Na to, aby sa moderný človek zbavil bolesti, má rozsiahly výber liekov. Určite vám nikdy nenapadlo použiť morfium na zmiernenie bolesti hlavy. Existujú však kategórie chorých ľudí, pre ktorých sú opioidné analgetiká, hoci spôsobujú množstvo vedľajších účinkov, nielen liekom voľby, ale životnou nevyhnutnosťou. O tom, čo vedci urobili pre týchto pacientov tým, že zvrátili historický základ opioidov na molekulárnej úrovni, sa hovorí v tomto článku.
Krásne alebo hrozné?
Medzinárodná asociácia pre štúdium bolesti (IASP) definuje bolesť ako "nepríjemný zmyslový a emocionálny zážitok spojený so skutočným alebo potenciálnym poškodením tkaniva alebo opísaný v zmysle takéhoto poškodenia. Bez ohľadu na závažnosť bolesti si vždy vyžaduje reakciu, a to čím skôr, tým lepšie. Bolesť je však chronická, neznesiteľná, ako u pacientov s rakovinou, nereaguje na podávanie "štandardných" nenarkotických analgetík alebo liekov zo "zabudnutej lekárničky". Takíto pacienti sú nútení užívať lieky silnejšie svojím analgetickým účinkom, najčastejšie opioidy.
Lieky, ktoré znižujú alebo zastavujú bolesť, sa nazývajú analgetiká.
Moderná klasifikácia analgetík ich rozdeľuje do štyroch hlavných skupín.
Medzinárodná asociácia pre štúdium bolesti (IASP) definuje bolesť ako "nepríjemný zmyslový a emocionálny zážitok spojený so skutočným alebo potenciálnym poškodením tkaniva alebo opísaný v zmysle takéhoto poškodenia. Bez ohľadu na závažnosť bolesti si vždy vyžaduje reakciu, a to čím skôr, tým lepšie. Bolesť je však chronická, neznesiteľná, ako u pacientov s rakovinou, nereaguje na podávanie "štandardných" nenarkotických analgetík alebo liekov zo "zabudnutej lekárničky". Takíto pacienti sú nútení užívať lieky silnejšie svojím analgetickým účinkom, najčastejšie opioidy.
Lieky, ktoré znižujú alebo zastavujú bolesť, sa nazývajú analgetiká.
Moderná klasifikácia analgetík ich rozdeľuje do štyroch hlavných skupín.
- Narkotické (opioidné) analgetiká.
- Nenarkotické (neopioidné) analgetiká.
- analgetiká so zmiešaným typom účinku.
- Lieky iných farmakologických skupín s analgetickým účinkom.
Každý už niečo počul o opioidoch, ale väčšina ľudí má pravdepodobne asociácie so zneužívaním týchto látok. Nás však nezaujímajú rekreačné účinky alkaloidu Papaver somniferum, ale jeho medicínske využitie.
Snáď každý pozná "svetovú hviezdu" medzi skupinou narkotických analgetík. Zoznámte sa s morfínom. Za jeho otca možno bez váhania považovať lekárnika Friedricha Wilhelma Serturnera, vtedy dvadsaťročného mladíka. V laboratóriu svojho otca, ktorý mal záľubu, ako bolo v tom čase módne, v alchymistickom umení, získal mladý Sertürner všetky zručnosti pre svoj neskorší objav. Po otcovej smrti začína experimentovať s rôznymi látkami v dvornej lekárni v Paderborne. Keďže ópium bolo zahalené aureolou tajomstva, Sertürner ho, samozrejme, tiež neignoroval.
Ojedinelý prášok odvážne skúšal na všetkých psoch, ktoré prebehli okolo apotéky. Psom to nevadilo a po pohostení štipkou zázračného prášku zaspali hlbokým spánkom bez toho, aby pocítili Sertürnerove štipky. Mladý vedec si okamžite uvedomil, že látka s takýmito vlastnosťami by sa mohla stať pre ľudstvo veľmi dôležitou. Po vykonaní série pokusov na sebe ju Serturner pomenoval podľa gréckeho boha spánku morfín. Stalo sa tak v roku 1804. Ďalšiu históriu poznáte. Od storočí užívania a nadšenia až po legislatívu obmedzujúcu užívanie opiátov a vznik čiernych trhov.
Snáď každý pozná "svetovú hviezdu" medzi skupinou narkotických analgetík. Zoznámte sa s morfínom. Za jeho otca možno bez váhania považovať lekárnika Friedricha Wilhelma Serturnera, vtedy dvadsaťročného mladíka. V laboratóriu svojho otca, ktorý mal záľubu, ako bolo v tom čase módne, v alchymistickom umení, získal mladý Sertürner všetky zručnosti pre svoj neskorší objav. Po otcovej smrti začína experimentovať s rôznymi látkami v dvornej lekárni v Paderborne. Keďže ópium bolo zahalené aureolou tajomstva, Sertürner ho, samozrejme, tiež neignoroval.
Ojedinelý prášok odvážne skúšal na všetkých psoch, ktoré prebehli okolo apotéky. Psom to nevadilo a po pohostení štipkou zázračného prášku zaspali hlbokým spánkom bez toho, aby pocítili Sertürnerove štipky. Mladý vedec si okamžite uvedomil, že látka s takýmito vlastnosťami by sa mohla stať pre ľudstvo veľmi dôležitou. Po vykonaní série pokusov na sebe ju Serturner pomenoval podľa gréckeho boha spánku morfín. Stalo sa tak v roku 1804. Ďalšiu históriu poznáte. Od storočí užívania a nadšenia až po legislatívu obmedzujúcu užívanie opiátov a vznik čiernych trhov.
Palica naostrená na oboch koncoch: pozitívne a negatívne účinky opioidov
Najjednoduchším spôsobom, ako pochopiť mechanizmus účinku opioidov, je vedieť, že opioid je substrát, ktorý excituje určité receptory. Moderná farmakológia rozlišuje päť typov opioidných receptorov, z ktorých najviac preskúmané sú μ, δ, κ. Všetky opioidy v rôznej miere interagujú s rôznymi typmi opioidných receptorov, ale pre každý typ opioidného receptora existujú najtypickejšie agonisty a antagonisty.
Účinky realizované prostredníctvom týchto receptorov sú početné, všetky sú veľmi zaujímavé a ovplyvňujú človeka, ak nie na úrovni organizmu, tak určite na úrovni viacerých orgánov (počnúc CNS a končiac močovým systémom). Výrazná aktivita ópia sa prejavuje skôr prostredníctvom účinku na μ-receptory.
μ-receptory sa delia na podtypy. Celkovo sú tri a ovplyvnením konkrétneho podtypu sa realizujú rôzne účinky. Pôsobenie ligandu na μ1-receptor vyvolá analgetický účinok. Zároveň sa prostredníctvom tohto podtypu receptora vyvíja fyzická tolerancia na opiátové drogy.
Najjednoduchším spôsobom, ako pochopiť mechanizmus účinku opioidov, je vedieť, že opioid je substrát, ktorý excituje určité receptory. Moderná farmakológia rozlišuje päť typov opioidných receptorov, z ktorých najviac preskúmané sú μ, δ, κ. Všetky opioidy v rôznej miere interagujú s rôznymi typmi opioidných receptorov, ale pre každý typ opioidného receptora existujú najtypickejšie agonisty a antagonisty.
Účinky realizované prostredníctvom týchto receptorov sú početné, všetky sú veľmi zaujímavé a ovplyvňujú človeka, ak nie na úrovni organizmu, tak určite na úrovni viacerých orgánov (počnúc CNS a končiac močovým systémom). Výrazná aktivita ópia sa prejavuje skôr prostredníctvom účinku na μ-receptory.
μ-receptory sa delia na podtypy. Celkovo sú tri a ovplyvnením konkrétneho podtypu sa realizujú rôzne účinky. Pôsobenie ligandu na μ1-receptor vyvolá analgetický účinok. Zároveň sa prostredníctvom tohto podtypu receptora vyvíja fyzická tolerancia na opiátové drogy.
Pri interakcii ligandu s podtypom μ2-receptora sa objavia tieto vedľajšie účinky: útlm dýchania až apnoe, znížená peristaltika v gastrointestinálnom trakte, fyzická a psychická závislosť. Okrem toho sa môžu vyskytnúť účinky ako potlačenie kardiovaskulárneho centra v predĺženej mieche, oligo- alebo anúria, nevoľnosť, vracanie, zápcha a mnoho ďalších veľmi nežiaducich účinkov. Funkcia μ3-receptora je stále neznáma.
Hlavný účinok, ktorý nás zaujíma - analgetický - sa realizuje prostredníctvom inhibície aktivity štruktúr centrálneho nervového systému. Tieto štruktúry sú na rôznych úrovniach a plnia kontrolnú (obmedzujúcu) funkciu vo vzťahu k bolestivým podnetom.Môžeme ich rozdeliť na 3 úrovne.
Hlavný účinok, ktorý nás zaujíma - analgetický - sa realizuje prostredníctvom inhibície aktivity štruktúr centrálneho nervového systému. Tieto štruktúry sú na rôznych úrovniach a plnia kontrolnú (obmedzujúcu) funkciu vo vzťahu k bolestivým podnetom.Môžeme ich rozdeliť na 3 úrovne.
- Subkortikálne štruktúry - perikonduktálna šedá hmota, retikulárna formácia, suturálne jadrá.
- Hypotalamus.
- Kôra veľkých hemisfér.
Analgetický účinok sa realizuje aj prostredníctvom zníženia excitability emocionálnych a vegetatívnych centier hypotalamu, limbického systému a kôry veľkých hemisfér, čo vedie k zníženiu negatívneho emocionálneho a mentálneho hodnotenia bolesti.
Endogénne opioidy
Čo sa týka analgetického účinku, opioidy sú vynikajúce a prekonali mnohé! Vždy je zaujímavé objavovať tajomstvá tých, ktorí sú v niečom skvelí. Na druhej strane tajomstvo opioidov bolo objavené koncom minulého storočia. Najprv boli objavené receptory v mozgu, ktoré reagovali na účinky opiátov. Potom prišiel jeden z pozoruhodných pokrokov v neurovede - objav nervového mechanizmu účinku opiátov. Tieto štúdie viedli k objavu triedy chemických látok odvodených od mozgu, ktoré sa nazývajú enkefalíny, a neskôr k objavu endorfínov. Všetko sú to endogénne látky podobné morfínu (endogénne opioidy).
Endorfíny majú pomerne dlhú cestu vzniku: všetko sa začína proopiomelanokortínom (POMC), ktorý sa produkuje v prednom a strednom laloku hypofýzy a v niektorých ďalších tkanivách (črevo, placenta). Po čarovných premenách POMC na adrenokortikotropný hormón (ACTH) a β-lipotropín sa z týchto prekurzorov v rôznych bunkách tvorí iný súbor peptidov vrátane endorfínov.
Predstavte si to! Každý z nás má svoj vlastný vynikajúci obranný systém proti akejkoľvek bolesti, akejkoľvek skúsenosti, akýmkoľvek negatívnym javom. Veď endogénne opioidy, rovnako ako exogénne opioidy, sa viažu na opioidné receptory a realizujú účinok zmiernenia bolesti. Takto to však nefunguje.
Po objavení endorfínov sa skutočne začali pokusy o získanie ich syntetických analógov, pretože už bolo jasné, že opioidy nie sú až také zlo, ale, ako to už pri liečivách býva, dvojsečná zbraň.
Takéto zlúčeniny mali byť silnými liekmi proti bolesti, bez nežiaducich účinkov spojených s užívaním omamných látok: sú predsa produktom vlastného ľudského tela. Žiaľ, hľadanie nebolo úspešné. Analgetický účinok získaných látok bol slabší ako účinok morfínu. A ak sa vedci snažili dosiahnuť účinok porovnateľný v tlmení bolesti s exogénnymi opiátmi, výsledkom boli vážne vedľajšie účinky.
Čo sa týka analgetického účinku, opioidy sú vynikajúce a prekonali mnohé! Vždy je zaujímavé objavovať tajomstvá tých, ktorí sú v niečom skvelí. Na druhej strane tajomstvo opioidov bolo objavené koncom minulého storočia. Najprv boli objavené receptory v mozgu, ktoré reagovali na účinky opiátov. Potom prišiel jeden z pozoruhodných pokrokov v neurovede - objav nervového mechanizmu účinku opiátov. Tieto štúdie viedli k objavu triedy chemických látok odvodených od mozgu, ktoré sa nazývajú enkefalíny, a neskôr k objavu endorfínov. Všetko sú to endogénne látky podobné morfínu (endogénne opioidy).
Endorfíny majú pomerne dlhú cestu vzniku: všetko sa začína proopiomelanokortínom (POMC), ktorý sa produkuje v prednom a strednom laloku hypofýzy a v niektorých ďalších tkanivách (črevo, placenta). Po čarovných premenách POMC na adrenokortikotropný hormón (ACTH) a β-lipotropín sa z týchto prekurzorov v rôznych bunkách tvorí iný súbor peptidov vrátane endorfínov.
Predstavte si to! Každý z nás má svoj vlastný vynikajúci obranný systém proti akejkoľvek bolesti, akejkoľvek skúsenosti, akýmkoľvek negatívnym javom. Veď endogénne opioidy, rovnako ako exogénne opioidy, sa viažu na opioidné receptory a realizujú účinok zmiernenia bolesti. Takto to však nefunguje.
Po objavení endorfínov sa skutočne začali pokusy o získanie ich syntetických analógov, pretože už bolo jasné, že opioidy nie sú až také zlo, ale, ako to už pri liečivách býva, dvojsečná zbraň.
Takéto zlúčeniny mali byť silnými liekmi proti bolesti, bez nežiaducich účinkov spojených s užívaním omamných látok: sú predsa produktom vlastného ľudského tela. Žiaľ, hľadanie nebolo úspešné. Analgetický účinok získaných látok bol slabší ako účinok morfínu. A ak sa vedci snažili dosiahnuť účinok porovnateľný v tlmení bolesti s exogénnymi opiátmi, výsledkom boli vážne vedľajšie účinky.
Prečo sa to teda dialo? Uvedomme si, že naše telo má systém homeostázy. Každý si zo školy pamätá, čo to je. Môžete si aj zaspievať refrén: schopnosť tela udržiavať stálosť vnútorného prostredia. Takže v normálnom fyziologickom stave existuje rovnováha medzi syntézou, uvoľňovaním, viazaním na receptory a spätným vychytávaním neurotransmitera, čo má za následok pocit vnútorného komfortu. Dôležité je, že organizmus sám neprodukuje nadmerné množstvo endogénnych opioidov, pretože to môže viesť k viacerým už spomínaným vedľajším účinkom (závislosť, útlm dýchania až apnoe, nevoľnosť, zápcha atď.
. Týmto spôsobom sa v ľudskom tele uskutočňuje jeden druh homeostázy - tzv. stav "opioidnej dostatočnosti". Ak sa do tela dostane zvonka látka schopná viazať sa na opioidný receptor, tento stav sa naruší.
Od čoho závisí výsledok?
Najvyššia koncentrácia μ-receptorov sa nachádza v kaudátovom jadre. Vo vysokých koncentráciách sa tieto receptory nachádzajú v kôre, talame, hypotalame. V strednom množstve sa nachádzajú aj v perineálnej šedej hmote, žalúdočnom telese, dvanástniku, ileu a v menšom množstve aj inde.
Tieto receptory (GPCR) sa nachádzajú na bunkovej membráne a interagujú prostredníctvom G-proteínu s membránovým enzýmom. G-proteín je univerzálnym mediátorom pri prenose signálov z receptora na membránu bunky enzýmom, ktorý katalyzuje tvorbu sekundárnych mediátorov hormonálneho signálu. Keď opioid zasiahne receptor, G-proteín sa aktivuje, zmení svoju konformáciu a aktívne interaguje s membránovým enzýmom. Výsledkom je zmena rýchlosti a aktivity bunkových procesov.
. Týmto spôsobom sa v ľudskom tele uskutočňuje jeden druh homeostázy - tzv. stav "opioidnej dostatočnosti". Ak sa do tela dostane zvonka látka schopná viazať sa na opioidný receptor, tento stav sa naruší.
Od čoho závisí výsledok?
Najvyššia koncentrácia μ-receptorov sa nachádza v kaudátovom jadre. Vo vysokých koncentráciách sa tieto receptory nachádzajú v kôre, talame, hypotalame. V strednom množstve sa nachádzajú aj v perineálnej šedej hmote, žalúdočnom telese, dvanástniku, ileu a v menšom množstve aj inde.
Tieto receptory (GPCR) sa nachádzajú na bunkovej membráne a interagujú prostredníctvom G-proteínu s membránovým enzýmom. G-proteín je univerzálnym mediátorom pri prenose signálov z receptora na membránu bunky enzýmom, ktorý katalyzuje tvorbu sekundárnych mediátorov hormonálneho signálu. Keď opioid zasiahne receptor, G-proteín sa aktivuje, zmení svoju konformáciu a aktívne interaguje s membránovým enzýmom. Výsledkom je zmena rýchlosti a aktivity bunkových procesov.
Interakcia opioidu s μ-receptorom vedie ku konformačným zmenám nielen v G-proteíne, ale mení aj samotný receptor na substrát pre proteínkinázu. Ligandom aktivovaný receptor je fosforylovaný serínovými alebo treonínovými zvyškami. Na aktivovaný a fosforylovaný receptor sa viažu β-arrestíny. Práve ten potrebujeme!
Práve β-arrestíny "rozhodujú" o tom, či sa objaví vedľajší účinok po užití opioidnej látky. Dôkazom uvedeného boli štúdie na myšiach.
Zistilo sa, že ak sa morfín podá myšiam zbaveným μ-receptorov, nebudú mať analgetický účinok ani vedľajšie účinky, najmä inhibíciu dýchacieho centra. Vedci sa pri tom nezastavili a skúmali, čo by sa stalo u myší bez β-arrestínu 1 a 2. Zistili, že keď takýmto myšiam podali morfín, dostavil sa analgetický účinok, ktorý bol silnejší a dlhší ako u myší s β-arrestínmi 1 a 2.
Pozoruhodné však je, že nedošlo k útlmu dýchania, zápche ani iným negatívnym prejavom. Záver bol zrejmý. Je potrebné pokračovať v práci smerom k výskumu β-arrestínov.
Do rodiny arrestínových proteínov patria štyri proteíny. Arrestíny 1 a 4 sú exprimované v tyčinkách, resp. čapíkoch sietnice. Arrestíny 2 a 3 (známe aj ako β-arrestíny 1 a 2) sú prítomné vo všetkých tkanivách.
Riadia aktivitu receptorov spojených s G-proteínom na troch úrovniach.
Práve β-arrestíny "rozhodujú" o tom, či sa objaví vedľajší účinok po užití opioidnej látky. Dôkazom uvedeného boli štúdie na myšiach.
Zistilo sa, že ak sa morfín podá myšiam zbaveným μ-receptorov, nebudú mať analgetický účinok ani vedľajšie účinky, najmä inhibíciu dýchacieho centra. Vedci sa pri tom nezastavili a skúmali, čo by sa stalo u myší bez β-arrestínu 1 a 2. Zistili, že keď takýmto myšiam podali morfín, dostavil sa analgetický účinok, ktorý bol silnejší a dlhší ako u myší s β-arrestínmi 1 a 2.
Pozoruhodné však je, že nedošlo k útlmu dýchania, zápche ani iným negatívnym prejavom. Záver bol zrejmý. Je potrebné pokračovať v práci smerom k výskumu β-arrestínov.
Do rodiny arrestínových proteínov patria štyri proteíny. Arrestíny 1 a 4 sú exprimované v tyčinkách, resp. čapíkoch sietnice. Arrestíny 2 a 3 (známe aj ako β-arrestíny 1 a 2) sú prítomné vo všetkých tkanivách.
Riadia aktivitu receptorov spojených s G-proteínom na troch úrovniach.
- Umlčovanie - oddelenie receptora od jeho G-proteínu.
- Internalizácia - odstránenie receptora z cytoplazmatickej membrány, jeho opätovný návrat do membrány a/alebo degradácia.
- vedenie signálu - aktivácia alebo inhibícia vnútrobunkových signálnych dráh nezávislých od G-proteínov.
Riadiace schopnosti β-arrestínu zabezpečujú endocytózu závislú od klatrínu, t. j. vstup fragmentov cytoplazmatickej membrány spolu s celým ich obsahom do bunky vo forme vezikúl, ktoré sú z vonkajšej strany pokryté polymerizovanou klatrínovou mriežkou.
Klatrín je proteín so schopnosťou vytvárať štruktúry s usporiadanou mriežkou, nazývajú sa aj klatráty. Vytvorená vezikula s receptorom vo vnútri podlieha endocytóze a ďalší priebeh udalostí sa môže odvíjať rôznymi spôsobmi.
Začiatok podrobného štúdia opioidov možno sledovať od vyššie uvedeného Serturnerovho objavu v roku 1804. Odvtedy sa mnohé objasnilo, ale o konkrétnom molekulárnom mechanizme vedľajších účinkov sa stále diskutuje.
Jedno uznávajú všetci vedci bez výnimky: od β-arrestínu závisí, či sa dostaví negatívny účinok v podobe útlmu dýchania, zníženej peristaltiky v gastrointestinálnom trakte, fyzickej a psychickej závislosti a ďalších účinkov.
Existujú tri hlavné hypotézy realizácie tejto závislosti. Vznikali postupne, ale nemohli sa navzájom nahradiť a vylúčiť. Preto sa pokúsime pochopiť všetky tri hypotézy. Chceli by sme zdôrazniť, že hypotézy sa nemajú navzájom vylučovať. Je možné, že všetky mechanizmy majú svoje miesto, pretože v ľudskom organizme sa všade vyskytujú komplexné procesy.
Hypotézy, ktoré fungujú
Prvá hypotéza (najmladšieho pôvodu) je najrozumnejšia a najzrozumiteľnejšia. Tvrdí, že β-arrestíny 1 a 2 stimulujú vnútrobunkové molekulárne signály nezávisle od G-proteínov a ďalších kaskád súvisiacich s G-proteínmi. β-arrestíny môžu aktivovať kaskádu mitogén-proteínkináz.
Základom tejto kaskády sú MAP-kinázy, serín/treonín špecifické proteínkinázy, ktoré regulujú aktivitu buniek (expresiu génov, mitózu, diferenciáciu, prežívanie buniek, apoptózu atď.) v reakcii na extracelulárne podnety.
Po naviazaní ligandu-opioidu na μ-receptor sa tento komplex viaže na β-arrestín. Zároveň sa komplex receptora začne ponárať do vnútra bunky s vytvorením endozómu. Vzniknutý komplex (GPCR + ligand-opioid + β-arrestín) je schopný ďalej sa viazať na MAP-kinázu.
Klatrín je proteín so schopnosťou vytvárať štruktúry s usporiadanou mriežkou, nazývajú sa aj klatráty. Vytvorená vezikula s receptorom vo vnútri podlieha endocytóze a ďalší priebeh udalostí sa môže odvíjať rôznymi spôsobmi.
Začiatok podrobného štúdia opioidov možno sledovať od vyššie uvedeného Serturnerovho objavu v roku 1804. Odvtedy sa mnohé objasnilo, ale o konkrétnom molekulárnom mechanizme vedľajších účinkov sa stále diskutuje.
Jedno uznávajú všetci vedci bez výnimky: od β-arrestínu závisí, či sa dostaví negatívny účinok v podobe útlmu dýchania, zníženej peristaltiky v gastrointestinálnom trakte, fyzickej a psychickej závislosti a ďalších účinkov.
Existujú tri hlavné hypotézy realizácie tejto závislosti. Vznikali postupne, ale nemohli sa navzájom nahradiť a vylúčiť. Preto sa pokúsime pochopiť všetky tri hypotézy. Chceli by sme zdôrazniť, že hypotézy sa nemajú navzájom vylučovať. Je možné, že všetky mechanizmy majú svoje miesto, pretože v ľudskom organizme sa všade vyskytujú komplexné procesy.
Hypotézy, ktoré fungujú
Prvá hypotéza (najmladšieho pôvodu) je najrozumnejšia a najzrozumiteľnejšia. Tvrdí, že β-arrestíny 1 a 2 stimulujú vnútrobunkové molekulárne signály nezávisle od G-proteínov a ďalších kaskád súvisiacich s G-proteínmi. β-arrestíny môžu aktivovať kaskádu mitogén-proteínkináz.
Základom tejto kaskády sú MAP-kinázy, serín/treonín špecifické proteínkinázy, ktoré regulujú aktivitu buniek (expresiu génov, mitózu, diferenciáciu, prežívanie buniek, apoptózu atď.) v reakcii na extracelulárne podnety.
Po naviazaní ligandu-opioidu na μ-receptor sa tento komplex viaže na β-arrestín. Zároveň sa komplex receptora začne ponárať do vnútra bunky s vytvorením endozómu. Vzniknutý komplex (GPCR + ligand-opioid + β-arrestín) je schopný ďalej sa viazať na MAP-kinázu.
S týmto systémom je spojených niekoľko signálnych dráh, ale tu funguje jedna. Týmto systémom je dráha ERK (extracelulárnym signálom regulovaná kináza), ktorá zahŕňa reťazec aktivácií a interakcií proteínov ERK1/2 s inými kinázami, čo vedie k prechodu signálu do bunkového jadra. Tu dochádza k procesom transkripcie a ďalšej expresie príslušných molekúl, vďaka čomu môže bunka tak či onak reagovať na vonkajšie podnety. Funkcia takéhoto mechanizmu nie je úplne objasnená.
Druhá hypotéza súvisí s tým, že β-arrestín pôsobí v rôznych podtypoch μ-receptorov (μ1 a μ2) odlišne. Pôsobenie ligandu na μ1-receptor bude mať za následok analgetický účinok, zatiaľ čo interakcia ligandu s μ2-receptorom bude mať za následok vznik vedľajších účinkov. Vedcom sa zdá logické, že μ1-receptory sa nachádzajú v nervovom systéme (napr. v perikonduktívnej šedej hmote, retikulárnej formácii) a μ2-receptory sa nachádzajú v oblastiach, v ktorých vyvolávajú vedľajšie účinky.
Napríklad depresia dýchacieho centra súvisí s umiestnením μ2-receptorov v dýchacom centre. Táto hypotéza sa v súčasnosti považuje za nedostatočne spoľahlivú a vyžaduje si výskum. Napriek tomu ju však autori článkov aj v roku 2016 spomínajú (hoci táto hypotéza existuje už viac ako 30 rokov bez 100 % dôkazovej základne), takže stále veríme v jej uplatnenie v praxi.
Tretia hypotéza hovorí, že β-arrestín pôsobí prostredníctvom iných receptorov, t. j. nie prostredníctvom GPCR. Napríklad na serotonínové receptory 5-HT4, pričom ovplyvňuje ich aktivitu v neurónoch PBC (pre-Bötzingerov komplex). Tento komplex sa chápe ako zhluk neurónov vo ventrolaterálnej oblasti predĺženej miechy. Spoločne sú zodpovedné za generovanie rytmu dýchania. Vsúlade s tým sa vplyvom na tento komplex realizuje účinok potlačenia dýchania.
Druhá hypotéza súvisí s tým, že β-arrestín pôsobí v rôznych podtypoch μ-receptorov (μ1 a μ2) odlišne. Pôsobenie ligandu na μ1-receptor bude mať za následok analgetický účinok, zatiaľ čo interakcia ligandu s μ2-receptorom bude mať za následok vznik vedľajších účinkov. Vedcom sa zdá logické, že μ1-receptory sa nachádzajú v nervovom systéme (napr. v perikonduktívnej šedej hmote, retikulárnej formácii) a μ2-receptory sa nachádzajú v oblastiach, v ktorých vyvolávajú vedľajšie účinky.
Napríklad depresia dýchacieho centra súvisí s umiestnením μ2-receptorov v dýchacom centre. Táto hypotéza sa v súčasnosti považuje za nedostatočne spoľahlivú a vyžaduje si výskum. Napriek tomu ju však autori článkov aj v roku 2016 spomínajú (hoci táto hypotéza existuje už viac ako 30 rokov bez 100 % dôkazovej základne), takže stále veríme v jej uplatnenie v praxi.
Tretia hypotéza hovorí, že β-arrestín pôsobí prostredníctvom iných receptorov, t. j. nie prostredníctvom GPCR. Napríklad na serotonínové receptory 5-HT4, pričom ovplyvňuje ich aktivitu v neurónoch PBC (pre-Bötzingerov komplex). Tento komplex sa chápe ako zhluk neurónov vo ventrolaterálnej oblasti predĺženej miechy. Spoločne sú zodpovedné za generovanie rytmu dýchania. Vsúlade s tým sa vplyvom na tento komplex realizuje účinok potlačenia dýchania.
Boli vykonané štúdie, v ktorých vedci dokázali, že viac ako polovica všetkých 5-HT4 receptorov v komplexe PBC je spojená s opiátovými μ-receptormi v tom istom komplexe. Tieto receptory môžu mechanizmom, ktorý vedci zatiaľ nevysvetlili, pôsobiť ako antagonisti. Keď je μ-receptor aktivovaný, aktivita 5-HT4-receptorov je antagonisticky inhibovaná. Výsledkom kaskády následných udalostí je účinok útlmu dýchania. Na overenie tejto hypotézy sa uskutočnili štúdie s agonistami 5-HT4-receptorov. Ich účinok na tieto receptory viedol k zníženiu útlmu dýchania vyvolaného opioidmi. Zaujímavé však je, že nedošlo k strate analgetického účinku.
Táto hypotéza vysvetľuje len mechanizmus jedného vedľajšieho účinku. Zároveň je to, rovnako ako predchádzajúce hypotézy, len hypotéza, ktorá zatiaľ nemá 100 % spoľahlivé dôkazy. Treba objasniť, že vedci sa nevzdávajú a nie sú spokojní so stavom, ktorý vznikol.
Súčasné koncepcie napríklad tvrdia, že pôsobenie ERK1/2 (o ktorom sa hovorilo skôr v prvej hypotéze) vedie k inhibícii tolerancie opioidov v neurónoch perikonduktívnej šedej hmoty.
Takéto štúdie naznačujú, že mechanizmus účinku opioidov nie je jednostranný. Každá kaskáda signálov, molekulárnych dráh a možností molekulárnych interakcií je dôležitá a nesie informácie, ktoré nám spoločne umožnia úplné pochopenie problému. Ak poznáme podstatu problému, môžeme ho vyriešiť.
Existuje riešenie?
Opioidné analgetiká pôsobia tak, že u pacienta, ktorý je nútený ich užívať, sa rýchlo objavia vedľajšie účinky. To vyvoláva otázky o vhodnosti a legálnosti užívania opioidov, čo drasticky znižuje ich dostupnosť pre pacientov.
Dúfame, že väčšina, ak nie všetky problémy pri užívaní opioidných analgetík sa čoskoro vyriešia. V roku 2016 uverejnil časopis Nature článok "Structure-based discovery of opioid analgesics with reduced side effects", ktorý opisuje zaujímavú a dôležitú štúdiu. Autorom sa podarilo priblížiť k vyriešeniu dlho neriešiteľného a už známeho problému - vytvoriť narkotické analgetikum bez vedľajších účinkov, ktoré sú pre túto skupinu liekov vlastné. Dlhým duševným a počítačovým hľadaním sa vedci snažili nájsť vhodnú molekulu.
Táto hypotéza vysvetľuje len mechanizmus jedného vedľajšieho účinku. Zároveň je to, rovnako ako predchádzajúce hypotézy, len hypotéza, ktorá zatiaľ nemá 100 % spoľahlivé dôkazy. Treba objasniť, že vedci sa nevzdávajú a nie sú spokojní so stavom, ktorý vznikol.
Súčasné koncepcie napríklad tvrdia, že pôsobenie ERK1/2 (o ktorom sa hovorilo skôr v prvej hypotéze) vedie k inhibícii tolerancie opioidov v neurónoch perikonduktívnej šedej hmoty.
Takéto štúdie naznačujú, že mechanizmus účinku opioidov nie je jednostranný. Každá kaskáda signálov, molekulárnych dráh a možností molekulárnych interakcií je dôležitá a nesie informácie, ktoré nám spoločne umožnia úplné pochopenie problému. Ak poznáme podstatu problému, môžeme ho vyriešiť.
Existuje riešenie?
Opioidné analgetiká pôsobia tak, že u pacienta, ktorý je nútený ich užívať, sa rýchlo objavia vedľajšie účinky. To vyvoláva otázky o vhodnosti a legálnosti užívania opioidov, čo drasticky znižuje ich dostupnosť pre pacientov.
Dúfame, že väčšina, ak nie všetky problémy pri užívaní opioidných analgetík sa čoskoro vyriešia. V roku 2016 uverejnil časopis Nature článok "Structure-based discovery of opioid analgesics with reduced side effects", ktorý opisuje zaujímavú a dôležitú štúdiu. Autorom sa podarilo priblížiť k vyriešeniu dlho neriešiteľného a už známeho problému - vytvoriť narkotické analgetikum bez vedľajších účinkov, ktoré sú pre túto skupinu liekov vlastné. Dlhým duševným a počítačovým hľadaním sa vedci snažili nájsť vhodnú molekulu.
Spočiatku získali viac ako tri milióny molekúl, ktoré konformačne vyhovovali štruktúre μ-receptora. Dva a pol tisíca najlepších zlúčenín sa potom manuálne analyzovalo na interakciu s kľúčovými polárnymi miestami aktívneho centra receptora. Z 23 vybraných molekúl sedem vykazovalo najvyššiu afinitu k μ-receptoru. Najvyššie selektívna zlúčenina dostala názov PZM21 (zapamätajte si tento názov - v budúcnosti to môže byť celebrita!).
Táto látka pôsobí na opioidný μ-receptor takto. Už skôr sa uviedlo, že β-arrestín sa k GPCR (μ-receptor) pripája aktivovaný a fosforylovaný po postupných reakciách. Jeho pripojenie zabezpečuje ďalší priebeh udalostí, ktorých výsledkom je výskyt vedľajších účinkov.
PZM21 však pôsobí tak, že ani po fosforylácii, aktivácii a zmene konformácie GPCR sa β-arrestín nepripojí na receptor. Je to spôsobené zmenou konformácie samotného μ-receptora v prospech ďalšej aktivácie G-dependentnej dráhy, prostredníctvom ktorej nedochádza k žiadnym vedľajším účinkom.
Potvrdením uvedeného boli teda skúsenosti s prítomnosťou nadmerne exprimovanej GRK2 (G-protein-coupled receptor kinase2). Ide o rodinu serínových/treonínových proteínkináz, ktoré rozpoznávajú a fosforylujú agonistom aktivované GPCR. To znamená, že fosforylujú μ-receptor po tom, ako sa naň naviazal ligand-opioid. To je jediný moment, na ktorý β-arrestín čaká, pripravený prispieť k realizácii nežiaducich vedľajších účinkov. Konformácia μ-opioidného receptora sa však zmení tak, že β-arrestín sa naň nedokáže naviazať. A v experimente sa ukázalo, že aj v podmienkach nadmernej expresie GRK2 pri maximálnej koncentrácii PZM21 je obsah β-arrestínu stále nízky.
Táto látka pôsobí na opioidný μ-receptor takto. Už skôr sa uviedlo, že β-arrestín sa k GPCR (μ-receptor) pripája aktivovaný a fosforylovaný po postupných reakciách. Jeho pripojenie zabezpečuje ďalší priebeh udalostí, ktorých výsledkom je výskyt vedľajších účinkov.
PZM21 však pôsobí tak, že ani po fosforylácii, aktivácii a zmene konformácie GPCR sa β-arrestín nepripojí na receptor. Je to spôsobené zmenou konformácie samotného μ-receptora v prospech ďalšej aktivácie G-dependentnej dráhy, prostredníctvom ktorej nedochádza k žiadnym vedľajším účinkom.
Potvrdením uvedeného boli teda skúsenosti s prítomnosťou nadmerne exprimovanej GRK2 (G-protein-coupled receptor kinase2). Ide o rodinu serínových/treonínových proteínkináz, ktoré rozpoznávajú a fosforylujú agonistom aktivované GPCR. To znamená, že fosforylujú μ-receptor po tom, ako sa naň naviazal ligand-opioid. To je jediný moment, na ktorý β-arrestín čaká, pripravený prispieť k realizácii nežiaducich vedľajších účinkov. Konformácia μ-opioidného receptora sa však zmení tak, že β-arrestín sa naň nedokáže naviazať. A v experimente sa ukázalo, že aj v podmienkach nadmernej expresie GRK2 pri maximálnej koncentrácii PZM21 je obsah β-arrestínu stále nízky.
Záver: Keď sa PZM21 používa ako μ-opioidný agonista, reakčný reťazec sa ďalej nevytvára cestou β-arrestínu, ale cestou súvisiacou s G-proteínom. V dôsledku toho to vedie k pozitívnemu terapeutickému účinku (analgézii) a vyrovnávajú sa vedľajšie účinky v podobe respiračnej depresie, zníženej peristaltiky v gastrointestinálnom trakte, fyzickej a psychickej závislosti. Maximálny analgetický účinok PZM21 in vivo trval 180 minút bez vedľajších účinkov. Zaujímavé je porovnanie účinkov PZM21 a morfínu. Napríklad pri rovnakej dávke oboch látok vyvolal PZM21 analgetický účinok u 87 % myší po 15 minútach a morfín u 92 % myší po 30 minútach.
Autori štúdie však zdôrazňujú, že je možné, že niektoré takéto pozitívne účinky v porovnaní s inými agonistami opioidných μ-receptorov sa vyskytli náhodne, a preto si vyžadujú ďalšie rozsiahle testovanie. Okrem toho, či takéto bezprecedentné pozitívne účinky pretrvajú in vivo vzhľadom na rôzne reakcie a všetky životné procesy ľudského organizmu. Aký bude metabolizmus, farmakokinetika a farmakodynamika takéhoto liečiva, nám zatiaľ nie je známe.
Záver
Bolesť možno liečiť rôznymi spôsobmi: možno ju znášať a pokúsiť sa ju prekonať podľa traktátu Immanuela Kanta O moci ducha prekonať bolestivé pocity len silou vôle. Môžeme o nej filozofovať slovami Delie Guzmánovej: "Nemali by sme s bolesťou bojovať, ale skôr ju považovať za vodiace svetlo, za spôsob, ktorý nás varuje a núti nás prehodnotiť naše konanie a upraviť naše činy.
Bolesť môžete vnímať ako funkciu vysoko organizovaného systému a ako ochrannú reakciu, ale to všetko zostáva v úzadí, keď ju pocítite sami alebo vidíte, ako ju pociťuje niekto iný. S bolesťou treba bojovať, treba prijať všetky možné opatrenia, aby sa človeku uľahčil život, aby sa zlepšila jeho kvalita.
Autori štúdie však zdôrazňujú, že je možné, že niektoré takéto pozitívne účinky v porovnaní s inými agonistami opioidných μ-receptorov sa vyskytli náhodne, a preto si vyžadujú ďalšie rozsiahle testovanie. Okrem toho, či takéto bezprecedentné pozitívne účinky pretrvajú in vivo vzhľadom na rôzne reakcie a všetky životné procesy ľudského organizmu. Aký bude metabolizmus, farmakokinetika a farmakodynamika takéhoto liečiva, nám zatiaľ nie je známe.
Záver
Bolesť možno liečiť rôznymi spôsobmi: možno ju znášať a pokúsiť sa ju prekonať podľa traktátu Immanuela Kanta O moci ducha prekonať bolestivé pocity len silou vôle. Môžeme o nej filozofovať slovami Delie Guzmánovej: "Nemali by sme s bolesťou bojovať, ale skôr ju považovať za vodiace svetlo, za spôsob, ktorý nás varuje a núti nás prehodnotiť naše konanie a upraviť naše činy.
Bolesť môžete vnímať ako funkciu vysoko organizovaného systému a ako ochrannú reakciu, ale to všetko zostáva v úzadí, keď ju pocítite sami alebo vidíte, ako ju pociťuje niekto iný. S bolesťou treba bojovať, treba prijať všetky možné opatrenia, aby sa človeku uľahčil život, aby sa zlepšila jeho kvalita.
Teraz nám zostáva sledovať ďalšie početné klinické skúšky a štúdie tohto mimoriadne zaujímavého a dôležitého objavu, možno čakať na nové práce súvisiace s blokovaním účinkov β-arrestínu a možno sa na týchto objavoch sami podieľať. Všetko preto, aby človek trpiaci bolesťou nežil podľa zásady grófa Monte Christa "čakať a dúfať", ale aby žil plnohodnotný život, pokiaľ možno zahrňujúci všetko pozitívne v tomto pojme.
