Возможные мишени действия лекарственных средств на уровне синапса

Лекарственные средства могут воздействовать на различные этапы синаптической передачи, влияя на процессы возбуждения или торможения в нервной системе.

1. Синтез нейромедиатора:

Некоторые препараты могут ингибировать ферменты, участвующие в синтезе нейромедиатора, тем самым уменьшая его количество в синаптической щели. Например, препараты, используемые для лечения болезни Паркинсона, могут влиять на синтез дофамина.

2. Высвобождение нейромедиатора:

Лекарства могут изменять процесс высвобождения нейромедиатора из пресинаптического окончания. Например, некоторые токсины могут блокировать высвобождение ацетилхолина, что приводит к параличу.

3. Связывание с рецепторами:

Препараты могут действовать как агонисты (стимулируют рецепторы) или антагонисты (блокируют рецепторы), имитируя или блокируя действие нейромедиатора. Например, опиоидные анальгетики связываются с опиоидными рецепторами, имитируя действие эндорфинов.

4. Обратный захват нейромедиатора:

Многие нейромедиаторы удаляются из синаптической щели путем обратного захвата в пресинаптическое окончание. Ингибиторы обратного захвата, такие как селективные ингибиторы обратного захвата серотонина, блокируют этот процесс, увеличивая концентрацию нейромедиатора в синапсе.

5. Разрушение нейромедиатора:

Ферменты, разрушающие нейромедиаторы, также могут быть мишенями для лекарств. Например, ингибиторы холинэстеразы блокируют фермент, разрушающий ацетилхолин, увеличивая его концентрацию и время действия.

6. Воздействие на ионные каналы:

Некоторые препараты могут влиять на ионные каналы, открывая или закрывая их, что изменяет электрический потенциал клетки и передачу сигнала. Например, местные анестетики блокируют натриевые каналы, предотвращая проведение нервного импульса.

7. Модуляция активности белков:

Лекарственные средства могут взаимодействовать с другими белками, участвующими в синаптической передаче, например, с белками, связанными с рецепторами или с белками, участвующими в транспорте нейромедиаторов.

В целом, понимание различных мишеней действия лекарственных средств на уровне синапса позволяет разрабатывать более эффективные и специфичные препараты для лечения различных заболеваний нервной системы.

Литература:

1.Фармакология: учебник / под. ред. Р.Н. Аляутдина. – 7-е изд., перераб. и доп. – Москва: ГЭОТАРМедиа, 2023. – 1152 с

2.Todd W. Vanderah, PhD. Katzung’s Basic & Clinical Pharmacology – 16th ed.

–McGraw-Hill Education, 2024. – 1364 p

3.Laurence L. Brunton, Björn C. Knollmann. Goodman & Gilman's: The Pharmacological Basis of Therapeutics,– 14th ed. – McGraw-Hill Education, 2024.

–1364 p

Строение и функции холинергической (парасимпатической) иннервации.

Средства, стимулирующие холинергическую иннервацию (холиномиметики)

Основные вопросы

1.Строение и принцип работы холинергических синапсов.

2.Синтез, депонирование, инактивация ацетилхолина

3.Холинорецепторы: типы (мускарино - и никотиночувствительные),

локализация, функциональная роль.

4.Классификация лекарственных средств, действующих на

холинергическую систему

5.Неселективные М-, Н-холиномиметики прямого действия

6.Антихолинэстеразные средства

7.Отравления антихолинестеразными средствами. Реактиваторы

холинэстеразы

8.Прямые селективные М-холиномиметики

9.Прямые селективные Н-холиномиметики

Историческая справка

Ацетилхолин синтезирован в 1867 г A. Baeyer. Впервые его применили в медицинской практике в 1939 г для проведения судорожной терапии при лечении психических заболеваний.

В 1944 г в журнале Archives of Neurology and Psychiatry группа врачей публикует описание клинического состояния, которое возникает после применения ацетилхолина: «…Через несколько секунд после введения ацетилхолина (как можно более быстрого, чтобы избежать его разрушения в крови) больной принимал положение с коленями, прижатыми к груди, согнутыми руками и наклоненной головой. У него начинался приступообразный сильный кашель, иногда спокраснениемлица. Отмечалось затруднение при глотании, и были слышны звуки, сопровождавшие усиленную перистальтику. Дыхание было затрудненное и нерегулярное. Кашель прекращался, как только больной ложился на спину.

Через 40 с после введения исчезал пульс и наступала кома. Зрачки расширялись, повышалась активность глубоких рефлексов. Через 45 с развивалсяопистотонусскороткимапноэ.…Глубокиерефлексыподавлялись, наступала релаксация, больной оставался неподвижным, кожные покровы были холодными и влажными, серого цвета. Через 90 с покраснение лица свидетельствовало о появлении пульса. Увеличивалась частота дыхания, и

1

приблизительно через 125 с восстанавливалось сознание. Иногда возникало непроизвольное мочеиспускание, но дефекации не было.

Строение и принцип работы холинергических синапсов

Синапсы образованы мембранами двух контактирующих клеток, пресинаптической и постсинаптической, которые разделены узкой синаптической щелью. Передача возбуждения в холинергических синапсах происходит с помощью ацетилхолина.

Потенциал действия достигает пресинаптической мембраны → это вызывает открывание потенциал-управляемых Ca2+-каналов. Ионы Ca2+ проникают из внеклеточного пространства в клетку, активируя специфическую протеинкиназу, фосфорилирующую белки семейства SNARE. Синаптобревин переходит в активированное состояние и начинает выполнять роль своеобразного «крючка» или якоря. Этим якорем везикулы фиксируются к пресинаптической мембране в тех местах, где лежат особые белки – SNAP-25 и синтаксин-1. В последующем эти белки инициируют слияние мембраны везикул с мембраной аксона и выталкивают медиатор в синаптическую щель подобно поршню насоса. При прохождении потенциала действия через пресинаптическую мембрану одновременно опустошаются 2000–3000 везикул. Мембрана пузырька сливается с пресинаптической мембраной. В результате её поверхность увеличивается. Далее отнеё внутрь нервной клетки отпочковываются мембранные структуры для формирования новых цистерн, а величина поверхности возвращается к обычному состоянию.

После выделения молекул ацетилхолина из пресинаптических нервных окончаний в синаптическую щель происходит активация холинергических рецепторов (мускаринового и никотинового типов).

Наиболее детально изучен рецептор ацетилхолина, активируемый никотином. Это трансмембранный комплекс из пяти субъединиц (α2βδγ, 250-270 кДа), образующий лиганд-активируемый (хемовозбудимый) ионный канал, проницаемый для ионов Na+ и К+. Участки связывания ацетилхолина локализованы на внеклеточной части α-субъединиц. При связывании лиганда в центре молекулы формируется трансмембранный канал, входное отверстие которого имеет форму воронки диаметром около 2 нм. Предполагается, что в формировании канала принимают участие все пять субъединиц. Канал открывается на короткое время для прохождения ионов Na+ и К+. Считается, что открывание и закрывание канала происходит в результате аллостерических изменений в заряженных участках полипептидных цепей молекулы рецептора. Рецептор может связывать различные лекарственные вещества: например, никотин действует как агонист ацетилхолина.

2

Синтез, депонирование, инактивация ацетилхолина

Ацетилхолин, уксуснокислый эфир холина, образуется в цитоплазме аксонов из ацетил-КоА и холина.

Ключевой фермент синтеза ацетилхолина, холинацетилтрансфераза (ХАТ), катализирующий синтез медиатора из холина и ацетилкоэнзима А в терминальных окончаниях нервных клеток, образуется в теле нейрона и доставляется в синаптическое окончание путем медленного (1–3 мм/сут) аксонного транспорта. В пресинапсах существует в нескольких изоформах: гидрофильная или растворимая (рХАТ) и гидрофобная или мембранносвязанная (мХАТ) Доказано, что рХАТ способна транслоцироваться из цитозоля на синаптические мембраны, обратимо переходя в гидрофобное состояние с образованием ионных связей (ионосвязанная мХАТ). Такая компартментализация обеспечивает большой уровень пластичности холинергических синапсов.

Холин поступает в пресинаптическое окончание при помощи натрийзависимого переносчика, ацетил-КоА поставляется непрерывной работой митохондрий. Ацетилхолин образуется в цитоплазме нервных клеток и поступает в пузырьки, где его концентрация достигает 0,5 М. Создание такой высокой концентрации возможно только за счёт энергетического источника, в

3

качестве которого используется протонный насос. Накопление протонов путём антипорта обеспечивает поглощение пузырьками ацетилхолина. Нейромедиатор хранится в синаптических везикулах, в каждой везикуле содержится примерно 1000-10000 молекул ацетилхолина.

После выделения из везикул ацетилхолин попадает в синаптическую щель. Ацетилхолин гидролизуется в синаптической щели ацетилхолинэстеразой (АХЭ) на ацетат и холин, используемые для ресинтеза. В синапсах (в частности, в концевых пластинках нервно-мышечных синапсов) АХЭ присутствует в виде тетрамера изоформы T (образуемой у человека в результате альтернативного сплайсинга), присоединённого к коллагеноподобному белку, который кодируется отдельным геном COLQ. Мутация этого гена является одной из наиболее распространённых причин наследственной миастении (myasthenia gravis). C помощью коллагеноподобного «хвоста» ацетилхолинэстераза прикрепляется к протеогликану перлекану, входящему в состав базальной пластинки синапса. Перлекан, в свою очередь, присоединяется к дистрогликановому комплексу, встроенному в постсинаптическую мембрану мышечной клетки. Ацетилхолинэстераза обеспечивает гидролиз 600000 молекул ацетилхолина в течение 1 минуты. Она имеет 2 активных центра:

•Анионный центр – его формируют карбоксильная группа глутаминовой кислоты, которая несет избыточный отрицательный заряд и триптофан (glu202 и trp286). Этот центр присоединяет катионную головку ацетилхолина и, путем ионной связи, обеспечивает правильную ориентацию молекулы.

•Эстеразный центр – формируется гидроксильной группой серина (ser203), окруженной карбоксильным центром глутаминовой кислоты и имидазольным кольцом гистидина (glu334 и his447). Этот центр формирует ковалентную связь с ацетатной группировкой ацетилхолина, трансформируя тригональную молекулу медиатора в тетрагональный

промежуточный продукт.

После образования тетрагонального комплекса с ацетилхолином, фермент отщепляет от него ацетильную группу и подвергается регенерации с освобождением остатка уксусной кислоты. Весь цикл регенерации занимает

150 мС.

Продукты гидролиза, холин и уксусная кислота, активно захватываются пресинаптической частью синапса и используются для повторного синтеза ацетилхолина.

В плазме крови инактивация ацетилхолина осуществляется ферментом бутирилхолинэстеразой – сериновой гидролазой с высокой реакционной способностью.

4

Холинорецепторы: типы (мускарино - и никотиночувствительные), локализация, функциональная роль

Мускариновые холинорецепторы (стимулируются мускарином) относятся к семейству мембранных рецепторов, связанных с G-белками. Методом молекулярного клонирования было установлено, что имеется 5 типов М- холинорецепторов, которые могут быть объединены в 2 группы:

5

•Семейство М1, М3, М5-холинорецепторов – связано с Gq-белком и передает сигнал на фосфолипазу С, которая гидролизует фосфатидилинозитол бифосфат (PIP2) до инозитол трифосфата (IP3) и диацилглицерола (DAG). В дальнейшем IP3 обеспечивает мобилизацию ионов кальция из внутриклеточных депо и активацию кальций-зависимых ферментов, а DAG активирует протеинкиназу С, которая фосфорилирует ряд внутриклеточных белков, изменяя их активность.

•Семейство М2 и М4-рецепторов связано с Gi-белками, которые снижают активность аденилатциклазы, а через βγ-субъединицы эти белки активируют К+-каналы и блокируют работу Са2+-каналов клетки.

Никотиновые холинорецепторы (стимулируются никотином) являются пентамерными белками, т. е. состоят из 5 субъединиц и относятся к семейству мембранных рецепторов, связанных с ионными каналами. α-субъединица рецепторасодержитактивныйцентрдлясвязыванияацетилхолинаиворотные механизмы, которые открывают и закрывают ионный канал. Субъединицы β, γ, δ и ε формируют сам ионный канал в мембране, который пропускает ионы натрия. В состав рецептора всегда входят 2α-субъединицы и 3 канальных субъединицы белка. Методом молекулярного клонирования было установлено, что имеется 2 активных центра N-холинорецепторов (поэтому активация рецептора происходит только после того, как с ним свяжется 2 молекулы ацетилхолина):

•NН-холинорецепторы – располагаются в мембранах нейронов, состоят из 2α и 3β субъединиц.

•NМ-холинорецепторы – располагаются в скелетных мышцах, состоят из 2αсубъединиц и канального комплекса β,γ,ε.

6

7

Классификация лекарственных средств, стимулирующих холинергическую систему

Средства, стимулирующие холинергические синапсы

прямого действия (влияние на холинорецепторы)

непрямого действия (влияние на уровень ацетилхолина)

Неселективные М-, Н-холиномиметики прямого действия Ацетилхолин органическое соединение, четвертичное аммониевое основание, производное холина.

Физиологическое действие ацетилхолина обусловлено стимуляцией им терминальных мембран м- и н-холинорецепторов.

Эффекты ацетилхолина дозозависимы: в малых дозах он оказывает М- холиномиметическое действие, в больших дозах возбуждает оба типа рецептора, что сопровождается эффектами стимуляции парасимпатической и

8