Ugrás a tartalomhoz

A farmakológia alapjai

Klára, Gyires, Zsuzsanna, Fürst (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

11. Non-adrenerg, non-kolinerg transzmisszió. Az adenozin és a nitrogén-monoxid szerepe a transzmisszióban

11. Non-adrenerg, non-kolinerg transzmisszió. Az adenozin és a nitrogén-monoxid szerepe a transzmisszióban

Szabó Csaba, Vizi E. Szilveszter

Az elmúlt években egyre több információ halmozódott fel arra vonatkozóan, hogy a klasszikus adrenerg és kolinerg transzmitterek mellett – különösen a perifériás idegrendszerben ingerlésre – a transzmitter-kritériumoknak a legtöbb tekintetben megfelelő más anyagok is felszabadulnak.

Bár természetesen a kolinerg és adrenerg transzmisszió anatómiai és funkcionális különbözősége alapján továbbra is markánsan szétválik, a praeganglionalis neuronokból idegingerlés hatására felszabaduló más kémiai hírvivők – mint például purinok, eicosanoidok, peptidek – jelentősége egyre inkább megalapozottnak látszik.

Ezek kotranszmitterként, neuromodulátorként vagy primer transzmitterként viselkedhetnek. A paraszimpatikus rendszerben az acetilkolin mellett a nitrogén-monoxid(NO) és a vazoaktív intestinalis peptid (VIP) játszik gyakran kotranszmitter szerepet, míg a szimpatikus idegrendszerben az ATP és a neuropeptid Y (NPY)(11.1. ábra).

11.1. ábra. A paraszimpatikus és a szimpatikus neurotranszmisszió egyes kotranszmitterei és az általuk beindított szöveti válaszok relatív sebessége. A neuropeptid Y potencírozza a noradrenalin által kiváltott sejtes választ (+)

A szimpatikus stimulációra kiváltott vasoconstrictio esetén az ATP okozza a leggyorsabb constrictorválaszt, amelyet a noradrenalin által indukált constrictio követ, míg az NPY a késői elnyújtott constrictióban vesz részt. Az NPY a constrictiókat potencírozza is (önmagában kis koncentrációban nem okoz constrictiót, de fokozza az ATP vagy a noradrenalin hatását). A paraszimpatikus aktiváció hatására a paraszimpatikus idegekből közvetlenül felszabaduló NO, valamint az acetilkolin, az endothelsejtekből további NO-t felszabadítva, gyors vascularis relaxációt okoz, míg a VIP a késői, elnyújtott relaxációs válaszokért felelős.

Kotranszmissziót a vegetatív ganglionokban is megfigyelhetünk, ahol az acetilkolin hatásait a GnRH (növekedési hormon releasing hormon) módosítja (például a szimpatikus ganglionokban) vagy a P-anyag (Substance P), mint például a belek paraszimpatikus ganglionjaiban.

A non-adrenerg, non-kolinerg (NANK) transzmitterek közül a purinok (adenozin,ATP),a nitrogén-monoxid (NO), illetve a szén-monoxid (CO) élettani és farmakológiai jelentőségét tárgyaljuk.

A szerotonin, a régóta ismert endogén anyag is ide sorolható, de mivel elsősorban a központi idegrendszerben, továbbá lokális hormonként van szerepe, az adott fejezetekben tárgyaljuk (lásd Bevezetés a pszichotrop szerek farmakológiájába, Lokális hormonok).

A peptid- és proteintranszmitterek – enkefalinok, P-anyag, endotelin, szomatosztatin, kolecisztokinin, VIP, NPY stb. – részben a megfelelő fejezetekben (például opioid peptidek, hormonok), részben az eicosanoidok tárgyalásánál (lásd a Lokális hormonok című fejezetet) kerülnek további részletezésre.

Nukleotidok és nukleozidok

A purin és pirimidin nukleozid és nukleotidok (ATP, ADP, AMP és adenozin, valamint UTP) központi szerepe a sejten belüli anyagcsere-folyamatokban közismert; az extracelluláris purinok élettani hatásait először a század elején Szent-Györgyi Albert ismerte fel. Ma már tudjuk, hogy a nukleotidok és a nukleozidok egyes fajtái neurotranszmitterként, illetve neuromodulátorként funkcionálnak a központi és a perifériás idegrendszerben. Egyre több ismeretanyag halmozódik fel a purinok idegrendszeren kívüli funkcióiról is, így például az endokrin és az immunrendszerben, a reprodukcióban, valamint egyes patológiás folyamatokban, így hypoxiás-ischaemiás történésekben, gyulladásos és neoplasticus folyamatokban játszott szerepükről. A purinreceptorok kutatása során az is nyilvánvalóvá vált, hogy az ATP és a nukleotidok („nukleotiderg”), valamint az adenozin által közvetített („adenozinerg”) jelátviteli funkciók – bár a felszabadulás és a metabolizmus szintjén összefüggnek egymással – valójában két, funkcionálisan egymástól független rendszert alkotnak.

Adenozin-trifoszfát (ATP)

Az ATP megtalálható minden metabolikusan aktív sejtben, így minden neuronban is. Legnagyobb részben a mitokondriális oxidatív foszforiláció során, illetve az intermedier anyagcsere egyes lépései során szintetizálódik, és millimoláris mennyiségben raktározódik a citoplazmában és a mitokondriumokban.

Jelenlétét ezenkívül kimutatták a különböző típusú szinaptikus vezikulákban, ahová egy, az elektrokémiai gradiens mentén működő uptake-rendszer veszi fel. Élettani körülmények között az ATP a neuronalis membrán ingerületbe kerülése során juthat az extracelluláris térbe, exocitotikus módon. Ezenkívül az ATP, valamint metabolitjai felszabadulhatnak a sejtekből bizonyos patológiás történések – így a sejt energiatartalékainak beszűkülése (például ischaemiás kórállapotok), illetve bármilyen sejtlaesio – során. Ilyen körülmények között a citoplazmatikus ATP-tartalom kiáramlása igen magas, akár millimoláris nagyságrendű purinszinteket eredményezhet az extracelluláris térben, ez pedig a fiziológiás körülmények között nem aktiválódó receptorok közvetítésével, az élettani hatásoktól eltérő, protektív vagy súlyosbító patofiziológiai változásokat okozhat.

A szövetközti térbe felszabaduló ATP-t az ektoATP-áz enzimrendszer hatástalanítja három lépésben történő defoszforiláció során; először adenozin-difoszfát (ADP), majd adenozin-monofoszfát (AMP), végül az 5’-nukleotidáz enzim segítségével adenozin keletkezik, amely már inaktív az ATP-receptorokon (11.2. ábra).

(Rövidítések – ACh: acetilkolin; NO: nitrogén-monoxid; VIP: vazoaktív intestinalis peptid; ATP: adenozin-trifoszfát; NA: noradrenalin; NPY: neuropeptid Y)

Az ATP- vagy nukleotidreceptorok két fő csoportra: ionotrop (P2x) és metabotrop (P2y) receptorokra oszthatók. A P2x-receptoroknak eddig 7 különböző altípusát azonosították, amelyeket P2x1–7 számú elnevezésekkel jelölnek, és a ligand aktiválta ioncsatornáknak egy egyedi, non-szelektív, Ca++-ra is permeabilis családját alkotják

Az egyes altípusok relatíve szelektív módon oszlanak el a szervezet egyes szöveteiben, így a P2x1-receptor elsősorban a simaizomsejteken, illetve más posztszinaptikus célsejteken található, a P2x2-receptor a szimpatikus idegrendszerben, a P2x3 az érzőideg-végződéseken szelektíven lokalizálódó altípus, a P2x4- és a P2x6-altípus a központi idegrendszerben domináns altípus, míg a P2x7 az immunrendszer különböző sejtes elemein (monocyta-macrophag rendszer, lymphocyta, thymocyta, microglia) szelektíven expresszálódó altípus.

A P2x-receptorok elsősorban a receptoron keresztül beáramló Ca++-szignál útján képesek a sejtműködés befolyásolására. Általában gyors, excitátoros válaszokat közvetítenek (kontrakció, neurotranszmitter-felszabadulás). Az ATP gyors neurotranszmitterként funkcionál a központi idegrendszerben, valamint a szimpatikus idegrendszerben. A noradrenalin kotranszmittereként a keringésszabályozásban vesz részt. A bélben non-adrenerg, non-kolinerg transzmitterként simaizom-összehúzódást idéz elő, és ezáltal részt vesz a bélmotilitás szabályozásában. Az urogenitalis rendszerben is simaizom-összehúzódást idéz elő.

Az idegvégződéseken lokalizálódó P2x-receptorok az érzőideg-ingerület továbbításában, illetve a neurotranszmitter-felszabadulás modulációjában vesznek részt.

Különösen figyelemre méltó az immunsejteken expreszszálódó P2x7-altípus, amelynek aktivációja során egy sejtlysist indukáló nagy átmérőjű membránpórus nyílik. Ez az altípus gyulladásos mediátorok (NO, IL-1β) immunstimulusra történő termelődésének regulációjában is részt vesz.

A P2y típusú receptorok G-fehérjék által közvetített effektorrendszerekhez kapcsolódó, hét transzmembrán szegmenssel rendelkező receptorok családjába tartoznak. E receptortípusnak 5 olyan szerkezeti variánsát ismerjük, amelyek funkcionális receptorokat képeznek natív szövetekben (P2y1, P2y2, P2y3, P2y4, P2y6). Ezek közé tartoznak az ún. pirimidinreceptorok is, amelyeken nem az ATP, hanem az uridin nukleotidok (UDP, UTP) a leghatékonyabb ligandok. A P2y4-receptor endogén agonistája az ADP, míg az ATP antagonistaként viselkedik. Ez utóbbi receptorok a thrombocytákon találhatók, és az érfal-homeosztázisban játszanak szerepet.

A P2y-receptorok többi altípusa megtalálható az agyban és számos perifériás szövetben. Elsődleges celluláris effektorrendszerük foszfolipáz C-enzim által aktivált inozitol lipid hidrolízis, valamint a protein-kináz C-enzim. A P2y-receptorok ennek megfelelően lassúbb válaszokat közvetítenek, élettani jelentőségük feltehetően a fejlődési és plaszticitási folyamatokban, illetve neuron-glia kölcsönhatások szabályozásában testesül meg.

Bár egyre több ismeretünk van a nukleotidreceptorok ligandkötő spektrumáról, a receptoraltípusok farmakológiai elkülönítése még nem érte utól a molekuláris szerkezeti heterogenitás feltárását. Mind a P2x-, mind a P2y-receptorok fontos jellemvonása, hogy a receptorhoz való kötődés feltétele legalább két vagy három foszfátcsoport jelenléte az agonistán. Ez a tulajdonság, valamint a metilxantin típusú vegyületek inaktivitása a receptoron élesen elkülöníti őket az adenozinreceptoroktól.

Az ATP-nek számos strukturális analógját állították elő, amelyek aktívak az egyes receptortípusokon, ezenkívül antagonisták is ismertté váltak, amelyek szelektíven gátolják a P2-receptort, ilyen például a tripanocidumként is használt suramin, valamint egyes festékek (Evans blue, Reactive blue 2).

Adenozin

Az adenozin intracellulárisan az intermedier anyagcsere két lépése során keletkezhet: az egyik az intermedier anyagcsere során keletkező S-adenozil-homocisztein hasítása az S-adenozil-homocisztein-hidroláz enzim által, a másik reakció az AMP 5’-nukleotidáz általi defoszforilálása.

Az intracelluláris szabad adenozin szint az ATP-től eltérően igen kicsi, és adenozin nem található a szinaptikus vezikulákban sem.

Felszabadulása ennek megfelelően nem vezikuláris, hanem egy két irányban működő, specifikus nukleozidkarrieren keresztül történik,és kiáramlását a koncentrációviszonyok messzemenően befolyásolják. Így érthető, hogy az adenozinfelszabadulás egyik fő előidéző tényezője a sejt energiaforrásainak beszűkülése (hypoxia, hypoglykaemia, ischaemia) és az azzal járó intracelluláris ATP-lebomlás. Nem elhanyagolható emellett, hogy a szövetközti adenozin forrása az ektoATP-áz enzimrendszer közreműködésével a sejtekből felszabaduló ATP is lehet. Az ilyen formában extracellulárisan keletkező adenozin hozzáadódik a nukleozidkarrieren keresztül kiáramló adenozin mennyiségéhez.

Az adenozin egy része az adenozin-dezamináz enzim által dezaminálódik, és inozinná alakul, egy másik része az említett kétirányú transzporter segítségével visszavevődik az idegvégkészülékbe, és hamar visszaépül a sejt ATP-raktáraiba.

Az adenozinreceptorok valamennyi eddig megismert típusa a G-fehérjékhez rendelt szignál-kaszkádokhoz kapcsolódó receptorok családjába tartozik, ezek az A1, A2a, A2b, és A3 típusú receptorok (lásd11.2. ábra). Effektoraik igen változatosak: részben az adenilcikláz–cAMP, illetve guanilcikláz–cGMP rendszer, részben K+-konduktancia fokozás, részben Ca++-csatornákra gyakorolt közvetlen hatással, valamint foszfolipáz A2 és a foszfolipáz C aktiválása útján hatnak.

Valamennyi adenozinreceptor-altípusra jellemző, hogy hatásaikat metilxantinok, köztük a coffein, a theophyllin és származékaik jól antagonizálják.

Az adenozinreceptorok egyes altípusaira szelektív agonisták és antagonisták is léteznek, így A1-szelektív agonista a ciklohexiladenozin (CHA) vagy a ciklopentiladenozin (CPA), A1-szelektív antagonista a DPCPX, A2a-szelektív antagonista a CGS 21680, A3-szelektív agonista az IB-MECA.

Az adenozinreceptorok jelen vannak a szervezet számos szövetében, és eloszlásuk is igen változatos; az általuk okozott hatások igen széles körűek, és kiterjednek mind a központi, mind a szimpatikus és paraszimpatikus idegrendszerre, a motoros, valamint az immunrendszerre.

Az adenozin központi idegrendszeri működésekre kifejtett hatásait lásd a Bevezetés a pszichotrop szerek farmakológiájába című fejezetben.

Farmakológiai hatások

Cardialis hatások. Az adenozin perifériás hatásai közül talán legfontosabbak a szívre gyakorolt igen komplex hatásai: negatív chronotrop, negatív dromotrop, negatív inotrop, coronaria-vasodilator, valamint preszinaptikus antiadrenerg hatás is felléphet. Ezekben a hatásokban – a coronariákra gyakorolt hatást leszámítva, amelyet A2-receptorok közvetítenek – A1-receptorok vesznek részt. Hasonló hatásokat vált ki az ATP is.

Korábban az ATP-t Atriphos néven alkalmazták is a cardialis terápiában – az effektusokért azonban valószínűleg ebben az esetben is az adenozin felelős, mivel az ATPin vivo féléletideje igen rövid.

A felsorolt hatások közül a gyakorlatban leginkább az antiaritmiás hatás használható ki, amely az AV-átvezetésre gyakorolt gátló effektusnak köszönhető. Az adenozin hatására ilyenkor csökken az adenil-cikláz aktivitása, amelynek következtében csökken a cAMP-szint a sejtben és mérséklődik az intracelluláris Ca++-túltelítődés, ami a depolarizáló utópotenciálok létrejöttében és ezáltal az arrhythmia előidézésében játszik szerepet. Az adenozinerg vegyületek újabban ismét egyre fontosabb helyet kapnak a ritmuszavarok terápiájában (lásd az Antiaritmiás szerek című fejezetet).

Érhatás. Az adenozin az érpálya szinte valamennyi területén vasodilatatiót okoz (A2), kivéve a veseereket, ahol vasoconstrictiót (A1) idéz elő. A generalizált vasodilatatiót általában szisztémás vérnyomásesés is kíséri, mivel az adenozin a szívre is negatív effektust fejt ki. Ez utóbbi korlátozza klinikai alkalmazhatóságát. Ennek ellenére lokális keringésfokozóként például claudicatio intermittensben beváltak az adenozin uptake gátlók, így a dypiridamol, illetve a propentophyllin.

Bél. Az adenozin a bélben is gátló jellegű hatásokat fejt ki, közvetlenül azonban nem hat a simaizomra. Hatását közvetett úton, a myentericus plexusból felszabaduló motoros transzmitter, az acetilkolin felszabadulásának gátlása útján fejti ki, preszinaptikus A1-receptorokon keresztül.

Hörgő. A hörgő-simaizomzatot az adenozin erőteljesen összehúzza, mely hatást ugyancsak az A1-receptorok közvetítenek. Az A1-receptor-antagonista theophyllin – melyet rutinszerűen használnak az asthmaterápiában – a bronchoconstrictor hatást antagonizálja. A tüdő hízósejtjein nagy számban taláhatók A3-receptorok, amelyek aktivációjára a sejtek hisztamint szabadítanak fel, amely bronchoconstrictor hatású. Hasonlóan a hisztaminhoz, illetve a kolinerg agonista metacholinhoz, adenozinreceptor-agonistákat (például AMP-t) alkalmaznak kísérletesen asthma diagnózisának megállapítására, asthmás bronchoconstrictio és gyulladásos mediátortermelés kiprovokálására.

Vese. Az adenozin a vesében is többirányú hatásokat közvetít: összehúzza a veseereket és a mesangialis sejteket, ezáltal csökkenti a glomerulusfiltrátum mennyiségét, gátolja a reninszekréciót. Az adenozinnak erős antidiuretikus hatása is van, ez és a többi renalis hatás A1-receptorok közvetítésével történik. Újabban biztató eredmények vannak A1-receptor-antagonisták akut veseelégtelenségben való alkalmazására.

Gyulladásos sejtekre kifejtett hatások. A legfrissebb kutatások szerint az immunsejteken, illetve gyulladásos sejteken (például neutrophilek, monocyták, macrophagok, dendriticus sejtek) elhelyezkedő adenozinreceptoroknak fontos szerepük van a gyulladás szabályozásában: a korai gyulladást stimuláló hatás beindításában, valamint abban is, hogy a gyulladás, a késői szakaszban, nem amplifikálja magát túl. A leghatározottabb gyulladásgátló hatással az A2a-receptor-agonisták rendelkeznek. Szelektív A2a-agonisták jelenleg a kutatás és fejlesztés különféle stádiumaiban vannak.

Nemcsak az adenozinnak, hanem a katekolaminoknak, valamint az acetilkolinnak is vannak receptorai az immunsejtek felszínén. Kiemelendő a macrophagok felszínén elhelyezkedő β-receptor, amely a ciklikus AMP intracellularis szintjének emelésén keresztül hatva gátolja gyulladásos mediátorok (TNF-α, IL-12 stb.) termelődését. A macrophagokon elhelyezkedő nikotinos receptor aktivációjának ugyancsak gyulladásgátló hatása van. Újabb kimutatások ezzel a mechanizmussal hozzák összefüggésbe a vagusstimuláció és a paraszimpatikus tónusfokozódás gyulladáscsökkentő hatásait. Az immunsejtek farmakológiai modulációja (a neuroimmunofarmakológia egyik ága) robbanásszerűen fejlődő kutatási irány: az ezen a téren nyert friss kutatási eredményeknek a jövőben számos új terápiás alkalmazása lehet.

Egyéb hatások. Megemlítjük még a thrombocyta-aggregáció gátló hatást (A2), nociceptív neuronok serkentését (A2), antinociceptív hatásokat (A1), a transzmitterfelszabadulás gátlását (perifériás/centrális, A1), valamint a neuroprotektív hatást (A1). Mindezen hatások terápiás kihasználása a jövő feladata lesz.

Terápiás felhasználás

Az antiaritmiás alkalmazáson kívül az adenozin uptake gátlók (például dipyridamol) is alkalmazást nyernek a terápiás gyakorlatban, antitrombotikus szerként. A metilxantinok (például coffein) központi idegrendszeri hatása részben az A1- és az A2-receptorok gátlásának a következménye.

Biztatóak a kísérleti eredmények myocardialis ischaemiában és infarctusban, amely állapotokban az agyi ischaemiához hasonló komplex protektív hatás is hozzájárul a terápia eredményességéhez.

Purinok mint mediátorok

Az ATP neurotranszmitterként (kotranszmitterként) funkcionál, a perifériás és a központi idegrendszerben egyaránt.

Az ATP a szinaptikus vezikulumokban tárolódik, és exocitózissal szabadul fel. A citoplazmatikus ATP akkor is az extracelluláris térbe jut, ha a sejt károsodik (például sejtnekrózis).

Az ATP intracelluláris mediátorként is szolgál: a membrám káliumcsatornáinak nyílását gátolja.

Az ATP kétféle purinoceptorra (purinreceptorra) hat. A P2x-receptor aktivációja ligandfüggő csatornát nyit, és ezáltal a gyors szinaptikus hatásokért felelős. A P2y-receptor többféle másodlagos hírvivő rendszerrel is kapcsolatban állhat. A suramin a P2x-receptor antagonistája.

A sejten kívül az ATP gyorsan átalakul ADP-vé, majd adenozinná.

Az ADP a vérlemezkék aggregációját okozza. Az érsimaizmokra és a központi idegrendszerre is hat.

Az adenozin is számos sejten hat. Az adenozin nem transzmitter, de fontos helyi mediátor és homeosztatikus modulátor.

Az adenozin A1-, A2a-, A2b- és A3-receptorokon hat. Főbb hatásai közé tartozik az A2-mediált hypotensio, az A1-mediált szívfrekvencia-csökkenés és szívkontraktilitás-csökkenés, az A2-mediált thrombocyta-aggregáció gátlás, az A3-mediált bronchoconstrictio (hízósejtmediált), valamint neuroprotektív és antinociceptív hatások (A1-mediált).

Gáz halmazállapotú mediátorok: nitrogén-monoxid (NO), szén-monoxid (CO) és kénhidrogén (H2S)

Nitrogén-monoxid (NO)

A felfedezés, hogy egy gáz halmazállapotú anyag élettani szereppel bíró mediátorként működik a szervezetben, teljesen átformálta az ingerületátvivő anyagokról alkotott klasszikus elképzeléseket.

1979-ben Robert Furchgott amerikai kutató megfigyelte, hogy az erek acetilkolinra adott relaxációs válasza az endothel jelenlétét igényli. 1988-ban Furchgott, valamint Louis Ignarrofelvetette, hogy ez a rejtelyes, endothelből származó relaxáns faktor nem más, mint a nitrogén-monoxid szabad gyök. Ezt a rá következő évek kutatásai be is bizonyítottak. Ferid Murad és Ignarro munkája azt is bizonyította, hogy az NO a célsejtekben a guanilil-cikláz aktivitását fokozza, és az NO a ciklikus guanilil-monofoszfát (cGMP) sejten belüli szintjének emelésével fejti ki hatásait. Murad korábban már kimutatta, hogy a klinikailag használatos nitrovazodilatátorok (glicerin-trinitrát, nitroglycerin) ugyanezen a cGMP mechanizmuson keresztül fejtik ki cardiovascularis hatásukat.

1991-ben Ignarro kimutatta, hogy az NO felszabadulása áll egy másik, a farmakológusok által azelőtt csak non-adrenerg, non-kolinerg relaxációs válaszként ismert mechanizmus hátterében. Izolált penisdarabkák elektromos ingerlésre sajátságos relaxációval válaszolnak, ám a jelenség molekuláris mechanizmusa nem volt tisztázott. Ignarro kimutatta, hogy a rendszerben a stimuláció NO felszabadulását okozza az idegvégződésekből, amely cGMP-t indukál, és a simaizom relaxációját okozza. Nem sokkal később azt is felismerték, hogy a penisben a cGMP lebontását a foszfodiészteráz 5 enzim (PDE 5) végzi, és ennek az enzimnek a gátlószerei, a cGMP életidejének meghosszabbításán keresztül hatva, erekciót váltanak ki. Furchott, Ignarro és Murad 1998-ban Nobel-díjat kapott az NO cardiovascularis rendszerben betöltött szerepének megismeréséért. Az impotencia kezelésében forradalmi változást hozó első oralis PDE 5 gátló, a Viagra pedig a világ egyik legnagyobb profitot hozó gyógyszereként vonult be a klinikai gyakorlatba.

Szintézis. Az NO-t a nitrogén-monoxid-szintetáz (NOS) nevű enzim állítja elő. A folyamat során az l-argininből NO és l-citrullin képződik. Noha az NO egy igen egyszerű molekula, az előállítását végző enzim meglehetősen bonyolult. Bizonyos részeinek aminosavsorrendje és ennek megfelelően működése is nagyon hasonló a citokróm P-450 reduktáz (CPR) enziméhez. Ezek a részek kötik az NOS által használt kofaktorok azon csoportját (NADPH, FAD, FMN), amelyek a CPR működésében is szerepet játszanak. Az NO szintéziséhez ezeken kívül még kalmodulinra és tetrahidrobiopterinre (THB) is szükség van.

Az NOS-nek három izoformája ismert:

Az endotheliumban előforduló endothelialis (eNOS) forma.

Az idegsejtekben található neuronalis (nNOS) forma.

A macrophagokból kimutatott indukálható (iNOS) forma.

Az nNOS és az eNOS konstitutív enzim, tehát folyamatosan jelen van a sejtekben. Esetükben az NO-szintézis akkor indul be, mikor az intracelluláris Ca++-szint megemelkedik. Ekkor a kalmodulin Ca++-t köt meg, és reverzibilisen hozzákapcsolódik az NOS-hez. Ennek következtében az enzim két alegysége közelebb kerül egymáshoz, és így beindulhat az NO termelése. A folyamat addig tart, amíg a kalmodulin le nem disszociál az enzimről. Az nNOS esetén az NO-képződés legerőteljesebb stimulusa az NMDA-receptorok aktiválódása (megnövekedett Ca++-permeabilitás), míg az eNOS esetén egyéb mediátorok (ACh, NA, 5-HT, bradikinin stb.) felelősek az intracelluláris Ca++-szint megemelkedéséért.

Az iNOS normálisan nincs jelen a sejtekben, de különböző stimulusok (infekció, bakteriális toxinok, citokinek) hatására expresszálódik. A macrophagokon kívül sok más sejtben is megjelenik, többek közt az érfal simaizomsejtjeiben, a szívizomban, a bélben, különböző immunsejtekben és a hepatocytákban. Jellemzője, hogy megjelenése után sokkal nagyobb mennyiségű NO előállítására képes, mint a másik két izoenzim, mivel irreverzibilisen köti a kalmodulint, amely így képtelen ledisszociálni róla. Ez azt jelenti, hogy az iNOS NO-termelésének nem előfeltétele az intracelluláris Ca++-szint emelkedése. Az indukálható NOS expresszióját glukokortikoidok gátolják. Az iNOS által túltermelt NO-nak kórélettani szerepe van lokális gyulladásos megbetegedésekben, valamint szisztémás gyulladásban (septicus shock).

A megtermelt NO nem raktározódik, hanem azonnal felszabadul. Mivel a sejtmembránokon akadálytalanul áthatol, igen könnyen és gyorsan diffundál minden irányba, ezért rövid, csupán néhány másodperces felezési ideje ellenére is – sejtszinten – jelentős távolságok (200–600 μm) megtételére képes.

Hatásmechanizmus. Az NO fiziológiás hatásmechanizmusában a fő támadáspont a szolubilis guanilát-cikláz (sGC). Az NO szabadon diffundálva jut el a célsejtekig (mint például a vérlemezke vagy az erek simaizomsejtjei), ahol a citoplazmában található sGC hemcsoportjához hozzákapcsolódva aktiválja az enzimet. Megemelkedik a cGMP-szint, és így működésbe lép egy cGMP-dependens protein-kináz, amely foszforilálja a miozin könnyű lánc kinázát, csökkentve annak aktivitását, ami thrombocytákban az aggregáció gátlásához, simaizomban elernyedéshez vezet (11. 3. ábra). Az endogén termelődésű NO fiziológiás vazodilatátor szerepet játszik, amit kísérletesen bizonyít az, hogy az NO-bioszintézis gátlása – N-szubsztituált argininszármazékokkal, mint az NG-metil-l-arginin (l-NMMA) vagy az NG-nitro-l-arginin – vérnyomásemelő és vasoconstrictor hatású. Az NO szintézis endogén gátlószere az aszimmetrikus dimetilarginin (ADMA) (11.4. ábra), amelynek plazmaszintje számos cardiovascularis betegségben megemelkedik.

(Rövidítések – ATP: adenozin-trifoszfát; ADP: adenozin-difoszfát; AMP: adenozin-monofoszfát; NTPDáz: nukleozid-trifoszfát-difoszfohidroláz; 5’-NTáz: 5’-nukleozidáz)

11.3. ábra. Az endothelfüggő relaxáció mechanizmusa. A vascularis endothelre ható hormonok (például acetilkolin), illetve a nyíróerő hatására az endothelsejtek nitrogén-monoxidot termelnek, amely a simaizomhoz diffundál, és annak relaxációját okozza

Kinetika. Az NO párosítatlan elektronja miatt igen reakcióképes gáz. Könnyen lép reakcióba más szabad gyökökkel, és elég gyorsan eliminálódik, miközben nitrit és nitrát képződik. Megfigyelték, hogy a szuperoxid-anionok inaktiválják az NO-t, de ez a reakció újabb reaktív speciesek (mint például a peroxinitrit) keletkezésével is járhat. Az NO, illetve az NO-ból keletkező egyéb reaktív speciesek, mint például a nitroxilgyök vagy a peroxinitrit, gyakran mediálnak különféle kórélettani funkciókat. Ezek többnyire nem cGMP-függő utakon zajlanak. Az NO károsan befolyásolhatja számos, elsősorban fémionokat tartalmazó enzim (citokróm P-450, lipoxigenáz, tromboxán-szintetáz, kataláz, peroxidáz) működését. Fontos szerepet játszik az NO egyes kórélettani hatásainak közvetítésében az mono-ADP-riboziltranszferáz, illetve a poli-ADP-ribóz polimeráz (PARP). A PARP enzim túlzott aktivációja különösen jelentős olyan cardiovascularis vagy gyulladásos betegségekben, amelyekben reaktív oxidánsok és szabad gyökök szabadulnak fel (például stroke, szívinfarctus, ízületi gyulladás), ahol is további gyulladásos sejtválaszt indít be, valamint sejtenergia-deficitet és nekrózist okoz. Az NO káros hatásai közé tartozik az is, hogy befolyásolja az arachidonsav-metabolizmusban részt vevő enzimek működését, fokozza a thioltartalmú fehérjék nitrozilálódását és gátolja a DNS-szintézist.

Az NO hatástalanításában a hemoglobin és a mioglobin is szerepet játszik, mivel mindkét anyag nagy affinitással köti az NO gázt. A keringő hemoglobin az NO transzportjában is szerepet játszik.

Farmakológiai hatások

Cardiovascularis rendszer

Kis artériák és arteriolák basalis tónusának beállítása, az érfal simaizomzatának relaxációja (vérnyomás-szabályozás).

A vérlemezke-aggregáció gátlása.

A szívizom relaxációjának szabályozása.

Keringési shock kifejlődése vérkeringési shockállapotokban (iNOS) (terápiarezisztens, nagyfokú értágulat).

Immunrendszer

Macrophagok (iNOS) által termelt NO citotoxikus hatása.

Gyulladásos folyamatok kialakulása.

Idegrendszer

Non-adrenerg, non-kolinerg idegek neurotranszmittere (záróizmok, penis).

Szinaptikus plaszticitás, LTP, LTD kialakulása (memória és tanulási folyamatok).

Agyi ischaemiás folyamatok, excitotoxikus sejthalál.

A vascularis endothel által termelt NO szintézise számos betegségben csökken, és ezt (endotheldysfunctio) számos betegség (például hypertonia, atherosclerosis, diabeticus vascularis szövődmények) kórélettanában fontos korai lépésnek tartják. Az endothel intergritását kísérletesen meg lehet védeni antioxidáns kezeléssel, statin terápiával, valamint l-arginin (az NO prekurzora) alkalmazásával.

A nitrogén-monoxid terápiás jelentősége

NO-donor vegyületek (például natrium nitroprussid, nitroglycerin) alkalmazása a cardiovascularis terápiában (vascularis hatások, szívhatások).

Sildenafil (Viagra) és más foszfodieszteráz-5-gátlók potencírozzák a corpus cavernosumban az NO által stimulált cGMP hatását, és az erektilis dysfunctio terápiájában sikerrel alkalmazzák őket.

A belélegzett NO hatásos a primer neonatalis pulmonalis hypertonia kezelésében.

Az NO bioszintézisének gátlószerei (például l-NMMA) kísérleti szinten vannak (gyulladás, központi idegrendszeri degeneratív betegségek).

Terápiás felhasználás

Diagnosztikus cél. Az NO-val kapcsolatos terápiás lehetőségek sokrétűek. Intracoronariásan adott acetilkolint sikerrel alkalmaznak a coronariaendothel-dysfunctio diagnózisában. (Normális endothel mellett a válasz vasodilatatio, míg károsodott endothel esetében ugyanaz a dózis közvetlenül a vascularis simaizomsejtekre hat, és vasoconstrictiót okoz.)

Gyógyszerhatások mediálása. Megállapítást nyert továbbá, hogy olyan régóta ismert és alkalmazott gyógyszerek, mint a nitrovazodilatátorok (például nitroglycerin) hatásmechanizmusában is szerepet játszik az NO. (A nitrovazodilatátorok farmakológiájával kapcsolatosan lásd a Szív és az érrendszer gyógyszertana című fejezetet.)

A nitrogén-monoxid gázt inhalációban kísérletesen alkalmazzák újszülöttkori terápiarezisztens pulmonalis hypertensio kezelésére.

NO-t felszabadító csoportot kötnek össze más gyógyszermolekulákkal. Az így létrehozott molekulák (nitro-szteroidok, nitro-aspirin, nitro-statinok) az alapgyógyszerhez képest kisebb mértékű mellékhatásokkal (például gyomorirritáció) járnak. Sok esetben fokozottabb gyulladásgátló, illetve előnyösebb cardiovascularis hatással rendelkeznek, és jelenleg a fejlesztés, illetve a klinikai kipróbálás különböző stádiumaiban vannak.

Erektilis dysfunctio kezelése foszfodiészteráz-5 enzimet gátló gyógyszerekkel. A vegetatív idegrendszeri szabályozó mechanizmusok szempontjából legfontosabb az NO non-adrenerg-non-kolinerg mechanizmusokat szabályozó szerepe, amely területen az utóbbi évek kutatásai forradalmasították a férfi erektilis dysfunctio, az impotencia kezelését (lásd még Az ivarszervek gyógyszertana és a szexuális aktivitást befolyásoló szerek című fejezetet).

Az erekció kiváltója a paraszimpatikus aktiváció. A paraszimpatikus aktiváció hatására egyrészt a paraszimpatikus kolinerg idegvégződések végződéseiből acetilkolin szabadul fel, amely az erekhez diffundál, kötődik az endothelsejtek muszkarinos acetilkolin-receptoraihoz, és a sejtekben NO termelődését és felszabadulását okozza (az endothelialis NO-szintáz által), másrészt a már említett non-adrenerg-non-kolinerg mechanizmus útján az idegekből direkt módon is NO szabadul fel (amely NO-t az idegekben lévő neuralis NO-szintáz enzim termeli). Ezeket az idegeket, amelyek közvetlenül NO-t termelnek, újabban nitrerg idegeknek is nevezik (az adrenerg és a kolinerg elnevezés mintájára). Az NO gáz halmazállapota folytán bediffundál a környező simaizomsejtekbe (érsimaizom, illetve a corpus cavernosum simaizma), és kötődik a sejten belül elhelyezkedő szolubilis guanilát-cikláz enzim hem prosztetikus csoportjához. Az NO kapcsolódása az enzimen konformációváltozást idéz elő, amely az enzim aktiválódását eredményezi, és GTP-ből ciklikus GMP-t (cGMP) hoz létre, amely aktiválja cGMP-függő protein-kinázt (cGK). A szolubilis guanilát-cikláz enzim különböző mechanizmusok révén váltja ki a barlangos testek artériáinak, illetve a cavernák simaizmainak relaxációját, azáltal, hogy aktiválja a cGMP-függő protein-kinázt.

–Megváltoztatja különböző membráncsatornák működését, amelynek eredményeként csökkenti az intracelluláris Ca++-szintet a simaizomsejtben.

–Gátolja az foszfolipáz C/inozitol trifoszfát (PLC/IP3) utat.

–Foszforilálja a miozin könnyűlánc kinázt (MLCK), amellyel előidézi a simaizom relaxációját.

–K+-csatornák megnyitásával az intracelluláris K+ kiáramlását okozza, és ezáltal a simaizom hiperpolarizációját idézi elő. Amikor a cGMP sejten belüli szintje csökken, a simaizom-relaxáció csökken és az erekció megszűnik (11.5. ábra).

(Rövidítések – NO: nitrogén-monoxid; l-NMMA: NG-metil-arginin; ADMA: dimetilarginin; GTP: guanin-trifoszfát; cGMP: ciklikus guanin-monofoszfát; sGC: szolubilis guanilát-cikláz)

A PDE (foszfodiészteráz) enzimcsalád tagjai felelősek a cGMP és cAMP lebontásáért. A családnak több mint tizenegy tagját azonosították: előfordulásuk szövetek szerint különbözik. Négy PDE-izoforma a human corpus cavernosum simaizomszövetében fordul elő (PDE-2, PDE-3, PDE-4, PDE-5). Ezek közül a cGMP lebontásáért a PDE-2 és a PDE-5, a cAMP lebontásáért a PDE-3 és a PDE-4 felelős. A Viagra (az erektilis dysfunctio terápiájában forradalmi változást hozó prototípusos szer) a PDE 5-ös izoformáját gátolja, és ezáltal csökkenti a cGMP lebomását, vagyis emeli a cGMP sejten belüli szintjét.

A gyógyszercsalád legelőször forgalomba került tagja a Viagra nevű gyógyszer, amelynek hatóanyaga a sildenafil-citrát. A gyógyszer megjelenése komoly áttörésnek bizonyult, hiszen ez volt az erektilis dysfunctio oralis terápiájának első képviselője. A PDE-5 enzim sildenafillel való gátlásának hatására a cGMP-szint megemelkedik a cavernalis simaizomsejtekben, ami a cGMP-függő protein-kináz aktivitását növeli. A sildenafil hatásához elengedhetetlen az endothel jelenléte és az NO neurotranszmittert felszabadító idegi (nitrerg, illetve NANK) beidegzés viszonylagos megtartottsága. Az NO termelődésének mérsékelt csökkenése mellett a cGMP lebomlásának gátlásával még fenn lehet tartani megfelelő erekciós választ. Ugyanakkor amennyiben különböző vascularis betegségek vagy intervenciók kapcsán (radikális prostatectomia, súlyos diabetes mellitus vagy atherosclerosis) nagymértékben csökken az NO termelődése és/vagy elérhetősége, hiába juttatjuk a simaizomsejtekbe a PDE-5 enzim gátló sildenafilt, a cGMP-szint és így az erektilis válasz mégis viszonylag alacsony marad, mert NO hiányában elmarad a guanilát-cikláz aktiválódása. A szert, illetve a hasonló mechanizmussal működő újabb szereket könyvünk Az ivarszervek gyógyszertana és a szexuálisaktivitásra ható szerek című fejezetben tárgyalja részletesebben. Azonban itt is kiemeljük azt a fontos tényt, hogy a sildenafil alkalmazása kontraindikált olyan szívbetegekben, akik nitroglycerint, illetve nitrátkészítményeket szednek, ugyanis a PDE-5-gátló és nitrát együttes jelenléte életveszélyes hypotensiót hozhat létre. Más szóval a sildenafil potencírozza a nitrátkészítmények vérnyomáscsökkentő hatását: mivel a PDE-5 ezim nemcsak a corpus cavernosum penisben fordul elő nagy mennyiségben, hanem a pulmonalis és a coronariaartériák simaizmaiban, a sildenafil megnöveli az NO-t felszabadító szerek által kiváltott cGMP szintjét a vascularis simaizomsejtekben, és az erek tágulatát okozza. Ezért nem szabad semmilyen szerves nitrát, illetve NO-donor készítménnyel együtt adni!

Szén-monoxid (CO)

Az NO szerepének felismerése után megindult a kutatás egyéb gáz halmazállapotú mediátorok után. A csoport másodikként felfedezett tagjáról, a szén-monoxidról (CO) sokkal kevesebbet tudunk. Szintézisét a hem-oxigenáz (HO) enzim végzi. Az enzimnek két izoformája ismert. A HO-1 a periférián fordul elő és indukálható, míg a HO-2 főleg az agyban található konstitutív enzim. A CO sokban hasonlít az NO-hoz, hatását is hasonló mechanizmusokkal fejti ki. Fokozza az sGC aktivitását, és ezzel emeli a cGMP-szintet. Az NO-val együtt részt vesz a hippocampalis LTP kialakításában, így retrográd hírvivőként jelentős szerepe van a szinaptikus plaszticitás folyamataiban. A CO termelődését kísérleti körülmények között egyes porfirinszármazékokkal lehet gátolni. A CO-val kapcsolatos kutatások terápiásan hasznosítható eredményeket egyelőre még nem hoztak.

Kénhidrogén (H2S)

A kénhidrogén (H2S) további gáz halmazállapotú mediátor, amelyről nemrég bizonyult be, hogy a szervezet is képes a termelésére. A kénhidrogén termelésében két enzim, a cisztation-γ-liáz, 3-merkaptopiruvat és a cisztation-β-hidroxiláz játszik élettani szerepet. A kénhidrogén az agyban neuromodulátor (NMDA-mediált ionáramokat serkent), a periférián vazodilatátor hatású. Hatásai, az NO és a CO hatásaitól eltérően, nem cGMP-mechanizmusokon, hanem KATP-csatornákon hatva következnek be. A kénhidrogén élettani, kórélettani és lehetséges gyógyszertani jelentősége jelenleg intenzív kutatások tárgya.

Irodalom

Bartfai, T., Iverfeldt, K., Fisone, G., Serfozo, P.: Regulation of the release of coexisting neurotransmitters. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 28:285–310, 1988.

Fredholm, B. B., Ijzerman, A. P., Jacobson, K. A., Klotz, K. N., Linden, J.: International Union of Pharmacology. XXV. Nomenclature and classification of adenosine receptors. Pharmacol. Rev. 53:527–552, 2001.

Hobbs, A. J., Higgs, A., Moncada, S.: Inhibition of nitric oxide synthase as a potential therapeutic target. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 39:191–220, 1999.

Ignarro, L. J.: Nitric Oxide : Biology and Pathobiology. Academic Press, 2000.

Klotz, K. N.: Adenosine receptors and their ligands. Naunyn Schmiedebergs Arch. Pharmacol. 362:382–391, 2000.

Lewis, G. D., Semigran, M. J.: Type 5 phosphodiesterase inhibition in heart failure and pulmonary hypertension. Curr. Heart Fail. Rep. 1:183–189, 2004

Rang, H. P. et al.: Pharmacology. 5th Ed. Nitric oxide. pp. 208–214. Elsevier, London, 2003.

Seftel, A. D.: Phosphodiesterase type 5 inhibitors: molecular pharmacology and interactions with other phosphodiesterases. Curr. Pharm. Des. 11:4047–4058, 2005.

Szabó, C.: Gaseotransmitters: New frontiers for translational science. Science Translational Medicine, 2:59ps54, 2010.

Virág, L., Szabó, C.: The therapeutic potential of poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors. Pharmacol. Rev. 54:375–429, 2002.