthető. Így a rágcsálókon végzett pre-klinikai adatok arra utalnak, hogy az OxR1 szelektív antagonisták érdekes anti-addiktív szerek lehetnek.

ábra 5 

A Glaxo Smith Kline (GSK) és a Merck által kifejlesztett orexin receptor antagonisták szerkezetei.

Az oxxin-jelátvitel szintén közelmúltban bebizonyosodott, hogy részt vesz a pánikrohamokban és a szorongásban11. Egy patkánymodell alkalmazásával, amelyben a pánikrohamokat az állat krónikus kezelésével GABA szintézis gátlóval kezeltük, majd nátrium-laktáttal végzett akut kezelést végeztünk, kimutatták, hogy az SB-334867 által közvetített OxR1 vagy siRNS-közvetített orexin termelés elnyomása erősen elnyomja a pánikrohamokat ebben a modellben. Ezen túlmenően, a pánikrohamot szenvedő embereknek az orexin szintje a cerebrospinalis folyadékban (CSF) emelkedett. 11, összhangban van az orexin jelzés szerepével az emberi szorongásos zavarokban.

A közelmúltban jelentést jelentett az alvás / ébrenlét ciklus összekapcsolása az Alzheimer-kórral13. Pontosabban kimutatták, hogy az amiloid béta felhalmozódása, amely a betegség jellemzője, korrelál az ébrenlétre. Például a krónikus alváshiány növelte az amiloid béta szinteket az állat CSF-ben. Érdekes módon az orexin receptor antagonista SB-334867 adagolása csökkentette a neurotoxikus köztitermék szintjét. Így lehetséges, hogy az OxR antagonistákkal végzett megfelelő kezelési rend életképes kezelés lehet az Alzheimer-kór fejlődésének lassítására, ha azt elég korán diagnosztizálták.

Orexin jelzés az energia homeosztázisában, az étrend által kiváltott elhízásban és a cukorbetegségben

Vannak olyan bizonyítékok, amelyek szerint az orexin jelátvitel fontos az energia homeosztázisában. Például az orexinben hiányos narcoleptikus emberek magasabb testtömeg-indexet mutatnak, mint a normolin orexin normál szinttel rendelkező narcoleptikus egyéneknél.26. Az orexin neuronok egerekben végzett genetikai ablációja elhízott állatokat eredményez27 és ezek az egerek az életkorral kapcsolatos inzulinrezisztenciát is kifejlesztettek7. Ezek az eredmények ellentétesnek tűnnek abban az értelemben, hogy az orexin-jelzés farmakológiai indukciója akut módon elősegíti a táplálkozási viselkedést1. Ez arra utal, hogy az orexin jelátvitel rövid távú és hosszabb távú hatásai az energia homeosztázisra eltérőek.

A közelmúltban ezt az orexin-biológiai területet egy olyan mérföldkő tanulmány segítségével tisztázták, amely meggyőzően bizonyította, hogy az orexin-jelzés erősen ellenzi az étrend által okozott elhízást és az ezt követő inzulinrezisztencia kialakulását rágcsálókban8. Kimutatták, hogy az orexin-gén krónikus expressziója vagy az orexin-receptor farmakológiai indukciója szinte teljesen gátolta az elhízás és az inzulinrezisztencia kialakulását a magas zsírtartalmú étrendben táplált egerekben. Ez kimutathatóan nagyrészt a megnövekedett energiafelhasználásnak köszönhető, bár a légzési hányados, a szénhidrát és a lipid felhasználás közvetett mutatója nem változott. Az orexin-jelzés krónikus stimulálása szintén csökkentette az élelmiszer-fogyasztást. Számos genetikai és farmakológiai kísérlet azt mutatta, hogy ennek a hatásnak a többségét az OxR2, nem pedig az OxR1 jelzés közvetítette. Végül, a tanulmány feltűnő megállapítása, hogy az orexin jelátvitel krónikus stimulálása nem befolyásolta a leptint nem tartalmazó egereket. Ezek az állatok, ha magas zsírtartalmú étrendet kaptak, még az orexin receptor agonistával kezelteknél is elhízottak és inzulinrezisztensek lettek. Úgy tűnik, hogy az orexin védő hatása gyökerezik a leptin érzékenységének javításában. Ez a vizsgálat nyilvánvaló terápiás következményekkel jár az étrend által kiváltott elhízás és a cukorbetegség kezelésében.

Míg ez a vizsgálat többnyire az OxR2-on keresztül történő jelátvitelt jelentette, mivel ez fontos az elhízás-rezisztens fenotípus szempontjából, néhány OxR1 által közvetített hatást figyeltek meg8. A szerzők megállapították, hogy egyedül az OxR1 genetikai ablációja védett a magas zsírtartalmú étrend-indukált hiperglikémia ellen, bár nem elhízás. Ez azt jelzi, hogy az orexin normál fiziológiai szintjei által az oxR1-en keresztüli jelátvitel engedékeny szerepet játszik az életkor vagy magas zsírtartalmú inzulinrezisztencia kialakulásában. Azonban a nem-fiziológiás forgatókönyvben, amely a transzgénen keresztül expresszálódik, mind az OxR1, mind az OxR2 által közvetített védelem az inzulinrezisztencia kialakulása ellen a magas zsírtartalmú étrenden. Az OxR1 vonatkozásában ez a bonyolult eredmények azt sugallják, hogy a receptor a normális és szuprafiziológiás orexin expresszió körülményei között különböző szerepet játszik, vagy hogy a receptor különböző fiziológiai hatást közvetít, amely fokozhatja vagy ellenezheti a hyperinsulinemia fejlődését, és hogy a „győztes” ezek az egymással versengő hatások az orexin szintjétől vagy a jelzés időtartamától és időtartamától függően eltérőek.

Az orexin hatásának a leptin jelátvitelhez történő kapcsolása érdekes a közelmúltban közzétett másik vizsgálat szempontjából, amelyben megállapították, hogy a leptin szuprafiziológiai szintje lehetővé teszi, hogy a cukorbeteg rágcsálók teljesen hiányzanak inzulint 28. Korábban ismert, hogy a leptin csökkentette a vércukorszintet azáltal, hogy fokozza az endogén inzulin maradék szintjét a streptozotocin (STZ) által indukált diabéteszes patkányokban, részleges inzulinhiányban 29. Azonban az a gondolat, hogy a leptin önmagában megmentheti az inzulin-hiányos állatokat a diabéteszes tünetektől, még soha nem volt tesztelve, és ez az eredmény nagy meglepetés volt. Az orexin és a leptin szuprafiziológiai szintjével végzett állatok krónikus kezelése által indukált hasonló fenotípusok, valamint az orexin leptinérzékenység javításával való működésének megállapításával párosulva az a kérdés, vajon ezek a két vizsgálat ugyanazon érme különböző oldalait képezte-e. az orexin / leptin jelátviteli útvonalak valóban nagyon ígéretes kezelést jelenthetnek az I. vagy II. típusú cukorbetegség számára.

Vajon az orexin-jelzés hatással van a perifériára?

A fentiekben leírt orexin jelátviteli hatások többsége a hipotalamuszban előfordul. Az orexin-jelzés szerepe, ha van ilyen, az idegrendszeren kívül ellentmondásos. Az orexinek és receptoraik expresszióját különböző perifériás szövetekben, köztük a bélben, a hasnyálmirigyben, a vesében, a mellékvesékben, a zsírszövetben és a reprodukciós traktusban detektálták. 30-33, de az orexin jelátvitelnek a perifériában betöltött szerepe ritka.

Egy újabb tanulmány kimutatta, hogy a hasnyálmirigy-szigeteken az OxR1-t expresszáló sejtek előfordulási gyakorisága sztreptozotocinnal (STZ) indukált hiperglikémiával nőtt, és a glükagonnal együtt lokalizálódott34. Ráadásul a hasított kaszpáz-3 egyidejűleg immunokémiailag lokalizálódott az OxR1-szal a szigetecskékben. Az orexint nem tartalmazó állatok viszont csökkent hiperglikémiát és jobb glükóz toleranciát mutattak, mint a vad típusú állatok. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az oxexoxumon keresztül az orexin jelátvitel a hasnyálmirigyben hozzájárulhat a béta sejtek apoptózisához és a cukorbetegség kialakulásához az STZ kezelés hatására. Míg a kapcsolat gyenge, lehetséges, hogy ez a hatás magyarázza a fent említett Funato és munkatársai észrevételeit, hogy az OxR1 genetikai ablációja védelmet nyújt a magas zsírtartalmú étrend-indukált hyperglykaemia és hyperinsulinemia ellen.8.

Az orexin jelző kaszkád

Míg az orexin jelátvitel intenzíven vizsgálták fiziológiás szinten, az orexin hormonok receptorukhoz való kötődése által kiváltott intracelluláris események jellemzésére kevésbé volt erőfeszítés. Ismert, hogy a hormon kötődése a receptorhoz kalcium beáramlását váltja ki, amely az Erk aktiválásához kapcsolódik. 35. A receptorok egy foszfolipáz C (PLC) közvetítéssel is összekapcsolódnak, amely intracelluláris kalcium tárolókat szabadít fel.

Az orexin jelátvitel által kiváltott gén transzkripciós programok legmélyebb elemzését az 2007-ben jelentették 36. Ez a tanulmány globális génexpressziós profilokat használt, hogy azonosítsa az erősen felfelé vagy lefelé szabályozott géneket az OxR293-t stabilan expresszáló HEK1 sejtekben. Az 260 géneket felfelé szabályozták és az 64-t két-négyszeres vagy annál többször szabályozták le az orexin-stimuláció után. A génmegjegyzések azt mutatták, hogy a magasan szabályozott gének mintegy fele részt vett a sejtnövekedésben (30%) vagy az anyagcserében (27%). A kereskedelmi Ingenuity programot használó útvonal-analízis több pályát is érint, amelyet orexin-jelzéssel szabályoztak (ábra 1). A kanonikus TGF-β / Smad / BMP, FGF, NF-kB és hipoxiás jelátviteli útvonalak voltak a legjelentősebbek. Ez a tanulmány részletesen a hipoxiás útvonalra fókuszált, amely ebben a vizsgálatban páratlan „hit” volt, mivel a sejteket normoxikus körülmények között tenyésztettük. Mindazonáltal a hipoxia-indukálható faktor 1-α (HIF-1α) transzkripciós faktor, amely korábban a hipoxiára adott válaszként emelkedett, és számos célgénje nagy mértékben indukálódott az orexin kezeléssel. A hipoxiás rákos sejtekben, ahol a HIF-1α-aktivitást a legjobban tanulmányozták, a HIF-1β-val együttműködve heterodimer transzkripciós faktor (HIF-1) képződik, amely a celluláris metabolizmus újraprogramozását hajtja végre.37. Különösen nagy mértékben szabályozza a glükózimportot és a glikolízist, kötőhelyekkel, amelyek szinte az összes ilyen génhez kapcsolódnak. A hipoxiás sejtekben a HIF-1 a glikolízis, a piruvát, a laktát előállítása helyett az acetil-CoA-ra való átalakulást és a TCA-ciklusba és az oxidatív foszforilációba lép. Ezt legalább részben a HIF-1-függő A-laktát-dehidrogenáz (LDH-A), a piruvát laktáttá átalakító enzim expressziójának, valamint a piruvát-dehidrogenáz-kinas-származékok ( PDHK), amely inaktiválja a PDH-t, az enzimet, amely a piruvát acetil-Co-A-ra transzformál (lásd ábra 2). Meglepő módon azonban úgy tűnt, hogy az orexin-kezelt sejtek a metabolikus fluxus nagy részét a TCA-cikluson és az oxidatív foszforiláción keresztül bocsátják ki. 36Az ATP erősen megnövekedett termelését, és valószínűleg más bioszintetikus köztitermékeket eredményez, amelyek ezen útvonalak aktiválásával járnak. Nem ismert, hogy az orexin jelátvitel és a hipoxia egyaránt stimulálhatja a HIF-1α aktivitást, de csak a gének általánosan aktivált részhalmaza aktiválódik a hipoxiában az orexin-kezelt sejtekben.

ábra 1 

Összefoglaló az orexin 1-et expresszáló sejtekre kifejtett hatásának génexpressziós analíziséről. Lap tetejére: Az orexin jelátvitel által jelentősen érintett gének jegyzetelt funkcióit összefoglaló kördiagram. Alul: Javasolt jelzési útvonalak ...
Ábra 2 

Az orexin jelátvitel glükóz metabolizmusára gyakorolt ​​fő hatásának sematikus összefoglalása. OxSig = orexin jelzés. A narancssárga ovális glükóz transzporter. A nyilak a jelzett folyamat stimulációját jelzik, és a merőleges vonalak egy ...

A vad típusú vagy OxR1 knock-out egerekből származó hypothalamikus szeletek párhuzamos vizsgálata általában egyetértett ezekkel a következtetésekkel, és validálta, hogy a megfigyelt hatások orexin jelzés eredménye 36. Bizonyos értelemben ez az eredmény vonzó, hiszen elmagyarázza az orexin biológiájának fiziológiai szinten való megértését. Ha az ébrenlét állapotát a magas neuronális metabolikus aktivitással egyenértékűnek tekintjük, ami ésszerűnek tűnik, furcsa, hogy ez akkor fordul elő, ha az agy alacsony glükózszintben van fürdve. Ezért bizonyos értelemben az ébrenlét szükségességének felülbírálása szükséges egy olyan mechanizmuson keresztül, amely növeli a glükózfelvétel és -feldolgozás hatékonyságát. Úgy tűnik, hogy az orexin által közvetített, a celluláris anyagcsere felfelé történő szabályozása összhangban van a megnövekedett energiaköltséggel és a magas zsírtartalmú étrend által okozott elhízással szembeni ellenállással. 8. Fontos azonban megjegyezni, hogy ez a vizsgálat az OxR1-et expresszáló sejtekre és a vad típusú vagy az OxR1 knock-out egerekből származó neuronális szeletekre összpontosított. Az éhezés és az étrend által kiváltott elhízás ellenállása, amint azt fentebb említettük, az OxR2 által közvetített jelátvitel hatásának tekinthető. Lehetséges, hogy a megfigyelt útvonalak relevánsabbak a jutalom viselkedésében és más folyamatokban, amelyek az OxR1 által közvetített jelátvitelben dominálnak. Sokkal több munka szükséges a különböző sejttípusokban és szövetekben, hogy ezeket a kérdéseket rendezzük. Az az elképzelés, hogy az orexin-jelzés az energia-anyagcsere egyik fő szabályozója, egy érdekes modell, amely a jövőbeni tanulmányokat irányítja.

Az orexin a rákban fontos?

Az a megállapítás, hogy az orexin-jelzés képes a glükózfogyasztás turbófeltöltésére, azt sugallja, hogy a sejtek proliferációjához való kapcsolódás lehetséges, és így a rák. A fentiekben bemutatott eredmények azonban azt mutatják, hogy az orexin stimulálhatja az oxidatív energia-anyagcserét 36, míg sok rákos sejt anaerob glikolízist alkalmaz a metabolizmusuk nagy részében 38. Az egyik lehetőség az, hogy az oxidatív metabolizmust alkalmazó rákos sejtek orexin jelátvitelét autokrin vagy parakrin módon alkalmazhatják az anyagcsere és proliferáció stimulálására, és ha igen, az orexin receptor antagonisták érdekes terápiás lehetőségek. Másrészt, ha az orexin a TCA-n és az oxidatív foszforilációs útvonalon keresztül az anaerob glikolízis rovására áramlik, akkor ennek az útnak az aktiválása mérgező lehet a glikolitikus életmódhoz „rabja” tumorsejtekre.

Néhány jel arra utal, hogy az orexin-jelzés szerepe van a rákos sejtekben, és amint azt a fenti analízisből is megjósolhatjuk, az orexin-jelzés hatása különbözőnek tűnik a különböző rákos sejtekben. Például az orexinek gátolják a sejtek növekedését az apoptózis indukálásával humán vastagbélrákban, neuroblasztóma sejtekben és patkány hasnyálmirigy tumorsejtekben. 39. Másrészt az OxR1 és az OxR2 expressziója magasabb az adenomáknál, mint a normál mellékvese kéreg. Az A és B oxxin stimulálhatja a sejtek proliferációját ezekben a sejtekben, és a hatások kifejezettebbek a tenyésztett adenomatózusokban, mint a normál mellékvesekéreg sejtek. 40. Míg ezek a jelentések érdekesek, a rákos orexin-jelzés fontosságának megértése, ha van ilyen, elkezdődik, és sokkal több munka szükséges ahhoz, hogy meghatározzuk, hogy a jelátviteli útvonal orexin-receptorai vagy lefelé irányuló effektorai életképes célokat jelentenek-e a rák kemoterápiájában. .

Orexin jelzés farmakológiai ellenőrzése

A fentiekben ismertetett biológia azt sugallja, hogy az orexin jelátvitel agonistái, antagonistái és potenciátorai klinikailag jelentős érdeklődést mutathatnak. Például az orexin termelés hiányából eredő narkolepszia és kataplexiás kezelést orexin receptor agonista alkalmazásával kell kezelni. Másrészt az addiktív viselkedést orexin receptor antagonistával kell kezelni. Az étrend-indukált elhízás és a cukorbetegség egy orexin receptor agonistával vagy esetleg egy pozitív alloszterikus potenciállal lehet küzdeni. Számos jelentős gyógyszeripari vállalat vállalta, hogy olyan molekulákat fejlesztenek ki, amelyek az orexin receptorokat célozzák 41.

Orexin receptor antagonisták

Mivel az agyban az orexin jelátvitel elősegíti az ébrenlétet, az az ok, hogy ennek az útvonalnak a farmakológiai blokádja álmosságot eredményez, és így az orexin receptor antagonisták hasznos áldozatok kezelésére alkalmas gyógyszerek lehetnek. Azonban komoly aggodalomra ad okot a kataplexia indukciója. Valójában a terápiásán hasznos orexin receptor antagonisták kifejlesztésében a központi kérdés az, hogy az orexin receptor átmeneti farmakológiai gátlása fenokópiás-e a krónikus orexin-hiány narcoleptikus és kataplektikus fenotípusával.

Az eddigi klinikai és klinikai adatok szerint a válasz „nem”. Az adatok nagy része az Almorexant tanulmányaiból származik (ábra 3; ACT-078573 néven is ismert), amelyet az Actelion Pharmaceuticals fejleszt ki álmatlanság kezelésére. Az Almorexant egy orálisan elérhető tetrahidroizokinolin, amely erősen antagonizálja mind az OxR1-et, mind az OxR2-et. Az Actelion előzetes tanulmányt tett közzé a korai 2007-ról, amely arról számolt be, hogy sikeresen kezelte patkányok, kutyák és humán betegek Almorexant vagy egy klasszikus GABA receptor agonista, zolpidem kezelését. 19. Az almorexant biztonságosnak és jól tolerálhatónak bizonyult ebben a vizsgálatban. Az alvás szubjektív és objektív fiziológiai jeleit indukálta. A patkány kísérletekben kimutatták, hogy az Almorexant mind a REM, mind a REM alvást indukálta. Ez jelentős, mivel a zolpidem nem indukál REM-alvást. Fontos, hogy a kísérleti állatok vagy az emberi betegek egyikében sem észleltek kataplexiás tüneteket.

ábra 3 

Az álmatlanság kezelésére szolgáló klinikai jelölt Almorexant, valamint a két orexin-receptorhoz különböző szelektivitással rendelkező hasonló vegyületek fejlődésének összefoglalása.

Az 2009 végén az Actelion bejelentette, hogy befejezi a III. Fázisú, elsődleges krónikus álmatlansággal rendelkező felnőtt és idős betegek két hetes kezelését. A vállalat azt állítja, hogy a vizsgálat elsődleges végpontja, az Almorexant prémium hatékonysága a placebóval szemben, több másodlagos végpont is teljesült (lásd http://www1.actelion.com/en/our-company/news-and-events/index.page?newsId=1365361). Ugyanakkor a sajtóközlemény egy kriptikus sorában kijelentette, hogy „… bizonyos biztonsági észrevételeket tettek, amelyek további értékelésre és értékelésre szorulnak a hosszabb távú III. Fázisú tanulmányokban.” Érdekes lesz tudni, hogy ez mit jelent az adatok rendelkezésre állása esetén.

Az Almorexant egy széles körű fejlesztési program eredménye, amely a tatrahidroizokinolinnal kezdődött 1 (ábra 3) 42. Ez a vegyület elsődleges ütközésként jött létre egy nagy áteresztőképességű képernyőn, FLIPR-alapú kalciumvizsgálatot alkalmazva kínai hörcsög petefészek (CHO) sejtekben, amelyek humán OxR1 vagy OxR2 magas szintjét fejezték ki. Vegye figyelembe, hogy a vegyület 1 meglehetősen szelektív az OxR1 esetében. Valójában ez a gyógyászati ​​program számos különböző hatásos vegyületet termelt, amelyek közül néhány kettős receptor antagonista volt, míg néhányuk ésszerűen szelektív inhibitorai voltak az OxR1 vagy az OxR2 (lásd ábra 3). A szerény szerkezeti változások következtében a szelektivitás mértékében igen nagy ingadozásokat figyeltek meg. Például az egyik metoxicsoport helyettesítése a "bal felső" aromás gyűrűben 1 izopropil-éterrel teljesen OxR1 specifikus antagonistát eredményezett. Egy másik érdekes kontraszt a vegyület 3, ami elég szelektív az OxR2-hez, de sok szerkezeti jellemzővel rendelkezik az Almorexant kettős antagonistával. Sajnos nincsenek strukturális adatok az orexin receptorról, és így a szelektivitás molekuláris alapja nem ismert.

A tetrahidroizokinolinok messze vannak az egyetlen orexin receptor antagonistától. Az Actelion például szerkezetileg elkülönülő vegyületeket, például szulfonamidokat jelentett 4 és a 5, amelyek erős kettős és OxR2 szelektív antagonisták (ábra 4) 43. Az erősen módosított glicin magot tartalmazó struktúrák vizsgálata során arra a következtetésre jutunk, hogy a tetrahidroizokinolinok és a szulfonamidok átfedő helyeket foglalhatnak el a receptoron, de a legjobb tudásunk szerint ez nem tesztelt.

ábra 4 

Az Actelion Pharmaceuticals által kifejlesztett más orexin receptor antagonisták szerkezetei.

A GSK az első orexin receptor antagonista, az SB-334867 egyikét jelentette 44-46 (ábra 5) egy olyan vegyület, amely viszonylag szelektív az OxR1-ra és továbbra is a leggyakrabban használt „szerszámkeverék” az orexin biológiát tanulmányozó laboratóriumokban. Azt is jelentették, hogy viszonylag távoli rokon az SB-334867, 6, amely magában foglal egy prolin egységet, sokkal jobb hatással van mindkét receptorra, de megtartja az ésszerű oxR1 szelektivitást 47. Feltételezték, hogy 6 lehet, hogy közeli hozzátartozója egy nem nyilvános struktúrájú vegyületnek, amelyet a GSK klinikai vizsgálatokba vont az SB-674042 nevű álmatlanság kezelésére. 41. A GSK bejelentette, hogy a 2007 II. Fázisú klinikai vizsgálatokban ezt a vegyületet progresszívan folytatták, de a legjobb tudásunk szerint további klinikai adatok nem állnak rendelkezésre.

A Merck csapat kifejlesztett prolin tartalmú orexin receptor antagonistákat 48. összetett 7 (ábra 5) nagy átbocsátású szitán keletkezett, és kiváló in vitro hatékonyságot mutatott az OxR2 ellen, valamint az OxR1 elleni mérsékelt aktivitást, de in vivo gyenge vér-agy gátló penetrációt mutatott. Azt találtuk, hogy ez a P-glikoprotein szubsztrátja. Megállapították, hogy ez a probléma a benzimidazol-nitrogén metilálásával javítható 41, 48. összetett 8A fenilgyűrűt a molekula „jobb felső” negyedében lévő pirrolcsoport helyett fenilgyűrűt is tartalmaz, és ez egy erős kettős receptor antagonista, kiváló vér-agy-gátló penetrációval. 8 kimutatták, hogy a patkányokban aktív.

Más gyógyszeripari vállalatok néhány olyan vegyületről számoltak be, amelyek in vitro aktivitással rendelkeznek az orexin-receptorokkal szemben, de ezeket itt nem vizsgálják felül.

Az a kísértés, hogy feltételezzük, hogy ugyanazok a vegyületek, mint az alvás segédanyagok, hasznosak lehetnek a krónikus függőségek kezelésében is, bár ennek a kezelési rendszernek egy nyilvánvaló mellékhatása az lenne, hogy az alanyok álmosak lesznek, ha kettős receptor antagonisták. Ugyanakkor az orexin-jelzés szerepének felfedezése addiktív viselkedésben viszonylag új, és a legjobb tudomásunk szerint a fenti indikációkkal kapcsolatban a fentiekben ismertetett vegyületekkel nem indítottunk klinikai vizsgálatokat.

Orexin receptor agonisták és potenciátorok

Amint azt a fentiekben tárgyaltuk, Yanagisawa és munkatársai bizonyították az állatmodellek elvét, hogy a narkolepszia kezelhető legyen orexin receptor agonistával 18. Ezekben a vizsgálatokban módosított orexin peptidet alkalmaztak. Kíváncsi azonban, hogy a szakirodalomban a legjobb tudásunk szerint még nem jelentettek be nem-peptid agonistákat. Nehéz elképzelni, hogy az ilyen vegyületekre vonatkozó képernyőket nem végezték el, tekintettel a receptor antagonistákon végzett nagy mennyiségű munkára. Így valószínűnek tűnik, hogy a nehéz agonistákat nehéz megtalálni, bár nem világos, miért van ez így.

Nemrégiben az orexin receptor első pozitív alloszterikus potenciálja, 9 (ábra 6), azonosították. Ezt a vegyületet véletlenül felfedezték egy szerény gyógyszerkémiai kampány során, amelynek célja a peptoid alapú orexin receptor antagonista hatékonyságának növelése. 49. peptoid 10 egy olyan képernyőn azonosítottuk, amelyben az OxR1-et expresszáló vagy nem expresszáló, de másképp azonos sejteket különböző színű festékekkel jelöltük (piros és zöld), és hibridizáltak egy üveglapra immobilizált több ezer peptoidot tartalmazó mikroszálasra. Azokat a vegyületeket, amelyek szelektíven kötődnek az OxR1-et expresszáló sejtekhez, az ezen a ponton rögzített fluoreszcens színezékek nagy piros-zöld arányával azonosítottuk (lásd ref. 50 ennek a módszernek a kidolgozásához). Szarkozin vizsgálati kísérlet 51 kiderült, hogy a molekulában jelenlévő kilenc oldallánc közül csak kettő elengedhetetlen volt a receptor-expresszáló sejtekhez való kötődéshez (pirossal jelölve Ábra 6). A vegyület későbbi szintézise és elemzése 11 megerősítette, hogy ez a „minimális farmakofór” a receptor kötődéséhez. 11 mindkét orexin receptor egy nagyon gyenge antagonistája egy IC-vel50 csak körülbelül 300 μM in vitro.

ábra 6 

Egy orexin receptor pozitív potencírozó fejlesztése. A kötőképernyő elsődleges húzásaként felépült peptoid szerkezete a tetején látható. A molekula azon része, amely fontosnak bizonyult a receptor kötődés szempontjából, pirossal van jelölve. Ez ...

A 11 úgy tűnt, hogy gyenge hasonlóságot mutat az Almorexanthoz (ábra 6) azzal a különbséggel, hogy a vegyület egy glicinegységhez kapcsolt piperonilgyűrűt tartalmazott, míg a piperonil helyett csaknem ugyanazok, de dimetoxi-benzilgyűrűvel vannak jelen. Ezt a modellt útmutatóként használva számos 11 szintetizálunk, amelyben szénhidrogén egységeket adunk az amin nitrogénhez reduktív aminálással. Benzilszármazék, 12, amelyben egy további metilén is beillesztett az aromás gyűrű közé, és a nitrogén sokkal jobb antagonistának bizonyult, bár még mindig csak szerény hatással volt (Ábra 6), ami arra utal, hogy a modell helyes lehet. Versenyvizsgálatok annak megállapítására, hogy a peptoid származék 12 és az Almorexant egymással verseng a receptorhoz való kötődésről, nem jelentették.

További optimalizálási erőfeszítések során a vegyület 9 szintetizálták, ami különbözött 12 csak abban az esetben, ha a piperonilgyűrűt két metoxi-egységre és az egyetlen metilén-kapcsolóra nyitottuk a glicin-nitrogén és az aromás gyűrű között, amely a vegyületben jelen volt 10 visszaállt. Feltűnően, 9 nem antagonizálta az OxR1-et egy sejttenyésztési vizsgálatban, de úgy tűnt, hogy kissé növeli az orexin-függő riportergén expresszióját. Ezért a vizsgálatokat alacsonyabb orexin koncentrációban (EC20 a hormon), és az eredmények egyértelműen ezt bizonyították 9 az orexin által közvetített receptor aktiválásának pozitív potenciálja. Ezen a hormonkoncentrációnál 9 egy EK-t mutatott be50 körülbelül 120 nM. Amikor a vizsgálatot a potencírozószer telített szintjén hajtottuk végre 9 és az orexin szintjét titráltuk, azt találtuk, hogy az EK50 az orexin körülbelül négyszeresére csökkent, és hogy a riportergén expressziójának maximális szintje körülbelül háromszor nagyobb volt, mint az orexin telített szintjei. Hasonló eredményeket kaptunk az OxR2-et expresszáló sejteket alkalmazó kísérletekben is 9 kettős receptor potencírozó.

Az első orexin receptor potencírozó felfedezése potenciálisan izgalmas az elhízás / cukorbetegség kezelésének lehetséges alkalmazásai tekintetében 8, bár eddig nem in vivo kísérleteket jelentettek a vegyület felhasználásával. Mint már említettük, a Yanagisawa kimutatta, hogy egy peptid alapú orexin receptor agonista blokkolja az étrend által kiváltott elhízást és a II. Típusú diabétesz kialakulását rágcsálókban 8. Mivel ezek az állatok és feltehetően a táplált embereknél az orexin hormon normális szintje még mindig expresszálódik, egy pozitív potencírozó hasznos lehet a hormon kedvező természetes hatásának stimulálásában. Természetesen valószínű, hogy a potencírozó nem érdekes a narkolepszia kezelésében, mivel az érintett személyek kevéssé vagy egyáltalán nem termelnek orexint.

Összegzésként

Nyilvánvaló, hogy az orexin és a neuropeptid receptorai központi szerepet játszanak az etetés, az alvás, az energiaköltségek, a jutalomkeresés és a különféle egyéb viselkedések szabályozásában. Az orexin jelátvitel által keltett intracelluláris eseményekről kevés ismert. Az orexin jelátvitel farmakológiai manipulációjában nyilvánvalóan nagy ígéret van, és számos gyógyszeripari vállalat és tudományos laboratórium rendelkezik aktív programokkal ezen a területen. Bár ezek a vegyületek még nincsenek a klinikán, az erős Alexxant-kettős orexin-receptor-antagonista befejezte azt, ami nyilvánvalóan sikeres III. Fázisú klinikai vizsgálat az álmatlanság kezelésére. Egyelőre orexin receptor agonistákról nem számoltak be. Valószínűnek tűnik, hogy az elkövetkező néhány évben nagy aktivitás lesz ezen a területen.

Köszönetnyilvánítás

Laboratóriumunk által az ebben a felülvizsgálatban ismertetett munkát az NIH (P01-DK58398) támogatása és a National Heart Lung and Blood Institute (N01-HV-28185) támogatása támogatta.

Referenciák

1. Sakurai T, Amemiya A, Ishii M, Matsuzaki I, Chemelli RM, Tanaka H, ​​Williams SC, Richardson JA, Kozlowski GP, Wilson S, Arch JR, Buckingham RE, Haynes AC, Carr SA, Annan RS, McNulty DE, Liu WS , Terrett JA, Elshourbagy N, Bergsma ADJ, Yanagisawa M. Cell. 1998; 92 (7): 3-85.
2. de Lecea L, Kilduff TS, Peyron C, Gao X, Foye PE, Danielson PE, Fukuhara C, Battenberg EL, Gautvik VT, Bartlett FS, 2nd, Frankel WN, van den Pol AN, Bloom FE, Gautvik KM, Sutcliffe JG. Proc Natl Acad Sci US A. 1998, 95: 322 – 327. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
3. Sakurai T, Moriguchi T, Furuya K, Kajiwara N, Nakamura T, Yanagisawa M, Goto K. A Biológiai kémia folyóirat. 1999; 274: 17771-17776. [PubMed]
4. Nambu T, Sakurai T, Mizukami K, Hosoya Y, Yanagisawa M, Goto K. Brain Res. 1999; 827: 243-260. [PubMed]
5. Muroya S, Funahashi H, Yamanaka A, Kohno D, Uramura K, Nambu T, Shibahara M, Kuramochi M, Takigawa M, Yanagisawa M, Sakurai T, Shioda S, Yada T. Eur J Neurosci. 2004; 19: 1524-1534. [PubMed]
6. Willie JT, Chemelli RM, Sinton CM, Yanagisawa M. Ann Rev Neurosci. 2001; 24: 429-458. [PubMed]
7. Tsuneki H, Murata S, Anzawa Y, Soeda Y, Tokai E, Wada T, Kimura I, Yanagisawa M, Sakurai T, Sasaoka T. Diabetologia. 2008; 51: 657-667. [PubMed]
8. Funato H, Tsai AL, Willie JT, Kisanuki Y, Williams SC, Sakurai T, Yanagisawa M. Cell metabolizmus. 2009; 9: 64-76. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
9. Chemeilli R, Willie JT, Sinton CM, Elmquist JK, Scammell T, Lee C, Richardson JA, Clay Williams S, Xiong Y, Kisanuki Y, Fitch TE, Nakazato M, Hammer RE, Saper CB, Yanagisawa M. Cell. 1999; 98: 437-451. [PubMed]
10. Lin L, Faraco J, Li R, Kadotani H, Rogers W, Lin X, Qiu X, Jong PJ, Nishino S, Mignot E. Cell. 1999; 98: 365-376. [PubMed]
11. Johnson PL, Truitt W, Fitz SD, Minick PE, Dietrich A, Sanghani S, Traskman-Bendz L, Goddard AW, Brundin L, Shekhar A. Nature Medicine. 2009; 16: 111-115. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
12. Hollander JA, Lu Q, Cameron MD, Kamenecka TM, Kenny PJ. Proc Natl Acad Sci US A. 2008, 105: 19480 – 19485. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
13. Kang JE, Lim MM, Bateman RJ, Lee JJ, Smyth LP, Cirrito JR, Fujiki N, Nishino S, Holtzman DM. Tudomány. 2009
14. Moriguchi T, Sakurai T, Nambu T, Yanagisawa M, Goto K. Neurotudományi betűk. 1999; 264: 101-104. [PubMed]
15. Yamanaka AB, Willie CT, Hara JT, Tsujino J, Mieda N, Tominaga M, Yagami M, Sugiyama K, Goto F, Yanagisawa K, Sakurai MT. Idegsejt. 2003; 38: 701-713. [PubMed]
16. Hallmayer J, Faraco J, Lin L, Hesselson S, Winkelmann J, Kawashima M, Mayer G, Plazzi G, Nevsimalova S, Bourgin P, Hong SS, Honda Y, Honda M, Hogl B, Longstreth WT, Jr, Montplaisir J, Kemlink D, Einen M, Chen J, Musone SL, Akana M, Miyagawa T, Duan J, Desautels A, Erhardt C, Hesla PE, Poli F, Frauscher B, Jeong JH, Lee SP, Ton TG, Kvale M, Kolesar L Dobrovolna M, Nepom GT, Salomon D, Wichmann HE, Rouleau GA, Gieger C, Levinson DF, Gejman PV, Meitinger T, Young T, Peppard P, Tokunaga K, Kwok PY, Risch N, Mignot E. Nature genetika. 2009 [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
17. Nishino S, Okura M, Mignot E. Sleep Med Rev. 2000, 4: 57 – 99. [PubMed]
18. Mieda M, Willie JT, Hara J, Sinton CM, Sakurai T, Yanagisawa M. Proc Natl Acad Sci US A. 2004, 101: 4649 – 4654. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
19. Brisbare-Roch C, Dingemanse J, Koberstein R, Hoever P, Aissaoui H, Flores S, Mueller C, Nayler O, van Gerven J, de Haas SL, Hess P, Qiu C, Buchmann S, Scherz M, Weller T, Fischli W, Clozel M, Jenck F. Nature gyógyszer. 2007; 13: 150-155. [PubMed]
20. Szürke MA, Critchley HD. Idegsejt. 2007; 54: 183-186. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
21. Naqvi NH, Rudrauf D, Damasio H, Bechara A. Tudomány. 2007; 315: 531-534. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
22. Wang Z, Faith M, Patterson F, Tang K, Kerrin K, Wileyto EP, Detre JA, Lerman C. J Neurosci. 2007; 27: 14035-14040. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
23. Harris GC, Wimmer M, Aston-Jones G. Nature. 2005; 437: 556-559. [PubMed]
24. Kenny PJ. A farmakológiai tudományok trendjei. 2007; 28: 135-141. [PubMed]
25. Georgescu D, Zachariou V, Barrot M, Mieda M, Willie JT, Eisch AJ, Yanagisawa M, Nestler EJ, DiLeone RJ. J Neurosci. 2003; 23: 3106-3111. [PubMed]
26. Nishino S. Sleep Med. 2007; 8: 373-399. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
27. Hara J, Beuckmann CT, Nambu T, Willie JT, Chemelli RM, Sinton CM, Sugiyama F, Yagami K, Goto K, Yanagisawa M, Sakurai T. Neuron. 2001; 30: 345-354. [PubMed]
28. Yu X, Park BH, Wang MY, Wang ZV, Unger RH. Proc Natl Acad Sci US A. 2008, 105: 14070 – 14075. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
29. Ora EA, Ruiz E, Andewelt A, Sebring N, Wagner AJ, Depaoli AM, Gorden P. J Clin Endocrinol Metab. 2002; 87: 3110-3117. [PubMed]
30. Heinonen MV, Purhonen AK, KA KA, Herzig KH. Acta Physiol (Oxf) 2008: 192: 471 – 485. [PubMed]
31. Silveyra P, Catalano PN, Lux-Lantos V, Libertun C. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2007; 292: E820-828. [PubMed]
32. Silveyra P, Lux-Lantos V, Libertun C. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2007; 293: E977-985. [PubMed]
33. Johren O, Neidert SJ, Kummer M, Dendorfer A, Dominiak P. Endocrinology. 2001; 142: 3324-3331. [PubMed]
34. Adeghate E, Fernandez-Cabezudo M, Hameed R, El-Hasasna H, El Wasila M, Abbas T, Al-Ramadi B. PLoS One. 2010; 5: e8587. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
35. Ekholm ME, Johansson L, Kukkonen JP. Biokémiai és biofizikai kutatási kommunikáció. 2007; 353: 475-480. [PubMed]
36. Sikder D, Kodadek T. Genes & Dev. 2007; 21: 2995–3005. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
37. Kaelin WGJ. Biochem Biophys Res Comm. 2005; 338: 627-638. [PubMed]
38. Vander Heiden MG, Cantley LC, Thompson CB. Tudomány. 2009; 324: 1029-1033. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
39. Rouet-Benzineb P, Rouyer-Fessard C, Jarry A, Avondo V, Pouzet C, Yanagisawa M, Laboisse C, Laburthe M, Voisin T. The Biology of Journal. 2004; 279: 45875-45886. [PubMed]
40. Spinazzi R, Rucinski M, Neri G, Malendowicz LK, Nussdorfer GG. J Clin Endocrinol Metab. 2005; 90: 3544-3549. [PubMed]
41. Roecker AJ, Coleman PJ. Curr Top Med. Chem. 2008; 8: 977-987. [PubMed]
42. Koberstein R, Aissaoui H, Bur D, Clozel M, Fischli W, Jenck F, Mueller C, Nayler O, Sifferlen T, Treiber A, Weller T. Chimia. 2003; 57: 270-275.
43. Aissaoui H, Koberstein R, Zumbrunn C, Gatfield J, Brisbare-Roch C, Jenck F, Treiber A, Boss C. Bioorganic & medical kémiai levelek. 2008; 18: 5729–5733. [PubMed]
44. Porter RA, Chan WN, Coulton S, Johns A, Hadley MS, Widdowson K, Jerman JC, Brough SJ, Coldwell M, Smart D, Jewitt F, Jeffrey P, Austin N. Bioorganic & medical kémiai levelek. 2001; 11: 1907–1910. [PubMed]
45. Smart D, Sabido-David C, Brough SJ, Jewitt F, John A, Porter RA, Jerman JC. Br. Pharmacol. 2001; 132: 1179-1182. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
46. Rodgers RJ, Halford JC, Nunes de Souza RL, Canto de Souza AL, Piper DC, Arch JR, Upton N, Porter RA, Johns A, Blundell JE. Eur J Neurosci. 2001; 13: 1444-1452. [PubMed]
47. Langmead CJ, Jerman JC, Brough SJ, Scott C, Porter RA, Herdon HJ. Br. Pharmacol. 2004; 141: 340-346. [PMC ingyenes cikk] [PubMed]
48. Bergman JM, Roecker AJ, Mercer SP, Bednar RA, Reiss DR, Ransom RW, Meacham Harrell C, Pettibone DJ, Lemaire W, Murphy KL, Li C, Prueksaritanont T, Winrow CJ, Renger JJ, Koblan KS, Hartman GD , Coleman PJ. Bioorganikus és gyógyászati ​​kémiai levelek. 2008; 18: 1425–1430. [PubMed]
49. Lee J, Kodadek T. Chem. Sci. 2010, 1 doi: 10.1039 / C0SC00197J. A sajtóban. [PMC ingyenes cikk] [PubMed] [Cross Ref]
50. Udugamasooriya DG, Dineen SP, Brekken RA, Kodadek T. J. Chem. 2008; 130: 5744-5752. [PubMed]
51. Lim HS, Archer CT, Kim YC, Hutchens T, Kodadek T. Chem Comm. 2008: 1064-1066. [PubMed]