Okseksu signālu ķīmija un bioloģija (2010)

Iet uz:

Anotācija

Oreksīni (ko sauc arī par hipokretīniem) ir neiropeptīdi, kurus 1998 pirmo reizi atklāja divas neatkarīgas pētniecības grupas.^{1, 2}. Okseksīni A (33 aminoskābes) un B (28 aminoskābes) ir iegūti no viena pre-pro-oreksīna polipeptīda.³. Viņi veic savu darbību, mijiedarbojoties ar diviem cieši saistītiem GPCR, ko sauc par Oxxin Receptor 1 un 2 (OxR1 un OxR2). OxR1 saistās ar Oxxin A ar aptuveni 100 reizes lielāku afinitāti nekā OxxX, bet OxR2 saistās ar abiem peptīdiem ar aptuveni vienādu afinitāti. Oreksīnus ražo hipotalāmu specializētie neironi, kas veido daudzus dažādus smadzeņu reģionus^{4, 5}.

Kā turpmāk īsumā pārskatīsim, pēdējo desmit gadu laikā veiktie fizioloģiskie pētījumi ir izraisījuši oreksīna signalizāciju kā centrālo lomu dažādos svarīgos bioloģiskos procesos, ieskaitot barošanu, enerģijas homeostāzi, miega / pamošanās cikliem, atkarību un atlīdzību, kas cita starpā meklē⁶. Ir skaidri pierādījumi par oreksīna signalizācijas defektiem, kas saistīti ar uztura izraisītu aptaukošanos un diabētu^{7, 8}, narkolepsija^{9, 10}, panikas trauksme¹¹, narkotiku atkarība¹² un Alcheimera slimība¹³. Tādējādi pastāv ievērojama interese par zāļu nozari spēcīgu savienojumu izstrādē oreksīna signalizācijas manipulācijai. Šeit ir aplūkoti jaunākie panākumi orexīna signalizācijas izpratnē un manipulācijā.

Okseksīna signalizācija miega un barošanas koordinēšanā

Labākā izpratne par oreksīna signalizāciju ir barošanas un miega koordinācija. Oreksīna ražošanas līmenis hipotalāmā ir apgriezti korelēts ar glikozes līmeni asinīs ¹⁴. Okseksīna signalizācija, vismaz īstermiņā, izraisa bada sajūtu un stimulē barošanas uzvedību, iespējams, aktivizējot smadzeņu neironus, kas ražo neopeptīdu Y un funkcionāli saistītos hormonus. Turklāt oreksīna signalizācija ir galvenais elements, kas izraisa modrības stāvokli zīdītājiem^{9, 15}. Citiem vārdiem sakot, oreksīna signalizācijas pilnvaras paredz, ka, kad dzīvnieki ir izsalkuši, viņi arī ir nomodā, bet, kad tie ir piesātināti, tie var būt miegoti. Tas padara labu fizioloģisko izjūtu, jo dzīvnieki vēlas, lai viņi barotu pārtiku, nevis guļ, kad viņi ir izsalkuši.

Oreksīna gēna vai receptora ģenētiskā ablācija grauzējiem izraisa fenotipu, kas ir ļoti līdzīgs cilvēka narkolepsijas gadījumam ar katapleksiju, kurā dzīvniekam ir nepareiza miega ielaušanās parastajā pamošanās laikā, ieskaitot sabrukumu nepāra mirkļos⁹. Tas pats attiecas uz suņiem ar inaktivējošu mutāciju OxR2 ekspresējošā gēnā¹⁰. Lielākā daļa, kaut arī ne visi, cilvēka narkoleptiķi, lai gan nav mutāciju gēnos, kas kodē oreksīnu un tā receptorus, tomēr tiem nav konstatējama oreksīna. Domājams, ka tas ir saistīts ar autoimūnu uzbrukumu smadzeņu oreksīnu ražojošajiem neironiem^{16, 17}. Tomēr šis autoimūnais cilvēka narkolepsijas modelis vēl nav pierādīts, un nekas nav zināms par iespējamās autoimūnās reakcijas raksturu.

Līdz ar to zināma oreksīna signalizācijas bioloģija paredz, ka smadzeņu penetranta OxR2 agonistiem vajadzētu stimulēt modrību un var būt noderīgi narkolepsijas ārstēšanai. Yanagisawa un kolēģi ir publicējuši koncepcijas eksperimentu pierādījumus, kas atbalsta šo ideju¹⁸. Tie parādīja, ka oreksīna peptīda tieša intrakraniāla injekcija oreksīna deficīta grauzēju smadzenēs izraisīja paaugstinātu modrības stāvokli. Un otrādi, oreksīna receptoru antagonisti var tikt izmantoti bezmiega ārstēšanai¹⁹, lai gan iespējamā katapleksijas indukcija, ko novēro dzīvniekiem un cilvēkiem ar hronisku oreksīna deficītu, ir bažas (skatīt infra).

Okseksīna signalizācija atkarību izraisošos un citos patoloģiskos paradumos

Insula ir smadzeņu reģions, par kuru ir zināms, ka tas ir iesaistīts mudinājumu un alkas attīstībā un parasti ir iesaistīts atalgojuma uzvedībā²⁰. Šī smadzeņu reģiona bojājumi izraisa smagu smēķētāju motivācijas turpināšanu, lai turpinātu savu ieradumu²¹. Turpretim ir zināms, ka cigarešu smēķētāju atturība aktivizē insulu²². Šķiet, ka tas pats smadzeņu reģions ir iesaistīts atalgojuma meklēšanā, kas saistīta ar morfīnu, kokaīnu un alkoholu. Orexīnu ražojošie neironi, kas dziļi iedzīst šo smadzeņu reģionu, un oreksīna signalizācijai ir galvenā loma šajos uzvedības veidos^23-25. Piemēram, OxR1 selektīvā antagonista SB-334867 ievadīšana (skatīt. \ T Skaitlis 5) ievērojami samazināja grauzēju spēju pašinstalēt ar nikotīnu¹². Līdzīgi rezultāti iegūti arī citiem atkarību izraisošiem savienojumiem. Interesanti, ka nikotīna pētījumā OxR1 farmakoloģiskā bloķēšana būtiski neiedarbojas ar pārtiku, kas, kopā ar modrību, domājams, ka mediāciju galvenokārt veic OxR2. Tādējādi pirmsklīniskie dati par grauzējiem stingri norāda, ka OxR1 selektīvie antagonisti varētu būt interesantas pret atkarību izraisošas zāles.

 

Skaitlis 5

Oreksīna receptoru antagonistu struktūras, ko izstrādājušas Glaxo Smith Kline (GSK) un Merck.

Okseksīna signalizācija nesen ir izrādījusies iesaistīta panikas lēkmēs un trauksmē¹¹. Izmantojot žurku modeli, kurā panikas lēkmes tiek izraisītas, ārstējot dzīvniekus hroniski ar GABA sintēzes inhibitoru, kam seko akūta ārstēšana ar nātrija laktātu, tika pierādīts, ka SB-334867 mediētā OxR1 blokāde vai siRNS-mediēta oreksīna ražošanas klusēšana nomāc panikas lēkmes šajā modelī. Turklāt cilvēkiem, kam pakļauti panikas lēkmes, ir paaugstināts oreksīna līmenis cerebrospinālajā šķidrumā (CSF). ¹¹, kas atbilst oreksīna signalizācijas lomai cilvēku trauksmes traucējumos.

Pavisam nesen tika parādīts ziņojums, kas savieno miega / pamošanās ciklu ar Alcheimera slimību¹³. Konkrētāk, tika pierādīts, ka amiloidā beta, kas ir slimības pazīme, uzkrāšanās ir saistīta ar modrību. Piemēram, hronisks miega traucējums palielināja amiloida beta līmeni dzīvnieka CSF. Interesanti, ka oreksīna receptoru antagonista SB-334867 lietošana samazināja šī neirotoksiskā starpprodukta līmeni. Tādējādi ir iespējams, ka piemērots ārstēšanas režīms ar OxR antagonistiem varētu būt dzīvotspējīga ārstēšana, lai palēninātu Alcheimera slimības attīstību, ja tā tiktu diagnosticēta pietiekami agri.

Okseksīns signalizē par enerģijas homeostāzi, uztura izraisītu aptaukošanos un diabētu

Ir netieši pierādījumi tam, ka oreksīna signalizācija ir svarīga enerģijas homeostazē. Piemēram, narkoleptiskiem cilvēkiem, kam trūkst oreksīna, ir augstāks ķermeņa masas indekss nekā narkoleptiskiem indivīdiem ar normālu oreksīna līmeni.²⁶. Oreksīna neironu ģenētiskā ablācija pelēm izraisa aptaukošanās dzīvniekus²⁷ un šīm pelēm attīstās arī ar vecumu saistītā insulīna rezistence⁷. Šie rezultāti šķiet pretrunīgi, jo oreksīna signalizācijas farmakoloģiskā indukcija veicina barošanas uzvedību¹. Tas liecina, ka oreksīna signalizācijas īstermiņa un ilgāka termiņa ietekme uz enerģijas homeostāzi ir atšķirīga.

Nesen šī oreksīna bioloģijas joma ir izskaidrota ar orientieru pētījumu, kas pārliecinoši pierādīja, ka oreksīna signalizācija stingri iebilst pret uztura izraisītu aptaukošanos un turpmāko insulīna rezistences attīstību grauzējiem⁸. Tika pierādīts, ka hroniska oreksīna gēna ekspresija vai oreksīna receptora farmakoloģiskā indukcija gandrīz pilnībā bloķēja aptaukošanās un insulīna rezistences veidošanos pelēm, kuras baro ar augstu tauku saturu. Tas izrādījās lielā mērā saistīts ar enerģijas patēriņa palielināšanos, lai gan elpošanas koeficienta, netieša ogļhidrātu un lipīdu izlietojuma rādītājs, nemainījās. Hronisks oreksīna signalizācijas stimulējums arī samazināja pārtikas patēriņu. Gan ģenētisko, gan farmakoloģisko eksperimentu daudzveidība liecināja, ka lielāko daļu šīs iedarbības izraisīja signalizācija caur OxR2, nevis OxR1. Visbeidzot, šī pētījuma pārsteidzošs konstatējums ir tāds, ka hroniska oreksīna signalizācijas stimulēšana neietekmēja peles, kurām nebija leptīna. Šie dzīvnieki, barojot ar augstu tauku saturu, joprojām kļuva par aptaukošanos un insulīna rezistenci pat tad, ja tie tika ārstēti ar oreksīna receptoru agonistu. Tādējādi šķiet, ka oreksīna aizsargājošais efekts sakņojas leptīna jutības uzlabošanā. Šim pētījumam ir acīmredzamas terapeitiskas sekas uztura izraisītas aptaukošanās un diabēta ārstēšanā.

Lai gan šis pētījums galvenokārt saistīja ar OxR2 signālu, kas ir svarīgs aptaukošanās rezistīvajam fenotipam, tika novērotas dažas OxR1 izraisītas blakusparādības.⁸. Autori konstatēja, ka tikai OxR1 ģenētiskā ablācija aizsargā pret augstu tauku satura diētu izraisītu hiperglikēmiju, bet ne aptaukošanos. Tas norāda, ka oreksīna signalizācija caur OxR1 ar oreksīna normālu fizioloģisko līmeni ir svarīga vecuma vai augsta tauku satura diētas izraisītas insulīna rezistences attīstībai. Tomēr ilgstošas ​​oreksīna ekspresijas ar transgēnu starpniecību ne-fizioloģiskajā scenārijā, gan ar OxR1, gan OxR2 starpniecību, tiek nodrošināta aizsardzība pret insulīna rezistences attīstību ar augstu tauku saturu. Šis sarežģītais rezultātu kopums attiecībā uz OxR1 liek domāt, ka vai nu receptoram ir dažādas lomas normālas un suprafizioloģiskas oreksīna ekspresijas apstākļos, vai ka receptoru starpniecība ietekmē atšķirīgu fizioloģisko efektu, kas var pastiprināt vai iebilst pret hiperinsulinēmijas attīstību un ka „uzvarētājs” ir šie konkurējošie efekti ir atšķirīgi atkarībā no oreksīna līmeņa vai tā signalizācijas laika un ilguma.

Oreksīna efekta saistīšanās ar leptīna signalizāciju ir interesanta attiecībā uz citu nesen publicētu pētījumu, kurā tika konstatēts, ka leptīna suprafizioloģiskais līmenis ļauj diabētiskajiem grauzējiem pilnībā nepietikt insulīnu, lai attīstītos ²⁸. Iepriekš bija zināms, ka leptīns pazemina glikozes līmeni asinīs, pastiprinot endogēnā insulīna atlikušo līmeni streptozotocīna (STZ) izraisītās diabēta žurkām ar daļēju insulīna deficītu. ²⁹. Tomēr ideja, ka tikai leptīns var glābt insulīna deficīta dzīvniekus no diabēta simptomiem, nekad nav pārbaudīts, un šis konstatējums bija galvenais pārsteigums. Līdzīgi fenotipi, ko izraisa dzīvnieku hroniska ārstēšana ar oreksīna un leptīna suprafizioloģiskajiem līmeņiem, kopā ar konstatējumu, ka oreksīns darbojas, uzlabojot leptīna jutību, liek domāt, vai šie divi pētījumi bija vienas un tās pašas monētas atšķirīgās puses un ka stimulēšana oreksīna / leptīna signalizācijas ceļi tiešām var būt ļoti daudzsološa ārstēšana I vai II tipa diabēta ārstēšanai.

Vai oreksīna signalizācija ietekmē perifēriju?

Tiek uzskatīts, ka lielākā daļa iepriekš aprakstīto oreksīna signalizācijas efektu rodas hipotalāmā. Oreksīna signalizācijas, ja tādas ir, ārpus nervu sistēmas lomas ir pretrunīgas. Oreksīnu un to receptoru ekspresija ir konstatēta dažādos perifēros audos, ieskaitot zarnu, aizkuņģa dziedzera, nieru, virsnieru, taukaudu un reproduktīvo traktu. ^30-33, bet funkcionāls pierādījums par orexīna signalizācijas lomu perifērijā ir reti.

Nesen veiktais pētījums parādīja, ka OxR1 ekspresējošo šūnu sastopamība aizkuņģa dziedzera saliņās palielinājās ar streptozotocīna (STZ) izraisītu hiperglikēmiju žurkām un tika lokalizēta ar glikagonu.³⁴. Turklāt šķelta kaspāze-3 kopā ar OxR1 lokalizējas imunochemiski saliņās. Savukārt dzīvniekiem, kuriem nav oreksīna, bija samazināta hiperglikēmija un labāka glikozes tolerance nekā savvaļas dzīvniekiem. Šie rezultāti liecina, ka oreksīna signalizācija caur OxR1 aizkuņģa dziedzeris var veicināt beta šūnu apoptozi un diabēta attīstību, reaģējot uz STZ ārstēšanu. Lai gan savienojums ir vājš, iespējams, ka šis efekts varētu izskaidrot iepriekš minētos Funato et al. Novērojumus, ka OxR1 ģenētiskā ablācija aizsargā pret augstu tauku satura diētu izraisītu hiperglikēmiju un hiperinsulinēmiju.⁸.

Oreksīna signalizācijas kaskāde

Lai gan oreksīna signalizācija ir intensīvi pētīta fizioloģiskā līmenī, ir daudz mazāk pūļu, lai raksturotu intracelulāros notikumus, ko izraisa oreksīna hormonu saistīšanās ar to receptoriem. Ir zināms, ka hormona saistīšanās ar receptoriem izraisa kalcija pieplūdumu, kas ir saistīts ar Erk aktivāciju. ³⁵. Receptori savieno arī ar fosfolipāzes C (PLC) mediētu ceļu, kas atbrīvo intracelulāros kalcija krājumus.

Vispilnīgākā gēnu transkripcijas programmu analīze, ko izraisīja oreksīna signalizācija, tika ziņots 2007 ³⁶. Šajā pētījumā tika izmantota globālā gēnu ekspresijas profilēšana, lai identificētu gēnus, kas ir spēcīgi augšupvērsti vai uz leju regulēti HEK293 šūnās, kas stabili ekspressē OxR1. Tika konstatēts, ka 260 gēni tiek regulēti un 64 tiek regulēti ar divām vai vairākām reizēm, ja paraugus ņem divas un četras stundas pēc oreksīna stimulācijas. Gēnu anotācijas norādīja, ka aptuveni puse no ļoti regulētajiem gēniem bija iesaistīti šūnu augšanā (30%) vai metabolismā (27%). Ceļa analīze, izmantojot komerciālo Inenuity programmu, bija saistīta ar vairākiem ceļiem, ko regulēja oreksīna signalizācija (Skaitlis 1). Visnozīmīgākās bija kanoniskās TGF-β / Smad / BMP, FGF, NF-kB un hipoksiskās signalizācijas ceļi. Šis pētījums detalizēti koncentrējās uz hipoksisko ceļu, kas šajā pētījumā bija nepāra “hit”, jo šūnas tika kultivētas normālos apstākļos. Tomēr hipoksijas inducējamā faktora 1-α (HIF-1α) transkripcijas faktors, kas agrāk bija zināms, ka palielinās, reaģējot uz hipoksiju, un daudzi no tā mērķa gēniem tika ļoti ierosināti ar oreksīna terapiju. Hipoksiskajās vēža šūnās, kur HIF-1α darbība ir vislabāk pētīta, tā sadarbojas ar HIF-1β, veidojot heterodimēru transkripcijas faktoru (HIF-1), kas vada šūnu metabolisma pārplānošanu.³⁷. Jo īpaši tas masveidā regulē glikozes importu un glikolīzi, kam ir saistošas ​​vietas augšpus gandrīz visiem šajos notikumos iesaistītajiem gēniem. Hipoksiskajās šūnās HIF-1 iedarbojas uz glikolīzes, piruvāta, laktāta ražošanu, nevis uz acetil-CoA pārvēršanu un iekļūšanu TCA ciklā un oksidatīvo fosforilāciju. To vismaz daļēji veic ar HIF-1 atkarīgo laktāta dehidrogenāzes A (LDH-A), fermenta, kas veicina piruvāta konversiju uz laktātu, ekspresiju, kā arī piruvāta dehidrogenāzes kinas ( PDHK), kas inaktivē PDH, fermentu, kas veicina piruvāta pārveidošanos par acetil-Co-A (skat. Skaitlis 2). Tomēr pārsteidzoši, oreksīna apstrādātās šūnas, šķiet, nospiež lielāko daļu vielmaiņas plūsmas caur TCA ciklu un oksidatīvo fosforilāciju. ³⁶, kas izraisa spēcīgu ATP un, iespējams, citu biosintētisku starpproduktu ražošanu, kas saistīta ar šo ceļu aktivizēšanu. Nav zināms, kā oreksīna signalizācija un hipoksija var stimulēt HIF-1α aktivitāti, tomēr oreksīnu apstrādātās šūnās tiek aktivizēta tikai gēnu, kas parasti tiek aktivizēts ar šo transkripcijas faktoru, apakšgrupa hipoksijā.

 

Skaitlis 1

Kopsavilkums par oreksīna ietekmi uz šūnām, kas ekspresē oreksīna receptoru 1, gēnu ekspresijas analīzes rezultātiem. Augšdaļā: Piezīmju diagramma, kurā apkopotas aneksētas gēnu funkcijas, ko būtiski ietekmē oreksīna signalizācija. Apakšējā daļa: Ierosinātie signalizācijas ceļi ...

 

Fig. 2

Shematisks kopsavilkums par oreksīna signalizācijas galveno ietekmi uz glikozes metabolismu. OxSig = oreksīna signalizācija. Oranžais ovāls ir glikozes pārvadātājs. Bultiņas norāda uz norādītā procesa stimulāciju un perpendikulārās līnijas ir ...

Paralēli pētījumi par hipotalāmu šķēlītēm, kas iegūtas no savvaļas tipa vai OxR1 knock-out pelēm, kopumā piekrita šiem secinājumiem un apstiprināja, ka novērotās sekas ir oreksīna signalizācijas rezultāts. ³⁶. Dažos veidos šis rezultāts ir pievilcīgs, jo tas izskaidro mūsu sapratni par oreksīna bioloģiju fizioloģiskā līmenī. Ja mēs pielīdzinām modrības stāvokli ar augstu neironu vielmaiņas aktivitāti, kas šķiet saprātīga, tas ir dīvaini, ka tas notiktu, kad smadzenes tiek peldētas zemā glikozes koncentrācijā. Tāpēc ir jēga, ka modrība prasa šīs situācijas ignorēšanu, izmantojot mehānismu, kas palielina glikozes uzņemšanas un apstrādes efektivitāti. Šķiet, ka oreksīna izraisīts šūnu vielmaiņas augšupvērsts regulējums saskan ar palielinātu enerģijas patēriņu un izturību pret augstu tauku satura diētu izraisītu aptaukošanos. ⁸. Tomēr ir svarīgi atcerēties, ka šis pētījums bija vērsts uz OxR1 ekspresējošām šūnām un neironu šķēlītēm, kas iegūtas no savvaļas tipa vai OxR1 izsitošām pelēm. Tiek uzskatīts, ka modrība un izturība pret uztura izraisītu aptaukošanos, kā minēts iepriekš, ir vairāk par OxR2 izraisīto signalizācijas ietekmi. Var gadīties, ka novērotie ceļi ir nozīmīgāki attiecībā uz atalgojuma uzvedību un citiem procesiem, kuros dominē OxR1 starpniecība. Lai atrisinātu šos jautājumus, dažādos šūnu veidos un audos būs vajadzīgs daudz vairāk darba. Bet ideja, ka oreksīna signalizācija ir galvenais enerģijas metabolisma regulators, ir interesants modelis, kas palīdzēs nākotnes pētījumiem.

Vai oreksīna signalizācija ir svarīga vēzī?

Konstatējums, ka oreksīna signalizācija spēj uzlādēt glikozes patēriņu, liecina par iespējamu saikni ar šūnu proliferāciju sadalošajās šūnās un līdz ar to uz vēzi. Tomēr iepriekš aprakstītie rezultāti liecina, ka oreksīns var stimulēt oksidatīvo enerģijas metabolismu ³⁶, bet daudzas vēža šūnas izmanto anaerobo glikolīzi lielākai daļai vielmaiņas ³⁸. Viena iespēja ir tā, ka vēža šūnas, kas izmanto oksidatīvo metabolismu, var izmantot oreksīna signalizāciju autokrīnās vai parakrīnās veidā, lai stimulētu vielmaiņu un proliferāciju, un, ja tā ir, oreksīna receptoru antagonisti būtu interesantas terapeitiskās iespējas. No otras puses, ja oreksīna signalizācijas spēks metabolizē plūsmu caur TCA un oksidatīviem fosforilācijas ceļiem uz anaerobās glikolīzes rēķina, tad šī ceļa aktivizēšana var būt toksiska audzēja šūnām, kas ir atkarīgas no glikolītiskā dzīvesveida.

Ir dažas norādes par oreksīna signalizācijas lomu vēža šūnās, un, kā varētu iepriekš prognozēt, oreksīna signalizācijas efekts dažādos vēža šūnās šķiet atšķirīgs. Piemēram, oreksīni nomāc šūnu augšanu, inducējot apoptozi cilvēka resnās zarnas vēzī, neiroblastomas šūnās un žurku aizkuņģa dziedzera audzēja šūnās. ³⁹. No otras puses, OxR1 un OxR2 ekspresija ir augstāka adenomās nekā parastajā virsnieru garozā. Okseksīns A un B var stimulēt šūnu proliferāciju šajās šūnās, un iedarbība bija izteiktāka kultivētās adenomatozēs nekā parastās virsnieru dziedzeru šūnas. ⁴⁰. Lai gan šie ziņojumi ir interesanti, mūsu izpratne par oreksīna signalizācijas nozīmi vēzī, ja tāda ir, ir sākumstadijā, un būs vajadzīgs daudz vairāk darba, lai noteiktu, vai oreksīna receptori vai signālierīces lejupvērsti efektori ir dzīvotspējīgi mērķi vēža ķīmijterapijai. .

Orexin Signaling farmakoloģiskā kontrole

Iepriekš apskatītā bioloģija liecina, ka oreksīna signalizācijas agonisti, antagonisti un potenciatori var būt klīniski nozīmīgi. Piemēram, narkolepsijas un katapleksijas ārstēšana, ko izraisa oreksīna ražošanas trūkums, ir jāārstē, izmantojot oreksīna receptoru agonistu. No otras puses, atkarību izraisošai uzvedībai jābūt ārstējamai, izmantojot oreksīna receptoru antagonistu. Diēta izraisītu aptaukošanos un diabētu var apkarot ar oreksīna receptoru agonistu vai varbūt pozitīvu allosterisko potenciālu. Vairāki lieli farmācijas uzņēmumi ir uzsākuši tādu molekulu izstrādi, kas orientējas uz oreksīna receptoriem ⁴¹.

Orexīna receptoru antagonisti

Tā kā oreksīna signalizācija smadzenēs veicina modrību, ir pamats uzskatīt, ka šī ceļa farmakoloģiskā bloķēšana rada miegainību un tādējādi oreksīna receptoru antagonisti varētu būt noderīgi medikamenti bezmiega ārstēšanai. Tomēr galvenā problēma būtu katapleksijas indukcija. Patiešām, galvenais jautājums terapeitiski noderīgu oreksīna receptoru antagonistu attīstībā ir tas, vai oreksīna receptoru pārejoša farmakoloģiskā inhibīcija fenokopē hroniska oreksīna deficīta narkoleptisko un kataplektisko fenotipu.

Līdz šim pieejamie pirmsklīniskie un klīniskie dati liecina, ka atbilde ir „nē”. Lielākā daļa datu iegūti Almorexant pētījumos (Skaitlis 3; pazīstams arī kā ACT-078573), ko izstrādā Actelion Pharmaceuticals bezmiega ārstēšanai. Almorexant ir mutiski pieejams tetrahidroizohinolīns, kas spēcīgi antagonizē gan OxR1, gan OxR2. Actelion publicēja provizorisku pētījumu par agrīnu 2007, kas ziņoja par veiksmīgu žurku, suņu un cilvēku ārstēšanu ar Almorexant vai klasisko GABA receptoru agonistu, zolpidēmu. ¹⁹. Almorexant tika pierādīts kā drošs un labi panesams šajā pētījumā. Tas izraisīja subjektīvas un objektīvas fizioloģiskas miega pazīmes. Žurku eksperimentos tika pierādīts, ka Almorexant izraisīja gan REM, gan REM miegu. Tas ir nozīmīgi, jo zolpidems neizraisa REM miegu. Svarīgi ir tas, ka nevienā no izmēģinājuma dzīvniekiem vai cilvēkiem nav novērotas katapleksijas pazīmes.

 

Skaitlis 3

Kopsavilkums par Almorexant, klīniskā kandidāta bezmiega ārstēšanai, un saistītu savienojumu ar atšķirīgu selektivitāti attiecībā uz diviem oreksīna receptoriem attīstību.

2009 beigās Actelion paziņoja par plaša III fāzes pētījuma pabeigšanu par divu nedēļu ilgiem pieaugušo un vecāka gadagājuma cilvēkiem ar primāru hronisku bezmiegu ārstēšanu. Uzņēmums apgalvo, ka pētījuma galvenais rezultāts, Almorexant augstāka efektivitāte, salīdzinot ar placebo, tika sasniegts, kā arī vairāki sekundārie parametri (skatīt http://www1.actelion.com/en/our-company/news-and-events/index.page?newsId=1365361). Tomēr ziņu izlaiduma kriptiskā līnija norādīja, ka “… tika veikti daži drošības apsvērumi, kuriem būs nepieciešama turpmāka novērtēšana un novērtēšana ilgāka termiņa III fāzes pētījumos.” Būs interesanti zināt, ko tas nozīmē, kad dati kļūst pieejami.

Almorexant bija plašas attīstības programmas rezultāts, kas sākās ar tetrahidizokinolīnu 1 (Skaitlis 3) ⁴². Šis savienojums radās kā primārais trieciens no augstas caurlaidības ekrāna, izmantojot FLIPR balstītu kalcija testu ķīniešu kāmju olnīcu (CHO) šūnās, kas ekspresē augstu cilvēka OxR1 vai OxR2 līmeni. Ņemiet vērā, ka savienojums 1 ir diezgan selektīvs attiecībā uz OxR1. Patiešām, šī medicīniskā programma radīja daudz dažādu spēcīgu savienojumu, no kuriem daži bija divējāda receptoru antagonisti, bet daži bija saprātīgi selektīvi OxR1 vai OxR2 inhibitori (skatīt Skaitlis 3). Diezgan lielas selektivitātes pakāpes svārstības tika novērotas nelielu strukturālo izmaiņu rezultātā. Piemēram, nomainot vienu no metoksigrupām aromātiskā gredzena augšējā kreisajā pusē 1 ar izopropilēteri ieguva pilnīgi OxR1 specifisku antagonistu. Vēl viens interesants kontrasts ir savienojums 3, kas ir diezgan selektīva attiecībā uz OxR2, bet ir daudz strukturālu iezīmju ar dubulto antagonistu Almorexant. Diemžēl nav strukturālu datu par oreksīna receptoriem, un tāpēc šīs selektivitātes molekulārais pamats nav zināms.

Tetrahidroizokinolīni ir tālu no vienīgajiem oreksīna receptoru antagonistiem, par kuriem ziņots. Piemēram, Actelion ir ziņojusi par strukturāli atšķirīgiem savienojumiem, piemēram, sulfonamīdiem 4 un 5, kas ir spēcīgi divējāda un OxR2 selektīvie antagonisti (\ tSkaitlis 4) ⁴³. Pārbaudot struktūras, kas ietver ļoti modificētu glicīna kodolu, ir kārdinājums secināt, ka tetrahidroizokinolīni un sulfonamīdi var aizņemt pārklājas vietas uz receptoriem, bet, cik mums zināms, tas nav pārbaudīts.

 

Skaitlis 4

Actelion Pharmaceuticals izstrādāto citu oreksīna receptoru antagonistu struktūras.

GSK ziņoja par vienu no pirmajiem oreksīna receptoru antagonistiem SB-334867 ^44-46 (Skaitlis 5), savienojums, kas ir salīdzinoši selektīvs attiecībā uz OxR1 un joprojām ir visbiežāk izmantotais “rīku savienojums” pētnieciskajās laboratorijās, kas mācās oreksīna bioloģiju. Viņi arī ziņoja par salīdzinoši tālu radinieku SB-334867, 6, kas ietver prolīna vienību, ar daudz labāku iedarbību pret abiem receptoriem, bet saglabājot saprātīgu OxR1 selektivitāti ⁴⁷. Ir spekulēts, ka 6 varētu būt neskaidras struktūras savienojuma tuvs radinieks, ko GSK veica klīniskos pētījumos bezmiega ārstēšanai, ko sauc par SB-674042 ⁴¹. GSK paziņoja par šī savienojuma progresēšanu II fāzes klīniskajos pētījumos, lietojot 2007, bet turpmāki klīniskie dati, kas iegūti pēc mūsu zināšanām.

Merck komanda ir izveidojusi prolīnu saturošus oreksīna receptoru antagonistus ⁴⁸. Savienojums 7 (Skaitlis 5) radās no augstas caurlaidības ekrāna un pierādīja izcilu in vitro spēju pret OxR2, kā arī nelielu aktivitāti pret OxR1, bet in vivo bija slikta asins barjeras iespiešanās. Tika konstatēts, ka tas ir P glikoproteīna substrāts. Viņi konstatēja, ka šo problēmu var uzlabot ar benzimidazola slāpekļa metilēšanu ^{41, 48}. Savienojums 8, kas satur arī fenilgredzenu, nevis pirrola grupu molekulas augšējā labajā kvadrantā, ir spēcīgs divējāda receptoru antagonists ar lielisku asins smadzeņu barjeras iekļūšanu. 8 ir pierādīts, ka tas iedarbojas žurkām.

Citi farmācijas uzņēmumi ir ziņojuši par dažiem savienojumiem ar in vitro aktivitāti pret oreksīna receptoriem, taču tie šeit netiks pārskatīti.

Ir vilinoši spekulēt, ka tie paši savienojumi, kas tiek izstrādāti kā miega palīglīdzekļi, var būt noderīgi arī hronisku atkarību ārstēšanai, lai gan šīs ārstēšanas režīma acīmredzama blakusparādība būtu tas, ka tas padarīs pacientus miegainus, ja tie ir divējāda receptoru antagonisti. Tomēr oreksīna signalizācijas lomu atkarības uzvedībā atklāšana ir salīdzinoši jauna, un, cik mums zināms, klīniskie pētījumi nav uzsākti, izmantojot iepriekš minētās indikācijas savienojumus.

Okseksīna receptoru agonisti un potencienti

Kā minēts iepriekš, Yanagisawa un kolēģi ir iesnieguši pierādījumus par principiem dzīvnieku modeļos, ka narkolepsijai jābūt ārstējamai ar oreksīna receptoru agonistu. ¹⁸. Šajos pētījumos viņi izmantoja modificētu oreksīna peptīdu. Tomēr interesanti, ka nav zināmi nekādi ne-peptīdu agonisti pēc mūsu zināšanām. Ir grūti iedomāties, ka šādu savienojumu ekrāni nav veikti, ņemot vērā plašo receptoru antagonistu darbu. Tādējādi šķiet, ka ir grūti atrast spēcīgus agonistus, lai gan nav skaidrs, kāpēc tas tā ir.

Pavisam nesen, oreksīna receptoru pirmais pozitīvais allosteriskais potenciators, \ t 9 (Skaitlis 6), tika identificēts. Šis savienojums tika atklāts nejaušā laikā nelielas zāļu ķīmijas kampaņas laikā, kuras mērķis bija palielināt ar peptoīdu balstītu oreksīna receptoru antagonistu iedarbību. ⁴⁹. Peptoīds 10 tika identificēts ekrānā, kurā šūnas, kas dara vai neizpauž OxR1, bet citādi ir identiskas, tika marķētas ar dažādām krāsvielām (attiecīgi sarkanā un zaļā krāsā) un hibridizējās uz mikroslāni, kas attēlo vairākus tūkstošus peptoīdu, kas bija imobilizēti uz stikla slaida. Savienojumi, kas selektīvi saistās ar OxR1 ekspresējošajām šūnām, tika identificēti ar augstu sarkano: zaļo fluorescējošo krāsu īpatsvaru, kas uzņemtas šajā vietā (skatīt ref. ⁵⁰ šīs metodikas izstrādei). Sarozīna skenēšanas eksperiments ⁵¹ atklāja, ka tikai divas no deviņām molekulā esošajām sānu ķēdēm bija būtiskas, lai saistītos ar receptoru ekspresējošām šūnām (sarkanā krāsā iezīmēta Fig. 6). Turpmāka savienojuma sintēze un analīze 11 apstiprināja, ka tas bija “minimālais farmakofors” receptoru saistīšanai. 11 ir ļoti vājš abu oreksīna receptoru antagonists ar IC₅₀ tikai aptuveni 300 μM in vitro.

 

Skaitlis 6

Oreksīna receptoru pozitīvā potenciāla veidošanās. Augšpusē parādās peptoīda struktūra, kas radās kā primārais sitiens no saistošā ekrāna. Molekulas daļa, kas konstatēta kā svarīga receptoru saistīšanai, ir iezīmēta sarkanā krāsā. Tas ...

Struktūra 11 šķietami liecina par vāju līdzību ar Almorexant (Skaitlis 6) tā kā savienojums satur piperonila gredzenu, kas piestiprināts pie glicīna vienības, bet Almorexant satur gandrīz vienādas vienības, bet piperonila vietā dimetilbenzilgrupu. Izmantojot šo modeli kā ceļvedi, vairāki 11 tika sintezēti, kuros ogļūdeņraža vienības tika pievienotas amīna slāpeklim, izmantojot reducējošu amināciju. Benzila atvasinājums, 12, kurā starp aromātisko gredzenu tika ievietots arī papildu metilēns, un slāpeklis izrādījās daudz uzlabots antagonists, kaut arī tas joprojām bija neliels (Fig. 6), norādot, ka modelis var būt pareizs. Konkurences pētījumi, lai noskaidrotu, vai peptoīda atvasinājums 12 un Almorexant konkurē viens ar otru, jo nav ziņots par receptoriem.

Turpmāko optimizācijas pasākumu laikā savienojums 9 tika sintezēts, kas atšķīrās no 12 tikai ar to, ka piperonilgredzens tika atvērts līdz divām metoksīda vienībām un viena metilēna saite starp glicīna slāpekli un aromātisko gredzenu, kas bija savienojumā. 10 tika atjaunota. Ievērojami, 9 neietekmēja OxR1 šūnu kultūras testā, bet, šķiet, nedaudz palielināja oreksīna atkarīgā reportergēna ekspresiju. Tāpēc testus atkārtoja pie zemākām oreksīna koncentrācijām (EC. \ T₂₀ rezultāti), un rezultāti skaidri parādīja 9 ir oreksīna mediētas receptoru aktivācijas pozitīvs potenciāls. Šajā hormonu koncentrācijā: 9 izstādīja EK₅₀ aptuveni 120 nM. Kad tests tika veikts piesātinošajos līmeņos potenciatoram 9 un oreksīna līmenis tika titrēts, tika konstatēts, ka EK₅₀ oreksīna koncentrācija samazinājās aptuveni četras reizes un maksimālais reportera gēna ekspresijas līmenis bija aptuveni trīs reizes lielāks nekā tas, ko izraisīja oreksīna piesātinājuma līmenis. Līdzīgi rezultāti tika iegūti eksperimentos, izmantojot šūnas, kas ekspresē OxR2, parādot to 9 ir divējāda receptoru potenciators.

Pirmā oreksīna receptoru potenciatora atklāšana ir potenciāli aizraujoša attiecībā uz iespējamiem lietojumiem kā pretaptaukošanās / diabēta ārstēšanu. ⁸, lai gan līdz šim nav in vivo ir ziņots par eksperimentiem, izmantojot šo savienojumu. Kā minēts iepriekš, Yanagisawa ir pierādījis, ka oreksīna receptoru agonists, kas balstīts uz peptīdu, bloķē uzturu izraisītu aptaukošanos un II tipa diabēta attīstību grauzējiem ⁸. Tā kā šie dzīvnieki un, domājams, barojošie cilvēki joprojām izpauž oreksīna hormona normālu līmeni, pozitīvs potenciāls var būt noderīgs, lai stimulētu hormonu labvēlīgo dabisko iedarbību šajos indivīdos. Protams, mazinātājs nav ieinteresēts narkolepsijas ārstēšanā, jo skartie indivīdi rada maz vai nav oreksīna.

Kopsavilkums

Tagad ir skaidrs, ka neiropeptīdam oreksīnam un tā radītajiem receptoriem ir galvenā loma barošanas, miega, enerģijas izdevumu, atalgojuma meklējumos un dažādās citās uzvedībās. Ir maz zināms par intracelulāriem notikumiem, ko izraisa oreksīna signalizācija. Medicīniski oreksīna signalizācijas manipulācijās ir skaidri izteikts solījums, un vairākām farmācijas kompānijām un akadēmiskajām laboratorijām ir aktīvas programmas šajā jomā. Lai gan klīnikā vēl nav šādu savienojumu, spēcīgais dubultā oreksīna receptoru antagonists Almorexant ir pabeigts, kas acīmredzami bija veiksmīgs III fāzes klīniskais pētījums bezmiegas ārstēšanai. Vēl nav ziņots par oreksīna receptoru agonistiem. Iespējams, ka nākamajos gados būs liela aktivitāte šajā jomā.

Pateicības

Atsauces