Chémia a biológia signalizácie orexínu (2010)

Prejsť na:

abstraktné

Orexíny (tiež nazývané hypokretíny) sú neuropeptidy, ktoré boli prvýkrát objavené v 1998 dvoma nezávislými výskumnými skupinami.^{1, 2}, Orexíny A (33 aminokyseliny) a B (28 aminokyseliny) sú odvodené od jedného pre-prorereínového polypeptidu³, Sprostredkovávajú svoje činnosti prostredníctvom interakcií s dvoma úzko súvisiacimi GPCR s názvom Orexínový receptor 1 a 2 (OxR1 a OxR2). OxR1 viaže Orexín A s približne 100-krát vyššou afinitou ako Orexín B, zatiaľ čo OxR2 viaže oba peptidy s približne rovnakou afinitou. Orexíny sú produkované špecializovanými neurónmi v hypotalame, ktoré vyčnievajú do mnohých rôznych oblastí mozgu^{4, 5}.

Ako bude stručne zhrnuté nižšie, fyziologické štúdie za posledných desať rokov naznačujú, že orexínová signalizácia zohráva ústrednú úlohu v rôznych dôležitých biologických procesoch vrátane výživy, energetickej homeostázy, cyklov spánku / bdenia, závislosti a odmeňovania, medzi ostatnými⁶, Existujú jasné dôkazy o tom, že defekty signalizácie orexínu sa podieľajú na obezite a cukrovke vyvolanej stravou^{7, 8}, narkolepsia^{9, 10}panická úzkostná porucha¹¹, drogová závislosť¹² a Alzheimerovej choroby¹³, V farmaceutickom priemysle je teda značný záujem o vývoj účinných zlúčenín na manipuláciu s orexínovou signalizáciou. Tu je uvedený najnovší pokrok v porozumení a manipulácii s orexínovou signalizáciou.

Orexínová signalizácia pri koordinácii spánku a kŕmenia

Najzrozumiteľnejšou úlohou signalizácie orexínu je koordinácia kŕmenia a spánku. Úroveň produkcie orexínu v hypotalame je nepriamo úmerná hladinám glukózy v krvi ¹⁴, Orexínová signalizácia prinajmenšom v krátkodobom horizonte indukuje pocit hladu a stimuluje stravovacie správanie, pravdepodobne prostredníctvom aktivácie neurónov v mozgu, ktoré produkujú neuropeptid Y a funkčne príbuzné hormóny. Okrem toho je orexínová signalizácia kľúčovou zložkou vyvolania stavu bdelosti u cicavcov^{9, 15}, Inými slovami, signalizácia orexínu nariaďuje, že keď majú zvieratá hlad, sú tiež hore, ale keď sú nasýtené, môžu byť ospalé. To má dobrý fyziologický význam v tom, že zvieratá budú chcieť hľadať potravu, nie spať, keď budú mať hlad.

Genetická ablácia orexínového génu alebo receptora u hlodavcov vedie k fenotypu, ktorý je pozoruhodne podobný narkolepsii u ľudí s kataplexiou, pri ktorej zviera trpí nevhodným vniknutím spánku do normálneho času bdelosti vrátane kolapsu v nepatrných okamihoch.⁹, To isté platí pre psy s inaktivujúcou mutáciou v géne exprimujúcom OxR2¹⁰, Väčšina, aj keď nie všetky, ľudské narkoleptiká, hoci nenesú mutácie v génoch, ktoré kódujú orexín a jeho receptory, postrádajú detekovateľný orexín. Predpokladá sa, že je to kvôli autoimunitnému útoku na neuróny produkujúce orexín v mozgu^{16, 17}, Tento autoimunitný model ľudskej narkolepsie však musí byť dokázaný a nie je známe nič o povahe domnelej autoimunitnej reakcie.

Známy biológia signalizácie orexínu teda predpovedá, že agonisty OxR2 prenikajúce do mozgu by mali stimulovať bdelosť a mohli by byť užitočné pri liečbe narkolepsie. Yanagisawa a jeho kolegovia zverejnili dôkazy experimentov s konceptom, ktoré podporujú túto myšlienku¹⁸, Ukázali, že priama intrakraniálna injekcia orexínového peptidu do mozgu hlodavcov s nedostatkom orexínu viedla k zvýšenému stavu bdelosti. Naopak, antagonisty orexínového receptora sa môžu použiť na liečbu nespavosti¹⁹, hoci možná indukcia kataplexie u zvierat a ľudí s chronickým nedostatkom orexínu je problémom (vide infra).

Signalizácia orexínu pri návykových a iných patologických prejavoch

Insula je oblasť mozgu, o ktorej je známe, že sa podieľa na vývoji nutkaní a chutí, a všeobecne sa podieľa na správaní sa odmeňovania²⁰, Poškodenie tejto oblasti mozgu vedie k výraznému poklesu motivácie fajčiarov pokračovať vo svojom zvyku²¹, Na rozdiel od toho je známe, že abstinencia u fajčiarov cigariet aktivuje izoláciu²², Zdá sa, že rovnaká oblasť mozgu sa podieľa na správaní sa o odmenu, ktoré sa okrem morfínu, kokaínu a alkoholu podieľa aj na ňom. Neuróny produkujúce orexín husto inervujú túto oblasť mozgu a orexínová signalizácia zohráva pri týchto vlastnostiach kľúčovú úlohu.^23-25, Napríklad podávanie oxR1 selektívneho antagonistu SB-334867 (pozri Obrázok 5) významne znížili hnaciu silu hlodavcov na samoinjikovanie nikotínom¹², Podobné výsledky sa získali aj pre iné návykové zlúčeniny. Je zaujímavé, že v nikotínovej štúdii farmakologická blokáda OxR1-u významne neovplyvňovala príjem potravy, o ktorej sa predpokladá, že spolu s bdelosťou je sprostredkovaná prevažne OxR2om. Predklinické údaje o hlodavcoch teda silne naznačujú, že selektívne antagonisty OxR1u môžu byť zaujímavými antiatoxikami.

 

Obrázok 5

Štruktúry antagonistov orexínových receptorov vyvinuté spoločnosťami Glaxo Smith Kline (GSK) a Merck.

Orexínová signalizácia sa tiež nedávno zúčastňuje panických záchvatov a úzkosti¹¹, Použitím potkaniaho modelu, pri ktorom sú záchvaty paniky vyvolané chronickým ošetrením zvieraťa inhibítorom syntézy GABA a následným akútnym ošetrením laktátom sodným, bolo preukázané, že SB-334867-sprostredkovaná blokáda OxR1 alebo siRNA-sprostredkované umlčanie produkcie orexínu silne potláča záchvaty paniky v tomto modeli. Ľudské subjekty, ktoré sú postihnuté panikovými záchvatmi, majú navyše zvýšené hladiny orexínu v mozgovomiechovom moku (CSF). ¹¹, v súlade s úlohou signalizácie orexínu pri poruchách úzkosti u ľudí.

Nedávno sa objavila správa spájajúca cyklus spánku / bdenia s Alzheimerovou chorobou¹³, Konkrétne sa ukázalo, že akumulácia amyloidu beta, charakteristického znaku choroby, koreluje s bdelosťou. Napríklad chronická deprivácia spánku zvýšila hladiny amyloidu beta v CSF zvieraťa. Je zaujímavé, že podávanie antagonistu orexínového receptora SB-334867 znížilo hladiny tohto neurotoxického medziproduktu. Je teda možné, že vhodným liečebným režimom s antagonistami OxR môže byť životaschopná liečba na spomalenie rozvoja Alzheimerovej choroby, ak bola diagnostikovaná dostatočne skoro.

Signalizácia orexínu v energetickej homeostáze, obezite vyvolanej stravou a cukrovke

Existujú nepriame dôkazy o tom, že signalizácia orexínu je dôležitá pri homeostáze energie. Napríklad narkoleptici s nedostatkom orexínu vykazujú vyšší index telesnej hmotnosti ako narkoleptici s normálnymi hladinami orexínu.²⁶, Genetická ablácia orexínových neurónov u myší vedie k obéznym zvieratám²⁷ U týchto myší sa tiež vyvinie inzulínová rezistencia súvisiaca s vekom⁷, Zdá sa, že tieto výsledky sú kontraintuitívne v tom, že farmakologická indukcia signalizácie orexínu akútne podporuje správanie pri kŕmení¹, To naznačuje, že krátkodobé a dlhodobé účinky signalizácie orexínu na energetickú homeostázu sú rôzne.

Nedávno bola táto oblasť biológie orexínu objasnená významnou štúdiou, ktorá presvedčivo preukázala, že signalizácia orexínu výrazne odporuje obezite vyvolanej stravou a následnému rozvoju inzulínovej rezistencie u hlodavcov.⁸, Ukázalo sa, že chronická nadmerná expresia génu orexínu alebo farmakologická indukcia receptora orexínu takmer úplne blokovala vývoj obezity a inzulínovej rezistencie u myší kŕmených stravou s vysokým obsahom tukov. Ukázalo sa, že je to do značnej miery spôsobené zvýšenými energetickými výdajmi, hoci nedošlo k žiadnym zmenám v dýchacom kvociente, čo je nepriamy ukazovateľ využitia uhľohydrátov vs. Chronická stimulácia signalizácie orexínu tiež znížila spotrebu potravín. Rôzne genetické a farmakologické experimenty naznačili, že väčšina tohto účinku bola sprostredkovaná signalizáciou prostredníctvom OxR2, nie OxR1. Pozoruhodné je zistenie tejto štúdie, že chronická stimulácia signalizácie orexínu nemala žiadny účinok na myši, ktorým chýba leptín. Tieto zvieratá, keď boli kŕmené stravou s vysokým obsahom tukov, sa stali obsesívnymi a inzulínovými rezistentnými, dokonca aj keď boli liečené agonistom orexínového receptora. Zdá sa teda, že ochranný účinok orexínu má korene v zlepšovaní citlivosti na leptín. Táto štúdia má zrejmé terapeutické implikácie pri liečení obezity a cukrovky vyvolanej stravou.

Aj keď táto štúdia väčšinou implikovala signalizáciu prostredníctvom OxR2 ako dôležitú pre fenotyp rezistentný voči obezite, boli zaznamenané niektoré účinky sprostredkované OxR1.⁸, Autori zistili, že genetická ablácia samotného OxR1u je chránená pred hyperglykémiou indukovanou stravou s vysokým obsahom tukov, hoci nie obezitou. To naznačuje, že signalizácia orexínu cez OxR1 normálnymi fyziologickými hladinami orexínu hrá permisívnu úlohu pri vývoji inzulínovej rezistencie vyvolanej vekom alebo vysokým obsahom tukov indukovanej inzulínom. V nefyziologickom scenári pretrvávajúcej expresie orexínu prostredníctvom transgénu však OxR1- aj OxR2-sprostredkovaná ochrana proti rozvoju inzulínovej rezistencie pri vysokotučnej strave. Tento komplikovaný súbor výsledkov, pokiaľ ide o OxR1, naznačuje, že buď receptor hrá rôzne úlohy v podmienkach normálnej a suprapyziologickej expresie orexínu, alebo že receptor sprostredkúva odlišný fyziologický účinok, ktorý môže zosilniť alebo zabrániť rozvoju hyperinzulinémie a že „víťazom“ je tieto konkurenčné účinky sa líšia v závislosti od úrovne orexínu alebo načasovania a trvania jeho signalizácie.

Spojenie orexínového účinku s leptínovou signalizáciou je zaujímavé vzhľadom na ďalšiu štúdiu uverejnenú nedávno, v ktorej sa zistilo, že suprafyziologické hladiny leptínu umožňujú prosperovať diabetickým hlodavcom úplne bez inzulínu. ²⁸, Doteraz bolo známe, že leptín znižuje hladinu glukózy v krvi potenciou zvyškových hladín endogénneho inzulínu u diabetických potkanov indukovaných streptozotocínom (STZ) s čiastočným deficitom inzulínu. ²⁹, Myšlienka, že leptín samotný môže zachrániť zvieratá s nedostatkom inzulínu pred diabetickými symptómami, sa však nikdy netestovala a toto zistenie prišlo ako veľké prekvapenie. Podobné fenotypy vyvolané chronickou liečbou zvierat suprapyziologickými hladinami orexínu a leptínu, spojené so zistením, že sa zdá, že orexín funguje, zlepšujú citlivosť na leptín, vedú k uvažovaniu, či tieto dve štúdie boli odlišnými stranami tej istej mince a že stimulácia signálne dráhy orexínu / leptínu môžu byť skutočne veľmi sľubnou liečbou diabetu typu I alebo typu II.

Má signalizácia orexínu účinky na periférii?

Predpokladá sa, že väčšina účinkov signalizácie orexínu opísaných vyššie sa vyskytuje v hypotalame. Úlohy signalizácie orexínu, ak existujú, mimo nervového systému, sú kontroverzné. Expresia orexínov a ich receptorov bola zistená v rôznych periférnych tkanivách, vrátane čreva, pankreasu, obličiek, nadobličiek, tukového tkaniva a reprodukčného traktu. ^30-33, ale funkčný dôkaz úlohy signalizácie orexínu v periférii je zriedkavý.

Nedávna štúdia ukázala, že výskyt buniek exprimujúcich OxR1 v pankreatických ostrovčekoch sa zvýšil s hypptlykémiou indukovanou streptozotocínom (STZ) u potkanov a ko-lokalizoval sa s glukagónom.³⁴, Štiepený kaspáza-3 sa navyše imunochemicky lokalizoval s OxR1 v ostrovčekoch. Na druhej strane zvieratá bez orexínu vykazovali zníženú hyperglykémiu a lepšiu toleranciu voči glukóze ako zvieratá divého typu. Tieto výsledky naznačujú, že signalizácia orexínu prostredníctvom OxR1 v pankrease môže prispievať k apoptóze beta buniek a rozvoju diabetu v reakcii na liečbu STZ. Aj keď je spojenie slabé, je možné, že tento účinok by mohol vysvetliť pozorovania Funato et al., Uvedené vyššie, že genetická ablácia OxR1 chránila pred hyperglykémiou a hyperinzulinémiou vyvolanou vysokým obsahom tukov.⁸.

Signálna kaskáda orexínu

Zatiaľ čo signalizácia orexínu bola intenzívne študovaná na fyziologickej úrovni, vynaložilo sa oveľa menšie úsilie na charakterizáciu vnútrobunkových udalostí vyvolaných väzbou orexínových hormónov k ich receptorom. Je známe, že väzba hormónu na jeho receptor vyvoláva prítok vápnika, ktorý je spojený s aktiváciou Erk. ³⁵, Receptory sa tiež spájajú s cestou sprostredkovanou fosfolipázou C (PLC), ktorá uvoľňuje intracelulárne zásoby vápnika.

Najdôkladnejšia analýza programov génovej transkripcie vyvolaná signalizáciou orexínu bola uvedená v 2007e ³⁶, Táto štúdia využívala profilovanie globálnej génovej expresie na identifikáciu génov silne nahor alebo nadol regulovaných v bunkách HEK293 stabilne exprimujúcich OxR1. Zistilo sa, že gény 260 sú up-regulované a 64 down-regulované dvojnásobne alebo viac, keď sa vzorky odobrali dve a štyri hodiny po stimulácii orexínom. Génové anotácie naznačujú, že približne polovica vysoko regulovaných génov sa podieľa na bunkovom raste (30%) alebo metabolizme (27%). Analýza dráhy využívajúca komerčný program Ingenuity zapríčinila, že niekoľko dráh je regulovaných signalizáciou orexínu (Obrázok 1). Najvýznamnejšie boli kanonické cesty TGF-P / Smad / BMP, FGF, NF-kB a hypoxické signálne dráhy. Táto štúdia sa podrobne zamerala na hypoxickú dráhu, ktorá bola v tejto štúdii zvláštnym „zásahom“, pretože bunky boli kultivované v normoxických podmienkach. Napriek tomu transkripčný faktor 1-a (HIF-1a), ktorý je indukovateľný hypoxiou, o ktorom bolo známe, že v reakcii na hypoxiu stúpa, a mnohé z jeho cieľových génov boli vysoko indukované ošetrením orexínom. V hypoxických rakovinových bunkách, kde sa najlepšie študovalo pôsobenie HIF-1a, sa partnerstvo s HIF-1p vytvorí heterodimérny transkripčný faktor (HIF-1), ktorý vedie k preprogramovaniu bunkového metabolizmu³⁷, Obzvlášť masívne zvyšuje reguláciu dovozu glukózy a glykolýzy, pričom má väzobné miesta proti smeru toku pred takmer všetkými génmi zahrnutými v týchto udalostiach. V hypoxických bunkách HIF-1 účinkuje skôr ako produkt konverzie na acetyl-CoA a vstup do cyklu TCA a oxidačná fosforylácia, a tak odstraňuje produkt glykolýzy, pyruvát, na produkciu laktátu. Toto sa vykonáva, aspoň čiastočne, zvýšenou reguláciou expresie laktátdehydrogenázy A (LDH-A) závislou od HIF-1, enzýmu, ktorý sprostredkuje konverziu pyruvátu na laktát, ako aj kináz pyruvátdehydrogenázy ( PDHK), ktorý inaktivuje PDH, enzým, ktorý sprostredkuje transformáciu pyruvátu na acetyl Co-A (pozri Obrázok 2). Prekvapivo sa však ukázalo, že bunky ošetrené orexínom tlačia väčšinu svojho metabolického toku cez cyklus TCA a oxidačnú fosforyláciu. ³⁶, čo má za následok silne zvýšenú produkciu ATP a pravdepodobne ďalších biosyntetických medziproduktov sprevádzajúcich aktiváciu týchto dráh. Nie je známe, ako môže orexínová signalizácia a hypoxia stimulovať aktivitu HIF-1a, avšak v bunkách ošetrených orexínom sa aktivuje iba podskupina génov bežne aktivovaných týmto transkripčným faktorom pri hypoxii.

 

Obrázok 1

Zhrnutie zistení analýzy génovej expresie účinku orexínu na bunky exprimujúce receptor orexínu 1. Hore: Výsečový graf sumarizujúci anotované funkcie génov významne ovplyvnených signalizáciou orexínu. Spodok: Navrhované signalizačné dráhy ...

 

Obr. 2

Schematické zhrnutie hlavného účinku signalizácie orexínu na metabolizmus glukózy. OxSig = signalizácia orexínu. Oranžový ovál predstavuje transportér glukózy. Šípky označujú stimuláciu naznačeného procesu a kolmé čiary predstavujú ...

Paralelné štúdie hypotalamických rezov získaných z knock-out myší divokého typu alebo OxR1 sa vo všeobecnosti zhodovali s týmito závermi a potvrdili, že pozorované účinky boli výsledkom signalizácie orexínu. ³⁶, V niektorých ohľadoch je tento výsledok príťažlivý tým, že vysvetľuje hlavolam v našom chápaní biológie orexínu na fyziologickej úrovni. Ak prirovnávame stav bdelosti k vysokej metabolickej aktivite neurónov, čo sa javí ako rozumné, je zvláštne, že by k tomu došlo, keď sa mozog kúpal v nízkych hladinách glukózy. Preto má zmysel, že bdelosť vyžaduje potlačenie tejto situácie prostredníctvom mechanizmu, ktorý zvyšuje účinnosť absorpcie a spracovania glukózy. Zdá sa tiež, že orexínom sprostredkovaná zvýšená regulácia bunkového metabolizmu je v súlade s pozorovaním zvýšeného výdaja energie a rezistencie na obezitu s vysokým obsahom tukov indukovanej diétou. ⁸, Je však dôležité si uvedomiť, že táto štúdia sa zamerala na bunky exprimujúce OxR1 a plátky neurónov získané z myší divokého typu alebo knock-out myší OxR1. O bdelosti a odolnosti voči obezite vyvolanej stravou, ako je uvedené vyššie, sa teraz predpokladá, že majú skôr vplyv na signalizáciu sprostredkovanú OxR2. Môže sa stať, že pozorované dráhy sú relevantnejšie na odmeňovanie správania a iných procesov, ktoré, ako sa zdá, dominujú prostredníctvom signalizácie sprostredkovanej OxR1. Na vyriešenie týchto problémov bude potrebné veľa práce v rôznych typoch buniek a tkanivách. Myšlienka, že orexínová signalizácia je hlavným regulátorom energetického metabolizmu, je však zaujímavým modelom, ktorý bude usmerňovať budúce štúdie.

Je signalizácia orexínu dôležitá pri rakovine?

Zistenie, že orexínová signalizácia je schopná turbo nabíjať spotrebu glukózy, naznačuje možnú väzbu na proliferáciu buniek v deliacich sa bunkách, a teda na rakovinu. Publikované výsledky diskutované vyššie však naznačujú, že orexín môže stimulovať metabolizmus oxidačnej energie ³⁶, zatiaľ čo mnoho rakovinových buniek využíva anaeróbnu glykolýzu pre väčšinu svojho metabolizmu ³⁸, Jednou z možností je, že rakovinové bunky, ktoré využívajú oxidatívny metabolizmus, by mohli využívať orexínovú signalizáciu autokrinným alebo parakrinným spôsobom, aby stimulovali svoj metabolizmus a proliferáciu, a ak áno, antagonisty orexínového receptora by boli zaujímavými terapeutickými možnosťami. Na druhej strane, ak signalizácia orexínu núti metabolický tok prostredníctvom TCA a oxidačných fosforylačných dráh na úkor anaeróbnej glykolýzy, aktivácia tejto dráhy by mohla byť toxická pre nádorové bunky „závislé“ od glykolytického životného štýlu.

Existujú určité náznaky úlohy signalizácie orexínu v rakovinových bunkách a, ako by sa dalo predpovedať z vyššie uvedenej analýzy, zdá sa, že účinok signalizácie orexínu sa u rôznych druhov rakovinových buniek líši. Napríklad orexíny potláčajú rast buniek indukciou apoptózy u ľudských rakovín hrubého čreva, buniek neuroblastómu a nádorových buniek pankreasu potkana. ³⁹, Na druhej strane, expresia OxR1 a OxR2 je vyššia v adenónoch ako v normálnej kôre nadobličiek. Orexín A a B môžu stimulovať proliferáciu buniek v týchto bunkách a účinky boli výraznejšie u kultivovaných adenomatóznych buniek ako u normálnych adrenokortikálnych buniek. ⁴⁰, Aj keď sú tieto správy zaujímavé, naše chápanie dôležitosti orexínovej signalizácie pri rakovine, ak existuje, je v plienkach a bude treba oveľa viac práce na určení, či receptory orexínu alebo downstream efektory signálnej dráhy predstavujú životaschopné ciele pre chemoterapiu rakoviny. ,

Farmakologická kontrola signalizácie orexínu

Vyššie uvedená biológia naznačuje, že agonisty, antagonisty a potenciátory signalizácie orexínu by mohli byť klinicky významné. Napríklad liečba narkolepsie a kataplexie spôsobená nedostatkom produkcie orexínu by sa mala liečiť pomocou agonistu receptora orexínu. Na druhej strane návykové správanie by malo byť liečiteľné pomocou antagonistu receptora orexínu. Proti obezite vyvolanej stravou a cukrovke možno bojovať buď s agonistom receptora orexínu alebo s pozitívnym alosterickým potenciátorom. Niekoľko veľkých farmaceutických spoločností uskutočnilo vývoj molekúl, ktoré sa zameriavajú na orexínové receptory ⁴¹.

Antagonisty receptora orexínu

Pretože signalizácia orexínu v mozgu podporuje bdelosť, je logické, že farmakologická blokáda tejto dráhy by mala viesť k ospalosti, a preto by antagonisty orexínových receptorov mohli byť užitočnými liečivami na liečenie nespavosti. Hlavným problémom by však bola indukcia kataplexie. Hlavnou otázkou pri vývoji terapeuticky užitočných antagonistov orexínového receptora je, či prechodná farmakologická inhibícia orexínového receptora bude fenoskopiou narkoleptického a kataplectického fenotypu chronického nedostatku orexínu.

Doteraz dostupné predklinické a klinické údaje tvrdia, že odpoveď je „nie“. Väčšina údajov pochádza zo štúdií Almorexantu (Obrázok 3; tiež známy ako ACT-078573), ktorý vyvíja Actelion Pharmaceuticals na liečenie nespavosti. Almorexant je perorálne dostupný tatrahydroizochinolín, ktorý silne antagonizuje OxR1 aj OxR2. Actelion uverejnil predbežnú štúdiu na začiatku 2007, v ktorej sa uvádza úspešná liečba Almorexantom alebo klasickým agonistom receptora GABA, zolpidemom, potkanov, psov a ľudí ¹⁹, V tejto štúdii sa preukázalo, že almorexant je bezpečný a dobre tolerovaný. To vyvolalo subjektívne a objektívne fyziologické prejavy spánku. V pokusoch na potkanoch sa preukázalo, že Almorexant indukoval spánok bez REM aj REM. Toto je významné v tom, že zolpidem nevyvoláva REM spánok. Dôležité je, že u žiadneho z experimentálnych zvierat alebo ľudských pacientov neboli pozorované žiadne známky kataplexie.

 

Obrázok 3

Súhrn vývoja Almorexantu, klinického kandidáta na liečbu nespavosti, a príbuzných zlúčenín s rôznou selektivitou pre dva orexínové receptory.

Na konci 2009u spoločnosť Actelion oznámila ukončenie rozsiahlej štúdie fázy III dvojtýždňovej liečby dospelých a starších jedincov s primárnou chronickou nespavosťou. Spoločnosť tvrdí, že bol splnený primárny cieľ štúdie, vyššia účinnosť Almorexantu v porovnaní s placebom, ako aj niekoľko sekundárnych cieľových ukazovateľov (pozri pozri časť 4.4). http://www1.actelion.com/en/our-company/news-and-events/index.page?newsId=1365361). V kryptickej línii v tlačovej správe sa však uvádza, že „... boli urobené určité bezpečnostné pozorovania, ktoré si budú vyžadovať ďalšie hodnotenie a hodnotenie v dlhodobejších štúdiách fázy III.“ Bude zaujímavé vedieť, čo to znamená, keď budú údaje k dispozícii.

Almorexant bol výsledkom rozsiahleho vývojového programu, ktorý sa začal s tatrahydroizochinolínom 1 (Obrázok 3) ⁴², Táto zlúčenina vznikla ako primárny zásah z vysoko výkonného skríningu s použitím vápnikového testu založeného na FLIPR v bunkách vaječníkov čínskeho škrečka (CHO) exprimujúcich vysoké hladiny ľudského OxR1 alebo OxR2. Všimnite si túto zlúčeninu 1 je pomerne selektívny pre OxR1. Tento liečivý program skutočne produkoval veľa rôznych silných zlúčenín, z ktorých niektoré boli antagonistami duálnych receptorov, zatiaľ čo niektoré boli primerane selektívnymi inhibítormi buď OxR1 alebo OxR2 (pozri pozri časť 4.8). Obrázok 3). V dôsledku miernych štrukturálnych zmien boli pozorované pomerne veľké výkyvy v stupni selektivity. Napríklad nahradenie jednej z metoxyskupín v „hornom ľavom“ aromatickom kruhu 1 s izopropyléterom vyústil do úplne špecifického antagonistu OxR1. Ďalším zaujímavým kontrastom je zlúčenina 3, ktorý je skôr selektívny pre OxR2, ale zdieľa mnoho štruktúrnych znakov s duálnym antagonistom Almorexantom. Bohužiaľ nie sú k dispozícii žiadne štruktúrne údaje o receptore orexínu, a preto nie je známa molekulárna podstata tejto selektivity.

Tetrahydroizochinolíny nie sú ani zďaleka jediné uvádzané antagonisty receptorov orexínu. Napríklad Actelion uvádza štruktúrne odlišné zlúčeniny, ako sú sulfónamidy 4 a 5, ktoré sú silnými duálnymi a OxR2 selektívnymi antagonistami (Obrázok 4) ⁴³, Prostredníctvom kontroly štruktúr, ktoré obsahujú vysoko modifikované glycínové jadro, je v pokušení dospieť k záveru, že tetrahydroizochinolíny a sulfonamidy môžu obsadzovať prekrývajúce sa miesta na receptore, ale podľa našich najlepších vedomostí to nebolo testované.

 

Obrázok 4

Štruktúry ďalších antagonistov orexínových receptorov vyvinutých spoločnosťou Actelion Pharmaceuticals.

GSK hlásil jedného z prvých antagonistov orexínových receptorov, SB-334867 ^44-46 (Obrázok 5), zlúčenina, ktorá je relatívne selektívna pre OxR1 a zostáva najčastejšie používanou „nástrojovou zlúčeninou“ vo výskumných laboratóriách študujúcich biológiu orexínu. Uviedli tiež relatívne vzdialeného príbuzného SB-334867, 6, ktorý obsahuje prolínovú jednotku, s oveľa lepšou účinnosťou proti obom receptorom, ale zachováva si primeranú selektivitu OxR1 ⁴⁷, To sa špekulovalo 6 môže byť blízkym príbuzným nezverejnenej štruktúry, ktorú GSK uskutočnil v klinických skúškach na liečbu nespavosti zvanej SB-674042 ⁴¹, GSK oznámila postup tejto zlúčeniny do klinických štúdií fázy II v 2007e, ale podľa našich najlepších vedomostí neboli predložené žiadne ďalšie klinické údaje.

Tím spoločnosti Merck vyvinul antagonisty orexínového receptora obsahujúceho prolín ⁴⁸, zlúčenina 7 (Obrázok 5) sa objavili pri vysoko výkonnom skríningu a preukázali vynikajúcu in vitro účinnosť proti OxR2, ako aj miernu aktivitu proti OxR1, ale in vivo vykazovali slabú penetráciu do hematoencefalickej bariéry. Zistilo sa, že je to výsledok toho, že je substrátom pre glykoproteín P. Zistili, že tento problém by sa mohol zmierniť metyláciou benzimidazolového dusíka ^{41, 48}, zlúčenina 8, ktorý tiež obsahuje skôr fenylový kruh ako pyrolový zvyšok v „pravom hornom“ kvadrante molekuly, je silným antagonistom duálneho receptora s vynikajúcou penetráciou do hematoencefalickej bariéry. 8 sa ukázalo, že je aktívny u potkanov.

Iné farmaceutické spoločnosti uviedli niekoľko zlúčenín s in vitro aktivitou proti receptorom orexínu, ktoré sa tu však neuvádzajú.

Je lákavé špekulovať, že tie isté zlúčeniny, ktoré sa vyvíjajú ako pomocné látky na spanie, by mohli byť užitočné aj na liečenie chronických závislostí, hoci zjavným vedľajším účinkom tohto liečebného režimu by bolo, že by tieto subjekty spali, ak sú antagonistami duálneho receptora. Objavenie úlohy signalizácie orexínu pri návykovom správaní je však relatívne nedávne a podľa našich najlepších vedomostí sa nezačali žiadne klinické skúšky, pri ktorých sa na túto indikáciu použijú vyššie uvedené zlúčeniny.

Agonisti a potenciátory receptorov orexínu

Ako je uvedené vyššie, Yanagisawa a jeho kolegovia poskytli na zvieracích modeloch princíp, že narkolepsiu treba liečiť agonistom orexínového receptora. ¹⁸, V týchto štúdiách použili modifikovaný orexínový peptid. Je však zvláštne, že podľa našich najlepších vedomostí zatiaľ neboli v literatúre uvedené žiadne nepeptidové agonisty. Je ťažké si predstaviť, že skríning týchto zlúčenín sa nevykonal vzhľadom na veľké množstvo práce vykonanej na antagonistoch receptorov. Zdá sa teda pravdepodobné, že je ťažké nájsť silných agonistov, hoci nie je jasné, prečo je to tak.

Veľmi nedávno, prvý pozitívny alosterický potenciátor receptora orexínu, 9 (Obrázok 6). Táto zlúčenina bola objavená náhodne počas skromnej kampane zameranej na lekársku chémiu zameranú na zvýšenie účinnosti antagonistu orexínového receptora na báze peptoidov. ⁴⁹, peptoidní 10 bol identifikovaný v skríningu, v ktorom boli bunky, ktoré neexprimujú alebo neexprimujú OxR1, ale sú inak identické, označené rôznymi farebnými farbivami (červené, respektíve zelené) a hybridizované s mikročipom zobrazujúcim niekoľko tisíc peptoidov imobilizovaných na sklenenom podložnom sklíčku. Zlúčeniny, ktoré selektívne viazali bunky exprimujúce OxR1, boli identifikované vysokým pomerom fluorescenčných farbív zachytených na tomto mieste vo vysokom červeném a zelenom stave (pozri ref. ⁵⁰ na vypracovanie tejto metodiky). Skenovací experiment sarkozínu ⁵¹ ukázalo, že iba dva z deviatich bočných reťazcov prítomných v molekule boli nevyhnutné na väzbu na bunky exprimujúce receptor (zvýraznené červenou farbou na Obr. 6). Následná syntéza a analýza zlúčeniny 11 potvrdili, že ide o „minimálny farmakofor“ pre väzbu na receptor. 11 je veľmi slabý antagonista obidvoch orexínových receptorov s IC₅₀ iba približne 300 μM in vitro.

 

Obrázok 6

Vývoj pozitívneho potenciátora receptora orexínu. Štruktúra peptoidu, ktorý vznikol ako primárny zásah zo väzobného sita, je znázornená na vrchu. Časť molekuly, o ktorej sa zistilo, že je dôležitá pre väzbu na receptor, je zvýraznená červenou farbou. toto ...

Štruktúra 11 Zdalo sa, že naznačuje slabú podobnosť s Almorexantom (Obrázok 6) tým, že zlúčenina obsahovala piperonylový kruh pripojený k glycínovej jednotke, zatiaľ čo v Almorexante sú prítomné takmer rovnaké jednotky, ale s dimetoxybenylovým kruhom namiesto piperonylu. Použitie tohto modelu ako sprievodcu, niekoľko derivátov 11 boli syntetizované tak, že uhľovodíkové jednotky boli pridané k amínovému dusíku redukčnou amináciou. Benzylový derivát, 12, do ktorého bol medzi aromatický kruh a dusík vložený ďalší metylén, sa však ukázal ako oveľa lepší antagonista, aj keď stále iba s malými účinkami (Obr. 6), čo naznačuje, že model môže byť správny. Konkurenčné štúdie na zistenie, či je derivát peptoidu 12 a Almorexant si navzájom konkurujú o väzbu na receptor.

Počas ďalšej optimalizácie úsilie, zložené 9 bol syntetizovaný, ktorý sa líšil od 12 iba tým, že piperonylový kruh bol otvorený do dvoch metoxyskupín a jediného metylénového linkera medzi glycínovým dusíkom a aromatickým kruhom, ktorý bol prítomný v zlúčenine 10 bol obnovený. Je pozoruhodné, 9 neantagonizoval OxR1 v teste na bunkovej kultúre, ale zdá sa, že mierne zvyšuje expresiu reportérového génu závislého od orexínu. Testy sa preto opakovali pri nižších koncentráciách orexínu (EC₂₀ hormónu) a výsledky jasne preukázali, že 9 je pozitívny potenciátor aktivácie receptora sprostredkovaný orexínom. Pri tejto koncentrácii hormónov 9 vystavil EC₅₀ asi 120 nM. Keď sa test uskutočňoval pri saturačných hladinách potenciátora 9 a hladina orexínu bola titrovaná, zistilo sa, že EC₅₀ Orexín sa znížil približne štvornásobne a maximálna hladina expresie reportérového génu bola asi trojnásobne vyššia ako hladina spôsobená saturáciou hladín orexínu. Podobné výsledky sa získali pri pokusoch s použitím buniek exprimujúcich OxR2, čo ukazuje 9 je potenciátor duálneho receptora.

Objav prvého potenciátora orexínového receptora je potenciálne vzrušujúci, pokiaľ ide o možné aplikácie ako liečba obezity / cukrovky. ⁸, avšak k dnešnému dňu nie in vivo Boli opísané experimenty s použitím tejto zlúčeniny. Ako je uvedené vyššie, Yanagisawa preukázal, že agonista orexínového receptora na báze peptidov blokuje obezitu vyvolanú stravou a vývoj diabetu typu II u hlodavcov. ⁸, Pretože tieto zvieratá a pravdepodobne u vyživovaných ľudí stále exprimujú normálne hladiny orexínového hormónu, pozitívny potenciátor môže byť užitočný pri stimulácii priaznivého prirodzeného pôsobenia hormónu u týchto jedincov. Je pravdepodobné, že potenciátor nebude mať záujem o liečbu narkolepsie, pretože postihnutí jednotlivci produkujú málo alebo vôbec žiadny orexín.

zhrnutie

Teraz je zrejmé, že neuropeptid orexín a jeho príbuzné receptory hrajú ústrednú úlohu pri regulácii kŕmenia, spánku, výdaja energie, odmeňovania a rôznych ďalších návykov. O intracelulárnych udalostiach vyvolaných signalizáciou orexínu je známe málo. Vo farmakologickej manipulácii s orexínovou signalizáciou je jednoznačne lekársky prísľub a v tejto oblasti má aktívny program množstvo farmaceutických spoločností a akademických laboratórií. Aj keď zatiaľ nie sú takéto zlúčeniny na klinike, silný antagonista duálnych orexínových receptorov Almorexant dokončil to, čo bolo zjavne úspešné klinické skúšanie fázy III pri liečbe nespavosti. Doposiaľ neboli hlásené žiadne agonisty orexínového receptora. Zdá sa pravdepodobné, že v nasledujúcich rokoch bude v tejto oblasti veľa aktivity.

Poďakovanie

Referencie