Az orexin és az alvás kapcsolata

Tartalomjegyzék:

• Bevezetés

1. Az orexin általános jellemzése
2. Narkolepszia és kataplekszia leírása

• Alvás fázisai (REM és non-REM)

• Orexin részletes leírása

• Orexin receptorok

• Orexin receptorok gátlása, antagonisták

• Orexin és narkolepszia kapcsolata

1. Kísérleti megfigyelések

• Alvás-ébrenlét ciklus: melanin és hisztamin szerepe

· Irodalmi jegyzék

Bevezetés

1. Az orexin-A és orexin-B hipotalamikus neuropeptidek, melyek kiemelkedő szerepet játszanak az ébrenlét fenntartásában, továbbá hatással vannak az érzelmekre, homeosztázisra és a jutalmazási rendszerre. Hatásukat két szoros kapcsolatban lévő G protein-függő receptoron, az orexin-1 (OX1R) és orexin-2 (OX2R) receptorokon keresztül fejtik ki. Ezek a receptorok az agy különböző alvás-ébrenlétet szabályozó területein helyezkednek el. Az orexin neuronok hiánya emberben narkolepsziához vezet, amely fokozott nap közbeni álmossággal és katapleksziával (hirtelen fellépő kétoldali izomgyengeség) jár.

2. A narkolepszia idegrendszeri betegség, mely rendszerint felnőtt korban jelentkezik. Legjellemzőbb tünetei az örökös fáradtság, aluszékonyság és a hirtelen fellépő elalvás. További tünetként jelentkezhet kataplekszia, mely során a beteg – rendszerint erős érzelmi behatásra – elveszti izomtónusát és összeesik.

Alvás fázisai (REM és non-REM)

Az alvás egy létfontosságú folyamat, ami az emberi élet körülbelül egyharmadát teszi ki. Elektrofiziológiás tanulmányok azt mutatták ki, hogy az alvás egy heterogén állapot, melyen belül elkülöníthetünk REM (rapid eye movement - gyors szemmozgás) és non-REM fázist (Dement, 1994).

A REM fázisra élénk álmok, izom atónia, deszinkronizált EEG aktivitás és gyors szemmozgás a jellemzőek, a non-REM fázis során pedig szinkronizált EEG aktivitás, részleges izomrelaxáció és a környezeti ingerek iránti csökkent fogékonysággal írható le. A REM és a non-REM fázis egyaránt elengedhetetlenek a túléléshez. Mind a REM fázis, mind pedig az alvás teljes megvonása letális emlősöknél.

Orexin részletes leírása

Az orexinnek A és B fajtáját különítjük el. Az orexin A 33 aminosavból álló, 3562 Da molekulatömegű peptid, melyet diszulfid-hidak stabilizálnak, és N-terminális végén pyroglutamil-származék található. Elsődleges szerkezete (aminosav szekvenciája) a legtöbb emlősben (ember, kutya, disznó, patkány, egér) megegyezik. Az orexin B nagyon hasonló az A-hoz, de csak 28 aminosavból áll, 2937 Da molekulatömegű, és N-terminális vége variábilis. A fajok közötti eltérés itt is elhanyagolható.

Az orexint (hipokretint) termelő neuronok a laterális hipotalamuszban találhatóak, melyek az orexint annak prekurzorából, a pre-pro-orexinből állítják elő. Kísérletek kimutatták, hogy azok az egerek, melyekben célzottan irtották a pre-pro-orexin gént, a narkolepsziához feltűnően hasonló tüneteket produkáltak: megszakított ébrenlétek, direkt átmenet ébrenlétből REM alvásba. (Chemelli, et al., 1999)

Az orexin-termelő neuronok továbbá glutamát-szállító vezikulumokat exocitálnak és a GAD67 (glutaminsav-dekarboxiláz) kibocsátást gátolják. A GAD67 hatására a glutaminból GABA (gamma-amino-vajsav) keletkezik, mely az adrenalin, szerotonin és dopamin mellett gátolják az orexin-termelő neuronok működését. (Az adrenalin, a szerotonin és a dopamin alfa-2 adrenoceptorokon keresztül hat.) A glutamát receptorok agonistái serkentik, míg antagonistái gátolják az orexin termelést. Továbbá a kolecisztokinin, az oxitocin és az ADH (antidiuretikus hormon) is serkentőleg hat az orexin-termelő neuronokra. Ingerelhetőségüket a szén-dioxid szint befolyásolja. Ez acidózis esetén nő, míg alkalózis fennállásakor csökken, ennek következtében az orexin a légzőműködésre is hatást gyakorol.

Orexin receptorok

Az orexinek a hatásukat orexin-1 (OX1R) és orexin-2 (OX2R) receptorokon keresztül fejtik ki (Peyron et al.,1998; Sakurai et al., 1998; Marcus et al., 2001). Működésük G protein-függő, mivel ezek a fehérjék vesznek részt az orexin receptorok által közvetített extracelluláris jel által szabályozott kináz aktivitásában.

Míg az OX1R-hez főleg az orexin-A kapcsolódik, addig az OX2R-hez az A és a B típusú orexin ugyanolyan affinitással köt. Ezek a receptorok az agy ébrenlétért felelős monoaminerg és kolinerg rendszereiben találhatóak. Ide tartozik a tuberomamilláris mag, a locus coeruleus, a dorzális raphe és a laterodorzális tegmentális mag (Sakurai et al., 1998; Marcus ez al., 2001).

A monoaminerg rendszeren belül a locus coeruleus neuronjai kizárólag OX1R-t expresszálnak, a tuberomamilláris magban pedig az OX2R-ok helyezkednek el densen, a dorzális raphe neuronjai pedig egyaránt expresszálnak OX1R és OX2R-okat is. Kimutatták, hogy a locus coeruleusban lévő OX1R szabályozza a REM alvást. Patkányokban a locus coeruleusba történő orexin-A beadása a REM alvás elnyomását eredményezte (Bourgin et al., 2000). Az orexin ICV (intracerebroventriculáris) beadása hatékonyan fokozza az ébrenlétet és elnyomja mind a REM, mind pedig a non-REM alvást az orexin-1 és orexin-2 receptorokon keresztül hatva.

Patkányokon végzett kísérleti eredmények azt mutatták ki, hogy az OX2R sokkal hatékonyabban támogatja az ébrenlétet és nyomja el a non-REM fázist, mint az OX1R. Ugyanakkor valószínűsíthető, hogy a REM fázis gátlásában pedig az OX1R játszik jelentősebb szerepet. Feltételezhető, hogy az orexin receptorok gátlása az insomnia (álmatlanság) egy újszerű gyógyszeres kezelését jelenthetné.

Orexin antagonistái

Mint a fentiekben ismertetésre került, az OX1R és OX2R eltérő módon szabályozzák az alvás-ébrenlét fázisait, így három különböző orexin antagonistát vizsgáltak patkányokon:

• 1) az OX1R és OX2R-ra egyaránt ható almorexant: (2R)-2-[1(S)-6,7-dimetoxi-1-{2-[4-(triflórmetil)fenil]etil}-dihidrosoquinolin-2(1H)-il]-N-metil-2-fenieletánamid
• 2) szelektív OX1R antagonista SB-408124: 1-(6,8-difluoro-2-metilquinolin-4-il)-3-[4-(dimetilamino)fenil]urea
• 3) szelektív OX2R antagonista JNJ-10397049: 1-(2,4-dibromofenil)-3-[(4S,5S)-2,2-dimetil-4-fenil-1,3-dioxán-5-il]urea

Kimutatták, hogy az almorexant sötétedéskor való beadása egyaránt hatásos volt a REM és a non-REM alvás elősegítésében, de nem hatott magára az elalvásra, viszont a világosodáskor beadott almorexant egyaránt stimulálóan hatott az elalvásra és az alvás idejét is meghosszabbította.

A szelektív OX2R antagonista teljességgel hatékonynak bizonyult mind az alvás előidézésében, mind pedig a REM és a non-REM alvás időtartamának növelésében a világos és sötét fázisban egyaránt. Az OX1R antagonista egyik alvási paraméterre sem volt hatással.

Az is megfigyelhető volt, hogy a szelektív OX2R antagonista tízszer hatékonyabb az alvás előidézésében és fenntartásában, mint az almorexant, viszont az OX1R és OX2R szelektív antagonisták együttes beadásakor az OX1R blokkolása csökkentette az OX2R antagonista alvás-fenntartó hatását.

Az OX2R gátlása mind szelektív OX2R antagonistával, mind pedig almorexanttal a hisztamin extracelluláris koncentrációjának csökkenését eredményezte a laterális hipotalamuszban. Az OX1R gátlása pedig megnövekedett dopamin kibocsátást eredményezett a prefrontális kéregben. A fenti kísérletek eredményeiből feltételezhető, hogy az OX2R antagonisták megoldásként szolgálhatnak az insomnia kezelésére, az OX1R antagonisták pedig dopamin-függő viselkedésminták szabályozására, mint például a függőség és jutalmazás.

Orexin és narkolepszia

A narkolepsziának (katapleksziával kísérve) legfőbb ismérve az orexin-termelő neuronok nagyjából 90%-ának az elvesztése. Viszont a narkolepsziában szenvedőknek több, mint negyedénél nem kíséri kataplekszia a betegséget, és az orexin szintjük az agy-gerincvelői folyadékban normális. Ez alapján feltételezhető, hogy az utóbbi kórt más okozza.

Egy 2009-es tanulmányban az orexin kórbonctanát vizsgálták narkolepsziás, de nem katapleksziás eseteknél. A boncolást postmortem emberi agymintákon végezték, melyek tartalmazták a hipotalamuszt is. Ezek közül 5 minta narkolepsziás és katapleksziás pácienshez, 2 minta narkolepsziás, de nem katapleksziás beteghez tartozott (egyiknek csak az anterior hipotalamusza állt rendelkezésre), 6 minta pedig egészséges agyból származott.

A hipotalamikus szövetek immunhisztokémiai módszerrel lettek megjelölve, többek között orexin-A kimutatására. A narkolepsziás, de nem katapleksziás betegek közül egyikben sem volt kimutatható az orexin neuronok axonjainak számának csökkenése az anterior hipotalamuszban. Emellett összesen 33%-nyi orexin-termelő sejt veszteség jellemezte azt a pácienst, akinek a teljes agya a kutatók rendelkezésre állt, viszont a posterior hipotalamuszban teljes volt az orexin-termelő sejtek hiánya. Ebből következik, hogy a kataplekszia nélküli narkolepsziát ezen sejtek részleges elvesztése okozhatja.

A hivatalos kórtan szerint azok a páciensek számítanak narkolepsziásnak, akiknek rövid az alvásidejük, és minimum kettő megkezdett REM fázisuk van a többszörös alvások során. A definíció alapján narkolepsziásnak minősülő betegeknek több, mint negyede nem katapleksziás. A kataplekszia intenzitása igen változó a katapleksziával kísért narkolepsziás betegeknél. Néhányuknál ez a legzavaróbb tünet, ami a teljes izomtónus elvesztésével, és ennek következtében napi többszöri összeeséssel jár; míg másoknál a kataplekszia csak ritkán jelentkezik, akkor is csak az arcizmok átmeneti gyengesége észlelhető.

A katapleksziával kísért narkolepsziát az orexin fehérje mennyiségének, illetve az orexin-termelő sejtek mennyiségének radikális csökkenése jellemzi. Viszont minden vizsgált emberi agyban található volt néhány túlélő, megközelítőleg normális szerkezetű orexin-termelő sejt.

• 1. Kísérleti megfigyelések

Az orexin-termelő sejtek számának, megoszlásának és méretének meghatározása sztereológiai módszerekkel történt a különböző hipotalamusz szeleteken. Az anterior hipotalamuszban felszálló axonok találhatóak, ezért a sejtek helyett az axonokat számolták. Ez pontosabb becslést adott az orexin-termelő sejtek nyúlványainak számáról.

A katapleksziával kísért narkolepsziás betegeknél az orexin-termelő sejtek száma 92%-kal kevesebb, mint az egészséges mintákban. Ezzel szemben az anterior hipotalamuszban csak 65%-os axonszám csökkenés következett be, ami a maradék sejtek sarjadzását jelentheti. Egy másik elmélet szerint a rosztrálisan helyeződő orexin-termelő sejtek kevésbé lehetnek hajlamosak az elhalásra, mint a caudálisabban lévők. Az egyik - a teljes hipotalamusszal megmaradt - kataplekszia nélküli narkolepsziás betegnek csupán 33%-kal volt kevesebb orexin-termelő sejtje az egészségesekhez viszonyítva. A legnagyobb mértékű sejtszám csökkenés a posterior hipotalamikus magban következett be. Az anterior, a dorzális és a dorzomediális magban nem volt sejtszám csökkenés. Az anterior hipotalamuszban lévő axonok száma nem különbözött az egészségesekétől.

A kataplekszia nélküli narkolepsziás pácienseknél az anterior hipotalamuszban található axonok mennyisége normális, bár a posterior hipotalamuszban orexin-termelő sejtek hiánya volt kimutatható abban a betegben, akinek a teljes hipotalamusza a kutatók rendelkezésére állt. A kimutatások azt sugallják, hogy egyes területeken történő orexin-termelő sejtek elvesztése kataplekszia nélküli narkolepsziát okozhat. Korábbi, állatokon végzett megfigyelések szintén erre a megállapításra jutottak. Az orron keresztüli orexin adagolás hatásosnak tűnt, amikor alvástól megvont majmoknál akarták megszüntetni az álmosságot.

Nemrég megfigyelték, hogy a Parkinson-kóros betegekben csökken az orexin-termelő sejtek száma, bár kisebb mértékben, mint a katapleksziás-narkolepsziás betegekben. A Parkinson kórban szenvedők számos narkolepsziás tünetet mutatnak, bár a katapleksziás rohamok nem jelentkeznek. Ez összes összefüggésben állhat a mostani megfigyelésekkel, miszerint a csak bizonyos helyeken történő sejtveszteség kataplekszia nélküli narkolepsziát okozhat.

A jelenlegi eredmények alapján a részleges sejtvesztés közrejátszhat az agyvérzés vagy neurodegeneratív betegségek kialakulásában, de talán kezelhető orexin szint növelő készítményekkel.

Alvás-ébrenlét ciklus: melanin és hisztamin szerepe

Ahhoz, hogy meghatározzák a hisztamin és az orexin szerepét az ébrenlét fenntartásában, a viselkedési és az alvás-ébrenlét ciklus fenotípusát vizsgálták számos kísérleten keresztül orexin-irtott és HDC- (hisztamin-szintetizáló hormon) irtott egerekben (Sakai et al. 1990; Vanni-Mercier et al., 2003; Takahashi et al., 2006). Az adatok azt jelzik, hogy a hisztamin-termelő sejtek működésképtelensége folyamatos, nappali álmossághoz vezet.

Irodalmi jegyzék