Transportery glicyny - potencjalny cel interwencji farmakologicznej w leczeniu schizofrenii

Postêpy Psychiatrii i Neurologii 2006; 15 (2): 117–120 Praca pogl¹dowa

Review

Glicyna (NH₂-CH₂-COOH) jest aminokwasem o naj-prostszej budowie, wystêpuje w szerokim rozpowszech-nieniu jako budulec bia³ka. Oprócz tego, odpowiada za wiele innych funkcji w organizmie, interesuj¹cych równie¿ z perspektywy neuropsychiatrii. Obecnoœæ glicyny ma du¿e znaczenie dla procesów neurotransmisji oraz dojrzewania oœrodkowego uk³adu nerwowego (o.u.n.), szczególnie sy-naps [1]. W obrêbie uk³adu nerwowego stosunkowo dobrze poznano dwa typy receptorów, w odniesieniu do których obecnoœæ glicyny jest konieczna do prawid³owego dzia³ania. Pierwszy z nich (receptor glicynowy), odgrywa pierw-szoplanow¹ rolê w funkcjonowaniu hamuj¹cych neuronów glicynergicznych w obrêbie rdzenia przed³u¿onego. Zablo-kowanie tego receptora, np. przez strychninê (antagonista), powoduje masywne, zagra¿aj¹ce ¿yciu drgawki.

W drugim przypadku glicyna jest kotransmiterem mo-duluj¹cym przepuszczalnoœæ receptora NMDA dla jonów sodu, potasu i co najistotniejsze – wapnia [2]. Receptor NMDA (rys.) nale¿y do grupy receptorów jonotropowych (reguluj¹cych przep³yw jonów przez b³onê komórkow¹) uk³adu glutaminianergicznego i odgrywa kluczow¹ rolê w procesach uczenia siê i pamiêci.

Ponadto uwa¿a siê, ¿e jest zaanga¿owany w patofizjo-logiê schizofrenii, uzale¿nieñ, padaczki, udaru mózgu oraz chorób neurodegeneracyjnych (m.in. Alzheimera, Hunting-tona). W stanie spoczynku we wnêtrzu kana³u receptora NMDA znajduje siê jon magnezu, którego obecnoœæ

unie-mo¿liwia przep³yw innych jonów. Depolaryzacja b³ony ko-mórkowej neuronu glutaminianergicznego, do której do-chodzi na skutek zwi¹zania siê agonisty z receptorami AMPA i kainowymi, powoduje od³¹czenie siê kationu ma-gnezowego z wnêtrza receptora NMDA i dopiero wówczas kana³ jest podatny na dzia³anie kwasu glutaminowego. Do otwarcia kana³u niezbêdna jest zatem jednoczesna zmiana napiêcia i obecnoœæ agonisty. Jak wspomniano, receptor NMDA jako praktycznie jedyny spoœród glutaminianergicz-nych receptorów jonotropowych charakteryzuje siê prze-nikalnoœci¹ dla jonów wapnia, które pe³ni¹ podstawow¹ rolê w funkcjonowaniu komórki, m.in. poprzez aktywacjê

Transportery glicyny – potencjalny cel interwencji farmakologicznej

w leczeniu schizofrenii

Glycine transporters – a potential target of pharmacological intervention in the treatment of schizophrenia DOMINIK STRZELECKI, JOLANTA RABE-JAB£OÑSKA

Z Kliniki Zaburzeñ Afektywnych i Psychiatrii M³odzie¿owej Uniwersytetu Medycznego w £odzi

STRESZCZENIE

Cel. Przedstawiono informacje na temat transporterów glicynowych (GlyT) i mo¿liwoœci modulacji ich funkcji w celu uzyskania korzyœci klinicznych.

Pogl¹dy. Glicyna jest koagonist¹ glutaminianergicznego receptora NMDA i zaobserwowano korzystny wp³yw jej podawania na obja-wy negatywne i kognitywne u chorych na schizofreniê. Obecnie poszukuje siê kolejnych substancji o szerszym spektrum dzia³ania ni¿ glicyna i powoduj¹cych wyraŸniejsze efekty terapeutyczne. Najwiêksze nadzieje wi¹¿e siê obecnie z sarkozyn¹ i jej pochodnymi oraz tzw. drug¹ generacj¹ inhibitorów GlyT o innej budowie chemicznej.

SUMMARY

Objectives. Information is presented concerning glycine transporters (GlyT) and possibilities of modulating their function in order to attain beneficial clinical effects.

Background. Glycine, a co-agonist of the glutamatergic NMDA receptor, was found to have a beneficial effect on negative and cognitive symptoms in patients with schizophrenia. Further substances are presently sought that would have a wider spectrum of action and more pronounced therapeutic effects than glycine. Sarcosine and its derivatives, as well as the so-called second generation GlyT inhibitors with a different chemical structure seem to be at present the most promising drugs.

S³owa kluczowe: glicyna / transportery glicyny / uk³ad glutaminianergiczny / schizofrenia Key words: glycine / glycine transporters / glutamatergic system / schizophrenia

Rysunek 1. Receptor NMDA (schemat) K+ B³ona komórkowa Komórka poliamina miejsce fosforylacji glicyna Glu Zn2+ Na+_{, Ca}2+

118 Dominik Strzelecki, Jolanta Rabe Jab³oñska rozmaitych enzymów, w tym kinaz bia³kowych, fosfolipaz

i syntazy tlenku azotu.

Oprócz lokalizacji postsynaptycznej, której dotycz¹ wy-mienione wy¿ej zjawiska, receptor NMDA mo¿e byæ zlo-kalizowany w b³onie presynaptycznej, wspó³odpowiadaj¹c w tym przypadku za proces regulacji uwalniania dopaminy z pêcherzyków magazynuj¹cych do szczeliny synaptycznej. Za uwalnianie kwasu glutaminowego odpowiedzialny ma byæ z kolei dopaminergiczny receptor D2. W ten sposób próbuje siê ³¹czyæ udzia³ glutaminianu i dopaminy w patoge-nezie schizofrenii i t³umaczyæ mechanizm dzia³ania leków przeciwpsychotycznych [3].

Receptor NMDA obecny jest tak¿e na tzw. interneuro-nach, a nawet na komórkach gleju, co mo¿e mieæ fundamen-talne znaczenie dla omawianego tematu, jednak¿e obecny stan wiedzy pozwala w tym wzglêdzie jedynie na rozwa¿a-nia hipotetyczne. Jedna z bardziej interesuj¹cych teorii do-tyczy umiejscowienia receptorów NMDA na dzia³aj¹cych hamuj¹co interneuronach gabaergicznych. W sytuacji, kiedy dzia³anie wymienionych receptorów jest zaburzone, docho-dzi do nadmiernego pobudzenia neuronów pierwotnie kon-trolowanych przez uk³ad GABA-ergiczny (brak hamowa-nia). W terminologii angielskiej opisane zjawisko okreœla siê mianem NMDA Receptor Hypofunction (NRH) [4].

Istnieje jeszcze odmiana receptora NMDA, w sk³ad które-go wchodzi podjednostka NR3 (podtyp A lub B) i w œcis³ym rozumieniu jest on receptorem glicynowym, poniewa¿ nie potrzebuje do aktywacji obecnoœci kwasu glutaminowego. W kanale tego receptora mieszcz¹ siê niewielkie jony (np. kation sodowy), nie jest on natomiast przepuszczalny dla jonów wapniowych i nie posiada miejsca dla kationu mag-nezu, co charakteryzuje typowy receptor NMDA [5].

W ostatnich latach wyraŸnie zainteresowano siê uk³adem glutaminianergicznym, najwiêkszym uk³adem pobudzaj¹cym o.u.n. W kontekœcie schizofrenii sta³o siê tak w zwi¹zku z klinicznymi obserwacjami dzia³ania fencyklidyny (PCP, anielski py³) i ketaminy na ludzi. Czêœæ pacjentów po przyjê-ciu wymienionych substancji ujawnia objawy obserwowane w schizofrenii [6, 7, 8, 9]. Dotyczy to symptomatologii wytwórczej, ale co bardziej interesuj¹ce, równie¿ objawów negatywnych, których nie spotyka siê w przypadku dzia³ania innych œrodków psychoaktywnych. U chorych na schizo-freniê dochodzi do zaostrzenia objawów psychozy, b¹dŸ do ich nawrotu, jeœli chory by³ w okresie remisji [10, 11].

PCP i ketamina s¹ niekompetycyjnymi antagonistami receptora NMDA, umiejscawiaj¹c siê wewn¹trz kana³u miêdzy jego podjednostkami powoduj¹ zablokowanie prze-p³ywu kationów [7].

Jak wspomniano, w prawid³owym funkcjonowaniu uk³a-du glutaminianergicznego oprócz kwasu glutaminowego – g³ównego przekaŸnika, wa¿na rola przypada glicynie, która jest koagonist¹ receptora NMDA z w³asnym miejscem receptorowym na podjednostce NR1. Zaobserwowano, ¿e nasilenie objawów psychopatologicznych, szczególnie ubyt-kowych, koreluje z obni¿onym stê¿eniem glicyny w o.u.n. [12, 13], zaœ suplementacja jej zmniejsza nasilenie objawów negatywnych schizofrenii o ok. 10–20% [14, 15, 16, 17, 18]. Opublikowano wyniki kilkunastu badañ klinicznych, w których obserwowano wp³yw glicyny i innych agonistów miejsca glicynowego receptora NMDA na objawy schizo-frenii [19, 20].

Za utrzymywanie odpowiedniego wewn¹trzsynaptycz-nego stê¿enia glicyny odpowiedzialne s¹ specyficzne sys-temy transporterowe. Opisano dwie odmiany transporterów, znane jako typ 1 (GlyT-1) i 2 (GlyT-2). Odrêbny transpor-ter – VIAAT (vesicular inhibitory amino acid transportranspor-ter) odpowiada za gromadzenie glicyny w pêcherzykach synap-tycznych, z których uwalniana jest ona do wnêtrza synapsy. Jest on wspólny dla dwóch najwa¿niejszych neurotransmi-terów hamuj¹cych, czyli kwasu gamma-aminomas³owego (GABA) i glicyny, co wiêcej – oba wymienione przekaŸ-niki mog¹ wystêpowaæ w jednym pêcherzyku. Inne nie-specyficzne transportery aminokwasów mog¹ braæ udzia³ w transferze glicyny, choæ nie ma jasnoœci, czy dotyczy to tkanki nerwowej. Do wa¿niejszych systemów nale¿¹ Na+_{-zale¿ne ASC (transportuj¹cy g³ównie alaninê, serynê}

i cysteinê), L (odpowiedzialny za transport L-izomerów aminokwasów) i B0+ _{(po raz pierwszy opisany w badaniach}

blastocysty mysiej).

CHARAKTERYSTYKA, LOKALIZACJA

I GENETYKA TRANSPORTERÓW GLICYNOWYCH GlyT-1 i GlyT-2 nale¿¹ do du¿ej grupy œródb³onowych transporterów zwi¹zanych z jonami Na+ _{i Cl}–_{, do której}

zalicza siê równie¿ transportery tauryny, proliny, GABA i monoamin [21]. W przypadku obu transporterów glicyny wystêpuje 12 domen umiejscowionych œródb³onowo i za-kotwiczaj¹cych system transporterowy [22]. Budow¹ przy-pominaj¹ one pierwszy sklonowany transporter – GAT-1, odpowiedzialny za transfer GABA [23]. Przeniesienie do wnêtrza komórki 1 cz¹steczki glicyny sprzê¿one jest z równoleg³ym dokomórkowym transferem 1 jonu Cl–

i w 2 Na+ _{w przypadku GlyT-1, a 1 jonu Cl}– _{i 3 Na}+

w przypadku GlyT-2.

Potencjalnie wa¿ne dla farmakologii transporterów gli-cynowych s¹ zwi¹zki o w³aœciwoœciach hamuj¹cych ich funkcjê. Wykorzystanie tego zjawiska ma doprowadzaæ do wzrostu stê¿enia glicyny w obrêbie szczeliny synaptycznej. W obrêbie rdzenia przed³u¿onego, mó¿d¿ku i pnia móz-gu (hamuj¹cy uk³ad glicynergiczny) znajduj¹ siê oba typy transportera. W okolicy receptorów NMDA, zwi¹zanych z uk³adem glutaminianergicznym, wystêpuje jedynie GlyT-1 i na nim koncentruj¹ siê badania zwi¹zane ze schizofreni¹. Obecnoœæ transportera udokumentowano w korze przedczo-³owej, hipokampie, wzgórzu, podwzgórzu, opuszce wêcho-wej, siatkówce, przy czym wystêpuje on w g³ównej mierze na komórkach gleju [24, 25].

Zidentyfikowano specyficzne dla transporterów glicyno-wych miejsca genowe, oba znajduj¹ siê na krótkim ramieniu chromosomu 1 (dla GlyT-1 miejsce 1p31.3, dla GlyT-2 – 1p15.1-15.2) [26]. Dotychczas poznano 5 odmian transpor-tera GlyT-1 (a-c, e, f). GlyT-2 posiada dwie odmiany (a i b), co wynika z alternatywnego sk³adania RNA (splicing). FARMAKOLOGICZNE W£AŒCIWOŒCI GlyT-1

Odpowiednie stê¿enie glicyny w pobli¿u receptora NMDA zwi¹zane jest z jednej strony z poziomem poda¿y aminokwasu, z drugiej z wydajnoœci¹ systemu

transportuj¹-119 Transportery glicyny – potencjalny cel interwencji farmakologicznej w leczeniu schizofrenii

cego – zmniejszaj¹cego stê¿enie neuroprzekaŸnika w szcze-linie synaptycznej. Z tego powodu, aby zwiêkszyæ iloœæ gli-cyny i tym samym zmniejszyæ obserwowan¹ w schizofrenii hipofunkcjê receptora NMDA mo¿na zwiêkszyæ jej poda¿ (suplementacja du¿ych dawek) lub zablokowaæ jej do-neuronalny wychwyt zwrotny.

Badania dotycz¹ce procesu bramkowania sensorycznego (zaburzonego w schizofrenii) u gryzoni wskazuj¹ na korzyst-ne dzia³anie glicyny i inhibitorów GlyT-1 w tym zakresie [27]. Blokada GlyT-1 niweluje ponadto skutki intoksykacji amfetamin¹, przypominaj¹c dzia³anie klozapiny [28].

Selektywne blokowanie wychwytu zwrotnego transpor-tera GlyT-1 mo¿liwe jest przy u¿yciu sarkozyny (N-metyl-glicyny) lub jej analogów, np. NFPS (in. ALX-5407), NPTS, ORG-24598, WO0208216. Inhibitorami GlyT-1 oraz GlyT-2 s¹ szeroko znane leki przeciwdepresyjne – amitryptylina, nortryptylina i doksepina (w stê¿eniach 100 µM), zaœ inny lek z tej grupy – amoksapina (100 µM) wybiórczo hamuje GlyT-2 [22]. W ostatnim okresie du¿e zainteresowanie budz¹ substancje wybiórczo hamuj¹ce GlyT-1, nie bêd¹ce pochodnymi sarkozyny, tzw. druga ge-neracja Gly-T1 (WO0222581, WO0187855).

Obecnie dostêpne jest w piœmiennictwie jedno badanie kliniczne koncentruj¹ce siê na ocenie efektywnoœci inhibi-tora GlyT-1 (sarkozyny) i bezpieczeñstwa jej stosowania u chorych na schizofreniê [29]. Zosta³o ono zaprojektowane jako 6-tygodniowe kontrolowane badanie typu podwójnie œlepej próby. Projekt obj¹³ 38 pacjentów, z których 17 otrzy-mywa³o sarkozynê w dobowej dawce 2 g, a pozostali – place-bo. W grupie badanej zaobserwowano istotn¹ statystycznie poprawê w zakresie objawów pozytywnych, negatywnych, kognitywnych i ogólnej psychopatologii, ocenianych przy u¿yciu PANSS. Grupy nie ró¿ni³y siê istotnie pod wzglê-dem czêstoœci wystêpowania i nasilenia objawów niepo-¿¹danych. Sarkozyna jest aminokwasem, który wystêpuje w organizmie i tym t³umaczy siê jej niski potencja³ dzia³a-nia toksycznego, choæ opisywano przypadki wystêpowadzia³a-nia ataksji oraz zmniejszenia ogólnej aktywnoœci.

Jedynym dotychczas znanym efektem dzia³ania sarko-zyny w obrêbie uk³adu nerwowego jest hamowanie GlyT-1 i wychwytu zwrotnego glicyny. Teoretycznie zak³adano równie¿ mo¿liwoœæ demetylacji sarkozyny i zwiêkszenie tym samym puli glicyny, jednak odpowiedzialny za to en-zym – dehydrogenaza sarkozyny wystêpuje g³ównie w w¹-trobie, a jej stê¿enie w o.u.n. jest minimalne i niewystar-czaj¹ce, aby doprowadziæ do wzrostu stê¿enia glicyny. PODSUMOWANIE

Aktualnie stosowana farmakoterapia schizofrenii opie-ra siê na za³o¿eniach teorii dopaminergicznej, zaœ cech¹ wspóln¹ stosowanych leków jest antagonistyczne dzia³anie w stosunku do receptora D₂. Leczenie to, mimo wyraŸnych mankamentów, jest najefektywniejsze w niwelowaniu ob-jawów wytwórczych psychozy. Wypadkowa stê¿eñ dopa-miny jest wynikiem m.in. pobudzaj¹cego dzia³ania gluta-minianu poprzez receptor NMDA i hamuj¹cego wp³ywu interneuronów GABA-ergicznych, na których równie¿ znajduj¹ siê wymienione receptory glutaminianergiczne. W warunkach in vivo wiêksze znaczenie maj¹, jak siê

wy-daje, receptory NMDA na neuronach hamuj¹cych (GABA), st¹d hipoteza mo¿liwego os³abiania transmisji dopaminer-gicznej poprzez stymulacjê glutaminianergiczn¹. Zaobser-wowano, ¿e w obrêbie pr¹¿kowia glicyna i jej pochodne, jak równie¿ sarkozyna i inne inhibitory GlyT-1 powoduj¹ istotne os³abienie przekaŸnictwa dopaminergicznego. PIŒMIENNICTWO

1. Aragón C, López-Corcuera B. Structure, function and regula-tion of glycine neurotransporters. Eur J Pharmacol 2003; 479 (1–3): 249–62.

2. McBain CJ, Mayer ML. N-methyl-D-aspartic acid receptor structure and function. Physiol Rev 1994; 74: 723–60. 3. Olney JW, Newcomer JW, Farber NB. NMDA receptor

hypo-function model of schizophrenia. J Psychiatr Res 1999; 33: 523–33.

4. Carlsson M, Carlsson A. Interactions between glutamatergic and monoaminergic systems within the basal ganglia – im-plications for schizophrenia and Parkinson’s disease. Trends Neurosci 1990; 13: 272–76.

5. Chatterton JE, i wsp. Excitatory glycine receptors containing the NR3 family of NMDA receptor subunits. Nature 2002; 415: 793–8.

6. Allen RM, Young SJ. Phencyclidine-induced psychosis. Am J Psychiatry 1978; 135: 1081–84.

7. Javitt DC, Zukin SR. Recent advances in the phencyclidine model of schizophrenia. Am J Psychiatry 1991; 148: 1301–08. 8. Javitt DC, Zylberman I, Zukin SR, Heresco-Levy U, Linden-mayer JP. Amelioration of negative symptoms in schizophrenia by glycine. Am J Psychiatry 1994; 151: 1234–36.

9. Manoach DS, i wsp. Schizophrenic subjects show aberrant fMRI activation of dorsolateral prefrontal cortex and basal gan-glia during working memory performance. Biol Psychiatry 2000; 48 (2): 99–109.

10. Lahti AC, Koffel B, LaPorte D, Tamminga CA. Subanesthetic doses of ketamine stimulate psychosis in schizophrenia. Neuro-psychopharmacol 1995; 13: 9–19.

11. Law AJ, Deakin JF. Asymmetrical reductions of hippocampal NMDAR1 glutamate receptor mRNA in the psychoses. Neuro-report 2001; 12: 2971–74.

12. Evins AE, Amico E, Posever TA, Toker R, Goff DC. D-Cyclo-serine added to risperidone in patients with primary negative symptoms of schizophrenia. Schizophr Res 2002; 56: 19–23. 13. Heresco-Levy U, Ermilov M, Lichtenberg P, Bar G, Javitt DC.

High-dose glycine added to olanzapine and risperidone for the treatment of schizophrenia. Biol Psychiatry 2004; 55 (2): 165–71.

14. Heresco-Levy U, i wsp. Efficacy of high-dose glycine in the treatment of enduring negative symptoms of schizophrenia. Arch Gen Psychiatry 1999; 56: 29–36.

15. Heresco-Levy U, i wsp. Placebo-controlled trial of D-cyclose-rine added to conventional neuroleptics, olanzapine, or risperi-done in schizophrenia. Am J Psychiatry 2002; 159: 480–82. 16. Javitt DC, i wsp. Adjunctive high-dose glycine in the

treat-ment of schizophrenia. Int J Neuropsychopharmacol 2001; 4: 385–91.

17. Jentsch J, Roth R. The neuropsychopharmacology of phen-cyclidine: from NMDA receptor hypofunction to the dopa-mine hypothesis of schizophrenia. Neuropsychopharmacol 1999; 20: 201–25.

18. Lester RA, Clements JD, Westbrook GL, Jahr CE. Channel kinetics determine the time course of NMDA receptor-media-ted synaptic currents. Nature 1990; 346: 565–67.

19. Strzelecki D, Rabe-Jab³oñska J. Glicyna i jej miejsce w terapii schizofrenii. Post Psychiatr Neurol 2003; 12: 193–200.

120 Dominik Strzelecki, Jolanta Rabe Jab³oñska 20. Tuominen HJ, Tiihonen J, Wahlbeck K. Glutamatergic drugs

for schizophrenia: a systematic review and meta-analysis. Schizophr Res 2005; 72 (2–3): 225–34.

21. Nelson N. The family of Na+_/Cl– _{neurotransmitter transporters.}

J Neurochem 1998; 71: 1785–803.

22. Olivares L, Aragon C, Gimenez C, Zafra F. Analysis of the transmembrane topology of the glycine transporter GLYT1. J Biol Chem 1997; 272 (2): 1211–7.

23. Guastella J, i wsp. Cloning and expression of a rat brain GABA transporter. Science 1990; 249 (4974): 1303–6.

24. Zafra F, i wsp. Glycine transporters are differentially expressed among CNS cells. J Neurosci 1995; 15: 3952–69.

25. Zafra F, Gomeza J, Olivares L, Aragon C, Gimenez C. Regio-nal distribution and developmental variation of the glycine transporters GLYT1 and GLYT2 in the rat CNS. Eur J Neurosci 1995; 7 (6): 1342–52.

26. Kim KM, i wsp. Cloning of the human glycine transporter type 1: molecular and pharmacological characterization of novel isoform variants and chromosomal localization of the gene in the human and mouse genomes. Mol Pharmacol 1994; 45 (4): 608–17. 27. Kinney GG, i wsp. The glycine transporter type 1 inhibitor

N-[3-(4'-fluorophenyl)-3-(4'-phenylphenoxy)propyl]sarcosine potentiates NMDA receptor-mediated responses in vivo and produces an antipsychotic profile in rodent behavior. J Neurosci 2003; 23: 7586–91.

28. Lipska BK, Weinberger DR. Delayed effects of neonatal hip-pocampal damage on haloperidol-induced catalepsy and apomorphine-induced stereotypic behaviors in the rat. Brain Res Dev Brain Res 1993; 75: 213–22.

29. Tsai G, Lane HY, Yang P, Chong MY, Lange N. Glycine trans-porter I inhibitor, N-methylglycine (sarcosine), added to anti-psychotics for the treatment of schizophrenia. Biol Psychiatry 2004; 55 (5): 452–6.

Adres: Dr Dominik Strzelecki, Klinika Zaburzeñ Afektywnych i Psychiatrii M³odzie¿owej Uniwersytetu Medycznego, Centralny Szpital Kliniczny, ul. Czechos³owacka 8/10, 92-216 £ódŸ