Холінергічні рецептори і синапси
Холинергическая передача [ред]
У холінергічної передачі найважливішу роль відіграють два ферменти, що відповідають відповідно за синтез і розщеплення ацетилхоліну - холінацетилтрансферази і ацетилхолінестеразою (АХЕ).
Холінацетилтрансферази [ред]
Ацетил-КоА, який використовується для синтезу ацетилхоліну, утворюється або з пірувату шляхом його окислювального декарбоксилювання (многостадийной реакції, що каталізується піруватдегідрогеназного комплексом), або з ацетату. В останньому випадку під дією ферменту ацетил-КоА-синтетази ацетат з'єднується з АТФ з утворенням пов'язаного з ферментом аціладенілата (ацетил-АМФ), і далі в присутності КоА відбувається трансацетілірованіе і синтез ацетил-КоА.
Як і інші нейрональні білки, холінацетилтрансферази синтезується в тілі нейрона. Потім вона переноситься по аксону в закінчення. В останніх є безліч мітохондрій, в яких утворюється ацетил-КоА. Холін захоплюється з позаклітинної рідини шляхом активного транспорту. Ацетилхолін синтезується в цитоплазмі і потім депонується в синаптичних бульбашках. Існують інгібітори холінацетилтрансферази, в тому числі з помірною активністю. Однак їх фармакологічний ефект невеликий, частково через те, що лімітує реакцією в синтезі ацетилхоліну служить захоплення холіну.
Транспорт холіну і ацетилхоліну [ред]
За допомогою сучасних біохімічних методів вдалося встановити, що гідроліз ацетилхоліну АХЕ в нервово-м'язовому синапсі займає менше 1 мс. Дія ж холіну на N-холінорецептори в цьому синапсі в 10_3- 10
5 разів слабкіше, ніж дію ацетилхоліну.
АХЕ виявляється не тільки в холінергічних синапсах, але і в інших структурах холинергических нейронів (дендритах, тілі, аксонах). Її концентрація особливо висока в області постсинаптичної мембрани нервово-м'язових синапсів.
Особливості різних холинергических синапсів [ред]
Вище ми вже згадували про те, що між різними холинергическими синапсами існують значні відмінності, що стосуються будови цих синапсів, розподілу АХЕ і холинорецепторов, часових параметрів синаптичної передачі і т. П. Так, в скелетної м'язі нервово-м'язовий синапс займає лише невелику ділянку на м'язовому волокні, і ці синапси розташовані досить далеко один від одного - на сусідніх волокнах. Навпаки, в верхньому шийному ганглії на кілька кубічних міліметрів тканини припадає близько 100 000 нейронів, і пресинаптические закінчення утворюють тут складну і густу мережу з постсинаптическими дендритами.
Скелетні м'язи. Роздратування рухового нерва викликає виділення ацетилхоліну в перфузат, відтікає від відповідної м'язи; з іншого боку, введення ацетилхоліну безпосередньо в постачають м'яз артерії призводить до її скорочення. Мінімальна кількість ацетилхоліну (10
17 моль), здатне викликати типовий потенціал кінцевої пластинки при мікроіонофоретіческой аплікації на область кінцевої пластинки діафрагми щура, дорівнює тій кількості цього медіатора, що виділяється з одного пресинаптического закінчення при подразненні діафрагмального нерва (Kmjevic and Mitchell, 1961).
З'єднання ацетилхоліну з N-холінорецепторів постсинаптичної мембрани призводить до негайного і істотного підвищення проникності цієї мембрани для катіонів. Це обумовлено тим, що активація N-холінорецептора супроводжується відкриттям пов'язаного з цим рецептором каналу. Час перебування каналу у відкритому стані становить близько 1 мс, і при цьому через канал проходить приблизно 50 000 іонів Na + (Katz and Miledi, 1972). В результаті відкривання безлічі таких каналів розвивається місцевий Деполяризуючий потенціал - потенціал кінцевої пластинки, який, в свою чергу, запускає потенціал дії. Останній викликає скорочення м'яза. Детальніше всі ці процеси і вплив на них коштів, які блокують нервово-м'язові синапси, описані в гл. 9.
Внутрішні органи. Передача стимулюючих або гальмівних сигналів від вегетативних нервів до внутрішніх органів обумовлена активацією М-холінорецепторів (див. Нижче). Ці рецептори, на відміну від N-холінорецепторів, пов'язані не з іонними каналами, а з G-білками. На відміну від скелетних м'язів і нейронів, у гладких м'язів і структур провідної системи серця (синусового вузла, передсердних пучків, АВ-вузла, пучка Гіса з його ніжками і волокон Пуркіньє) є власна - автоматична - електричне та механічне активність. Ця активність не запускається, а лише модулюється нервовими впливами. За відсутності останніх в клітинах гладеньких м'язів виникають хвилі деполяризації і - іноді - потенціали дії; і ті, і інші передаються від клітини до клітини, але значно повільніше, ніж поширюються імпульси по аксонах або волокнам скелетних м'язів. Потенціали дії в гладких і серцевої м'язах виникають в результаті ритмічних коливань мембранного потенціалу - спонтанної деполяризації. У гладких м'язах ШКТ область зародження збудження (провідний водій ритму, або пейсмекер) постійно зміщується. У серці ж цією областю в нормі завжди є синусовий вузол; якщо ж його активність пригнічується, то функцію ведучого водія ритму беруть на себе інші структури провідної системи.
Аплікація ацетилхоліну (в концентрації 0,1-1 мкмоль / л) на ізольовані гладкі м'язи кишечника викликає зниження мембранного потенціалу (тобто він стає менш негативним) і підвищення частоти потенціалів дії; тонус м'язів при цьому зростає. Очевидно, це дія ацетилхоліну, опосередковане активацією М-холінорецепторів, обумовлено підвищенням натрієвої і, іноді, кальцієвої проникності. Крім того, в що містять кальцій, розчині ацетідхолін може викликати скорочення деяких гладких м'язів, повністю деполярізованнимі в результаті підвищення позаклітинної концентрації К +. Таким чином, ацетилхолін підвищує трансмембранні іонні потоки і викликає вихід в цитоплазму кальцію з внутрішньоклітинних депо.
Вегетативні ганглії. Механізми холінергічної передачі в вегетативних гангліях в основному такі ж, як в скелетних м'язах. Потенціали дії в постгангліонарних волокнах можна викликати введенням в ганглій дуже невеликих кількостей ацетилхоліну. ВПСП в постгангліонарних нейронах виникає в результаті активації N-холінорецепторів, безпосередньо пов'язаних з іонними каналами (як і в скелетних м'язах). Деякі інші медіатори, або так звані нейромодумтори, знижують або підвищують чутливість постгангліонарних нейронів до ацетилхоліну - мабуть, змінюючи мембранний потенціал тел або дендритів цих нейронів. Детальніше передача збудження у вегетативних гангліях розглядається в гл. 9.
Дія ацетилхоліну на пресинаптичні рецептори [ред]
Велика кількість робіт було присвячено можливої ролі пресинаптических холинорецепторов в холінергічної та нехолинергических передачі і дії ряду лікарських засобів. На симпатичних судинозвужувальних нервах, мабуть, присутні пресинаптические М-холінорецептори (Steinsland et al. 1973). Їх активація супроводжується зниженням викиду норадреналіну у відповідь на нервові імпульси. Фізіологічна роль цих рецепторів не ясна, адже холинергическая іннервація судин виражена слабо, а оскільки ацетилхолін швидко гідролізується тканинними і плазмовими естеразами, малоймовірно, щоб він, подібно до адреналіну, грав роль гормону.
Холінорецептори [ред]
Сер Генрі Дейл вперше показав, що різні ефіри холіну можуть надавати ефекти, подібні з такими або нікотину, або мускарину (Dale, 1914). Було також виявлено, що наслідки роздратування парасимпатичних нервів відтворюються мускарином. Це дозволило Дейл припустити, що медіатором вегетативної нервової системи служить ацетилхолін або будь-якої іншої ефір холіну. Крім того, зазначивши двояке дію ацетилхоліну, він ввів терміни нікотиноподібні і мускаріноподобних для позначення відповідних ефектів.
Подальші докази наявності двох типів холінорецепторів були отримані в дослідах із застосуванням тубокурарину і атропіну. Виявилося, що ці речовини блокують відповідно нікотиноподібні і мускаріноподобних ефекти ацетилхоліну. Дейл мав справу лише з неочищеними алкалоїдами Amanita muscaria і Nicotiana tabacum, структури яких в той час були невідомі, проте його класифікація холинорецепторов дійсна і до цього дня - хоча і доповнилася уявленнями про декілька підтипів N- і М-холінорецепторів.
Ацетилхолін і деякі інші речовини активують обидва типи холинорецепторов; інші ж стимулятори і блокатори діють вибірково на один з них. Молекула ацетилхоліну здатна легко деформуватися; за непрямими даними, при зв'язуванні з N- і М-холинорецепторами її конформація різна.
N-холінорецептори безпосередньо пов'язані з іонними каналами. Активація цих рецепторів завжди викликає короткочасне (близько 1 мс) відкривання відповідних каналів, підвищення натрієвої і кальцієвої проникності і деполяризацию - ВПСП або потенціал кінцевої пластинки. Що ж стосується М-холінорецепторів, то вони належать до суперсімейство рецепторів, сполучених з G-білками. Реакції на активацію М-холінорецепторів набагато повільніше, вони можуть бути як стімуляторнимі, так і гальмівними і не обов'язково пов'язані зі змінами іонних проницаемостей.
Підтипи N-холінорецепторів [ред]
Вже давно було відомо, що багато стимулятори і блокатори діють тільки на N-холінорецептори або скелетних м'язів, або вегетативних гангліїв - а значить, ці рецептори розрізняються. Ці відмінності були підтверджені і за допомогою молекулярного клонування. Виявилося, наприклад, що N-холінорецептори скелетних м'язів включають субодиниці 4 типів. Структура цих рецепторів відповідає формулі а2р8у або а2рбе: у рецепторів ембріональних або денервірованних м'язів є субодиниця у, у нормальних м'язів дорослого - е. Заміна субодиниці у на субодиницю I супроводжується деякою зміною вибірковості рецептора до ліганду, але важливіше, мабуть, те, що така заміна може впливати на швидкість оновлення рецепторів або їх локалізацію в клітині. Нейрональні N-холінорецептори також представляють собою пентамер. Субодиниці нейрональних N-холінорецепторів дуже різноманітні. Вони підрозділяються на типи а й β; в свою чергу, тип а в нервовій системі ссавців включає 8 підтипів (А2-а9), а тип β - 3 підтипу (β2-β4) - Не всі поєднання цих субодиниць утворюють функціонуючі рецептори, але тим не менше число варіантів таких рецепторів занадто велике для того, щоб розрізняти їх на підставі спорідненості до лигандам. Зокрема, функціонують рецепторами служать гомоолігомерние пентамер субодиниць А7, А8 і а9. Особливості N-холінорецепторів скелетних м'язів, периферичних вегетативних і центральних нейронів наведені в табл. 6.2. Детальніше структура, функція, розподіл і підтипи N-холінорецепторів розглядаються в гл. 9.
Підтипи М-холінорецепторів [ред]
За допомогою молекулярного клонування були виділені 5 підтипів М-холінорецепторів. Як і підтипи N-холінорецепторів, вони розрізняються по локалізації та фармакологічними властивостями. Все М-холінорецептори пов'язані з G-білками (див. Нижче і табл. 6.2).
Протягом декількох десятиліть досліджувалися багато М-холіноблокатори, але тільки отриманий в 1970-х рр. пірензепін володів здатністю пригнічувати шлункову секрецію соляної кислоти в концентраціях, що не роблять інших ефектів. Ці дані, дослідження ефектів інших стимуляторів та блокаторів, а потім клонування кДНК М-холінорецепторів привели до поділу цих рецепторів на 5 підтипів, які охоплюють M1-М5 (Bonner, 1989).
Холінорецептори підтипу М, виявляються в вегетативних гангліях і деяких залозах, М2 - в міокарді і, можливо, в гладких м'язах, М3 і М4 - в гладких м'язах і залозах. В ЦНС є рецептори всіх 5 підтипів. У багатьох тканинах містяться одночасно рецептори декількох підтипів. Те ж стосується і інтрамуральних парасимпатичних гангліїв.
Рецептори підтипів М2 і М4 пов'язані з білками Gj і G11. Їх активація призводить до пригнічення аденілатциклази, відкриттю калієвих каналів (зокрема, в серці) і в деяких клітинах до зниження ймовірності відкривання повільних кальцієвих каналів. Функціональні наслідки цих ефектів найбільш вивчені на серце: саме інгібування аденілатциклази і відкривання калієвих каналів, мабуть, відповідальні за негативні хронотропний і інотропний ефекти ацетилхоліну.
Активація М-холінорецепторів може призводити і до інших подій, зокрема активації гуанілатциклази і утворення арахідонової кислоти. Зазвичай ці процеси вторинні по відношенню до інших внутрішньоклітинних реакцій.