В своей недавней работе в Cell Research Чжан с соавт. обнаружили экспрессию водородного потенциалзависимого канала 1 (Hv1) в чувствительных нейронах, а также то, что этот канал регулирует выработку активных форм кислорода. Более того, ингибирование Hv1 с помощью [экспериментального лекарственного средства] YHV98-4 уменьшает выраженность воспаления и связанной с воспалением боли.
Водородный потенциалзависимый канал 1 (Hv1) был описан как потенциалзависимый протонный канал у грызунов и человека [1, 2]. Его активация происходит при деполяризации мембраны клетки. Регуляция чувствительности канала зависит от разницы рН между внутриклеточной и внеклеточной жидкостями: чем больше разница рН, тем большее значение деполяризации способно активировать Hv1. Такая зависимость от градиента кислотности выражается в уникальном свойстве Hv1: канал открывается только тогда, когда мембранный потенциал превышает равновесный потенциал H+. Кроме того, протоны переносятся по каналу только наружу, что приводит к выходу кислоты из клеток В иммунных клетках Hv1 регулирует синтез активных форм кислорода (АФК) посредством функционального взаимодействия с НАДФН-оксидазой (НАДФНО) . В нервной системе млекопитающих Hv1 экспрессируется в микроглии и участвует в ишемическом повреждении головного мозга . Кроме того, Hv1 задействован в патогенезе нейропатической боли: канал регулирует синтез АФК микроглиальными клетками, а также межклеточное взаимодействие микроглиоцитов и астроцитов . В своей недавней статье в Cell Research Чжан с соавт. [6] определили экспрессию и функцию Hv1 в первичных чувствительных нейронах. Отметим также, что в ходе этого исследования было определено новое соединение — ингибитор канала Hv1 — обладающее обезболивающим и противовоспалительным действием, которое было показано на мышах .
Применив методику RNAscope с технологией гибридизации in situ, Чжан с соавт. продемонстрировали то, что мРНК гена Hvcn1 обширно экспрессируется в 60 % чувствительных нейронов ганглиев дорсальных корешков (ГДК), в том числе нейронах малого размера (предположительно ноцицепторы) и нейронпх среднего и крупного размера. Интересно, что экспрессия Hv1 повышалась при остром и персистирующем воспалении вследствие присутствия воспалительных цитокинов, активаторов НАДФНО и повреждения нервных волокон. Таким образом, экспрессия Hv1 в чувствительных нейронах может служить маркером воспалительного повреждения и деполяризации ноцицепторов.
Для изучения роли Hv1 в регуляции боли Чжан с соавт. воспользовались генетическими (такими как выведение линий мышей с генетическим нокаутом Hvcn1 и вирус-опосредованный нокдаун гена Hvcn1 в нейронах ГДК), поведенческими (определение боли на примере различных животных моделей), а также электрофизиологическими и биохимическими методами (с помощью последних двух групп методов авторы исследовали Hv1-опосредованные ионные токи и внутриклеточные сигнальные пути). Генетическая делеция Hcvn1 не повлияла на базовую болевую чувствительность, так как механическая и температурная чувствительность оказались сопоставимы у мышей дикого типа и мышей с нокаутом Hcvn1. Однако у линии мышей с нокаутом Hvcn1 уменьшалась степень выраженности воспалительной боли, индуцированной полным адъювантом Фрейнда (ПАФ) — соединением, вызывающим механическую и температурную гиперчувствительность.
Примечательно, что используя компьютерное моделирование и виртуальный скрининг библиотеки химических соединений, авторы определили новый ингибитор канала Hv1 — YHV98-4. YHV98-4 специфически ингибирует Hv1; полумаксимальная ингибирующая концентрация этого вещества при отсутствии ингибирования других ионных каналов — 1 мкМ. 20 мкМ YHV98-4 подавляет Hv1-опосредованные токи в нейронах ГДК как у мышей, не подвергавшихся воздействию ПАФ, так и у тех мышей, которые его получали. Как и ожидалось, величина текущего ингибирования зависела от внутриклеточного pH (pHi). Hv1 играет активную роль в изменении pHi в ноцицептивных нейронах после воспаления, и, соответственно, внутриклеточное подщелачивание в ГДК связано с болью. Как и в иммунных клетках и микроглии, ингибирование Hv1 в чувствительных нейронах снижает синтез АФК после воспаления или гиперактивации нейронов с деполяризацией.
Чтобы продемонстрировать клинический потенциал ингибирования Hv1 у человека, Чжан с соавт. оценили фармакокинетический профиль YHV98-4. После однократного внутрибрюшинного введения YHV98-4 (10 мг/кг) концентрация этого соединения в плазме крови достигала 4 мкг/мл с периодом полувыведения 1,75 часа. Инъекция YHV98-4 в системный кровоток приводила к быстрому обезболиванию (показано на примере мышиных моделей воспалительной и нейропатической боли) в течение 30–60 минут после введения. Анальгетическая эффективность YHV98-4 для подавления воспалительной боли аналогична таковой у диклофенака натрия — нестероидного противовоспалительного средства (НПВС), применяемого для купирования болевого синдрома легкой и умеренной степени выраженности, отечности (вследствие воспаления) и тугоподвижности суставов при артрите. Примечательно, что YHV98-4 не изменяет исходный болевой порог. Авторы также обнаружили, что обезболивающий эффект этого ингибитора не проявляется у мышей с нокаутом или нокдауном гена Hvcn1 в чувствительных нейронах. Кроме того, они выявили, что вещества-акцепторы АФК смягчали проявления индуцированной ПАФ аллодинии механического или температурного характера у мышей дикого типа. Однако у мышей с нокдауном гена Hv1 в чувствительных нейронах подобного не наблюдалось. Все эти результаты говорят о том, что YHV98-4 ослабляет боль воспалительного генеза посредством ингибирования канала Hv1 и синтеза АФК.
Чжан с соавт. обнаружили сигнальный путь, посредством которого канал Hv1 участвует в развитии боли, ингибируя фосфатазу SHP-1 (от англ. Src homology 2 domain-containing tyrosine phosphatase 1) в чувствительных нейронах . Согласно недавним исследованиям, SHP-1 играет важную роль в чувствительных нейронах при контроле боли . Изначально сигнальный путь Hv1/SHP-1 был обнаружен в иммунокомпетентных клетках — В-лимфоцитах — в которых протонные каналы регулируют образование АФК и окисление SHP-1, что приводит к изменению функционирования сигнального пути АКТ . В настоящем исследовании авторы представили несколько доказательств роли внутриклеточного сигнального пути SHP-1/AKT в нейронах при контроле боли, опосредованном каналом Hv1. Во-первых, ПАФ запускает подавление фосфорилирования SHP-1 в нейронах ГДК, что можно предотвратить методами фармакологического и генетического ингибирования Hv1. Во-вторых, прием ингибитора SHP-1 устранял обезболивающий эффект, который был вызван ингибированием Hv1, а у мышей с нокаутом гена Hvcn1 экспрессия SHP-1 увеличивалась. Наконец, ингибирование Hv1 в нейронах также предотвращало активацию сигнального пути PI3K/AKT (который запускается при воспалении) и выделение проноцицептивных воспалительных цитокинов (например, CXCL1). Следовательно, ингибирование канала Hv1 в нейронах может восстановить гомеостатическую функцию сигнального пути SHP-1—PI3K/AKT—CXCL1, которая при повреждении тканей и воспалении оказалась нарушена .
Хорошо известно, что многократное введение опиоидов, таких как морфин, вызывает антиноцицептивную толерантность и гипералгезию (повышенную болевую чувствительность). Интересно, что ингибирование Hv1 предотвращало развитие гипералгезии и толерантности, индуцированной морфином. Авторы также наблюдали, что синтез АФК в ГДК увеличивался после длительного воздействия морфина, и такой синтез блокировался фармакологическим ингибированием Hv1 или нокдауном гена Hv1 в сенсорных нейронах.
Таким образом, описанное исследование выявило новую роль канала Hv1 в регуляции синтеза АФК в чувствительных нейронах. Группа ученых определила новый ингибитор канала Hv1 — YHV98-4. На примере нескольких животных моделей был продемонстрирован анальгезирующий эффект этого ингибитора: он купировал боль невропатического и воспалительного генеза, а также гипералгезию, вызванную применением опиоидов. Было бы интересно протестировать YHV98-4 при болях при злокачественных опухолях, поскольку для лечения раковой боли обычно применяются опиоиды, а канал Hv1 также участвует в опухолевой прогрессии . Ингибитор этого канала может оказывать двойное действие: подавлять опухолевый рост и облегчать боль. В ходе будущих исследований необходимо изучить возможное взаимодействие Hv1 с опиоидными рецепторами чувствительных нейронов. Hv1 представляет собой новую мишень контроля боли, однако впоследствии обезболивающую эффективность YHV98-4 можно дополнительно улучшить. Необходимо изучить преимущества этого ингибитора Hv1 по сравнению с НПВС и антиоксидантами. Кроме того, Hv1 экспрессируют иммунные клетки и микроглиоциты, а период полураспада YHV98-4 в тканях головного мозга больше, чем в плазме. Это позволяет предположить, что головной мозг может быть важной мишенью воздействия для этого соединения. Также важно изучить, может ли действие на протонные каналы Hv1 смягчать тяжесть неврологических расстройств в ЦНС, таких как инсульт [4].
Последние комментарии