SEMMELWEIS EGYETEM GYÓGYSZERÉSZTUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA ENHANCER ANYAGOK: (-)-DEPRENIL ÉS (-)-BPAP, AZ AGYI NEURONOK KÜLÖNLEGES SERKENTŐI Doktori (Ph.D.) értekezés MIKLYA ILDIKÓ Témavezető: Dr. Knoll József, akadémikus Készült: MTA-SE, Neuropszichofarmakológiai Kutatócsoportjában Budapest, 2002
Szigorlati Bizottság: Elnök: Dr. Török Tamás, D.Sc. Tagok: Dr. Dóda Margit, Ph.D. Dr. Szökő Éva, Med. Habil. Hivatalos Bírálók: Dr. Gaszner Péter, D.Sc. Dr. Fenyvesi Tamás, D.Sc. 2
TARTALOMJEGYZÉK: TARTALOMJEGYZÉK...3 ÖSSZEFOGLALÓ...5 SUMMARY...6 RÖVIDÍTÉSEK...7 1. BEVEZETÉS...8 2. CÉLKITŰZÉSEK...10 3. IRODALMI HÁTTÉR...11 3.1. AZ ELSŐ ENHANCER ANYAG: A (-)-DEPRENIL...11 3.1.1. A (-)-deprenil felfedezése...11 3.1.2. A (-)-deprenil hatása pszichiátriai kórképekben...12 3.1.3. A (-)-deprenil szelektív MAO-B enzim bénító hatása...14 3.1.4. A (-)-deprenil főbb metabolikus útjai...17 3.1.5. A (-)-deprenil hatása neurodegeneratív betegségekben...19 3.1.6. A (-)-deprenil kivédi neurotoxinok degeneratív hatásait...21 3.1.7. A (-)-deprenil a sejtek károsodását helyreállítja, csökkenti az apoptózist...25 3.1.8. A (-)-deprenil anti-aging hatása...29 3.2. AZ ENDOGÉN ENHANCEREK...32 3.2.1. A trace aminok...32 3.2.2. A trace aminok receptorai és hatásai...33 3.3. A TRACE AMINOK ÉS A SZINTETIKUS ENHANCEREK HATÁSÁNAK ÖSSZEHASONLÍTÁSA...35 4. MÓDSZEREK...37 4.1. VEGYÜLETEK...37 4.2. A KÍSÉRLETEKBEN ALKALMAZOTT ÁLLATOK...37 4.2.1. Az állatok tartása és kezelése...37 4.3. JELZETT NORADRENALIN (NA), DOPAMIN (DA), SZEROTONIN (5-HT) FELSZABADULÁS MÉRÉSE IZOLÁLT PATKÁNY AGYTÖRZSBŐL...37 4.4. NA, DA, 5-HT FELSZABADULÁSÁNAK MÉRÉSE IZOLÁLT PATKÁNY AGYRÉSZLETEKBŐL...38 4.4.1. A preparátumok elkészítése...38 4.4.2. A kísérlet menete és a minták tisztítása...39 4.4.3. Kromatográfiás mérés elektrokémiai detektorral...39 4.5. STATISZTIKAI ANALÍZIS...40 3
5. EREDMÉNYEK...41 5.1. A (-)-deprenil, a PEA és a tiramin enhancer hatása...41 5.1.1. A (-)-deprenil enhancer hatása izolált patkány agytörzsön...41 5.1.2. Egyszeri (-)-deprenil adag enhancer hatása patkányon...45 5.1.3. PEA és tiramin enhancer hatásának bizonyítása izolált patkány agytörzsön...49 5.2. A (-)-metamfetaminnak, a (-)-deprenil anyavegyületének enhancer hatása...50 5.3. A MAO-B bénító hatással nem rendelkező (-)-PPAP enhancer hatása...53 5.4. A triptamin enhancer hatása...56 5.5. A (-)-deprenil és a (-)-BPAP enhancer hatásának sajátos dózis/koncentráció függése. A (-)-BPAP szelektívitása....57 6. MEGBESZÉLÉS...69 6.1. KÖVETKEZTETÉSEK...77 7. KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS...78 8. IRODALOMJEGYZÉK...79 9. AZ ÉRTEKEZÉS TÉMÁJÁBAN MEGJELENT SAJÁT KÖZLEMÉNYEK...102 4
ÖSSZEFOGLALÓ DOKTORI (PH.D.) ÉRTEKEZÉS Készült az MTA-SE, Neuropszichofarmakológiai Kutatócsoportjában Témavezető: DR. KNOLL JÓZSEF, AKADÉMIKUS Készítette: Miklya Ildikó ENHANCER ANYAGOK: (-)-DEPRENIL ÉS (-)-BPAP, AZ AGYI NEURONOK KÜLÖNLEGES SERKENTŐI Az indirekt módon ható endogén szimpatomimetikus aminok {β-feniletilamin (PEA), tiramin}, miként tartós hatású szintetikus analógjaik az amfetaminok, erőteljesen fokozzák a katecholaminok kiáramlását a transzmitter raktárakból ( releasing hatás). A 90-es években kiderült, hogy a releasing hatás évtizedekig elfedte a PEA és az amfetaminok fő hatását. Ezek a vegyületek fokozzák az idegingerlés hatására bekövetkező katecholamin és szerotonin kiáramlást, az exocitózist, az agyi neuronokban ( enhancer hatás). A (-)-deprenil (Selegiline, Jumex) volt az első, és máig is az egyetlen klinikumban használt PEA derivátum, mely elvesztette anyavegyületének releasing hatását, de megtartotta az enhancer hatást. Emellett a (-)-deprenil volt az elsőként leírt szelektív MAO-B bénító és e hatás alapján került a figyelem középpontjába. A (-)-deprenil enhancer hatása független a MAO-B enzim bénító hatásától, mert egy olyan (-)-deprenil analóg vegyület, a (-)-PPAP is enhancer hatású, mely már nem rendelkezik MAO gátló tulajdonsággal. Ezenkívül más MAO gátlók, mint a klorgilin (a MAO-A szelektív bénítója) és a lazabemid (a MAO-B szelektív bénítója) nem rendelkeznek enhancer hatással. További kutatások bizonyították, hogy az endogén indol-analóg triptamin is hatékony enhancer vegyület. Ez a felismerés vezetett egy olyan triptamin analóg, a (-)-BPAP kidolgozásához, mely hatékonyabb és szelektívebb mint a (-)-deprenil. A (-)-deprenil enhancer hatásának köszönheti, hogy lassítja a szexuális és a tanulási képesség korfüggő csökkenését, meghosszabbítja az élettartamot és szignifikánsan csökkenti a Parkinson és Alzheimer kór progresszióját. A (-)-BPAP, kísérleteink szerint várhatóan minden tekintetben hatékonyabb lesz mint a (-)-deprenil. (Arch int Pharmacodyn Ther 328:1-15, 1994; Life Sci 56:611-20, 1995; 58:817-27, 1996; 58:2101-14, 1996; Br J Pharmacol 128:1723-32, 1999; Life Sci 67:765-73, 2000) 5
SUMMARY PH.D. THESES Prepared under guidance of PROF. KNOLL JÓZSEF M.D., D. SC., in the Neuropsychopharmacological Research Unit of the Hungarian Academy of Sciences, in 2002 Miklya Ildikó ENHANCER SUBSTANCES: (-)-DEPRENYL AND (-)-BPAP, THE SPECIFIC STIMULATORS OF THE BRAIN NEURONS β-phenylethylamine (PEA) and tyramine, the endogenous indirectly acting sympathomimetic amines, like their long acting synthetic analogues, the amphetamines, are generally accepted to be releasers of catecholamines from their storage sites ( releasing effect). It was shown in the early 90s that the releasing effect obscured for decades the main effect of PEA and the amphetamines. These substances are highly potent enhancers of the impulse propagation mediated release of catecholamines and serotonin in the brain ( enhancer effect). (-)-Deprenyl (Selegiline, Jumex) was the first, and is still the only clinically used PEA/amphetamine-derivative which lost the releasing effect but preserved its enhancer effect. (-)-Deprenyl was also the first described selective inhibitor of MAO-B and the international attention was primarily focused on this effect of the drug. The enhancer effect of (-)-deprenyl is independent from the MAO-B inhibitory effect, as proved by a (-)-deprenyl analogue, (-)-PPAP, which is an enhancer substance, but not an MAO inhibitor. Furthermore, clorgyline (selective inhibitor of MAO-A) and lazabemide (selective inhibitor of MAO-B) are devoid of enhancer effect. Further studies revealed that the endogenous indol-derivative, tryptamine is a potent enhancer substance, too. This led to the development of a tryptamine-analogue, (-)-BPAP, a highly selective and much more potent enhancer substance than (-)-deprenyl. Due to its enhancer effect (-)-deprenyl was found to slow the age-related decay of behavioural performances, to prolong life and to slow the progression of Parkinson s and Alzheimer s diseases. (-)-BPAP is now a candidate to surpass the clinical efficiency of (-)-deprenyl. (Arch int Pharmacodyn Ther 328:1-15, 1994; Life Sci 56:611-20, 1995; 58:817-27, 1996; 58:2101-14, 1996; Br J Pharmacol 128:1723-32, 1999; Life Sci 67:765-73, 2000) 6
RÖVIDÍTÉSEK (-)-A (-)-amfetamin MAO monoamino oxidáz ACh acetilkolin MAO-A monoamino oxidáz-a AF64A etilkolin-mustár-aziridium MAO-B monoamino oxidáz-b (-)-BPAP MPTP R-(-)1-(benzofurán-2-yl)-2- propilaminopentán 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6,- tetrahydropiridine DA dopamin NA noradrenalin 6-OHDA 6-hidroxi-dopamin NO nitrogén oxid DAT dopamin traszporter NOS nitrogén-oxid-szintáz DHBA 3,4-dihidroxi-benzilamin PEA β-feniletilamin DMS dezmetilselegilin (-)-PPAP 1-fenil-2- propilaminopentan DSP-4 β-kloroalkilamin SOD superoxid dizmutáz 5-HT szerotonin (5-hidroxitriptamin) TA trace aminok ( nyom-aminok ) (-)-MA (-)-metamfetamin 7
1. BEVEZETÉS BEVEZETÉS Minden ember méltó, produktív, hosszú életet szeretne élni annak ellenére, hogy individuális adottságaink, képességeink igen eltérőek. Az ehhez szükséges hajtóerő tulajdonképpen mindenkiben ott lakozik, de egyfelöl az életkörülmények függvénye, hogy mi valósulhat meg, másfelől még alig tudunk valamit a hajtóerők valódi élettani mechanizmusáról ahhoz, hogy kellően befolyásolni tudjuk. E problematikával kezdett foglalkozni Knoll József már az 1950-es évek elején. Patkányok célorientált viselkedésének mechanizmusát elemezve arra a következtetésre jutott, hogy a hajtóerő fiziológiai lényege egy az agytörzsi és agykérgi neuronokban még ismeretlen specifikus aktivációs mechanizmus működése [81]. E mechanizmust csak 30 évvel később sikerült pontosan tisztáznia és enhancer regulációként leírnia [103]. Az enhancer reguláció tisztázásához vezető úton döntő fontosságú szerepe lett annak a vegyületnek, melyet Knoll 1964-65-ben dolgozott ki munkatársaival [78, 79]. A vegyület (-)-deprenil (Selegilin, Jumex, Eldepryl) néven vált nemzetközileg ismertté. A (-)-deprenil a magyar gyógyszerkutatás XX. századi történetének egyetlen originális vegyülete, mely az egész világon használt gyógyszerkincs része, minden kézikönyv részletesen tárgyalja, forgalma a világon évről évre ma is növekszik. Világhírét az alapozta meg, hogy a (-)-deprenil volt az első szelektív B típusú monoaminooxidáz (MAO-B) enzim bénító, így a kutatás referens vegyületévé vált. A (-)-deprenilnek ezt a tulajdonságát leíró első Knoll József és Magyar Kálmán által írt cikk [82] megjelenése után 10 évvel Citation classic lett. A (-)-deprenilt Eldepryl néven Európában az 1980-as évek elején, az USA-ban pedig, első magyar vegyületként, 1989-ben vezették be, először Parkinson kór, később Alzheimer kór kezelésére [15, 122, 138, 157, 175, 181]. A (-)-deprenil iránti érdeklődés, noha a vegyület már közel 40 éve ismert, még egyre növekszik. Ezt bizonyítja a referált cikkek számának állandó időbeli növekedése. 8
BEVEZETÉS 1964-1965 2 cikk 1966-1982 kb. 20 cikk/év 1983-1991 kb. 130 cikk/év 1992-1996 kb. 220 cikk/év 1997-től több mint 300 cikk/év Az irodalmi háttér című fejezetben részletesen bemutatott komplex hatásmód mellett, vagy azok összeségének magyarázatára, a (-)-deprenil rendelkezik egy új tulajdonsággal, melyet a mechanizmus felismerője (Knoll) enhancer hatásnak nevezett [93, 95, 129], miszerint egyedülálló hatásmóddal stimulálja az agytörzsi neuronok ingerlékenységét. Ez a sajátos agytörzsi stimuláció, mellyel ismert gyógyszerek nem rendelkeznek, magyarázatot adhat a (-)-deprenilnek a világirodalomban mostanáig leírt sokféle hatására: 1. antidepresszív hatású [186] 2. neurodegeneratív betegségekben hatékony gyógyszer [15, 122, 138, 157, 175, 181] 3. kivédi számos neurotoxin hatását [30, 44, 64, 83, 111, 149] 4. szabadgyökök semlegesítését (scavanger funkció) fokozza [28, 87] 5. sejtek sérülés utáni károsodásának helyreállítását segíti [3, 143] 6. antiapoptotikus hatású [176] 7. lassítja a sexuális és tanulási teljesítmény kor-függő csökkenését, így javítja az életminőséget [85] 8. meghosszabítja az élettartamot [87] Munkánkban az eddig rejtve maradt enhancer reguláció, annak fiziológiai jelentősége, továbbá az endogén enhancer hatású vegyületek (β-feniletilamin, tiramin, triptamin), valamint a PEA-származékú szintetikus enhancer vegyületek {(-)-deprenil, (-)-PPAP} és az újonnan kifejlesztett szelektív enhancer hatással rendelkező, triptaminszármazékú enhancer vegyület, a (-)-BPAP, hatásmódja képezték vizsgálataink tárgyát. 9
2. CÉLKITŰZÉSEK CÉLKITŰZÉSEK A (-)-deprenil új hatásmódjának felismerése után fontosnak tartottuk az alábbi problémák kísérletes elemzését: 1./ Az enhancer reguláció működésének bizonyítása patkány központi idegrendszerében és a hatás néhány sajátosságának jellemzése katecholaminerg szerkezetű, ismert szintetikus {szelektív MAO-B bénító (-)-deprenil} és endogén (β-feniletilamin, tiramin) anyagok segítségével. 2./ A (-)-metamfetamin, a (-)-deprenil anyavegyülete és egyik fő metabolitja, enhancer hatásának vizsgálata. 3./ Olyan amfetamin változatú, szelektívebb és hatékonyabb enhancer vegyület, a (-)-PPAP, hatásának analízise, melynek segítségével igazoltuk, hogy az enhancer hatás független a MAO-B enzim bénításától. 4./ A triptamin, mint indol struktúrájú, ismert endogén enhancer anyag hatásának vizsgálata annak bizonyítására, hogy az enhancer hatás nem kötődik a feniletilamin struktúrához. 5./ A (-)-deprenil kémiai szerkezetétől már jelentősen eltérő, de annál sokkal erősebb enhancer hatással rendelkező, szelektív, triptamin-származékú újonnan kifejlesztett vegyület, a (-)-BPAP, sajátos dózisfüggő enhancer hatásának in vivo és ex vivo elemzése. 10
3. IRODALMI HÁTTÉR IRODALMI HÁTTÉR 3.1. AZ ELSŐ ENHANCER ANYAG: A (-)-DEPRENIL Knoll József 45 évi központi idegrendszer működésével, pontosabban az agyi aktiváció és célorientált viselkedéssel kapcsolatos kutatómunkájának eredményeként, az 1990-es évek elején felfedezett egy új, alapvető fiziológiás jelentőségű folyamatot az általa kidolgozott (-)-deprenil segítségével, melyet enhancer hatásnak nevezett el [81, 91, 93, 95]. Enhance, magyarul annyit jelent fokoz, növel, emel. Ez az elnevezés általános jelentésű, de nagyon specifikus jelenséget takar a (-)-deprenil és az azt követő vegyületek hatékonyságának vonatkozásában. Az eddig ismeretlen hatás lényegének megértéséhez röviden tekintsük át a (-)-deprenil keletkezésének és a ma ismert hatásspektrum kialakulásának történetét. 3.1.1. A (-)-deprenil felfedezése A deprenil története az 1960-as évek elején kezdődik, amikor Knoll József kidolgozott egy új fenilalkilamin struktúrát, melynek farmakológiai hatásspektrumát munkatársaival analizálták. Az 1963-ban befejeződött szerkezet-hatás összefüggés elemzés eredményei alapján 30 vegyületből az E-250 kódnévvel jelölt, később (-)-deprenilnek nevezett anyagra esett a választás (1. ábra), mert ez a vegyület egyszerre rendelkezett az amfetamin jellegű pszichostimuláns hatással és a pargilinra jellemző erős MAO bénító tulajdonsággal is. Azonban az amfetamintól eltérően a motilitást nem fokozta számottevően és a vérnyomást sem emelte, hanem süllyesztette a patkányokon végzett kísérletekben [78, 79]. Knoll az anyag ezen unikális viselkedése alapján választotta ki a vegyületet gyógyszerré fejlesztésre és ez a paradox viselkedés volt a kiindulópontja annak a kutatásnak, mely a (-)-deprenil későbbi sikeréhez vezetett. 11
IRODALMI HÁTTÉR 1. ábra CH 3 CH 3 CH 2 CH N CH 2 C CH HCl dl-fenilizopropilmetilpropinilamin HCl (E-250, (±)-deprenil, selegilin) Az E-250 ugyanis olyan pszichostimuláns hatással rendelkezik, mely független az amfetamin és a metamfetamin katecholaminokat felszabadító hatásától. Ebben már megmutatkozott a (-)-deprenil sajátos, új típusú hatása, de ennek pontos tisztázására csak a 90-es évek elején került sor. Kezdetben csak a vegyület antidepresszív hatását vizsgálták, és a klinikai vizsgálatok eredményeként már 1965-ben bizonyítást nyert, hogy a (-)-deprenil kedvező hatású depresszióban [186]. 3.1.2. A (-)-deprenil hatása pszichiátriai kórképekben Az 1964/1965-ben megjelent cikkekben közölt adatok nyitották meg az utat az új hatásspektrumú MAO bénító antidepresszívumként történő bevezetésére. Bár e hatást a későbbiekben megerősítették [126, 142], a (-)-deprenil mégsem e tulajdonsága alapján vált ismert gyógyszerré. Mintegy 40 év telt el azóta, és a pszichofarmakológia fejlődésével és a (-)-deprenilről azóta összegyűlt ismereteink alapján, a vegyület ismét az érdeklődés középpontjába került mint pszichofarmakon. Depresszióban [49, 118, 131, 171], anxietásban, epilepsziában [53, 56, 115], negatív tünetekkel járó schizophreniában [13, 55, 144, 145], Tourett szindrómában [70, 72] újra vizsgálják hatékonyságát. A depresszió kialakulásáért részben a noradrenerg és szerotonerg rendszer deficitjét teszik felelőssé. Ezért a monoamin-teória alapján többek között a MAO bénítók is szóba jöhetnek a kórkép terápiájában. A (-)-deprenilnek 30-40-60 [118, 171] és 10 mg-os 12
IRODALMI HÁTTÉR [49, 131, 142] napi dózisai mellett írtak le igen kedvező hatásokat a három hétnél tovább tartó kettős-vak, placebo-kontrolos kezelések során endogén, atípusos és öregkori depresszióban. A (-)-deprenil egereken végzett kísérletekben 10, 20 és 40 mg/kg mennyiségben szignifikáns antikonvulzív hatást mutat a pentilentetrazol (PTZ)-okozta és elektroshockkal kiváltott konvulzióval szemben. A litium-pilocarpin által létrehozott status epilepticust azonban nem tudja kivédeni. Kombinációban alkalmazva 10 mg/kg (-)-deprenilt, 1 mg/kg szubprotektív dózisú diazepammal és 10 mg/kg phenitoinnal potencírozott antikonvulzív hatást nyújt. Ezenkívül, a (-)-deprenil meggátolja az antikonvulzív terápiában használatos milacemid lebomlását, amely GABA- és glicintermelődését serkentő anyag. Az eredmények alapján a szerzők a (-)-deprenilt adjuváns antiepileptikus terápiára javasolják [53, 56, 115]. Már bizonyított tény, hogy negatív szimptómás schizophreniás betegek centrális dopaminerg, szerotonerg és noradrenerg aktivitása csökkent, mely struktúrális agykárosodásokhoz vezethet (kortikális atrófia vagy megnövekedett ventrikulum). A MAO bénítók, így a (-)-deprenil is csak a negatív tünetekkel járó schizophreniában hatásosak az atipusos antipszichotikumok mellett [12, 13, 55, 146]. A (-)-deprenilt hatékonynak találták még a neuroleptikumok által okozott parkinsonizmusban is hat hétig adagolt 10 mg-os napi dózisban [49, 147]. A Tourett szindróma neurokémiai háttere még nem igazán ismert, de az tény, hogy számos olyan gyógyszer, mely a dopaminerg illetve a szerotonerg tónust fokozza a központi idegrendszerben, hatékony lehet a kórképben. Így Tourett szindrómában megjelenő ADHD-ben (attention deficit hyperactivity disorder - hiperaktivitással együttjáró figyelemhiány) a (-)-deprenil is számottevő mellékhatás nélkül, biztonságosan alkalmazható [70, 72]. A fentiek alapján elmondhatjuk, hogy a pszichiátriában és a pszichofarmakológiában a (-)-deprenilnek többnyire csak nagy dózisainak hatását vizsgálják. A szükségesnél 13
IRODALMI HÁTTÉR nagyobb mennyiség adása azonban nem szerencsés választás, mert minden gyógyszer elveszti szelektivitását és nem specifikus hatások is felléphetnek nagyobb dózistartományokban [99, 101]. Ezen túlmenően, a pszichét tekintve sokkal nagyobb individuális különbségeket találunk, tehát az úgynevezett átlag dózis helyett finomabb, árnyaltabb terápiára van szükség. Munkánk során többek között azt is bizonyítottuk, hogy a (-)-deprenil dózisát is nagy gondossággal kell kiválasztani, mert a vegyület komplex hatással rendelkezik, és az adag nagyságától függően más és más hatásokat észlelhetünk. Állatkísérletekben a (-)-deprenil például 10 mg/kg-ban MAO-A, 0.25 mg/kg-ban MAO-B bénító, míg mikromoláris nagyságrendben az újonan felismert enhancer hatást fejti ki. A (-)-deprenil többirányú pszichiátriai alkalmazását az teszi lehetővé, hogy a vegyület a központi idegrendszerben számos eddig ismert és ismeretlen biokémiai, fiziológiai folyamatot befolyásol. Elsőként azonban a szelektív MAO-B enzim bénításával vált világszerte ismertté mint: Anipryl, Cyprenyl, Eldepryl, Eprenyl, Jumex, Movergan, Plurimen, Selegil készítmény. 3.1.3. A (-)-deprenil szelektív MAO-B enzim bénító hatása Zeller 1938-ban monoamin oxidáznak (MAO) nevezte el azt az enzimcsoportot, mely a monoaminok oxidatív dezaminálásáért felelős [193]. A MAO (amine: oxigén oxidoreduktáz, EC 1.4.3.4.) a mitokondriális külső membránon található meg [69, 161, 184] és az erythrociták kivételével jelen van szinte minden emlős sejtben. A MAO fontos szerepet játszik a monoaminok (feniletilamin, tiramin, noradrenalin, dopamin, oktopamin, szerotonin, triptamin, metilhisztamin) intracelluláris koncentrációjának szabályozásában és mind az exogén, mind az endogén aminok inaktíválásában. 14
IRODALMI HÁTTÉR Az enzim egy 8-alfa-ciszteinil-flavin-adenin-dinukleotid (FAD) tartalmú, 100.000 dalton molekula méretű fehérje, mely az alábbi oxidatív deaminációt katalizálja [107, 110]: RCH 2 NH 2 + E-FAD RCH = NH + E-FADH 2 RCH = NH + H 2 O RCHO + NH 3 E-FADH 2 + O 2 E-FAD + H 2 O 2 A folyamat során keletkezett aldehid alkohollá alakul, a hidrogén-peroxidot pedig normál körülmények között a glutation rendszer eliminálja, kataláz jelenlétében vízzé alakul, patológiás körülmények között azonban citotoxikus szabadgyököt képez [46]. Az enzimnek jelenleg két funkcionálisan különböző formája ismert: MAO-A és MAO-B. A két enzim forma felfedezése gyakorlati jelentőségű is, mivel nem homogén módon oszlanak el a szövetekben. Az ember szervezetében a májban a legnagyobb az enzim aktivitása, itt megközelítően egyenlő arányban van jelen a két izoenzim. Az A típusú enzim 75%-a az intenstinumban, míg a B típusú enzim 70%-a az agyban található. Patkány agyban azonban a MAO-B enzim teljes aktivitásának csak 45%-a mérhető. Humán agyban főleg a hypothalamusban és a nigrostriatalis rendszerben található, de fellelhető a frontalis cortexben, hippocampusban és a thalamusban is. A MAO-A enzim humán agyban elsősorban a noradrenerg neuronokban található meg, mint például a locus coeruleusban, a MAO-B pedig inkább a 5-HT tartalmú neuronokban. A glia sejtek azonban mindkét enzimet tartalmazzák [104, 137, 151, 160]. A kétféle enzim között 70%-os szerkezeti homológia van [6, 109], de gátolhatóságukban és szubsztrát specificitásukban különböznek egymástól. Legfontosabb szubsztrátjai a neurotranszmitterek és neuromodulátorok (3.1.3.1. táblázat). 15
IRODALMI HÁTTÉR 3.1.3.1. táblázat: A MAO-A és MAO-B enzim szubsztrátjai [110] MAO-A MAO-B MAO-A és MAO-B Szerotonin Oktopamin Adrenalin Noradrenalin Benzilamin Feniletilamin Metilhisztamin n-acetilputreszcin MTPT n-fenilamin Decilamin Oktilamin Milacemid Dopamin Triptamin Tiramin 3-metoxi-tiramin Kinuramin A kétféle enzim létezésének bizonyítása Johnston nevéhez fűződik, aki kidolgozta a klorgilint, és hatását vizsgálva észlelte, hogy az rendkívül erősen gátolta a szerotonin bontását, ugyanakkor csak igen nagy adagokban befolyásolta a benzilaminét. A klorgilin-érzékeny enzimet nevezte MAO-A-nak a másikat MAO-B-nek [73]. Ma is ez a nómenklatúra az elfogadott. Hiányzott azonban egy olyan gátlószer, mely a B-típusú enzimet gátolta volna. A MAO-bénítók megjelenése az 50-es évek végén nagy áttörést jelentett a pszichofarmakológiában, használatukat azonban korlátozta jellegzetes mellékhatásuk. A jelenség okát Blackwell ismerte fel [17, 18]. Rámutatott arra, hogy MAO bénítóval kezelt betegen, mivel a táplálékban lévő tiramin nem bomlik el a bélben, a tiraminban gazdag táplálék (sajt, csokoládé) fogyasztása fokozott NA kiáramláshoz vezet a noradrenerg raktárakból, ezért a vérnyomás emelkedik, akár végzetes kimenetelű hipertóniás krízis is felléphet [108]. Ez a sajt-reakció -nak nevezett mellékhatás korlátozta a MAO-bénítók további klinikai alkalmazását. 16
IRODALMI HÁTTÉR A (-)-deprenil megjelenése viszont új lendületet adott a MAO bénítók további kutatásának. A (-)-deprenil volt a MAO-B enzim első szelektív bénítója [82], de ma már számos B típusú enzimet szelektíven bénító vegyület létezik (3.1.3.2.táblázat). 3.1.3.2. táblázat: A MAO-A és MAO-B enzim néhány ismertebb szelektív és nem szelektív bénítója [110] MAO-A szelektív bénítói MAO-B szelektív bénítói Nem szelektív bénítók klorgilin moclobemid brofaromin (-)-deprenil lazabemid fludepryl MDL72974a pargilin isocarboxazid fenelzin Az irreverzibilis MAO bénítók hatásmódjának lényege, hogy az enzim flavincsoportjával a vegyület valamely specifikus csoportja, például egy hidrazid- vagy propargil-gyök, kovalens kötésbe lép és így az enzim irreverzibilisen inaktíválódik. Aktivitás tehát csak az új enzim szintézise után térhet vissza [84, 166]. A (-)-deprenil kis dózisban (0.25 mg/kg) szelektív MAO-B bénító, nagyobb dózisban (10 mg/kg) pedig már a MAO-A enzimet is irreverzibilisen bénítja [84]. Hatása sztereospecifikus. A balra forgató (-)-deprenil hatékonyabb, mint a jobbra forgató (+)-deprenil [90]. Dezalkilációs metabolizmusa során nem történik inverzió vagy racemizáció [173]. 3.1.4. A (-)-deprenil főbb metabolikus útjai A (-)-deprenil metabolizmusa főleg a májban történik a mikroszomális citokróm P-450 rendszeren keresztül, de sokkal kisebb mennyiségben végbemegy a tüdőben és a vesében is. Ahogy a 3.1.4.1. ábra mutatja, metabolizmusa során csak balra forgató termékek keletkeznek [65, 74]. Első lépésben dezmetilselegilinné (DMS) 17
IRODALMI HÁTTÉR (norselegilinnek is nevezik) és L-(-)-metamfetaminná alakul (L-MA). A DMS tovább alakul L-(-)-amfetaminná (L-A). Következő lépésben mind az L-A, mind a L-MA parahidroxilált metabolittá alakul. Az L-MA mindhárom szövetben kimutatható metabolit patkányban, de az L-A csak a májban detektálható. Szex és strain különbségek fordulnak elő a máj-metabolizmus során. Hím patkányokban a máj-metabolizmus kétszer olyan gyors, mint nőstényekben [57, 74, 117, 191, 192]. Selegilin L-(-)-dezmetilselegilin L-(-)-metamfetamin L-(-)-amfetamin L-(-)-hidroximetamfetamin L-(-)-hidroxiamfetamin további metabolitok 3.1.4.1. ábra. A (-)-deprenil főbb metabolikus útjai [65, 74] Annak ellenére, hogy a (-)-deprenil egy metamfetamin származék és amfetaminná illetve annak származékaivá metabolizálódik, függőség nem alakul ki a vegyülettel szemben terápiás dózisban és az amfetaminra, metamfetaminra jellemző központi idegrendszeri hatásokat sem váltja ki. Az évekig tartó alapos DATATOP study -ban sem észleltek fizikai dependenciát és elvonási tüneteket a gyógyszer tartós szedése során és a (-)-deprenil csak igen nagy dózisú alkalmazásánál, nyílván a metabolitok miatt, figyelhető meg stereotíp viselkedés [134, 138, 163, 182, 183, 188, 189]. 18
IRODALMI HÁTTÉR Mivel a (-)-deprenil nem rendelkezik az amfetaminokra jellemző transzmitter kiáramlást okozó tulajdonsággal, Knoll szerint ennek köszönhető, hogy hozzászokás nélkül, biztonságosan használható smart drug [103]. Általános gyakorlat az, hogy a sikeres gyógyszert a szabadalmi védettség lejárta után, tisztán anyagi okok miatt, egy hasonló újjal ( me-too drug ) gyorsan megpróbálják pótólni. Ez a (-)-deprenil esetében nagy cégek próbálkozásai ellenére máig nem sikerült. Ennek oka, hogy csak a (-)-deprenillel versenyképes új szelektív MAO-B bénító kidolgozására törekedtek. Újabb szelektív MAO-B bénítót ugyan találtak, de a (-)-deprenil klinikai sikerének titka, hogy ma az egyedüli enhancer hatású gyógyszer, és csak egy jobb enhancer követheti eredményesen a (-)-deprenilt a klinikumban [101]. Ma a (-)-deprenilt elsősorban Parkinson kór és az Alzheimer kór kezelésére használják, de hatékonysága a neurodegeneratív betegségekben minden bizonnyal enhancer hatásának köszönhető [91]. 3.1.5. A (-)-deprenil hatása neurodegeneratív betegségekben 1960 óta ismert, hogy a Parkinson kóros beteg striatumában 30% alá csökken a dopamin mennyisége [39]. Hornykiewitz e felfedezése alapján, Birkmayer, korának egyik legnevesebb neurológusa, először adott levodopa formájában dopamint parkinsonos betegeknek a hiány pótlására. A levodopa gyakori mellékhatásai miatt a dózis csökkentése érdekében megpróbálták MAO-bénítóval együttadni a levodopát. Ez az út azonban járhatatlan volt, mert a kombináció hipertóniás reakciókhoz vezetett. Birkmayer a (-)-deprenil megjelenése után az 1962-ben abbahagyott kísérleteit újrakezdte, mivel már ismerte a (-)-deprenil sajt-reakcó -tól mentes hatását. Az eredmény a várakozásnak megfelelő volt, így a (-)-deprenilt sajátos hatásspektruma alapján bevezették a Parkinson kór kezelésére 1975 után, majd gyorsan elterjedt először Európában [16], majd világszerte. 19
IRODALMI HÁTTÉR Az USA-ban csak jó 10 éves késéssel fogadták el, hogy a (-)-deprenil biztonságos vegyület, mentes a MAO-bénítók szokásos mellékhatásaitól. 1989-ben nagyarányú klinikai felmérés (DATATOP Study; 800 beteg, 23 amerikai és 5 kanadai klinika) eredményeként igazolták a farmakológiai kutatásokból levont következtetéseket. Bizonyították, hogy újonnan diagnosztizált, kezeletlen Parkinsonos betegeken a (-)-deprenil lassítja a nigrostriatalis dopaminerg rendszer hanyatlását és a (-)-deprenillel kezeltek később igényelnek levodopát [138, 139, 140, 181]. Ezért frissen diagnosztizált parkinsonos betegek kezelését ma világszerte (-)-deprenil monoterápiával kezdik. A DATATOP Study eredményeit megerősítő multi-center klinikai vizsgálatokat végeztek még Franciaországban [1], Finnországban [133], Norvégiában és Dániában [113] is. Ma már ismert, hogy az idősődő emlős szervezetben lassan, egyenletesen csökken a striatalis dopamin mennyisége. Emberen a 45. életév után tíz évenként átlagosan 13% a csökkenés mértéke. Akinél a hanyatlás gyorsabb, még életükben túllépik a kritikus 30%-os határt és a Parkinson kór tünetei jelentkeznek [150]. Parkinson kórban a kezdeti (kompenzatórikus) dopamin-receptorszám növekedését követően a striatális dopaminerg neuronok degenerációja következik be. Ekkor az emelkedett dopamin lebontása H 2 O 2, majd reaktív OH-gyökök fokozott képződéséhez vezet. Ugyanezt a folyamatot 6-OH-dopaminnal és MPTP-vel is szimulálni lehet, melyek a striatalis dopaminerg neuronok elpusztításával parkinsonismushoz vezetnek. Ezen hatások ellen védhet a dopamin transzport gátlása mazindollal, az NMDA receptorok gátlása dizocilpin maleáttal, az agyi neurotrofikus faktorok adagolása, antioxidánsok és a MAO-B gátlása. Ez utóbbi a neurotrofikus hatása révén a leghatásosabb [38]. Az első cikkek, melyek a (-)-deprenilt Alzheimer kórban is hatásosnak találták 1987-ben jelentek meg [122, 17]. Az erre vonatkozó első multi-center tanulmány 1997-ben jelent meg, melyben kettős-vak, placebo-kontrolos, randomizált klinikai vizsgálatokkal tanúsították, hogy 341 közepesen súlyos Alzheimer kórban szenvedő beteg állapotát (-)-deprenil kezeléssel szignifikánsan javították, a betegség progresszióját lassították, továbbá csökkentették a senilis/amiloid plakkok számát, a 20
IRODALMI HÁTTÉR neurofibrilláris degenerációt [157]. Pozitív hatásában a kolinerg neuronok aktivitásának fokozódását feltételezik [141]. Figyelemreméltó ebből a szempontból, hogy a szelektív nagyhatású enhancer vegyület, a (-)-BPAP, erősen fokozza tenyésztett hippocampalis kolinerg neuronok aktivitását [100]. Knoll már 1992-ben rámutatott arra, hogy a (-)-deprenil terápiás hatásának lényege nem a MAO-B enzim bénítása, hanem a nigrostriatalis dopaminerg neuronok sajátos hatásmóddal történő serkentése, melynek pontos mechanizmusa akkor még ismeretlen volt [91]. Ma már bizonyított tény, hogy az enhancer hatás, amint ezt a későbbiekben bemutatott (-)-BPAP-val végzett kísérleteink is igazolják, nemcsak a katecholaminerg és szerotonerg agytörzsi neuronokon, de a hippocampalis kolinerg neuronokon is kimutatható [100]. 3.1.6. A- (-)-deprenil kivédi különböző neurotoxinok degeneratív hatását A (-)-deprenilnek a neuroprotektív hatása kimutatható számos neurotoxinnal (MPTP, 6-OHDA, DSP-4 és AF64A) szemben. E hatásokért csak részben felelős a MAO-B enzim bénítása. AZ MPTP DOPAMINERG RENDSZERT KÁROSÍTÓ HATÁSA Az első cikk 1977-ben írta le gyógyszerfüggésben szenvedők parkinsonos tüneteit (extrapiramidális szindróma, jellegzetes hipokinézia, rigiditás, tremor), majd többen igazolták azt utánvizsgálatokban [7, 19, 33, 105, 111, 112, 168,]. Először a hosszantartó levodopa terápiának tulajdonították a mellékhatásként megjelenő tüneteket, de később kiderült, hogy ezek a betegek meperidint szedtek, mely szennyezésként tartalmazott 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6,-tetrahydropiridine-t (MPTP) és ez az anyag volt felelős a megjelenő parkinsonos tünetekért. Mivel a rágcsálók ugyanolyan érzékenyek MPTP-re, mint az ember, farmakológiája jól vizsgálható. A 3.1.6.1. ábra szerint nem az MPTP váltja ki közvetlenül a neurotoxikus hatást, hanem annak a MAO-B enzim által transzformált MPP + származéka [29], mely 21
IRODALMI HÁTTÉR elsősorban a katecholaminerg rendszerben, különösképpen a dopaminerg rendszerben koncentrálódik [71]. Neuropathológusok azt találták, hogy az MPTP, illetve annak metabolitja, károsítja a substantia nigrát, de a mesolimbikus rendszert nem [25, 112, 121]. Az MPP + az aktív felvevő mehanizmussal, dopamin transzporterrel (DAT) jut be a sejtbe és a mitokondriális külső membránon akkumulálódik [145], ahol az oxidatív foszforilációs mechanizmuson keresztül kiváltja a sejtpusztulást [130, 135]. Az MPTP neurotoxikus származéka idősebb állatokban nagyobb mértékben képes a striatalis dopaminszintet csökkenteni, mint fiatalabbakban, mert azokban nagyobb a MAO-B enzim aktivitása. MAO-B gátlók alkalmazásakor eltűnik a különböző korú állatok között tapasztalható különbség [45]. 3.1.6.1. ábra. Az MPTP okozta toxicitás dopaminerg neuronon és a (-)-deprenil neuroprotektív hatásának lehetséges mechanizmusa [65]. MPTP MPDP + MPP + Dopaminerg neuron MAO-B MAO-B uptake uptake Mitokondrium NADH-ubiquinone (complex 1) vagy nem enzimatikus Neuromelanin ATP N + + N N CH 3 CH 3 CH 3 (-)-deprenil lehetséges hatáshelyei Az úgynevezett MPTP-parkinsonizmus kivédhető szelektív és nem szelektív MAO-B bénítókkal. A (-)-deprenil igen hatásos, de a MAO-A enzimet gátló klorgilin hatástalan. Szintén védelmet nyújtanak a toxin ellen az uptake gátlók, mint a nomifensin és a 22
IRODALMI HÁTTÉR mazindol [125]. A mazindol gátolja a dopamin transzportert. A (-)-deprenil toxicitást védő hatását erősíti még az is, hogy meggátolja a DA+MPP + oldhatatlan komplex kialakulását [50]. További bizonyíték még a (-)-deprenil MPTP elleni védő hatása mellett, hogy a toxin által okozott centrális hypotermiát is sikeresen gátolja [158, 159]. Azonban igencsak kiemelendő szempont az, hogy a (-)-deprenil neuroprotektív hatása még akkor is kimutatható volt, ha az MPTP kiváltotta toxikus károsodást csak 3 nap múlva kezdték gátolni 3 héten át tartó 0.25 mg/kg dózisú kezelésekkel [176]. Az MPTP egy igen értékes eszköz az antiparkinson szerek kutatásában, de a legcélravezetőbb egy endogén toxin alkalmazása [27, 67, 174]. Ilyen MPTP analóg endogén neurotoxin a tetrahidroisquinolin (TIQ), mely szintén parkinsonos tüneteket idéz elő. A (-)-deprenil kivédi a TIQ neurodegeneratív hatását is [52]. A 6-OH-DOPAMIN NEUROTOXIKUS HATÁSA A 6-hidroxi-dopamin (6-OHDA) a dopaminerg pályák károsítására a leggyakrabban alkalmazott toxin, melyet főleg Parkinson kór modellezésére használnak állatkísérletekben. Ilyen célú alkalmazását az is indokolja, hogy a neurotoxin Parkinson kóros betegek vizeletéből kimutatható [2]. A 6-OHDA által okozott nigrostriatalis dopaminerg lézió a hidrogén-peroxid, szuperoxid és hidroxil gyökök felszaporodásának köszönhető [54, 63, 154]. 6-OHDA-nal kezelt állat striatumaból fokozódik az acetilkolin (ACh) kiáramlása, mivel a nigrostriatalis dopaminerg neuronok élettani hatása, hogy gátolják a kolinerg neuronok működését a striatumban. A (-)-deprenil egyszeri nagy dózisa, vagy kis dózis 3 hétig adva normalizálja az ACh szintet. Még az 5 mg/kg (-)-deprenillel történt előkezelés is képes megakadályozni a 6-OHDA hatására létrejött fokozott ACh releaset [62, 83, 87]. A (-)-deprenilnek ez a 6-OHDA-nal szemben kimutatott védő hatása volt az első bizonyíték a vegyület neuroprotektív hatékonyságára. Nomifensin és racém amfetamin, (-)-deprenilhez hasonlóan, szintén védi a 6-OHDA hatást, míg a klorgilin tovább növeli az ACh kiáramlását. Így feltételezhető, hogy a 23
IRODALMI HÁTTÉR (-)-deprenil gátolja a 6-OHDA felvételét a neuron preszinaptikus részén. Egy másik bizonyíték a (-)-deprenil 6-OHDA toxikus hatásával szembeni védelemre, hogy a 6-OHDA kiváltotta posztszinaptikus túlérzékenységet is gátolja a (-)-deprenil [83]. A DSP-4 NORADRENERG RENDSZERRE KIFEJTETT TOXIKUS HATÁSA A DSP-4 egy β-kloroalkilamin {N-(2- chloroethyl)-n-ethyl-2-bromobenzilamin HCl}, melynek predilectiós helye a locus coeruleus noradrenerg végződései. Egyik támadáspontja a dopamin-β-hidroxiláz enzim, a másik viszont a NA uptake mechanizmus. Mindkét helyen szelektív, tartós gátlást hoz létre. A központi idegrendszerben akár 1 hónapig is fennálló NA depléciót okozhat [112]. Patkányban és egeren egyszeri ip. DSP-4 injekció gyorsan és tartósan kiüríti a noradrenalint a cortexből, hippocampusból, cerebellumból és a gerincvelőből is. Az irreverzibilis MAO-B enzim gátló (-)-deprenil (10 mg/kg) kivédi a DSP-4 toxicitást ha a toxikus anyag előtt 1 órával adjuk be és 50%-os védelmet kapunk, ha 24 órával korábban kezeljük az állatot. Más irreverzibilis MAO-B gátlók, mint például az MDL 72974, nem rendelkeznek ezzel a hatással [14, 44]. A DSP-4 fiziológiás körülmények között ciklizálódik egy aziridium formává, azonban az még nem ismert, hogy a MAO-B enzim szerepet játszana ebben a biotranszformációban. Feltételezhető, hogy inkább a (-)-deprenil uptake gátló hatása gátolja meg a DSP-4 toxikus hatását [65, 115]. A KOLINERG RENDSZER NEUROTOXINJA, AZ AF64A Az AF64A egy etilkolin-mustár-aziridinium, mely icv. kezelés után 4 hét múlva szelektíven és irreverzibilisen károsítja a hippocampalis kolinerg neuronokat. Szignifikánsan csökkenti ezen a területen az ACh bioszintézisében részt vevő kolin-acetil-transzferáz és a katabolikus acetilkolin-észteráz enzim aktivitását, viszont erőteljesen fokozza a MAO-B enzim aktivitását. A szelektivitását mutatja, hogy a 24
IRODALMI HÁTTÉR neostriatumban ez a hatása elmarad. A neurotoxin nem csökkentette a hippocampusban található muszkarin receptorok M 1 -es altípusának denzitását, ellentétben az M 2 receptorokéval, melyeknek sűrűségét csökkentette. A (-)-deprenil kezelés az összes említett folyamatot megfordította, ellenkezően befolyásolta, azaz ennek a neurotoxinnak is védte a neurodegeneratív hatását [149]. Mivel a (-)-BPAP, mint előbb már szó volt róla, meggátolja hippocampus tenyészeten a β-amiloid toxikus hatását is [100], ez tovább valószínűsíti, hogy az enhancer hatás felelős az agytörzsi kolinerg neuronokon észlelt neuroprotektív hatásokért is. 3.1.7. A (-)-deprenil a sejtek károsodását helyreállítja, csökkenti az apoptosist Neurodegeneratív károsodást az előzőekben bemutatott neurotoxinokon kívűl oxidatív stresszel és excitátoros aminosavakkal (arginin, glutaminsav) is ki lehet váltani. Mindkét folyamatban szabadgyökök keletkeznek, melyeket kóros körülmények között a szervezet nem tud eliminálni és végül egy láncreakció eredményeként a sejt pusztulását hozzák létre. A szabadgyökök olyan molekulák vagy molekulafragmentek (3.1.7.1. táblázat), melyek párosítatlan elektront tartalmaznak, ezért kémiailag rendkívül reaktívak és ennek megfelelően élettartamuk nagyon rövid. Kémiai kötések szakadhatnak szimmetrikusan, amikor a termékek szabadgyökök lesznek, vagy aszimmetrikusan, amikor ionok keletkeznek [35, 36]. A szabadgyök reakciók általában láncreakciók. Szabadgyökök normális körülmények között is léteznek vagy keletkeznek metabolizmus során, melyek celluláris komponensekkel kapcsolódva annak pusztulásához vezetnek, azaz öregítik a szervezetet [38, 141]. 25
IRODALMI HÁTTÉR 3.1.7.1. táblázat: A szabadgyökök formái 1./ Egy párosítatalan elektront tartalmaz (normál állapotban is): nitrogén oxid (NO) nitrogén-dioxid (NO 2 ) 2./ Két párosítatlan elektront tartalmaz (biradikális) molekuláris oxigén (O 2 ) 3./ Gyökionok (egy pozitív illetve egy negatív töltésű szabadgyök): protonált amingyök (NH + 3) szuperoxid aniongyök (O - 2) Szabadgyökök közömbösítésére a sejtek többféle mechanizmussal rendelkeznek: 1./ enzimes védelem a./ szuperoxid aniongyök (O - 2) szuperoxid-dizmutáz (SOD) b./ hidrogén-peroxid (H 2 O 2 ) kataláz glutation-peroxidáz(gp) 2./ antioxidánsok (scavengerek) lipidperoxidáció egyes lépéseit gátolva OXIDATÍV STRESSZ SZEREPE Élő sejtekben az egyik leggyakoribb szabadgyök a szuperoxid anion (O - 2). A szuperoxid inaktíválásában a szuperoxid dizmutáz (SOD) játszik szerepet, melynek két formája létezik: a Cu/Zn tartalmú citosol és a Mn tartalmú mitokondriális enzim. A szuperoxid anionból az SOD hatására közbülső termékként H 2 O 2 keletkezik, mely kataláz hiányában illetve vas-ion (Fe 2+ ) jelenlétében még reaktívabb hidroxil gyökké alakul. A folyamat során keletkező OH fokozza a lipid peroxidációt, károsítja a sejtmembránt, ami DNS károsodáshoz, excitátoros aminosavak felszabadulásához és végül a sejt pusztulásához vezet. A (-)-deprenil kezelés fokozza a SOD dizmutáz 26
IRODALMI HÁTTÉR mindkét formájának aktivitását és a hidrogénperoxid inaktíválásában részt vevő kataláz enzim működését is [28, 87]. A mitokondrialis toxinok által kiváltott sejtmembrán károsodást az antioxidánsok ugyan kivédik, azonban az idejében diagnosztizált Parkinson kór terápiájában a Parkinson Study Group az E vitamint a randomizált, placebo-kontrolos kísérletekben nem találta hatékonynak [139]. feniletilamin dopamin O 2 + OH - + OH MAO-B Fe 3+ Fe 2+ H 2 O 2 SOD 2GSH GSSG 2O - 2 + 2H + 2H 2 O 3.1.7.2. ábra: H 2 O 2 keletkezésének és lebomlásának folyamata [51, 52] EXCITÁTOROS AMINOSAVAK KÁROSÍTÓ HATÁSA Az excitátoros aminosavak citotoxikus hatása több támadáspontú: 1. NMDA, AMPA/kainát-receptorokon keresztül 2. Intracelluláris Ca 2+ szint növekedéssel a. proteázok, lipázok aktíválásával b. mitokondriális energiatermelő mechanizmust károsításával c. NO szintézis fokozásával d. arachidonsav felszabadulás fokozódásával a sejtmembránból e. DNS fragmentációval 27
IRODALMI HÁTTÉR A folyamatban részt vevő NO szabadgyök fokozza a glutamát felszabadulását, mely tovább erősíti a láncreakciót. A NO fiziológiás körülmények között argininből nitrogén-oxid-szintáz (NOS) hatására keletkezik. Az enzimnek egy Ca/Kalmodulin függő, konstitutív és egy Ca/Kalmodulin független indukálható formája létezik. A Ca/Kalmodulin forma által termelt NO neuromodulátorként is viselkedhet. A konstitutív formán belül megkülönböztethető az endoteliális (enos) és a neuronális (nnos) enzim. Az utóbbi feltehetően szerepet játszik a neurodegeneratív folyamatokban [164]. H 2 O, NADPH, BH 4 L-ARGININ NO Nitrogén-oxid -szintáz L-CITRULLINE Ca ++ -Kalmodulin komplex 3.1.7.3. ábra A NO szintézise az L-arginin L-citrulliná konvertálásakor, mely reakciót a nitrogén oxid szintáz katalizál. A folyamat kofaktorai: a tetrahidrobiopterin (BH 4 ) és a NDPH [164]. A (-)-deprenil megváltoztatja a NO szintáz, a szuperoxid dizmutáz (SOD 1,2) bcl-2, bcl-xl, c-jun és a NAD-dehidrogenáz gének expresszióját egyaránt [178]. A KÜLSŐ BEHATÁSOKRA LÉTREJÖVŐ KÁROSODÁSOK A (-)-deprenil 0.005-0.01 mg/kg-os utókezeléssel fokozza az agyi trauma vagy motoneuron axotomia utáni reaktív astrocytozist, az osztódást és a CNTF (ciliary neurotroph factor)-expresszióját egyaránt, és a látóideg átvágását követő retina 28
IRODALMI HÁTTÉR ganglionsejtek pusztulását is mérsékelte az axonok növekedési faktorainak fokozott szintézisével [3, 26, 156]. Az apoptózis ( levélhullás ), mint programozott sejthalál, a természetes folyamatok egyike, mely részben védi a szervezetet az életre képtelen sejtek elszaporodásától, de ha a folyamat kóros körülmények között felgyorsul, a szervezet ellen is fordulhat. Ezért mindenképpen fontos a különböző módon provokált folyamat gátlásának vizsgálata. NGF-fel neuronális irányba differenciálódott PC-12 pheochromocytoma sejtek szérum megvonásra bekövetkező apoptózisát sikeresen gátolta a (-)-deprenil. Ezen kívül a növekedési faktorok elvonásával indukált apoptózist az A-2058 melanoma és PC12 sejtvonalon igen kis koncentrációban (10-9, 10-13 M) csökkentette [172, 177]. A (-)-deprenil a különböző apoptotikus hatásokat a MAO-B gátlástól független módon gyengíti. Ezért részben a lebomlásakor keletkező (-)-desmetildeprenilt teszik felelőssé. PC-12-es sejtvonalon a (-)-deprenil kezelés hatására a mitikondriumok membránpotenciálja nem csökken, amint az apoptotikus folyamatok korai fázisában csökkeni szokott, és egyben a reaktív gyökök eliminálását is indukálja. A (-)-deprenil kezelés nem befolyásolja a MAO enzim expresszióját [178, 179]. 3.1.8. A (-)-deprenil anti-aging hatása Az elmúlt 100 év alatt, a fejlett országokban a higiéne, a kemoterápia és az immunológia korszakos fejlődésének eredményeként az emberek átlagos életkora 55 évről mintegy 80 évre tolódott ki. De nem csak az emberek átlagos élettartama, életszínvonala hanem a társadalomban betöltött szerepük is megváltozott. A kollektív ember egyre inkább átalakul individuális lénnyé, mely természetesen magával hozza a fokozott önmegvalósítási vágyat, amihez elengedhetetlen a célorientált viselkedés a kapott vagy szerzett aktív gócokon keresztül. Ez az aktív góc adja a hajtóerőt, mely fáradhatatlanul űzi az egyént céljának elérése felé és amíg ez munkálkodik, addíg a hanyatlás mint ellenerő nem tud működésbe lépni. 29
IRODALMI HÁTTÉR A (-)-deprenil enhancer hatása éppen a hanyatlás ellen fordul, és attól függően, hogy milyen mértékű volt, vagy szinten tartja, vagy visszafordítja azt. Jól igazolják ezt a Knoll és munkatársai által végzett állatkísérletek eredményei. Fokozza a tanulási képességet [77], növeli a szexuális teljesítményt, ezáltal az életminőséget jó irányba megváltoztatja és így hosszabbítja az élettartamot [87, 88, 89]. Ezt legjobban egy két évig tartó kísérletsorozatban kapott eredmények bizonyítják, melyben 1600 hím patkány közül kiválasztották a szexuálisan legjobban teljesítő, high performing (HP), összesen 99 állatot és a veleszületetten inaktív low performing (LP), összesen 94 állatot. Mindkét csoportban az állatok felét sóval, másik felét 0.25 mg/kg (-)-deprenillel kezelték heti 3 alkalommal. Az állatok tanulási és szexuális teljesítményét élethosszig vizsgálták. A (-)-deprenil kezelés mindkét állatcsoportban szignifikánsan javította a teljesítményt és meghosszabította az élettartamot [94]. Először 1988-ban közölte Knoll, hogy (-)-deprenillel élethosszig kezelt állatok szignifikánsan tovább élnek, mint sóval kezelt társaik [87, 89]. Ezt erősítette meg a fenntebb leírt kísérletsorozat [94]. A (-)-deprenilnek ezt a hatását számos külföldi kutatócsoport utánvizsgálta és megrősítette patkányokon [76, 127], kutyákon [153] és szíriai hörcsögön [169]. Az öregedés folyamata mindezideig pontosan nem ismert. Bizonyos, hogy idő múlásával a szervezet energiája fogy, a rendszer kopik, tehát lassan minden leépül. Ma még az öregedést szükséges rossznak, megfordíthatatlannak tartják. Egyetlen farmakológiai tankönyvben sem találunk még olyan fejezetet, mely az öregedés normális folyamatát lassító (anti-aging) vegyületekkel foglalkozna, noha már számos olyan készítmény áll rendelkezésünkre, a vitaminokon, az ásványi anyagokon, nyomelemeken kívül, melyek az öregedési folyamatot valamilyen módon kedvezően befolyásolják. 30
IRODALMI HÁTTÉR Az öregedés folyamatát értelmezni próbáló elméletek száma már jelentős [8, 24, 58, 61, 103, 128, 152, 194], lásd 3.1.8.1. táblázat. 3.1.8.1. táblázat. Az öregedést értelmezni próbáló mai elméletek ELMÉLET AZ ÖREGEDÉSÉRT FELELŐSSÉ TETT MECHANIZMUS 1. genetikus telomeráz hiányában a telomérek kisebbek 2. neuroendokrin csökkent hypothalamikus kontrol 3. neuroprotektív szabadgyökök, toxikus oxigén 4. membrán csökkent víz és lipid tartalom 5. Hayflick sejtosztódási limit 6. mitokondriális energiatermelés csökken 7. cross-linking keresztkötések cukrok, fehérjék, DNA között tumor 8. enhancer regulációs endogén enhancer anyagok fokozatos csökkenése Az öregedés enhancer-regulációs elmélete abban különbözik a többitől, hogy a (-)-deprenil, mely úgy tűnik az enhancer reguláció serkentésével hat, egyszerre több fontosnak tartott tényezőt befolyásol kedvezően. A (-)-deprenil az első vegyület, mely állatok élettartamát szignifikánsan megnyújtja és azt akár a technikai határ (technical life span, TLS) fölé is emeli [87]. A (-)-deprenilt ma a leghatékonyabb anti-aging vegyületnek tartják és százezrekre becsülik azok számát, akik naponta profilaktikus célból az agy öregedése lassulásának reményében szedik [167]. 31
3.2. AZ ENDOGÉN ENHANCEREK IRODALMI HÁTTÉR 3.2.1. A trace aminok Azokat a biogén aminokat, amelyek igen kis mennyiségben, mondhatni nyomokban találhatóak az emlős szervezet központi idegrendszerében, trace (nyom) aminoknak (TA) nevezik. Kimutatásukat nemcsak a mennyiségi viszonyok nehezítik, hanem gyors bomlásuk is. Ilyen endogén TA anyag a: tiramin, β-feniletilamin, oktopamin, melyek számos viselkedésre kifejtett hatása hasonlít az amfetaminéhoz [23, 37, 66, 132]. A katecholaminerg transzmisszió kotranszmittereinek, neuromodulátorainak vagy hamis transzmittereinek is nevezték őket [21, 22, 34]. A nyom-aminok közé tartozik még a triptamin is, de ez az indol-amin abban különbözik a feniletilamin származékoktól, hogy nincs releasing hatása. PEA alapstruktúrával rendelkező TA-ok kémiai szerkezete CH 2 CH 2 NH 2 HO CH 2 CH 2 NH 2 β-feniletilamin p-tiramin CH 3 CH 2 CH 2 NH 2 HO OH CH 2 CH 2 NH 2 d-amfetamin p-octopamin Indolamin struktúrájú TA CH 2 CH 2 NH 2 N triptamin 3.2.1.1. ábra. TA-ok kémiai szerkezete 32
IRODALMI HÁTTÉR Az endogén tiramin különböző bioszintetikus folyamatok során keletkezik, mint páldául: p-tirozin dekarboxilációja, feniletilamin parahidroxilációja és a DA, DOPA dehidroxilációjával. Az exogén tiramin viszonylag magas koncentrációban (0.2-1.0 g/kg) található meg a fermentált és/vagy érlelt táplálékokban (sajtok, szalámi) [32]. A PEA fenilalaninból dekarboxilációval keletkezik. Hatásmódja alapján endogén amfetamin -nak is nevezik [155]. Megtalálható élelmiszerekben is (sajt, csokoládé). Humán agyban főleg a cerebellumban, hypothalamusban, hippocampusban és a putamenben mutatható ki [124]. A PEA tartalmú neuronok a DA tartalmú neuronok közelében lokalizálódnak és 6-OHDA kezeléssel létrehozott destrukciójuk a DA és PEA szint csökkenéséhez vezet a substantia nigrában. A PEA-t a MAO-B metabolizálja fenilecetsavvá. A (-)-deprenil kezelés viszont növeli a PEA szintet mind a rágcsálókban, mind a humán agyban [148]. 3.2.2. A trace aminok receptorai és hatásai A NA, DA, 5-HT klasszikus biogén amin neurotranszmitterek, melyekről már régóta tudjuk, hogy G-protein kapcsolt receptoron fejtik ki hatásukat. A TA-ok indirekt és direkt úton hatnak. Indirekt hatást úgy hozzák létre, hogy a klasszikus biogén aminokat kiáramoltatják, és azok fejtik ki hatásukat specifikus receptoraikon. Direkt hatást pedig specifikus, saját receptoraikhoz kötődve hoznak létre. A PEA direkt posztszinaptikus hatását 1977-ben [4], az oktopaminét 1978-ban [31] írták le. A p-[ 3 H]-tiramin receptorokat, a PEA és a [ 3 H]-triptamin nagy affinitású kötőhelyeit a központi idegrendszerben pedig 1982-ben igazolták [60]. Borowsky és munkatársai specifikus TA receptor családról számol be 2001-ben megjelent cikkükben [20], miszerint a TAkötőhelyek is G-protein kapcsolt receptorok. A TA1 főleg tiramin és PEA által aktívált, míg a triptamin, oktopamin csak gyengén kötődik ehhez a helyhez. A TA2 kötőhely nagy affinitással kapcsolja a PEA-t és a triptamint. Az ember szervezetében a TA1 receptorok megtalálhatóak a perifériás szervek szöveteiben (gyomor, vese, tüdő) és a központi idegrendszerben, elsősorban az 33