Kemija in biologija signalizacije oreksina (2010)

Pojdi na:

Minimalizem

Oreksini (imenovani tudi hipokretini) so nevropeptidi, ki so jih v 1998 prvič odkrili dve neodvisni raziskovalni skupini^{1, 2}. Oreksini A (33 aminokisline) in B (28 aminokisline) so pridobljeni iz enega samega pred-pro-oreksinskega polipeptida³. Svoje delovanje posredujejo prek interakcij z dvema tesno povezanima GPCR, imenovan Orexin Receptor 1 in 2 (OxR1 in OxR2). OxR1 veže Orexin A s približno 100-krat večjo afiniteto kot Orexin B, medtem ko OxR2 veže oba peptida s približno isto afiniteto. Oreksine proizvajajo specializirani nevroni v hipotalamusu, ki štrlijo v številne možganske regije^{4, 5}.

Kot bo na kratko prikazano v nadaljevanju, fiziološke študije v zadnjih desetih letih vključujejo signalizacijo oreksina kot osrednjo vlogo v različnih pomembnih bioloških procesih, vključno s hranjenjem, energijsko homeostazo, ciklom spanja / budnosti, zasvojenostjo in iskanjem nagrade;⁶. Obstajajo jasni dokazi o napakah v signalizaciji oreksina, ki so vključeni v prehrano, ki jo povzroča debelost in diabetes^{7, 8}, narkolepsija^{9, 10}, panična anksiozna motnja¹¹, zasvojenost z mamili¹² in Alzheimerjevo bolezen¹³. Zato je v industriji zdravil veliko zanimanja za razvoj močnih spojin za manipulacijo signala oreksina. Tukaj je pregledan nedavni napredek pri razumevanju in manipuliranju signala oreksina.

Orexin signalizacija pri usklajevanju spanja in hranjenja

Najbolje razumljena vloga signalizacije oreksina je usklajevanje hranjenja in spanja. Raven proizvodnje oreksina v hipotalamusu je obratno povezana s stopnjo glukoze v krvi ¹⁴. Oreksinova signalizacija vsaj kratkoročno sproži občutek lakote in spodbudi hranjenje, verjetno z aktiviranjem nevronov v možganih, ki proizvajajo nevropeptid Y in funkcionalno povezane hormone. Poleg tega je signalizacija oreksina ključni sestavni del, ki povzroča budnost pri sesalcih^{9, 15}. Z drugimi besedami, oreksin signalizira, da so živali, ko so lačne, tudi budne, ko pa so siti, so lahko zaspane. To ima dober fiziološki smisel v tem, da bodo živali, ko bodo lačne, želele hraniti hrano, ne spati.

Genska ablacija gena oreksina ali receptorja pri glodalcih povzroči fenotip, ki je izjemno podoben človeški narkolepsiji s katapleksijo, pri kateri žival trpi zaradi neprimernega vdora spanja v običajni čas budnosti, vključno z zrušitvijo v nenavadnih trenutkih⁹. Enako velja za pse z inaktivirajočo mutacijo gena, ki izraža ekspresijo OxR2¹⁰. Večina človeških narkoleptikov, čeprav ne vsi, čeprav ne nosijo mutacij v genih, ki kodirajo oreksin in njegove receptorje, kljub temu nimajo zaznavljivega oreksina. Domneva se, da je to posledica avtoimunskega napada na nevrone, ki proizvajajo oreksin, v možganih^{16, 17}. Ta avtoimunski model za narkolepsijo pri ljudeh še ni dokazan in o naravi domnevne avtoimunske reakcije ni znanega nič.

Znana biologija signalizacije oreksina tako predvideva, da bi morali agonisti, ki prodirajo skozi možgane, spodbuditi budnost in bi bili lahko koristni za zdravljenje narkolepsije. Yanagisawa in sodelavci so objavili dokaz konceptnih eksperimentov, ki podpirajo to idejo¹⁸. Pokazali so, da je neposredno intrakranialna injekcija oreksinskega peptida v možgane glodavcev, ki nimajo oreksina, povzročila povečano stanje budnosti. Nasprotno, antagoniste receptorjev oreksina lahko uporabimo za zdravljenje nespečnosti¹⁹čeprav je možna indukcija katapleksije, opažena pri živalih in ljudeh s kroničnim pomanjkanjem oreksina, zaskrbljujoča (glej infra).

Oreksin signalizira pri odvisniških in drugih patoloških vedenjih

Insula je možganska regija, za katero je znano, da sodeluje pri razvoju nagonov in hrepenenja in na splošno sodeluje pri nagradnem vedenju²⁰. Poškodba tega področja možganov povzroči osupljiv padec motivacije kadilcev, da nadaljujejo svojo navado²¹. Nasprotno pa je znano, da abstinenca pri kadilcih cigaret aktivira izolacijo²². Zdi se, da je isto možgansko območje poleg morfija, kokaina in alkohola vključeno v vedenjsko iskanje vedenja. Nevroni, ki proizvajajo Orexin, to področje možganov intenzivno innergirajo, signalizacija oreksina pa ima ključno vlogo pri tem vedenju^23-25. Na primer, uporaba selektivnega antagonista OxR1 SB-334867 (glej) Slika 5) znatno zmanjšala nagon glodalcev, da se sami vbrizgajo z nikotinom¹². Podobni rezultati so bili dobljeni za druge odvisne spojine. Zanimivo je, da v nikotinski študiji farmakološka blokada zdravila OxR1 ni bistveno zavirala vnosa hrane, za katero poleg budnosti misli, da v glavnem posreduje OxR2. Tako predklinični podatki pri glodalcih močno kažejo, da so lahko selektivni antagonisti OxR1 zanimiva zdravila proti zasvojenosti.

 

Slika 5

Strukture antagonistov oreksinskih receptorjev, ki sta jih razvila Glaxo Smith Kline (GSK) in Merck.

Nedavno se je pokazalo, da je signalizacija Orexina vpletena tudi v panične napade in tesnobo¹¹. Z uporabo modela podgan, pri katerem se napadi panike sprožijo s kronično obdelavo živali z zaviralcem sinteze GABA, ki ji sledi akutno zdravljenje z natrijevim laktatom, je bilo pokazano, da blokada OxR334867 ali siRNA povzroča utišanje proizvodnje oreksina, ki ga posreduje SB-1 v tem modelu zatira panične napade. Poleg tega imajo ljudje, ki so podvrženi napadom panike, povišane ravni oreksina v svoji cerebrospinalni tekočini (CSF) ¹¹, skladno z vlogo signala oreksina pri anksioznih motnjah pri ljudeh.

Pred kratkim se je pojavilo poročilo, ki povezuje cikel spanja / budnosti z Alzheimerjevo boleznijo¹³. Pokazalo se je zlasti, da je kopičenje amiloida beta, značilnega za bolezen, povezano z budnostjo. Na primer, kronično pomanjkanje spanja je povečalo raven beta amiloida v CSF živali. Zanimivo je, da je uporaba antagonista receptorja za oreksin SB-334867 znižala ravni tega nevrotoksičnega intermediata. Tako je mogoče, da bi bil primeren režim zdravljenja z antagonisti OxR lahko izvedljivo zdravljenje, da upočasnimo razvoj Alzheimerjeve bolezni, če bi bila diagnosticirana dovolj zgodaj.

Oreksin signalizira pri energijski homeostazi, prehrani, ki jo povzroča debelost in diabetes

Obstajajo naključni dokazi, da je signalizacija oreksina pomembna pri energijski homeostazi. Na primer, narkoleptični ljudje s pomanjkanjem oreksina kažejo višji indeks telesne mase kot narkoleptični posamezniki z normalno raven oreksina²⁶. Genska ablacija oreksinskih nevronov pri miših povzroči debele živali²⁷ in te miši razvijejo tudi starostno odpornost na inzulin⁷. Zdi se, da so ti rezultati kontraintuitivni, ker farmakološka indukcija signala oreksina akutno spodbuja hranjenje¹. To kaže, da so kratkoročni in dolgoročni učinki signalizacije oreksina na energijsko homeostazo različni.

V zadnjem času je bilo to področje biologije oreksina razjasnjeno s pomembno raziskavo, ki je dokončno pokazala, da signalizacija oreksina močno nasprotuje debelosti, ki jo povzroča prehrana, in poznejšemu razvoju inzulinske rezistence pri glodavcih⁸. Pokazalo se je, da kronično prekomerno izražanje gena oreksina ali farmakološka indukcija receptorja za oreksin skoraj popolnoma blokira razvoj debelosti in inzulinske rezistence pri miših, ki so se prehranjevale z visoko vsebnostjo maščob. Pokazalo se je, da je to v veliki meri posledica povečanih izdatkov za energijo, čeprav ni prišlo do spremembe dihalnega količnika, kar je posredni pokazatelj izkoriščenosti ogljikovih hidratov in lipidov. Kronična stimulacija signala oreksina je tudi zmanjšala porabo hrane. Različni genetski in farmakološki eksperimenti so pokazali, da je bila večina tega učinka posredovana s signalizacijo prek OxR2 in ne OxR1. Na koncu je presenetljiva ugotovitev te študije, da kronično stimulacija signala oreksina ni vplivala na miši, ki jim primanjkuje leptina. Te živali, ko se hranijo z maščobami z veliko maščobami, so še vedno postale obsedene in odporne na inzulin, tudi ko so bile zdravljene z agonistom oreksinskih receptorjev. Zdi se, da je zaščitni učinek oreksina zakoreninjen pri izboljšanju občutljivosti na leptin. Ta študija ima očitne terapevtske posledice pri zdravljenju debelosti zaradi debelosti in sladkorne bolezni.

Medtem ko je ta študija večinoma vključevala signalizacijo prek OxR2 kot pomembno za fenotip, odporen proti debelosti, so bili opaženi nekateri učinki, ki jih posreduje OxR1.⁸. Avtorji so ugotovili, da je genska ablacija samo OxR1 zaščitena pred hiperglikemijo, ki jo povzroča veliko maščob, čeprav ni debelost. To kaže, da signalizacija oreksina skozi OxR1 z normalnimi fiziološkimi nivoji oreksina igra dovoljeno vlogo pri razvoju inzulinske odpornosti, ki jo povzroča starost ali veliko maščob. Vendar pa je v nefiziološkem scenariju trajnega oreksina nad ekspresijo preko transgena zaščita, ki posreduje z OxR1 in OxR2 pred razvojem odpornosti na inzulin na dieti z veliko maščobami. Ta zapleten niz rezultatov v zvezi z OxR1 kaže, da bodisi receptor igra drugačno vlogo v pogojih normalne in suprafiziološke ekspresije oreksina, bodisi da receptor posreduje različen fiziološki učinek, ki lahko poveča ali nasprotuje razvoju hiperinzulinemije in da je "zmagovalec" ti konkurenčni učinki so različni glede na raven oreksina ali čas in trajanje njegove signalizacije.

Vezava učinka oreksina na signalizacijo leptina je zanimiva v zvezi z drugo nedavno objavljeno raziskavo, v kateri so ugotovili, da suprafiziološka raven leptina omogoča diabetičnim glodalcem, ki jim popolnoma primanjkuje insulina, da uspevajo ²⁸. Prej je bilo znano, da leptin znižuje raven glukoze v krvi s potenciranjem preostalih ravni endogenega insulina pri diabetičnih podganah, ki jih povzroča streptozotocin (STZ) z delnim pomanjkanjem insulina. ²⁹. Vendar ideja, da samo leptin lahko reši živali z pomanjkanjem insulina pred diabetičnimi simptomi, ni bila nikoli preizkušena in ta ugotovitev je bila veliko presenečenje. Podobni fenotipi, ki jih povzroča kronično zdravljenje živali s suprafiziološkimi nivoji oreksina in leptina, skupaj z ugotovitvijo, da deluje oreksin z izboljšanjem občutljivosti na leptin, se sprašujejo, ali sta bili ti dve študiji različni strani istega kovanca in da je spodbuda signalizacijske poti oreksin / leptin so resnično lahko obetavno zdravljenje diabetesa tipa I ali tipa II.

Ali signalizacija oreksina vpliva na obrobje?

Domneva se, da je večina zgoraj opisanih učinkov signala oreksina nastala v hipotalamusu. Vloge signala oreksina, če obstaja, zunaj živčnega sistema so sporne. Izraz oreksinov in njihovih receptorjev so odkrili v različnih perifernih tkivih, vključno s črevesjem, trebušno slinavko, ledvicami, nadledvičnicami, maščobnim tkivom in reproduktivnim traktom ^30-33, vendar je funkcijski dokaz o vlogi signala oreksina na obrobju redek.

Nedavna študija je pokazala, da se je pojavnost celic, ki izražajo OxR1, na otočkih trebušne slinavke povečala s hiperglikemijo, ki jo povzroča streptozotocin (STZ), pri podganah in so lokalizirali z glukagonom³⁴. Poleg tega se je cepljena kaspaza-3 imunokemično sokalizirala z OxR1 na otočkih. Po drugi strani so živali, ki jim primanjkuje oreksina, pokazale zmanjšano hiperglikemijo in boljšo toleranco za glukozo kot živali divjih vrst. Ti rezultati kažejo, da signalizacija oreksina skozi OxR1 v trebušni slinavki lahko prispeva k apoptozi beta celic in razvoju diabetesa kot odziv na zdravljenje s STZ. Medtem ko je povezava tanka, je možno, da bi ta učinek lahko razložil zgoraj omenjena opažanja Funato in sod., Da je genska ablacija OxR1 zaščitna pred hiperglikemijo in hiperinzulinemijo, ki jo povzroča veliko maščob.⁸.

Signalna kaskada oreksina

Medtem ko so signalizacijo oreksina intenzivno preučevali na fiziološki ravni, je bilo veliko manj truda namenjenega karakterizaciji znotrajceličnih dogodkov, ki jih sproži vezava hormonov oreksina na njihove receptorje. Znano je, da vezava hormona na njegov receptor sproži priliv kalcija, ki je povezan z aktivacijo Erka ³⁵. Receptorji se povezujejo tudi s potjo, posredovano s fosfolipazo C (PLC), ki sprošča znotrajcelične zaloge kalcija.

V 2007 so poročali o najbolj temeljiti analizi programov genske transkripcije, ki jo sproži signalizacija oreksina ³⁶. V tej študiji so uporabili profiliranje globalne genske ekspresije, da bi prepoznali gene, ki so močno nadgrajeni ali znižani v celicah HEK293, ki stabilno izražajo OxR1. Ugotovljeno je bilo, da so geni 260 nadzorovani in 64 navzdol urejeni dvakrat ali več, če so bili vzorčeni dve in štiri ure po stimulaciji oreksina. Anotacije genov so pokazale, da je približno polovica visoko reguliranih genov sodelovala v rast celic (30%) ali presnovo (27%). Analiza poti s komercialnim programom Ingenuity je vključevala več poti, ki jih ureja signalizacija oreksina (Slika 1). Najbolj so se izkazali kanonični TGF-β / Smad / BMP, FGF, NF-kB in hipoksične signalne poti. Ta študija se je podrobno osredotočila na hipoksično pot, ki je bila v tej študiji nenavaden "hit", saj so bile celice gojene v normoksičnih pogojih. Kljub temu je bil faktor transkripcije Hypoxia-Inducible Factor 1-α (HIF-1α), za katerega je bilo znano, da se je odzval na hipoksijo, in mnogi njegovi ciljni geni so bili visoko inducirani z zdravljenjem z oreksinom. V hipoksičnih rakavih celicah, kjer je delovanje HIF-1α najbolje raziskano, sodeluje s HIF-1β, da tvori heterodimerni faktor transkripcije (HIF-1), ki poganja reprogramiranje celičnega metabolizma³⁷. Zlasti množično uravnava uvoz glukoze in glikolizo, saj ima vezna mesta skoraj pred vsemi geni, ki sodelujejo v teh dogodkih. V hipoksičnih celicah deluje HIF-1, da preusmeri produkt glikolize, piruvata, na proizvodnjo laktata in ne pretvorbo v acetil-CoA ter vstop v TCA cikel in oksidativno fosforilacijo. To vsaj deloma naredi HIF-1 odvisna upravna regulacija izražanja laktatne dehidrogenaze A (LDH-A), encima, ki posreduje pretvorbo piruvata v laktat, pa tudi kinas piruvat dehidrogenaze ( PDHK), ki inaktivira PDH, encim, ki posreduje transformacijo piruvata v acetil Co-A (glej Slika 2). Presenetljivo pa je, da so celice, obdelane z oreksinom, potiskale večino svojega metaboličnega toka skozi cikel TCA in oksidativno fosforilacijo ³⁶, kar ima za posledico močno povečano proizvodnjo ATP in, verjetno, drugih biosintetskih intermediatov, ki spremljajo aktivacijo teh poti. Ni znano, kako signalizacijo oreksina in hipoksijo lahko oba stimulirata aktivnost HIF-1α, vendar v celicah, zdravljenih z oreksinom, aktiviramo le podvrsto genov, ki jih v hipoksiji navadno aktivira ta transkripcijski faktor.

 

Slika 1

Povzetek ugotovitev analize genske ekspresije vpliva oreksina na celice, ki izražajo oreksinski receptor 1. Na vrh: Koščeni grafikon, ki povzema označene funkcije genov, ki jih oreksinska signalizacija pomembno vpliva. Spodaj: Predlagane signalne poti ...

 

Slika 2

Shematski povzetek glavnega učinka signalizacije oreksina na presnovo glukoze. OxSig = signalizacija oreksina. Oranžni oval predstavlja prenosnik glukoze. Puščice kažejo na stimulacijo navedenega procesa, pravokotne črte pa predstavljajo an ...

Vzporedne študije hipotalamičnih rezin, pridobljenih pri divjih miših tipa OxR1, so se na splošno strinjale s temi sklepi in potrdile, da so bili opaženi učinki posledica signalizacije oreksina ³⁶. Ta rezultat je na nek način privlačen, ker razlaga zmedo v našem razumevanju biologije oreksina na fiziološki ravni. Če stanje budnosti izenačimo z visoko presnovno aktivnostjo nevronov, kar se zdi smiselno, je nenavadno, da bi do tega prišlo, ko so možgani kopani v nizki ravni glukoze. Zato je nekaj smisla, da budnost zahteva premostitev te situacije prek mehanizma, ki povečuje učinkovitost prevzema in predelave glukoze. Zdi se, da bi tudi regulacija celičnega metabolizma, ki jo posreduje oreksin, skladna z opazovanjem povečanih izdatkov za energijo in odpornosti proti debelosti, ki jo povzroča prehrana z veliko maščob ⁸. Pomembno pa je vedeti, da se je ta študija osredotočila na celice, ki izražajo OxR1, in rezine nevronov, pridobljene iz divjih vrst ali OxR1 miši. Kot smo že omenili, je budnost in odpornost na prehrano posledica debelosti bolj učinek signalizacije, ki ga posreduje OxR2. Mogoče so opažene poti bolj pomembne za nagrajevanje vedenja in druge procese, za katere se zdi, da prevladujejo signalizacije, ki jih posreduje OxR1. Za razrešitev teh težav bo potrebnih veliko več dela v različnih vrstah celic in tkivih. Toda ideja, da je signalizacija oreksina glavni regulator energijskega metabolizma, je zanimiv model, ki bo vodil prihodnje študije.

Ali je signal oreksina pomemben pri raku?

Ugotovitev, da je signalizacija oreksina sposobna turbo napolniti porabo glukoze, kaže na možno povezavo s proliferacijo celic v delitvenih celicah in s tem na raka. Vendar zgoraj objavljeni rezultati kažejo, da oreksin lahko spodbudi presnovo oksidativne energije ³⁶, medtem ko številne rakave celice za večino metabolizma uporabljajo anaerobno glikolizo ³⁸. Ena od možnosti je, da bi rakave celice, ki uporabljajo oksidativni metabolizem, lahko uporabljale signalizacijo oreksina na avtokrinski ali parakrinski način, da bi spodbudile njihov metabolizem in širjenje, in če bi bilo tako, bi bili antagonisti receptorjev za oreksin zanimive terapevtske možnosti. Po drugi strani pa, če signalizacija oreksina prisili metabolični tok skozi TCA in oksidativne poti fosforilacije na račun anaerobne glikolize, bi bila lahko aktivacija te poti strupena za tumorske celice, "zasvojene" z glikoliznim življenjskim slogom.

Obstaja nekaj znakov za vlogo signalizacije oreksina v rakavih celicah, in kot bi lahko napovedali iz zgornje analize, se zdi, da je učinek signalizacije oreksina v različnih vrstah rakavih celic različen. Na primer, oreksini zavirajo rast celic tako, da sprožijo apoptozo pri človeškem raku debelega črevesa, celicah nevroblastoma in tumorskih celicah trebušne slinavke ³⁹. Po drugi strani je izražanje OxR1 in OxR2 v adenomih večje kot pri normalni nadledvični skorji. Oreksin A in B lahko spodbujata celično proliferacijo v teh celicah, učinki pa so bili bolj izraziti pri gojenih adenomatoznih kot normalnih adrenokortikalnih celicah ⁴⁰. Čeprav so ta poročila zanimiva, je naše razumevanje pomena signalizacije oreksina pri raku, če sploh, v povojih in bo potrebnega veliko več dela, da se ugotovi, ali receptorji za oreksin ali spodnji izvajalci signalne poti predstavljajo uresničljive cilje za kemoterapijo raka .

Farmakološki nadzor signalizacije Orexina

Zgoraj opisana biologija kaže, da bi lahko bili agonisti, antagonisti in potenciatorji signala oreksina klinično pomembni. Na primer, zdravljenje narkolepsije in katapleksije, ki ga povzroča pomanjkanje proizvodnje oreksina, je treba zdraviti z uporabo agonista receptorja oreksina. Po drugi strani je treba odvisniško vedenje zdraviti z antagonistom oreksinskih receptorjev. Debelost, ki jo povzročata debelost in sladkorna bolezen, se lahko bori z agonistom oreksinskih receptorjev ali s pozitivnim alosternim potenciatorjem. Več velikih farmacevtskih podjetij se je lotilo razvoja molekul, ki ciljajo na oreksinske receptorje ⁴¹.

Antagonisti receptorjev za oreksin

Ker signalizacija oreksina v možganih spodbuja budnost, je gotovo razlog, da bi farmakološka blokada te poti povzročila zaspanost, zato bi lahko bili antagonisti receptorjev oreksina koristna zdravila za zdravljenje nespečnosti. Vendar bi bila glavna skrb vzbujanje katapleksije. Dejansko je osrednje vprašanje pri razvoju terapevtsko uporabnih antagonistov oreksinskih receptorjev, ali bo prehodna farmakološka inhibicija receptorja oreksina fenokopirala narkoleptični in kataplektični fenotip kroničnega pomanjkanja oreksina.

Do zdaj dostopni predklinični in klinični podatki trdijo, da je odgovor „ne“. Večina podatkov izhaja iz študij Almorexanta (Slika 3; znan tudi kot ACT-078573), ki ga razvija Actelion Pharmaceuticals za zdravljenje nespečnosti. Almorexant je oralno na voljo tatrahidroizokinolin, ki močno antagonizira OxR1 in OxR2. Actelion je v zgodnjem 2007-u objavil predhodno študijo, ki je poročala o uspešnem zdravljenju podgan, psov in ljudi s Almorexantom ali klasičnim agonistom GABA receptorjev zolpidemom ¹⁹. V tej študiji je bilo dokazano, da je zdravilo Almorexant varno in se dobro prenaša. To je povzročilo subjektivne in objektivne fiziološke znake spanja. V poskusih na podganah je bilo dokazano, da Almorexant sproži spanje brez REM in REM. To je pomembno, ker zolpidem ne povzroča spanja REM. Pomembno je, da pri nobeni od poskusnih živali ali človeških bolnikov niso opazili nobenih znakov katapleksije.

 

Slika 3

Povzetek razvoja zdravila Almorexant, kliničnega kandidata za zdravljenje nespečnosti, in povezanih spojin z različno selektivnostjo za dva oreksinska receptorja.

Actelion je na koncu 2009 napovedal zaključek obsežne študije faze III dvotedenskega zdravljenja odraslih in starejših oseb s primarno kronično nespečnostjo. Podjetje trdi, da je bila primarna končna točka preskušanja, boljša učinkovitost zdravila Almorexant v primerjavi s placebom, dosežena, kot tudi več sekundarnih končnih točk (glejte http://www1.actelion.com/en/our-company/news-and-events/index.page?newsId=1365361). Kljub temu je v sporočilu za javnost zapisala, da "… so bila narejena določena varnostna opažanja, ki bodo zahtevala nadaljnjo oceno in oceno v dolgoročnih študijah faze III." Zanimivo bo vedeti, kaj to pomeni, ko bodo podatki na voljo.

Almorexant je bil rezultat obsežnega razvojnega programa, ki se je začel s tatrahidroizokinolinom 1 (Slika 3) ⁴². Ta spojina je nastala kot primarni zadetek z zaslona z visoko prepustnostjo z uporabo kalcijevega testa na osnovi FLIPR v celicah jajčnikov kitajskega hrčka (CHO), ki izražajo visoke ravni človeškega oxR1 ali OxR2. Upoštevajte to spojino 1 je dokaj selektiven za OxR1. Dejansko je ta zdravilni program ustvaril veliko različnih močnih spojin, od katerih so bili nekateri antagonisti dvojnih receptorjev, medtem ko so bili nekateri razumno selektivni zaviralci bodisi OxR1 bodisi OxR2 (glej Slika 3). Kot rezultat skromnih strukturnih sprememb so opazili precej velike nihaje v stopnji selektivnosti. Na primer, zamenjava ene od metoksi skupin v „zgornjem levem“ aromatičnem obroču 1 z izopropilnim etrom je prišlo do popolnoma specifičnega antagonista OxR1. Še en zanimiv kontrast je sestavljen 3, ki je za OxR2 precej selektiven, vendar ima veliko strukturnih značilnosti z dvojnim antagonistom Almorexant. Na žalost strukturnih podatkov o receptorju za oreksin ni, zato je molekularna osnova te selektivnosti neznana.

Tetrahidroizokinolini še zdaleč niso edini poročani antagonisti receptorja oreksina. Actelion je na primer poročal o strukturno ločenih spojinah, kot so sulfonamidi 4 in 5, ki sta močna dvojna in selektivna antagonista OxR2 (Slika 4) ⁴³. Z inšpekcijskim pregledovanjem struktur, ki vključujejo močno spremenjeno glicinsko jedro, je mogoče sklepati, da lahko tetrahidroizokinolini in sulfonamidi zasedajo prekrivajoča se mesta na receptorju, vendar, kolikor nam je znano, to ni bilo preizkušeno.

 

Slika 4

Strukture drugih antagonistov receptorjev za oreksin, ki jih je razvila družba Actelion Pharmaceuticals.

GSK je poročal o enem od prvih antagonistov oreksinskih receptorjev, SB-334867 ^44-46 (Slika 5), spojina, ki je sorazmerno selektivna za OxR1 in ostaja najpogosteje uporabljena „orodna spojina“ v raziskovalnih laboratorijih, ki preučujejo biologijo oreksina. Poročali so tudi o relativno oddaljenem sorodniku SB-334867, 6, ki vključuje enoto prolina, z veliko boljšo potenco proti obema receptorjema, vendar ohranja razumno selektivnost OxR1 ⁴⁷. Ugibalo se je, da 6 bi lahko bil sorodnik spojine nerazkrite strukture, ki jo je GSK opravil v kliničnih preskušanjih za zdravljenje nespečnosti, imenovane SB-674042 ⁴¹. GSK je napovedal napredovanje te spojine v klinična preskušanja faze II na 2007, vendar nadaljnjih kliničnih podatkov po naših podatkih še ni bilo.

Skupina Merck je razvila antagoniste oreksinskih receptorjev, ki vsebujejo prolin ⁴⁸. Spojina 7 (Slika 5) je nastala na zaslonu z visoko prepustnostjo in je pokazala odlično in vitro učinkovitost proti OxR2 kot tudi skromno aktivnost proti OxR1, vendar je in vivo pokazal slabo penetracijo možganske pregrade v krvi. Ugotovljeno je bilo, da je to substrat za P glikoprotein. Ugotovili so, da bi to težavo lahko izboljšali z metilacijo dušika benzimidazola ^{41, 48}. Spojina 8, ki vsebuje tudi fenilni obroč in ne del pirola v zgornjem desnem kvadrantu molekule, je močan dvojni antagonist receptorjev z odlično penetracijo krvne možganske pregrade. 8 je bilo prikazano, da deluje na podganah.

Druga farmacevtska podjetja so poročala o nekaj spojin z in vitro aktivnostjo proti oreksinskim receptorjem, vendar teh tukaj ne bomo pregledali.

Ugotoviti je mogoče, da bi bile za zdravljenje kroničnih odvisnosti koristne tudi iste spojine, ki jih razvijajo pripomočki za spanje, čeprav bi očiten stranski učinek tega režima zdravljenja pomenil, da bodo osebe zaspale, če so antagonisti dvojnih receptorjev. Vendar je odkritje vloge signalizacije oreksina v odvisniškem vedenju relativno nedavno in kolikor nam je znano, za začetek uporabe spojin, obravnavanih za to indikacijo, niso začeli nobenih kliničnih preskušanj.

Agonisti in potenciatorji receptorjev za oreksin

Kot smo že razpravljali, so Yanagisawa in sodelavci v živalskih modelih predložili načelo dokaza, da je treba narkolepsijo zdraviti z agonistom receptorja za oreksin ¹⁸. V teh raziskavah so uporabili modificiran oreksinski peptid. Zanimivo pa je, da v literaturi še ni bilo poročanih o nepeptidnih agonistih, kolikor nam je znano. Težko si je predstavljati, da zaslonov za takšne spojine ni bilo, glede na obsežno delo na antagonisti receptorjev. Tako se zdi verjetno, da je močne agoniste težko najti, čeprav ni jasno, zakaj je temu tako.

Pred kratkim je prvi pozitivni alosterični potencial receptorja za oreksin oz. 9 (Slika 6), je bilo ugotovljeno. Ta spojina je bila naključno odkrita med skromno kampanjo medicinske kemije, katere cilj je povečati potencial antagonista receptorja oreksinov na osnovi peptoidov ⁴⁹. Peptoidni 10 je bil prepoznan na zaslonu, v katerem so celice, ki delajo ali ne izražajo OxR1, vendar so sicer enake, označene z različnimi barvnimi barvili (rdeča in zelena) in hibridizirane v mikroserijo, ki prikazuje več tisoč peptoidov, imobiliziranih na steklenem diapozitivu. Spojine, ki so selektivno vezale celice, ki izražajo OxR1, smo identificirali z visokim razmerjem rdeče in zelene fluorescentne barve, zajete na tem mestu (glej ref. ⁵⁰ za razvoj te metodologije). Poskus skeniranja sarkozina ⁵¹ razkrila, da sta samo dva od devetih stranskih verig, prisotnih v molekuli, ključnega pomena za vezavo na celice, ki izražajo receptorje (rdeče so poudarjene v Slika 6). Kasnejša sinteza in analiza spojine 11 potrdili, da je to "minimalna farmakofora" za vezavo receptorjev. 11 je zelo šibak antagonist obeh oreksinskih receptorjev z IC₅₀ in vitro le približno 300 μM.

 

Slika 6

Razvoj potenciatorja receptorja za oreksin. Na vrhu je prikazana struktura peptoida, ki je nastal kot primarni zadetek z vezivnega zaslona. Del molekule, ki je pomemben za vezavo receptorjev, je označen z rdečo barvo. Tole ...

Struktura 11 menda kaže na šibko podobnost z Almorexantom (Slika 6), ker je spojina vsebovala piperonilni obroč, pritrjen na enoto glicina, medtem ko so v Almorexantu skoraj enake enote, vendar z dimetoksibenilnim obročkom namesto piperonila. Ta model uporabljamo kot vodilo za več izpeljank 11 sintetizirali smo, pri čemer smo ogljikovodičnim enotam dodali aminski dušik z reduktivno aminacijo. Derivat benzila, 12, v katerega je bil med aromatični obroč vstavljen tudi dodatni metilen, dušik pa se je izkazal za veliko izboljšanega antagonista, čeprav še vedno le z skromno močjo (Slika 6), kar kaže, da je model morda pravilen. Konkurenčne študije za ugotavljanje, ali je peptoidni derivat 12 in Almorexant med seboj tekmujeta za vezavo na receptor.

Med nadaljnjimi prizadevanji za optimizacijo, spojina 9 je bil sintetiziran, kar se je razlikovalo od 12 samo s tem, da je bil piperonilni obroč odprt do dveh metoksi enot in enojnega metilenskega veznika med glicinskim dušikom in aromatskim obročkom, ki je bil prisoten v spojini 10 je bil obnovljen. Presenetljivo, 9 v analizo celične kulture ni antagoniziral OxR1, vendar se je zdelo, da rahlo poveča ekspresijo reporterinskega gena, ki je odvisen od oreksina. Testov smo zato ponovili pri nižjih koncentracijah oreksina (ES)₂₀ hormona) in rezultati so to jasno pokazali 9 je pozitiven potencial aktiviranja receptorja z oreksinom. Pri tej koncentraciji hormona oz. 9 razstavljal ES₅₀ približno 120 nM. Ko je bil test izveden pri nasičenih nivojih potenciatorja 9 in koncentracija oreksina je bila titrirana, je bilo ugotovljeno, da je ES₅₀ oreksina se je zmanjšalo približno štirikrat in je bila najvišja stopnja izražanja reporterskih genov približno trikrat večja od tiste, ki je bila posledica nasičenih ravni oreksina. Podobni rezultati so bili dobljeni v poskusih z uporabo celic, ki izražajo OxR2, kar kažejo na to 9 je potencial z dvojnim receptorjem.

Odkritje prvega potenciatorja receptorja za oreksin je lahko zanimivo glede možnih aplikacij kot zdravljenja proti debelosti / diabetesu ⁸, čeprav do danes št vivo Poročali so o poskusih uporabe te spojine. Kot je bilo omenjeno zgoraj, je Yanagisawa pokazala, da agonist oreksinskih receptorjev na osnovi peptida blokira debelost, ki jo povzroča prehrana, in razvoj diabetesa tipa II pri glodavcih ⁸. Ker te živali in predvidoma nadhranjeni ljudje še vedno izražajo normalne ravni hormona oreksin, je pozitiven potencial lahko koristen pri spodbujanju ugodnega naravnega delovanja hormona pri teh ljudeh. Seveda pri potencialni terapiji pri zdravljenju narkolepsije verjetno ne bi bil zanimiv, ker prizadeti posamezniki proizvajajo malo oreksina ali ga nimajo.

Povzetek

Zdaj je jasno, da imajo nevropeptidni oreksin in njegovi sorodni receptorji osrednjo vlogo pri urejanju hranjenja, spanja, porabe energije, iskanja nagrade in različnih drugih vedenj. O medceličnih dogodkih, ki jih je povzročila signalizacija oreksina, je malo znanega. V farmakološkem ravnanju z signalizacijo oreksina se medicinsko očitno veliko obeta in številne farmacevtske družbe in akademski laboratoriji imajo na tem področju aktivne programe. Čeprav takšnih spojin še ni na kliniki, je močan dvojni antagonist oreksinskih receptorjev Almorexant zaključil, kar je bilo očitno uspešno klinično preskušanje faze III za zdravljenje nespečnosti. Zaenkrat še niso poročali o agonistih receptorjev za oreksin. Videti je, da se bo na tem področju v naslednjih nekaj letih veliko izvajalo.

Priznanja

Reference