Oksekso signalizacijos chemija ir biologija (2010)

Eiti į:

Abstraktus

Oreksinai (dar vadinami hipokretinais) yra neuropeptidai, kuriuos 1998 pirmą kartą atrado dvi nepriklausomos tyrimų grupės^{1, 2}. Oreksinai A (33 aminorūgštys) ir B (28 aminorūgštys) yra gaunami iš vieno pre-oreksino polipeptido³. Jie tarpininkauja savo veiksmams per sąveiką su dviem glaudžiai susijusiais GPCR, vadinamais Orexin receptoriais 1 ir 2 (OxR1 ir OxR2). „OxR1“ suriša Orexin A maždaug su 100 kartus didesniu afinitetu nei Orexin B, tuo tarpu „OxR2“ abu peptidus suriša maždaug tuo pačiu giminingumu. Oreksinus gamina specializuoti pagumburio neuronai, kurie išsikiša į daugelį skirtingų smegenų sričių^{4, 5}.

Kaip bus trumpai apžvelgta toliau, per pastaruosius dešimt metų atliktuose fiziologiniuose tyrimuose nustatyta, kad signalizacijos apie oreksiną yra pagrindinės įvairiuose svarbiuose biologiniuose procesuose, įskaitant maitinimą, energetinę homeostazę, miego / budėjimo ciklus, priklausomybę ir atlygio siekimą.⁶. Yra aiškių įrodymų, kad oreksino signalų trūkumai yra susiję su dietos nutukimu ir diabetu^{7, 8}, narkolepsija^{9, 10}, panikos nerimo sutrikimas¹¹, priklausomybė nuo narkotikų¹² ir Alzheimerio liga¹³. Taigi narkotikų pramonėje yra didelis susidomėjimas potencialių junginių, skirtų manipuliuoti oreksino signalizavimu, kūrimu. Čia apžvelgiama naujausia oreksino signalizacijos supratimo ir manipuliavimo pažanga.

Oreksino signalai koordinuojant miegą ir maitinimą

Labiausiai suprantamas signalizacijos apie oreksiną vaidmuo yra maitinimo ir miego koordinavimas. Pagumburio oreksino gamybos lygis yra atvirkščiai susijęs su gliukozės kiekiu kraujyje ¹⁴. Oreksino signalizacija, bent jau per trumpą laiką, sukelia alkio pojūtį ir skatina maitinimąsi, veikiausiai suaktyvindama smegenų neuronus, kurie gamina Y neuropeptidą ir funkciškai susijusius hormonus. Be to, signalizacijos apie oreksiną yra pagrindinės žinduolių pabudimo būsenos sudedamosios dalys^{9, 15}. Kitaip tariant, oreksino signalizacija įpareigoja, kad kai gyvūnai yra alkani, jie taip pat atsibunda, bet sotūs gali būti mieguisti. Tai daro gerą fiziologinę prasmę tuo, kad gyvūnai norės maitintis, o ne miegoti, kai yra alkani.

Genetinis oreksino geno arba graužikų receptoriaus abliacija sukelia fenotipą, nepaprastai panašų į žmogaus narkolepsiją su katapleksija, kai gyvūnas patiria netinkamą miego įsiskverbimą į įprastą prabudimo laiką, įskaitant griūtį keistais momentais.⁹. Tas pats pasakytina apie šunis su inaktyvinančia mutacija OxR2 ekspresuojančiame gene¹⁰. Daugumoje, nors ir ne visuose, žmonių narkoleptikuose, nors jie neturi mutacijų genuose, koduojančiuose oreksiną ir jo receptorius, vis dėlto trūksta aptinkamo oreksino. Manoma, kad taip yra dėl autoimuninio priepuolio oreksinus gaminančių neuronų smegenyse^{16, 17}. Tačiau šis autoimuninis žmogaus narkolepsijos modelis turi būti įrodytas ir nieko nežinoma apie tariamos autoimuninės reakcijos pobūdį.

Taigi žinoma oreksino signalizacijos biologija leidžia manyti, kad smegenis skverbiantys OxR2 agonistai turėtų skatinti budrumą ir gali būti naudingi gydant narkolepsiją. Yanagisawa ir kolegos paskelbė koncepcijos eksperimentų, palaikančių šią idėją, įrodymus¹⁸. Jie parodė, kad tiesioginė intrakranijinė oreksino peptido injekcija į graužikų, kuriems trūksta oreksino, smegenis sukėlė padidėjusį budrumo būseną. Oreksino receptorių antagonistai gali būti naudojami nemiga gydyti¹⁹, nors galimas katapleksijos indukcija, pastebima gyvūnams ir žmonėms, turintiems lėtinį oreksino trūkumą, kelia susirūpinimą (vaizdo infra).

Oreksino signalai dėl priklausomybės ir kitokio patologinio elgesio

Insula yra smegenų sritis, žinoma, kad ji skatina potraukio ir potraukio vystymąsi ir paprastai yra susijusi su atlygiu²⁰. Pažeidus šį smegenų regioną, smarkiai sumažėja rūkalių motyvacija tęsti savo įprotį²¹. Priešingai, žinoma, kad susilaikymas nuo cigarečių rūkymo suaktyvina insulą²². Atrodo, kad tas pats smegenų regionas, be morfino, kokaino ir alkoholio, yra susijęs su atlygio siekimu. Oreksinus gaminantys neuronai tankiai inervuoja šią smegenų sritį, o oreksinų signalizacija vaidina pagrindinį vaidmenį^23-25. Pavyzdžiui, selektyvaus OxR1 antagonisto SB-334867 skyrimas (žr 5 pav) žymiai sumažino graužikų potraukį savarankiškai įsišvirkšti nikotino¹². Panašūs rezultatai buvo gauti ir dėl kitų priklausomybę sukeliančių junginių. Įdomu tai, kad atliekant nikotino tyrimą, farmakologinė OxR1 blokada iš esmės neslopino maisto vartojimo, kurį, kaip manoma, kartu su budrumu daugiausia skatina OxR2. Taigi ikiklinikiniai duomenys apie graužikus aiškiai rodo, kad selektyvūs OxR1 antagonistai gali būti įdomūs vaistai nuo priklausomybės.

 

5 pav

Glaxo Smith Kline (GSK) ir Merck sukurtos oreksino receptorių antagonistų struktūros.

Oreksino signalizacija taip pat neseniai įrodyta, kad ji susijusi su panikos priepuoliais ir nerimu¹¹. Taikant žiurkės modelį, kuriame panikos priepuoliai sukėlė chronišką gyvūno gydymą GABA sintezės inhibitoriumi, o po to - ūminiu gydymu natrio laktatu, buvo įrodyta, kad SB-334867 sukelta OxR1 blokada arba siRNR sukelta oreksino gamybos slopinimas slopina panikos priepuolius šiame modelyje. Be to, panikos priepuolius patiriantiems žmonėms cerebrospinaliniame skystyje yra padidėjęs oreksino kiekis. ¹¹, suderinamas su oreksino signalizacijos vaidmeniu žmogaus nerimo sutrikimuose.

Visai neseniai pasirodė ataskaita, susiejanti miego ir budėjimo ciklą su Alzheimerio liga¹³. Konkrečiai buvo parodyta, kad amiloido beta kaupimasis, būdingas ligos požymiui, yra susijęs su budrumu. Pavyzdžiui, dėl lėtinio miego trūkumo padidėjo amiloido beta lygis gyvūno CSF. Įdomu tai, kad skiriant oreksino receptorių antagonistą SB-334867, sumažėjo šio neurotoksinio tarpinio produkto kiekis. Taigi įmanoma, kad tinkamas gydymo su OxR antagonistais režimas galėtų būti tinkamas būdas sulėtinti Alzheimerio ligos vystymąsi, jei jis būtų diagnozuotas pakankamai anksti.

Oreksinų signalizacijos energinė homeostazė, dietos sukeltas nutukimas ir diabetas

Netiesioginiai įrodymai rodo, kad oreksino signalizacija yra svarbi energijos homeostazėje. Pavyzdžiui, narkolepsiniams žmonėms, kurių organizme trūksta oreksino, kūno masės indeksas yra didesnis nei narkolepsiniams žmonėms, kurių oreksino kiekis yra normalus²⁶. Pelių genetinė abreksino neuronų abliacija sukelia nutukusius gyvūnus²⁷ Šioms pelėms taip pat išsivysto atsparumas insulinui su amžiumi⁷. Šie rezultatai atrodo prieštaringi, nes farmakologinis oreksino signalizacijos indukcija labai skatina maitinimąsi¹. Tai rodo, kad trumpalaikis ir ilgalaikis oreksino signalų poveikis energijos homeostazei yra skirtingas.

Neseniai ši oreksinų biologijos sritis buvo išaiškinta atlikus svarbų tyrimą, kuris įtikinamai parodė, kad oreksino signalizacijos stipriai priešinasi dietos sukeltam nutukimui ir vėlesniam graužikų atsparumo insulinui vystymuisi.⁸. Įrodyta, kad lėtinis oreksino geno ekspresija ar farmakologinis oreksino receptorių indukcija pelėms, šeriamoms riebiu maistu, beveik visiškai sustabdė nutukimo ir atsparumo insulinui vystymąsi. Įrodyta, kad tai daugiausia dėl padidėjusių energijos sąnaudų, nors kvėpavimo takų dalies, netiesioginio angliavandenių ir lipidų sunaudojimo rodiklio pokyčiai nepakito. Dėl lėtinio oreksino stimuliavimo taip pat sumažėjo maisto vartojimas. Įvairūs genetiniai ir farmakologiniai eksperimentai parodė, kad didžiąją šio poveikio dalį lemia signalizavimas per OxR2, o ne OxR1. Galiausiai, ryškus šio tyrimo rezultatas yra tas, kad lėtinis oreksino signalizacijos stimuliavimas neturėjo įtakos pelėms, kurioms trūko leptino. Šie gyvūnai, maitindamiesi riebiu maistu, vis tiek tapdavo nutukę ir atsparūs insulinui, net ir gydomi oreksino receptorių agonistais. Taigi atrodo, kad apsauginis oreksino poveikis pagerėja dėl leptino jautrumo. Šis tyrimas turi akivaizdų terapinį poveikį gydant dietos sukeltą nutukimą ir diabetą.

Nors šis tyrimas daugiausia reiškė signalizavimą per „OxR2“ kaip svarbų nutukimui atsparaus fenotipo metu, pastebėtas tam tikras „OxR1“ sukeltas poveikis⁸. Autoriai nustatė, kad vien OxR1 genetinė abliacija apsaugojo nuo dietos sukeltos hiperglikemijos, nors ir ne su nutukimu. Tai rodo, kad normalus fiziologinis oreksino kiekis per OxR1 signalizuoja, kad oreksinas vaidina leistiną vaidmenį formuojant atsparumą insulinui dėl amžiaus ar didelio riebalų kiekio dietos. Tačiau nefiziologiniame scenarijuje, kai ilgalaikis oreksinas ekspresuojasi per transgeną, tiek „OxR1“, tiek „OxR2“ tarpininkaujama apsauga nuo atsparumo insulinui išsivystymo dietose, kuriose yra daug riebalų. Šis sudėtingas „OxR1“ rezultatų rinkinys rodo, kad normalios ir suprafiziologinės oreksino ekspresijos sąlygomis arba receptoriai vaidina skirtingą vaidmenį, arba kad receptorius sukelia skirtingą fiziologinį poveikį, kuris gali sustiprinti hiperinsulinemijos vystymąsi arba priešintis jam, ir kad „nugalėtojas“ yra šie konkuruojantys efektai skiriasi, atsižvelgiant į oreksino lygį arba jo signalizacijos laiką ir trukmę.

Oreksino efekto susiejimas su signalu apie leptino vartojimą yra įdomus, palyginti su kitu neseniai paskelbtu tyrimu, kuriame buvo nustatyta, kad leprafiziologinis leptino lygis leidžia diabeto graužikams, kuriems visiškai trūksta insulino, klestėti ²⁸. Anksčiau buvo žinoma, kad leptinas mažina gliukozės kiekį kraujyje, stiprindamas endogeninio insulino likutinius dydžius streptozotocino (STZ) sukeltose diabetinėse žiurkėse, turinčiose dalinį insulino trūkumą. ²⁹. Tačiau mintis, kad vien leptinas gali išgelbėti gyvūnus, kuriems trūksta insulino, nuo cukrinio diabeto simptomų, niekada nebuvo išbandyta ir šis atradimas sukėlė didelę staigmeną. Panašūs fenotipai, kuriuos sukelia lėtinis gyvūnų gydymas suprafiziologiniu oreksino ir leptino lygiu, kartu su išvadomis, kad oreksinas veikia pagerindamas leptino jautrumą, verčia susimąstyti, ar šie du tyrimai buvo skirtingos tos pačios monetos pusės ir kad oreksino / leptino signalizacijos keliai iš tiesų gali būti labai perspektyvus I ar II tipo diabeto gydymo būdas.

Ar signalizacijos apie oreksiną turi įtakos periferijoje?

Manoma, kad dauguma aukščiau aprašytų oreksino signalizacijos padarinių yra pagumburyje. Oreksino signalizacijos, jei tokios yra, už nervų sistemos ribų vaidmenys yra prieštaringi. Oreksinų ir jų receptorių ekspresija buvo nustatyta įvairiuose periferiniuose audiniuose, įskaitant žarnyną, kasą, inkstus, antinksčius, riebalinį audinį ir reprodukcinį traktą. ^30-33, tačiau funkcinis oreksinų signalizacijos vaidmens periferijoje įrodymas yra retas.

Neseniai atliktas tyrimas parodė, kad OxR1 ekspresuojančių ląstelių dažnis kasos salelėse padidėjo dėl streptozotocino (STZ) sukeltos hiperglikemijos žiurkėms ir kartu lokalizuotas su gliukagonu.³⁴. Be to, suskaidyta kaspazė-3 imunochemiškai buvo lokalizuota kartu su OxR1 salelėse. Kita vertus, gyvūnams, kuriems trūko oreksino, pasireiškė sumažėjusi hiperglikemija ir geresnis gliukozės toleravimas nei laukinio tipo gyvūnams. Šie rezultatai rodo, kad OreR1 perduodami oreksinai kasoje gali prisidėti prie beta ląstelių apoptozės ir diabeto išsivystymo reaguojant į gydymą STZ. Nors ryšys yra menkas, įmanoma, kad šis poveikis galėtų paaiškinti aukščiau paminėtų Funato ir kt. Pastebėjimus, kad genetinė OxR1 abliacija apsaugojo nuo dietos sukeltos hiperglikemijos ir hiperinsulinemijos, susijusios su riebiu maistu.⁸.

Oreksino signalizacijos kaskados

Oreksino signalizacija buvo intensyviai tiriama fiziologiniu lygmeniu, tačiau buvo atlikta daug mažiau pastangų apibūdinti tarpląstelinius įvykius, kuriuos sukelia oreksino hormonų surišimas į jų receptorius. Yra žinoma, kad hormono prisijungimas prie jo receptorių sukelia kalcio antplūdį, kuris yra susijęs su Erko aktyvacija. ³⁵. Receptoriai taip pat jungiasi su fosfolipazės C (PLC) tarpininkavimu, kuris atpalaiduoja tarpląstelines kalcio atsargas.

Išsami genų transkripcijos programų, kurias sukėlė signalizacija apie oreksiną, analizė buvo pateikta 2007 ³⁶. Šiame tyrime buvo naudojamas visuotinis genų ekspresijos profiliavimas, siekiant nustatyti genus, stipriai padidintus ar žeminančius HEK293 ląstelėse, stabiliai ekspresuojančiose OxR1. 260 genai buvo reguliuojami aukščiau, o 64 žemyn - dvigubai ar daugiau kartų, kai buvo imami mėginiai ir dvi, ir keturias valandas po oreksino stimuliavimo. Genų komentarai parodė, kad maždaug pusė labai reguliuojamų genų dalyvavo ląstelių augime (30%) arba metabolizme (27%). Kelio analizė, naudojant komercinę išradingumo programą, suponavo kelis būdus, kuriuos reguliuoja oreksino signalizacijos (1 pav). Ryškiausi buvo kanoniniai TGF-β / Smad / BMP, FGF, NF-kB ir hipoksinės signalizacijos keliai. Šis tyrimas buvo išsamiai nukreiptas į hipoksinį kelią, kuris buvo keistas šio tyrimo „hitas“, nes ląstelės buvo auginamos normaliomis sąlygomis. Nepaisant to, hipoksijos sukeliamas 1-α (HIF-1α) faktorius, kuris anksčiau buvo žinomas kaip atsakas į hipoksiją, padidėjo, o daugelį jo taikinių genų labai sukėlė gydymas oreksinu. Hipoksinio vėžio ląstelėse, kuriose HIF-1α poveikis buvo geriausiai ištirtas, jis bendradarbiauja su HIF-1β, kad sudarytų heterodimerinį transkripcijos faktorių (HIF-1), kuris skatina ląstelių metabolizmo programavimą.³⁷. Visų pirma, jis masiškai reguliuoja gliukozės importą ir glikolizę, turėdamas surišimo vietas prieš beveik visus šiuose įvykiuose dalyvaujančius genus. Hipoksinėse ląstelėse HIF-1 veikia kaip glikolizės produkto, piruvato, šuntamas laktato gamybai, o ne virsmui acetil-CoA ir prisijungimu prie TCA ciklo bei oksidacinio fosforilinimo. Bent iš dalies tai daroma atsižvelgiant į HIF-1 priklausomą laktato dehidrogenazės A (LDH-A) - fermento, tarpininkaujančio piruvato virsmą laktatu, - taip pat piruvato dehidrogenazės kinų ekspresiją. PDHK), kuris inaktyvuoja PDH - fermentą, kuris tarpininkauja piruvato virsmui į acetil-Co-A (žr. 2 pav). Keista, tačiau atrodė, kad oreksinu apdorotos ląstelės perkelia TCA ciklo ir oksidacinio fosforilinimo būdu didžiąją dalį savo metabolinio srauto. ³⁶, todėl stipriai sustiprėja ATP ir, tikėtina, kitų biosintetinių tarpinių produktų, kurie vyksta suaktyvinant šiuos kelius, gamyba. Nežinoma, kaip signalizavimas su oreksinais ir hipoksija gali paskatinti HIF-1α aktyvumą, tačiau oreksinu gydomose ląstelėse suaktyvinamas tik pogrupis genų, kuriuos hipoksijoje paprastai aktyvuoja šis transkripcijos faktorius.

 

1 pav

Oreksino poveikio ląstelėms, ekspresuojančioms oreksino receptorių 1, genų ekspresijos analizės išvadų santrauka. Viršuje: lentelė su diagrama, kurioje apibendrintos anotuojamos genų, kuriems didelę įtaką daro oreksino signalizacija, funkcijos. Apačia: siūlomi signalizacijos keliai ...

 

Pav 2

Pagrindinio oreksino signalo poveikio gliukozės metabolizmui schema. OxSig = oreksino signalizacija. Oranžinis ovalas žymi gliukozės pernešėją. Rodyklės rodo nurodyto proceso stimuliaciją, o statmenos linijos žymi ...

Lygiagrečių hipotalaminio pjūvių, gautų iš laukinio tipo ar „OxR1“ išmuštų pelių, tyrimai iš esmės sutiko su šiomis išvadomis ir patvirtino, kad pastebėtas poveikis atsirado dėl oreksino signalizacijos ³⁶. Tam tikru požiūriu šis rezultatas yra patrauklus tuo, kad paaiškina painų mūsų supratimą apie oreksinų biologiją fiziologiniu lygmeniu. Jei pabudimo būseną prilygintume dideliam neuronų metaboliniam aktyvumui, kuris atrodo pagrįstas, keista, kad tai įvyktų, kai smegenys maudosi mažai gliukozės. Todėl yra tam tikra prasmė, kad norint pažadinti šią situaciją reikia nepaisyti per mechanizmą, kuris padidina gliukozės įsisavinimo ir perdirbimo efektyvumą. Oreksino sukeltas ląstelių metabolizmo reguliavimas taip pat atitiktų pastebėtą padidėjusią energijos sąnaudas ir atsparumą dietoms, sukeliančioms riebalų gausą. ⁸. Tačiau svarbu atsiminti, kad šiame tyrime daugiausia dėmesio buvo skiriama OxR1 ekspresuojančioms ląstelėms ir neuronų pjūviams, gautiems iš laukinio tipo ar OxR1 išmuštų pelių. Manoma, kad budrumas ir atsparumas dietos sukeltam nutukimui, kaip minėta aukščiau, yra labiau OxR2 tarpininkavimo signalizacijos poveikis. Gali būti, kad stebimi keliai yra svarbesni atlygio poelgiui ir kitiems procesams, kuriuose, atrodo, dominuoja „OxR1“ tarpininkaujama signalizacija. Šiems klausimams išspręsti reikės daug daugiau darbo su įvairių tipų ląstelėmis ir audiniais. Tačiau idėja, kad oreksino signalizacija yra pagrindinis energijos apykaitos reguliatorius, yra įdomus modelis, kuriuo bus vadovaujamasi atliekant būsimus tyrimus.

Ar oreksino signalizacija yra svarbi sergant vėžiu?

Išvada, kad oreksino signalizacija gali turbo įkrauti gliukozės suvartojimą, rodo galimą ryšį su ląstelių proliferacija dalijamosiose ląstelėse ir tokiu būdu su vėžiu. Tačiau aukščiau aptarti paskelbti rezultatai rodo, kad oreksinas gali skatinti oksidacinės energijos apykaitą ³⁶, o daugelis vėžio ląstelių didžiąją savo metabolizmo dalį naudoja anaerobinę glikolizę ³⁸. Viena iš galimybių yra tai, kad vėžio ląstelės, kurios naudoja oksidacinį metabolizmą, galėtų naudoti autokrininiu ar paracrininiu būdu perduodamus oreksino signalus, kad paskatintų jų metabolizmą ir proliferaciją, o jei taip, oreksino receptorių antagonistai būtų įdomios terapinės galimybės. Kita vertus, jei oreksino signalizacija skatina metabolinį srautą per TCA ir oksidacinio fosforilinimo kelius anaerobinės glikolizės sąskaita, tada šio kelio aktyvacija gali būti toksiška navikinėms ląstelėms, „priklausomoms“ nuo glikolitinio gyvenimo būdo.

Yra keletas požymių, rodančių, kad oreksinas signalizuoja vėžines ląsteles, ir, kaip galima numanyti iš pirmiau pateiktos analizės, oreksino signalizacijos poveikis skirtingose ​​vėžio ląstelėse atrodo skirtingas. Pavyzdžiui, oreksinai slopina ląstelių augimą, sukeldami apoptozę žmogaus storosios žarnos vėžyje, neuroblastomos ląstelėse ir žiurkės kasos naviko ląstelėse. ³⁹. Kita vertus, OxR1 ir OxR2 ekspresija yra didesnė adenomose nei įprastoje antinksčių žievėje. Oreksinas A ir B gali skatinti ląstelių dauginimąsi šiose ląstelėse, o poveikis buvo ryškesnis kultūringose ​​adenomatozinėse, nei normaliose antinksčių ląstelėse. ⁴⁰. Nors šie pranešimai yra įdomūs, mūsų supratimas apie oreksino signalizacijos svarbą sergant vėžiu, jei toks yra, yra dar kūdikystėje, ir reikės atlikti dar daugiau darbo siekiant išsiaiškinti, ar oreksino receptoriai ar signalizacijos kelio pasroviuose esantys veiksniai atspindi perspektyvius vėžio chemoterapijos tikslus. .

Oreksino signalų farmakologinė kontrolė

Aukščiau apžvelgta biologija leidžia manyti, kad oreksino signalizacijos agonistai, antagonistai ir stiprikliai gali būti kliniškai reikšmingi. Pavyzdžiui, gydymas narkolepsija ir katapleksija, atsirandančia dėl oreksino gamybos trūkumo, turėtų būti gydomas naudojant oreksino receptorių agonistą. Kita vertus, priklausomybę sukeliantis elgesys turėtų būti išgydomas naudojant oreksino receptorių antagonistą. Dietos sukeltas nutukimas ir diabetas gali būti kovojami su oreksino receptorių agonistais arba galbūt teigiamu alosterinio poveikio stiprikliu. Keletas pagrindinių farmacijos kompanijų ėmėsi kurti molekules, nukreiptas į oreksino receptorius ⁴¹.

Oreksino receptorių antagonistai

Kadangi smegenyse esantis oreksino signalas skatina pabudimą, savaime suprantama, kad dėl šio kelio farmakologinio blokavimo turėtų atsirasti mieguistumas, todėl oreksino receptorių antagonistai gali būti naudingi vaistai nemigai gydyti. Tačiau didžiausią susirūpinimą keltų katapleksijos sukėlimas. Iš tiesų, pagrindinis dalykas kuriant terapiškai naudingus oreksino receptorių antagonistus, yra tai, ar trumpalaikis farmakologinis oreksino receptorių slopinimas padės nustatyti lėtinio oreksino trūkumo narkolepsinį ir kataplektinį fenotipą.

Iki šiol gauti ikiklinikiniai ir klinikiniai duomenys tvirtina, kad atsakymas yra „ne“. Didžioji dalis duomenų gaunama iš Almorexant tyrimų (3 pav; taip pat žinomas kaip ACT-078573), kurį „Actelion Pharmaceuticals“ kuria nemigos gydymui. Almorexant yra geriamas tathidroizochinolinas, galimai antagonizuojantis tiek OxR1, tiek OxR2. Ankstyvame 2007 tyrime Actelion paskelbė preliminarų tyrimą, kuriame buvo pranešta apie sėkmingą žiurkių, šunų ir žmonių gydymą Almorexant arba klasikiniu GABA receptorių agonistu zolpidemu. ¹⁹. Šiame tyrime įrodyta, kad „Almorexant“ yra saugus ir gerai toleruojamas. Tai sukėlė subjektyvius ir objektyvius miego fiziologinius požymius. Eksperimentuose su žiurkėmis buvo įrodyta, kad Almorexant sukėlė ne REM ir REM miegą. Tai reikšminga tuo, kad zolpidemas nesukelia REM miego. Svarbu tai, kad nė vienam iš eksperimentinių gyvūnų ar pacientų katapleksijos požymių nepastebėta.

 

3 pav

Almorexant, klinikinio kandidato į nemigą, ir susijusių junginių, turinčių skirtingą selektyvumą dviem oreksino receptoriams, vystymosi santrauka.

Pasibaigus 2009, „Actelion“ paskelbė, kad baigtas išsamus III fazės tyrimas, skirtas dviejų savaičių gydymui suaugusiems ir senyvo amžiaus žmonėms, kuriems yra pirminė lėtinė nemiga. Bendrovė teigia, kad buvo laikomasi pirminio tyrimo rezultato, didesnio Almorexant veiksmingumo, palyginti su placebu, kaip ir kelių antrinių pasekmių (žr. http://www1.actelion.com/en/our-company/news-and-events/index.page?newsId=1365361). Tačiau kritinėje linijoje naujienų pranešime teigiama, kad „… buvo atlikti tam tikri saugos pastebėjimai, kuriuos reikės papildomai įvertinti ir įvertinti atliekant ilgalaikius III fazės tyrimus“. Bus įdomu sužinoti, ką tai reiškia, kai bus gauti duomenys.

„Almorexant“ buvo plačios plėtros programos, kuri prasidėjo nuo tatahidroizohinolino, rezultatas 1 (3 pav) ⁴². Šis junginys atsirado kaip pagrindinis smūgis iš didelio pralaidumo ekrano, naudojant FLIPR pagrįstą kalcio analizę Kinijos žiurkėno kiaušidžių (CHO) ląstelėse, ekspresuojančiose aukštą žmogaus OxR1 arba OxR2 kiekį. Atkreipkite dėmesį į tą junginį 1 yra gana selektyvus OxR1. Iš tikrųjų iš šios vaistinės programos buvo pagaminta daug skirtingų stiprių junginių, iš kurių kai kurie buvo dvigubų receptorių antagonistai, o kai kurie pagrįstai selektyvūs OxR1 arba OxR2 inhibitoriai (žr. 3 pav). Dėl nedidelių struktūrinių pokyčių buvo stebimas gana didelis selektyvumo laipsnio pokytis. Pavyzdžiui, vienos iš metoksigrupių pakeitimas „viršutiniame kairiajame“ aromatiniame žiede 1 su izopropilo eteriu, sukūrė visiškai specifinį OxR1 antagonistą. Kitas įdomus kontrastas yra junginys 3, kuris yra gana selektyvus OxR2, tačiau turi daug struktūrinių bruožų su dvigubu antagonistu Almorexant. Deja, nėra struktūrinių duomenų apie oreksino receptorius, todėl šio selektyvumo molekulinė bazė nežinoma.

Tetrahidroizochinolinai yra toli gražu ne vieninteliai pranešti apie oreksino receptorių antagonistus. Pavyzdžiui, „Actelion“ pranešė apie struktūriškai skirtingus junginius, tokius kaip sulfonamidai 4 ir 5, kurie yra stiprūs dvigubai ir OxR2 selektyvūs antagonistai (4 pav) ⁴³. Patikrinus struktūras, turinčias labai modifikuotą glicino šerdį, kyla pagunda daryti išvadą, kad tetrahidroizochinolinai ir sulfonamidai gali užimti sutampančias receptoriaus vietas, tačiau mūsų žiniomis, tai nebuvo išbandyta.

 

4 pav

Kitų oreksino receptorių antagonistų struktūros, sukurtos „Actelion Pharmaceuticals“.

GSK pranešė apie vieną iš pirmųjų oreksino receptorių antagonistą SB-334867 ^44-46 (5 pav), junginys, santykinai selektyvus OxR1, ir išlieka dažniausiai naudojamas „įrankių junginys“ tyrimų laboratorijose, tiriančiose oreksino biologiją. Jie taip pat pranešė apie gana tolimą SB-334867 giminaitį, 6, į kurį įeina prolino blokas, pasižymintis daug geresne galia prieš abu receptorius, tačiau išlaikantis pagrįstą OxR1 selektyvumą ⁴⁷. Buvo spėliojama, kad 6 gali būti neatskleistos struktūros junginio, kurį GSK ėmėsi klinikiniuose nemigos gydymo tyrimuose, vadinamas SB-674042, giminaitis. ⁴¹. GSK paskelbė apie šio junginio progresą į II fazės klinikinius tyrimus 2007, tačiau, kiek mums žinoma, jokių kitų klinikinių duomenų nebuvo.

„Merck“ komanda sukūrė prolino turinčius oreksino receptorių antagonistus ⁴⁸. Junginys 7 (5 pav) atsirado dėl didelio pralaidumo ekrano ir parodė puikų in vitro potencialą prieš OxR2, taip pat nedidelį aktyvumą prieš OxR1, tačiau in vivo parodė silpną kraujo smegenų barjero prasiskverbimą. Buvo nustatyta, kad tai yra P glikoproteino substratas. Jie nustatė, kad šią problemą gali palengvinti metilinant benzimidazolo azotą ^{41, 48}. Junginys 8, kuriame taip pat yra fenilo žiedas, o ne pirolio fragmentas „viršutiniame dešiniajame“ molekulės kvadrante, yra stiprus dvigubo receptoriaus antagonistas, pasižymintis puikiu kraujo ir smegenų barjero įsiskverbimu. 8 nustatyta, kad jis aktyvus žiurkėms.

Kitos farmacijos kompanijos pranešė apie keletą junginių, kurių in vitro veikia oreksino receptorius, tačiau jie čia nebus apžvelgti.

Pagunda spėlioti, kad tie patys junginiai, kurie yra kuriami kaip miego palaikymo priemonės, taip pat gali būti naudingi gydant lėtines priklausomybes, nors akivaizdus šio gydymo režimo šalutinis poveikis būtų tas, kad tiriamieji taps mieguisti, jei jie bus dvigubi receptorių antagonistai. Tačiau oreksino signalizacijos vaidmuo priklausomybės pasireiškime yra gana nesenas ir, kiek mums yra žinoma, klinikiniai tyrimai nebuvo atlikti naudojant aukščiau aptartus junginius šiai indikacijai.

Oreksino receptorių agonistai ir potenciatoriai

Kaip aptarta aukščiau, Yanagisawa ir kolegos pateikė gyvūnų modelių principo įrodymą, kad narkolepsija turi būti gydoma oreksino receptorių agonistu. ¹⁸. Šiuose tyrimuose jie naudojo modifikuotą oreksino peptidą. Kaip bebūtų keista, mūsų žiniomis, literatūroje iki šiol nebuvo pranešta apie nepeptidinius agonistus. Sunku įsivaizduoti, kad nebuvo atliekama tokių junginių atranka, atsižvelgiant į didžiulį darbą, susijusį su receptorių antagonistais. Taigi panašu, kad sunku rasti stiprius agonistus, nors neaišku, kodėl taip yra.

Visai neseniai atsirado pirmasis teigiamas alosterinis oreksino receptorių stipriklis, 9 (6 pav), buvo nustatyta. Šis junginys buvo sėkmingai aptiktas vykdant kuklią medicininės chemijos kampaniją, kurios tikslas buvo padidinti petoidų pagrindu pagaminto oreksino receptorių antagonisto potenciją. ⁴⁹. Peptoidas 10 buvo identifikuotas ekrane, kuriame ląstelės, kurios ekspresuoja arba neišreiškia OxR1, bet yra kitaip tapačios, buvo paženklintos skirtingų spalvų dažais (atitinkamai raudona ir žalia) ir hibridizuotos į mikrotraumą, kuriame pavaizduoti keli tūkstančiai petoidų, imobilizuoti ant stiklo stiklelio. Junginiai, kurie selektyviai surišo OxR1 ekspresuojančias ląsteles, buvo identifikuojami pagal didelę raudonos ir žalios spalvos fluorescencinių dažų, užfiksuotų toje vietoje, santykį (žr. ⁵⁰ šios metodikos plėtojimui). Sarkozino skenavimo eksperimentas ⁵¹ atskleidė, kad tik dvi iš devynių šoninių grandinių, esančių molekulėje, buvo būtinos norint prisijungti prie receptorius ekspresuojančių ląstelių (paryškintos raudona spalva Pav 6). Tolesnė junginio sintezė ir analizė 11 patvirtino, kad tai „minimalus farmakoforas“ jungiantis prie receptorių. 11 yra labai silpnas abiejų oreksino receptorių, turinčių IC, antagonistas₅₀ tik maždaug 300 μM in vitro.

 

6 pav

Oreksino receptorių potencialo sukūrimas. Peptoido struktūra, atsiradusi kaip pagrindinis įvykis iš rišamojo ekrano, rodoma viršuje. Ta molekulės dalis, kuri yra svarbi prisijungiant prie receptorių, yra paryškinta raudona spalva. Tai ...

Struktūra 11 atrodė, kad silpnas panašumas į Almorexant (6 pav), kuriame junginyje yra piperonilo žiedas, prijungtas prie glicino, o Almorexant yra beveik tie patys vienetai, bet piperonilo vietoje yra dimetoksibenzilo žiedas. Naudojant šį modelį kaip vadovą, keletas darinių 11 buvo susintetinti, kuriuose angliavandenilių vienetai buvo pridedami prie amino azoto per redukcinį amininimą. Benzilo darinys, 12, kuriame tarp aromatinio žiedo taip pat buvo įterptas papildomas metilenas, o azotas pasirodė esąs žymiai patobulintas antagonistas, nors vis dar turi tik nedidelę galią (Pav 6), teigdama, kad modelis gali būti teisingas. Konkurencijos tyrimai siekiant nustatyti, ar petoidinis darinys 12 ir Almorexant konkuruoja tarpusavyje dėl prisijungimo prie receptorių.

Tolesnių optimizavimo pastangų metu sudėkite 9 buvo susintetinta, kuri skyrėsi nuo 12 tik tuo atveju, kai piperonilo žiede atsivėrė du metoksi vienetai ir vienas metileno jungiklis tarp glicino azoto ir aromatinio žiedo, buvusio junginyje 10 buvo atstatytas. Pažymėtina, 9 ląstelių kultūros tyrime ne antagonizavo OxR1, tačiau atrodė, kad šiek tiek padidina nuo oreksino priklausomo reporterio geno ekspresiją. Todėl tyrimai buvo pakartoti esant mažesnei oreksino koncentracijai (EC₂₀ hormono) ir rezultatai aiškiai tai parodė 9 yra teigiamas oreksinų sukelto receptoriaus aktyvacijos potencialas. Esant tokiai hormono koncentracijai, 9 eksponavo EK₅₀ apie 120 nM. Kai tyrimas buvo atliktas prisotinto potenciatoriaus lygiu 9 ir titruojamas oreksino lygis, nustatyta, kad EB₅₀ Oreksino kiekis buvo sumažintas maždaug keturis kartus ir kad didžiausias reporterio geno ekspresijos lygis buvo maždaug tris kartus didesnis nei tas, kurį sukelia prisotinti oreksino lygiai. Panašūs rezultatai buvo gauti eksperimentuose, naudojant ląsteles, ekspresuojančias OxR2, parodant tai 9 yra dvejopas receptorių potenciatorius.

Pirmojo oreksino receptorių stipriklio atradimas gali būti įdomus, atsižvelgiant į tai, kaip gydyti nuo nutukimo / diabeto. ⁸, nors iki šiol ne in vivo buvo pranešta apie eksperimentus naudojant šį junginį. Kaip minėta aukščiau, Yanagisawa parodė, kad peptidais pagrįstas oreksino receptorių agonistas blokuoja dietos sukeltą nutukimą ir II tipo diabeto vystymąsi graužikams ⁸. Kadangi šie gyvūnai ir, tikėtina, daugiau nei pamaitinti žmonės vis dar ekspresuoja normalų hormono oreksino kiekį, teigiamas potenciatorius gali būti naudingas skatinant teigiamą natūralų hormono poveikį šiems asmenims. Aišku, stiprintojas greičiausiai nesidomės narkolepsijos gydymu, nes paveikti asmenys gamina mažai oreksino arba jo visai negauna.

Santrauka

Dabar akivaizdu, kad neuropeptido oreksinas ir jo giminingi receptoriai vaidina pagrindinį vaidmenį reguliuojant maitinimą, miegą, energijos sąnaudas, atlygio siekimą ir daugybę kitų elgesio būdų. Mažai žinoma apie tarpląstelinius įvykius, kuriuos sukelia signalizavimas oreksinu. Farmakologinio manipuliavimo oreksino signalizavimu akivaizdžiai žada daug pažadų, o nemažai farmacijos kompanijų ir akademinių laboratorijų šioje srityje vykdo aktyvias programas. Nors tokių junginių klinikoje dar nėra, stiprus dvigubo oreksino receptorių antagonistas Almorexant baigė tai, kas, matyt, buvo sėkmingas III fazės klinikinis tyrimas nemigos gydymui. Kol kas nebuvo pranešta apie oreksino receptorių agonistus. Panašu, kad per ateinančius kelerius metus šioje srityje bus daug veiklos.

Padėka

Nuorodos