Хімія та біологія сигналізації орексину (2010)

Перейти до:

абстрактний

Орексини (їх також називають гіпокретинами) - нейропептиди, які вперше були виявлені в 1998 двома незалежними дослідницькими групами^{1, 2}. Орексини А (амінокислоти 33) та В (амінокислоти 28) отримують з одного попереднього про-орексинового поліпептиду³. Вони опосередковують свої дії за допомогою взаємодії з двома тісно пов’язаними GPCR, які називаються рецептором Orexin 1 та 2 (OxR1 та OxR2). OxR1 пов'язує орексин А приблизно в 100-кратну більшу спорідненість, ніж орексин В, тоді як OxR2 зв'язує обидва пептиди приблизно з однаковою спорідненістю. Орексини виробляються спеціалізованими нейронами в гіпоталамусі, які випромінюються до багатьох різних областей мозку^{4, 5}.

Як буде коротко розглянуто нижче, фізіологічні дослідження протягом останніх десяти років включали сигналізацію орексину як головну роль у різноманітних важливих біологічних процесах, включаючи годування, енергетичний гомеостаз, цикли сну / неспання, звикання та винагороду, серед інших⁶. Існують чіткі докази дефектів сигналізації орексину, пов'язаного з ожирінням та діабетом^{7, 8}, нарколепсія^{9, 10}, панічний тривожний розлад¹¹, наркотична залежність¹² і хвороба Альцгеймера¹³. Таким чином, існує значна зацікавленість лікарської галузі у розробці потужних сполук для маніпулювання сигналом орексину. Тут розглядається останній прогрес у розумінні та маніпулюванні сигналізацією орексину.

Сигналізація орексину при координації сну та годування

Найкраще зрозуміла роль сигналізації орексину - координація харчування та сну. Рівень вироблення орексину в гіпоталамусі обернено корелює з рівнем глюкози в крові ¹⁴. Сигналізація орексину, принаймні в короткі терміни, викликає відчуття голоду та стимулює поведінку годування, ймовірно, активуючи нейрони в мозку, які виробляють нейропептид Y та функціонально пов'язані гормони. Крім того, сигналізація про орексин є ключовою складовою, що викликає стан неспання у ссавців^{9, 15}. Іншими словами, сигналізація орексину наказує, що коли тварини голодні, вони також прокидаються, але коли пересичуються, вони можуть бути сонними. Це має гарний фізіологічний сенс у тому, що тварини захочуть їсти їжу, а не спати, коли вони голодні.

Генетична абляція гена орексину або рецептора у гризунів призводить до фенотипу, надзвичайно схожого на нарколепсію людини з катаплексією, при якій тварина зазнає невідповідного вторгнення сну у звичайний час неспання, включаючи руйнування у непарні моменти⁹. Те саме стосується собак з інактивуючою мутацією гена, що експресує OxR2¹⁰. Більшість, хоча і не всі, нарколептики людини, хоча вони не несуть мутацій у генах, що кодують орексин та його рецептори, однак не вистачає виявленого орексину. Вважається, що це пов'язано з аутоімунним нападом на нейрони, що продукують орексин у мозку^{16, 17}. Однак ця аутоімунна модель нарколепсії людини залишається доведеною, і про природу ймовірної аутоімунної реакції нічого не відомо.

Відома біологія сигналізації орексину, таким чином, передбачає, що агоністи OxR2, що проникли в мозок, повинні стимулювати неспання і можуть бути корисними для лікування нарколепсії. Янагісава та його колеги опублікували докази концептуальних експериментів, які підтримують цю ідею¹⁸. Вони показали, що пряма внутрішньочерепна ін'єкція перециду орексину в мозок грибів, дефіцитних орексину, призвела до посилення стану неспання. І навпаки, антагоністи рецепторів орексину можуть використовуватися для лікування безсоння¹⁹, хоча можлива індукція катаплексії, спостерігається у тварин і людей з хронічним дефіцитом орексину, викликає занепокоєння (див. далі).

Сигналізація орексину при адиктивній та іншій патологічній поведінці

Ізола - це область мозку, яка, як відомо, бере участь у розвитку позивів і тяги, і, як правило, бере участь у винагороді²⁰. Пошкодження цього регіону мозку призводить до разючого падіння мотивації курців продовжувати свою звичку²¹. На противагу цьому, утримування курців сигарет, як відомо, активує тушонку²². Це ж область мозку, як видається, бере участь у поведінці, яка шукає винагороди, крім морфіну, кокаїну та алкоголю. Неврони, що виробляють орексин, щільно іннервують цю область мозку, і сигналізація орексину відіграє ключову роль у цих поведінках^23-25. Наприклад, введення селективного антагоніста OxR1 SB-334867 (див малюнок 5) значно знизили привід гризунів самостійно вводити себе нікотином¹². Аналогічні результати отримані для інших адиктивних сполук. Цікаво, що в дослідженні нікотину фармакологічна блокада OxR1 суттєво не пригнічувала прийом їжі, яка, поряд з неспанням, вважається, опосередковується переважно OxR2. Таким чином, доклінічні дані у гризунів настійно говорять про те, що селективні антагоністи OxR1 можуть бути цікавими антиадиктивними препаратами.

 

малюнок 5

Структури антагоністів рецепторів орексину, розроблені Glaxo Smith Kline (GSK) та Merck.

Нещодавно було показано, що сигналізація орексину бере участь у панічних атаках та тривозі¹¹. Використовуючи модель щурів, в якій панічні атаки індукуються хронічним лікуванням тварини інгібітором синтезу GABA з подальшим гострим лікуванням лактатом натрію, було продемонстровано, що SB-334867-опосередкована блокада OxR1 або сиРНК-опосередковане замовлення продукування орексину сильно придушує панічні атаки в цій моделі. Більше того, у людей, які піддаються панічним атакам, підвищений рівень орексину в їх спинномозковій рідині ¹¹, що відповідає ролі сигналу орексину при тривожних розладах людини.

Зовсім недавно з'явився звіт, що пов'язує цикл сну / неспання з хворобою Альцгеймера¹³. Зокрема, було показано, що накопичення амілоїду бета, ознака захворювання, корелює з неспанням. Наприклад, хронічне недосипання підвищило рівень бета-амілоїду в ЦНС тварини. Цікаво, що введення антагоніста рецептора орексину SB-334867 знизило рівні цього нейротоксичного проміжного продукту. Таким чином, можливо, що відповідний режим лікування антагоністами OxR міг би бути життєздатним лікуванням для уповільнення розвитку хвороби Альцгеймера, якщо воно було діагностовано досить рано.

Орексин сигналізує при енергетичному гомеостазі, ожирінні, спричиненому дієтою та діабеті

Існують непрямі докази того, що сигналізація орексину важлива при енергетичному гомеостазі. Наприклад, нарколептичні люди з дефіцитом орексину виявляють більш високий показник маси тіла, ніж нарколептичні особи з нормальним рівнем орексину²⁶. Генетична абляція орексинових нейронів у мишей призводить до ожиріння тварин²⁷ ці миші також розвивають вікову резистентність до інсуліну⁷. Ці результати виглядають протиінтуїтивними, оскільки фармакологічна індукція сигналу орексину гостро сприяє поведінці годування¹. Це говорить про те, що короткотерміновий та довгостроковий вплив сигналу орексину на енергетичний гомеостаз різні.

Нещодавно ця область біології орексину була роз'яснена знаковим дослідженням, яке остаточно продемонструвало, що сигналізація орексину рішуче протидіє ожирінню, спричиненому дієтою, та подальшому розвитку інсулінорезистентності у гризунів⁸. Було показано, що хронічне над експресією гена орексину або фармакологічна індукція рецептора орексину майже повністю блокували розвиток ожиріння та інсулінорезистентності у мишей, які годували дієтою з високим вмістом жиру. Показано, що це значною мірою пояснюється збільшенням енерговитрат, хоча не було зміни дихального коефіцієнта, непрямого показника використання вуглеводів проти використання ліпідів. Хронічна стимуляція сигналу орексину також зменшила споживання їжі. Різноманітність генетичних та фармакологічних експериментів показала, що більшість цього ефекту опосередковується сигналом через OxR2, а не OxR1. Нарешті, вражаючим висновком цього дослідження є те, що хронічна стимуляція сигналу про орексин не впливала на мишей, де бракує лептину. Ці тварини, годуючи дієтою з високим вмістом жиру, все ще ставали нав'язливими та інсулінорезистентними навіть під час лікування агоністом рецептора орексину. Таким чином, захисний ефект орексину кореняться в поліпшенні чутливості до лептину. Це дослідження має очевидні терапевтичні наслідки у лікуванні ожиріння та діабету, спричинених дієтою.

Хоча це дослідження переважно стосувалося передачі сигналу через OxR2 як важливого для ожиріння-резистивного фенотипу, були відмічені деякі ефекти, опосередковані OxR1.⁸. Автори встановили, що генетична абляція OxR1 сама захищена від гіперглікемії, спричиненої дієтою з високим вмістом жиру, хоча і не ожиріння. Це вказує на те, що сигналізація орексину через OxR1 за нормальних фізіологічних рівнів орексину відіграє дозвольну роль у розвитку інсулінорезистентності, спричиненої віком або високим вмістом жиру. Однак у нефізіологічному сценарії стійкого орексину над експресією через трансген захищено як OxR1, так і OxR2 захист від розвитку інсулінорезистентності на дієті з високим вмістом жиру. Цей складний набір результатів щодо OxR1 говорить про те, що або рецептор відіграє різні ролі в умовах нормальної та надфізіологічної експресії орексину, або рецептор опосередковує різний фізіологічний ефект, який може посилити або протидіяти розвитку гіперінсулінемії і що "переможець" ці конкуруючі ефекти різні в залежності від рівня орексину або термінів і тривалості його сигналізації.

Зв'язок ефекту орексину з сигналізацією лептину є цікавим стосовно нового дослідження, опублікованого нещодавно, в якому було встановлено, що надфізіологічні рівні лептину дозволяють діабетичним гризунам повністю бракувати інсуліну. ²⁸. Раніше, як відомо, лептин знижував рівень глюкози в крові за рахунок посилення залишкового рівня ендогенного інсуліну у діабетичних щурів, спричинених стрептозотоцином (STZ), з частковою недостатністю інсуліну. ²⁹. Однак ідея, що тільки лептин може врятувати інфікованих інсуліном тварин від діабетичних симптомів, ніколи не перевірялася, і ця знахідка стала головним сюрпризом. Подібні фенотипи, спричинені хронічним лікуванням тварин із надфізіологічним рівнем орексину та лептину, у поєднанні з висновком, що орексин, як видається, функціонує за рахунок підвищення чутливості до лептину, призводить до того, що ці два дослідження були різними сторонами однієї монети та що стимулювання сигнальні шляхи орексин / лептин дійсно можуть бути дуже перспективним методом лікування діабету I або II типу.

Чи впливає сигналізація орексину на периферії?

Вважається, що більшість ефектів сигналу орексину, описаних вище, вважаються в гіпоталамусі. Ролі орексинової сигналізації, якщо вона є, поза нервовою системою є суперечливою. Експресія орексинів та їх рецепторів виявлена ​​в різних периферичних тканинах, включаючи кишечник, підшлункову залозу, нирки, наднирники, жирову тканину та репродуктивний тракт ^30-33, але функціональне доведення ролі орексинової сигналізації на периферії зустрічається рідко.

Нещодавно проведене дослідження показало, що частота виявлення клітин, що експресують OxR1 на острівцях підшлункової залози, зростала при гіпертокованої стрептозотоцином (STZ) гіперглікемії у щурів та спільно локалізувалася з глюкагоном³⁴. Більше того, розщеплена каспаза-3 спільно локалізується імунохімічно з OxR1 на острівцях. З іншого боку, тварини, яким не вистачає орексину, виявляли зменшену гіперглікемію та кращу толерантність до глюкози, ніж тварини дикого типу. Ці результати говорять про те, що сигналізація орексину через OxR1 у підшлунковій залозі може сприяти бета-клітинному апоптозу та розвитку діабету у відповідь на лікування СТЗ. Незважаючи на те, що з'єднання є неміцним, можливо, цей ефект міг би пояснити спостереження Funato та ін., Згаданих вище, що генетична абляція OxR1 була захисною від гіперглікемії та гіперінсулінемії, спричиненої дієтою з високим вмістом жиру.⁸.

Каскад сигналізації орексину

Хоча сигналізація орексину інтенсивно вивчалася на фізіологічному рівні, було зроблено набагато менше зусиль для характеристики внутрішньоклітинних подій, викликаних зв'язуванням гормонів орексину зі своїми рецепторами. Відомо, що зв'язування гормону з його рецептором викликає приплив кальцію, який поєднується з активацією Ерка ³⁵. Рецептори також з'єднуються з шляхом, опосередкованим фосфоліпазою С (PLC), який вивільняє внутрішньоклітинні запаси кальцію.

Найбільш ретельний аналіз програм транскрипції генів, ініційованих сигналом орексину, повідомлявся в 2007 ³⁶. У цьому дослідженні було використано глобальне експресування генів експресії для ідентифікації генів, сильно регульованих або знижених у клітинах HEK293, стабільно експресуючих OxR1. Було встановлено, що гени 260 були регульованими вгору і знижували регуляцію 64 вдвічі або більше, коли відбирали пробу через дві та чотири години після стимуляції орексином. Анотації генів вказували, що близько половини сильно регульованих генів були залучені до росту клітин (30%) або метаболізму (27%). Аналіз шляхів за допомогою комерційної програми Ingenuity передбачає кілька шляхів, які регулюються сигналом орексину (малюнок 1). Найбільш помітними були канонічні шляхи TGF-β / Smad / BMP, FGF, NF-kB та гіпоксичні сигнали. Це дослідження детально зосередилось на гіпоксичному шляху, який був дивним «хітом» у цьому дослідженні, оскільки клітини культивувались у нормоксичних умовах. Тим не менш, фактор транскрипції гіпоксії-індуцибельного фактора 1-α (HIF-1α), який раніше, як відомо, піднімався у відповідь на гіпоксію, і багато його цільових генів були сильно індуковані лікуванням орексином. У гіпоксичних ракових клітинах, де найкраще вивчено дію HIF-1α, він співпрацює з HIF-1β для формування гетеродимерного фактора транскрипції (HIF-1), який визначає перепрограмування клітинного метаболізму³⁷. Зокрема, він масово регулює імпорт глюкози та гліколіз, маючи місця зв’язування майже всіх генів, що беруть участь у цих подіях. У гіпоксичних клітинах HIF-1 діє на зміщення продукту гліколізу, пірувату, на виробництво лактату, а не на перетворення в ацетил-КоА та входження в цикл TCA та окислювальне фосфорилювання. Принаймні частково це робиться залежною від HIF-1 регуляції експресії лактатдегідрогенази A (LDH-A), ферменту, який опосередковує перетворення пірувату в лактат, а також піруватдегідрогенази кіни ( PDHK), який інактивує PDH, фермент, який опосередковує перетворення пірувату в ацетил Co-A (див. малюнок 2). Дивно, але, здавалося, клітини, оброблені орексином, виштовхують більшу частину свого метаболічного потоку через цикл TCA та окисне фосфорилювання ³⁶, що призводить до сильно посиленого продукування АТФ та, імовірно, інших біосинтетичних проміжних продуктів, що супроводжують активацію цих шляхів. Невідомо, як сигналізація орексину та гіпоксія можуть стимулювати активність HIF-1α, але в клітинах, оброблених орексином, активізується лише підмножина генів, зазвичай активованих цим фактором транскрипції при гіпоксії.

 

малюнок 1

Підсумок результатів аналізу експресії генів впливу орексину на клітини, що експресують рецептор орексину 1. Вгору: Кругова діаграма, що підсумовує анотовані функції генів, на які значно впливає сигналізація орексину. Знизу: Запропоновані сигнальні шляхи ...

 

Рис. 2

Схематичний підсумок основного впливу сигналу орексину на метаболізм глюкози. OxSig = сигналізація про орексин. Помаранчевий овал являє собою переносник глюкози. Стрілки вказують на стимуляцію зазначеного процесу, а перпендикулярні лінії представляють собою ...

Паралельні дослідження гіпоталамічних зрізів, отриманих від мишей дикого типу або OxR1, як правило, погоджуються з цими висновками і підтверджують, що побачені ефекти були наслідком сигналу орексину ³⁶. У чомусь цей результат є привабливим тим, що він пояснює загадку в нашому розумінні біології орексину на фізіологічному рівні. Якщо ми порівнюємо стан неспання з високою метаболічною активністю нейронів, що здається розумним, дивно, що це відбудеться, коли мозок буде купатися з низьким рівнем глюкози. Тому має певний сенс, що неспання вимагає переосмислення цієї ситуації через механізм, що підвищує ефективність засвоєння та переробки глюкози. Орексин, опосередкований регуляцією клітинного метаболізму, також здається відповідним спостереженню за збільшенням витрат енергії та стійкістю до ожиріння, спричиненого дієтою з високим вмістом жиру. ⁸. Однак важливо пам’ятати, що це дослідження зосереджувалося на клітинах, що експресують OxR1, та фрагментах нейронів, одержаних від диких типів або OxR1 мишей-нокаутів. Як уже згадувалося, пробудження та стійкість до ожиріння, спричиненого дієтою, тепер вважаються більшою мірою впливом сигналізації, опосередкованої OxR2. Можливо, спостережувані шляхи є більш доречними для винагородження поведінки та інших процесів, за якими, здається, переважає сигналізація, опосередкована OxR1. Значно більше роботи знадобиться в різних типах клітин і тканинах, щоб впорядкувати ці проблеми. Але думка про те, що сигналізація орексину є головним регулятором енергетичного обміну, є цікавою моделлю, яка керуватиме майбутніми дослідженнями.

Чи важлива сигналізація орексину при раку?

Висновок, що сигналізація орексину здатна турбозаряджати споживання глюкози, говорить про можливу зв'язок з проліферацією клітин у клітинах, що діляться, і, отже, на рак. Однак опубліковані результати, обговорені вище, вказують на те, що орексин може стимулювати окислювальний енергетичний обмін ³⁶, тоді як багато ракових клітин використовують анаеробний гліколіз для більшої частини свого метаболізму ³⁸. Одна з можливостей полягає в тому, що ракові клітини, які використовують окислювальний метаболізм, можуть використовувати сигналізацію орексину на автокринний або паракриновий спосіб, щоб стимулювати їх метаболізм та проліферацію, і, якщо це так, антагоністи рецепторів орексину були б цікавими терапевтичними варіантами. З іншого боку, якщо сигналізація орексину примушує метаболічний потік через ТСА та шляхи окислювального фосфорилювання за рахунок анаеробного гліколізу, то активація цього шляху може бути токсичною для пухлинних клітин, "залежних" від гліколітичного способу життя.

Існують деякі вказівки на роль сигналізації орексину в ракових клітинах, і, як можна було б передбачити з вищенаведеного аналізу, ефект орексинової сигналізації виявляється різним у різних видів ракових клітин. Наприклад, орексини пригнічують ріст клітин, індукуючи апоптоз раку товстої кишки людини, клітин нейробластоми та пухлинних клітин підшлункової залози щурів ³⁹. З іншого боку, експресія OxR1 та OxR2 в аденомах вища, ніж у нормальної кори надниркових залоз. Орексин А і В можуть стимулювати проліферацію клітин у цих клітинах, і ефекти були більш вираженими у культивованих аденоматозних, ніж у нормальних адренокортикальних клітинах ⁴⁰. Хоча ці доповіді цікаві, наше розуміння важливості сигналізації орексину при раку, якщо така є, знаходиться в зародковому стані, і знадобиться набагато більше роботи, щоб визначити, чи є рецептори орексину або низхідні ефектори сигнального шляху представляють життєздатні мішені для хіміотерапії раку .

Фармакологічний контроль сигналізації орексину

Розглянута вище біологія свідчить про те, що агоністи, антагоністи та потенціатори сигналу орексину можуть бути клінічно значущими. Наприклад, лікування нарколепсії та катаплексії, спричинене недостатністю вироблення орексину, підлягає лікуванню за допомогою агоніста рецептора орексину. З іншого боку, адиктивну поведінку слід лікувати, використовуючи антагоніст рецептора орексину. Ожиріння, спричинене дієтою та діабетом, може боротися або з агоністом рецептора орексину, або, можливо, з позитивним аллостеричним потенціатором. Кілька великих фармацевтичних компаній розпочали розробку молекул, орієнтованих на рецептори орексину ⁴¹.

Антагоністи рецепторів орексину

Оскільки сигналізація орексину в головному мозку сприяє неспання, то, безумовно, фармакологічна блокада цього шляху повинна спричинити сонливість, і тому антагоністи рецепторів орексину можуть бути корисними препаратами для лікування безсоння. Однак головне занепокоєння викликало б виникнення катаплексії. Дійсно, головним питанням у розробці терапевтично корисних антагоністів рецепторів орексину є те, чи буде тимчасове фармакологічне інгібування рецептора орексину фенокопіювати нарколептичний та катаплектичний фенотип хронічної недостатності орексину.

Наразі наявні доклінічні та клінічні дані стверджують, що відповідь "ні". Більшість даних надходять з досліджень Almorexant (малюнок 3; також відомий як ACT-078573), який розробляється Actelion Pharmaceuticals для лікування безсоння. Альморексант - це перорально доступний татрагідроізохінолін, який сильно антагонізує як OxR1, так і OxR2. Actelion опублікував попереднє дослідження на початку 2007, в якому повідомлялося про успішне лікування щурів, собак та людей з альморексантом або класичним агоністом рецепторів GABA, золпідемом ¹⁹. У цьому дослідженні було показано, що Альморексант є безпечним і добре переноситься. Це викликало суб'єктивні та об'єктивні фізіологічні ознаки сну. У експериментах з щурами було продемонстровано, що Альморексант спричиняє як сон без REM, так і REM. Це важливо в тому, що золпідем не викликає швидкого сну. Важливо, що жодних ознак катаплексії не спостерігалося у жодної експериментальної тварини чи людини.

 

малюнок 3

Коротка інформація про розробку Альморексанту, клінічного кандидата для лікування безсоння, та споріднених сполук з різною селективністю для двох рецепторів орексину.

Наприкінці 2009 компанія Actelion оголосила про завершення широкого фази III дослідження двотижневого лікування дорослих та літніх людей з первинним хронічним безсонням. Компанія стверджує, що первинна кінцева точка дослідження, переважна ефективність Альморексанту над плацебо, були досягнуті, як і кілька вторинних кінцевих точок (див. http://www1.actelion.com/en/our-company/news-and-events/index.page?newsId=1365361). Однак у випуску новин виразний рядок зазначав, що «… були зроблені певні спостереження щодо безпеки, які потребують подальшої оцінки та оцінки в довгострокових дослідженнях фази ІІІ». Цікаво буде знати, що це означає, коли дані стануть доступними.

Альморексант став результатом масштабної програми розвитку, яка розпочалася з татрагідроізохіноліну 1 (малюнок 3) ⁴². Ця сполука виникла як первинний удар з екрана з високою пропускною здатністю за допомогою аналізу на кальцій на основі FLIPR в клітинах яєчників китайського хом'яка (CHO), які експресують високий рівень людського OxR1 або OxR2. Зауважте, що сполука 1 є досить вибірковим для OxR1. Дійсно, ця лікарська програма продукувала багато різних сильних сполук, деякі з яких були антагоністами подвійних рецепторів, а деякі - досить вибіркові інгібітори або OxR1, або OxR2 (див. малюнок 3). Досить великі перепади ступеня вибірковості спостерігалися внаслідок скромних структурних змін. Наприклад, заміна однієї з метоксигрупп у «верхньому лівому» ароматичному кільці 1 з ізопропіловим ефіром призводив до повністю специфічного антагоніста OxR1. Ще один цікавий контраст - складний 3, що є досить вибірковим для OxR2, але поділяє багато структурних особливостей з подвійним антагоністом Almorexant. На жаль, немає структурних даних щодо рецептора орексину, і тому молекулярна основа цієї селективності невідома.

Тетрагідроізохіноліни далеко не єдині антагоністи рецепторів орексину. Наприклад, Actelion повідомив про структурно відмінні сполуки, такі як сульфонаміди 4 та 5, які є потужними подвійними та селективними антагоністами OxR2 відповідно (малюнок 4) ⁴³. Перевіряючи структури, до складу яких входить високомодифіковане гліцинове ядро, можна прийти до висновку, що тетрагідроізохіноліни та сульфонаміди можуть займати місця, що перекриваються на рецепторі, але, наскільки нам відомо, це не було випробувано.

 

малюнок 4

Структури інших антагоністів рецепторів орексину, розроблені компанією Actelion Pharmaceuticals.

GSK повідомив про одного з перших антагоністів рецепторів орексину, SB-334867 ^44-46 (малюнок 5), сполука, яка є відносно селективною для OxR1 і залишається найбільш часто використовуваною "інструментальною сполукою" в науково-дослідних лабораторіях, що вивчають біологію орексину. Вони також повідомили про відносно віддаленого родича SB-334867, 6, що включає проліновий блок, з набагато кращою ефективністю щодо обох рецепторів, але зберігаючи розумну селективність OxR1 ⁴⁷. Мислили, що це 6 може бути близьким родичем сполуки нерозкритої структури, яку GSK брав у клінічних випробуваннях для лікування безсоння під назвою SB-674042 ⁴¹. GSK оголосив про перехід цієї сполуки до клінічних випробувань фази II у 2007, однак жодних подальших клінічних даних, як нам відомо, не було.

Команда Merck розробила антагоністи рецепторів орексину, що містять пролін ⁴⁸. З'єднання 7 (малюнок 5) виник з екрану з високою пропускною здатністю і виявився чудовим потенціалом in vitro щодо OxR2, а також скромною активністю щодо OxR1, але in vivo виявив слабке проникнення мозку через бар'єр крові. Виявлено, що це є субстратом для P глікопротеїну. Вони виявили, що цю проблему можна було б покращити шляхом метилювання азоту бензимідазолу ^{41, 48}. З'єднання 8, який також містить фенільне кільце, а не пірольний фрагмент у «верхньому правому квадранті молекули», є потужним подвійним антагоністом рецепторів з чудовим проникненням через мозковий бар'єр. 8 було показано активним у щурів.

Інші фармацевтичні компанії повідомили про декілька сполук, що мають активність in vitro щодо рецепторів орексину, але вони не будуть розглянуті тут.

Привабливо припустити, що ті ж сполуки, що розробляються як засоби для сну, можуть також бути корисними для лікування хронічних залежностей, хоча очевидним побічним ефектом цього режиму лікування буде те, що це зробить суб'єктів сонливими, якщо вони будуть антагоністами подвійних рецепторів. Однак виявлення ролі сигналізації орексину в адиктивної поведінки є відносно недавнім, і, наскільки нам відомо, не було розпочато жодних клінічних випробувань з використанням сполук, обговорених вище для цього показання.

Агоністи та потенціатори рецепторів орексину

Як обговорювалося вище, Янагісава та його колеги надали докази принципів у тваринних моделях, що нарколепсія повинна піддаватися лікуванню агоністом рецептора орексину ¹⁸. У цих дослідженнях вони використовували модифікований пептид орексину. Що цікаво, проте, про жодні непептидні агоністи досі не повідомлялося в літературі, наскільки нам відомо. Важко уявити, що обстеження таких сполук не проводилося, враховуючи великий обсяг роботи, проведеної над антагоністами рецепторів. Таким чином, здається, що сильних агоністів важко знайти, хоча незрозуміло, чому це так.

Зовсім недавно перший позитивний аллостеричний потенціатор рецептора орексину, 9 (малюнок 6), був ідентифікований. Ця сполука була виявлена ​​випадково під час скромної кампанії з лікарської хімії, спрямованої на підвищення потенції антагоніста рецептора орексину на основі пептоїдів ⁴⁹. Пептоїдний 10 було визначено на екрані, на якому клітини, які роблять або не експресують OxR1, але інакше ідентичні, були позначені різними кольоровими барвниками (відповідно червоним та зеленим) та гібридизовані до мікромасиву, на якому зображено кілька тисяч пептоїдів, іммобілізованих на предметному склі. З'єднання, які зв'язували клітини, що експресують OxR1, були ідентифіковані за високим співвідношенням червоного та зеленого кольорів у флуоресцентних барвниках, захоплених на цьому місці (див. Посилання ⁵⁰ для розробки цієї методології). Експеримент із сканування саркозину ⁵¹ виявлено, що лише два з дев'яти бічних ланцюгів, присутніх у молекулі, були важливими для зв'язування з клітинами, що експресують рецептори (виділені червоним кольором у Рис. 6). Подальший синтез та аналіз сполуки 11 підтвердив, що це "мінімальна фармакофор" для зв'язування рецепторів. 11 є дуже слабким антагоністом обох рецепторів орексину з ІС₅₀ лише приблизно 300 мкМ in vitro.

 

малюнок 6

Розробка позитивного потенціатора рецептора орексину. Структура пептоїду, що виникла як первинний удар із екрану зв’язування, показана вгорі. Частина молекули, яка є важливою для зв'язування рецепторів, виділяється червоним кольором. Це ...

Структура Росії 11 здавалося б, говорить про слабку схожість з Альморексантом (малюнок 6) у тому, що з'єднання містило піперонільне кільце, приєднане до гліцинової одиниці, тоді як майже такі ж одиниці, але з диметоксибенільним кільцем на місці піперонілу, присутні в Альморексанті. Використовуючи цю модель в якості керівництва, кілька похідних 11 синтезувались, коли вуглеводневі одиниці додавали до амінового азоту за допомогою відновного амінування. Похідне бензилу, 12, в який додатковий метилен також був введений між ароматичним кільцем і азотом виявився значно вдосконаленим антагоністом, хоча все ще має лише скромну потенцію (Рис. 6), припускаючи, що модель може бути правильною. Конкуренційні дослідження для визначення того, чи є пептоїдним похідним 12 і Almorexant конкурують між собою за зв'язування з рецептором не повідомлялося.

Під час подальших зусиль з оптимізації з'єднання 9 був синтезований, чим відрізнявся від 12 тільки в тому, що піперонільне кільце було відкрито до двох метокси-одиниць і єдиного метиленового лінкера між гліциновим азотом та ароматичним кільцем, яке було присутнє в сполуці 10 було відновлено. Чудово, 9 не антагонізував OxR1 в аналізі клітинної культури, але, здавалося, незначно збільшував експресію репортерного гена, що залежить від орексину. Отже, аналізи повторювали при більш низьких концентраціях орексину (ЕС)₂₀ гормону) і результати наочно продемонстрували це 9 є позитивним потенціатором активації рецептора, що опосередковується орексином. При цій концентрації гормону 9 виставили ЕК₅₀ приблизно 120 нм. Коли аналіз проводили на насичуючих рівнях потенціатора 9 і рівень тиреоксину титрували, було встановлено, що ЕК₅₀ Орексин знижувався приблизно в чотири рази, і максимальний рівень експресії репортерного гена був приблизно втричі більший, ніж той, що зумовлений насичуючими рівнями орексину. Аналогічні результати були отримані в експериментах з використанням клітин, що експресують OxR2, показавши це 9 є потенціалом подвійного рецептора.

Відкриття першого потенціатора рецепторів орексину є потенційно захоплюючим щодо можливих застосувань як лікування проти ожиріння / діабету ⁸, хоча на сьогоднішній день немає в природних умовах Повідомлялося про експерименти з використанням цієї сполуки. Як згадувалося вище, Янагісава показала, що агоніст рецептора орексину на основі пептиду блокує ожиріння, спричинене дієтою, та розвиток діабету II типу у гризунів ⁸. Оскільки ці тварини та, імовірно, надмірно вигодовані люди все ще експресують нормальний рівень гормону орексин, позитивний потенціатор може бути корисним для стимулювання сприятливої ​​природної дії гормону у цих людей. Звичайно, потенційний потенціал навряд чи представлятиме інтерес для лікування нарколепсії, оскільки уражені люди виробляють мало орексину або його не містять.

Підсумки

Зараз зрозуміло, що нейропептид орексин та його коньятні рецептори відіграють центральну роль у регулюванні годування, сну, витрат енергії, пошуку винагород та різноманітних інших способів поведінки. Мало відомо про внутрішньоклітинні події, порушені сигналом орексину. Медично очевидно, що в фармакологічному маніпулюванні орексиновою сигналізацією існує велика обіцянка, і ряд фармацевтичних компаній та академічних лабораторій мають активні програми в цій галузі. Хоча таких сполук ще немає в клініці, потужний подвійний антагоніст рецепторів орексину Альморексант завершив те, що було, мабуть, успішним клінічним випробуванням фази ІІІ для лікування безсоння. Поки не повідомлялося про агоністи рецепторів орексину. Здається, що протягом найближчих кількох років у цій галузі буде велика активність.

Подяки

посилання