Квисквалиевая кислота является агонистом AMPA , каинатных и метаботропных глутаматных рецепторов группы I. Это один из самых мощных известных агонистов рецепторов AMPA . [2] [3] [4] [5] Она вызывает эксайтотоксичность и используется в неврологии для избирательного разрушения нейронов в головном или спинном мозге. [6] [7] [8] Квисквалиевая кислота встречается в природе в семенах видов Quisqualis .
Исследования, проведенные Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США , продемонстрировали, что квисквалиевая кислота также присутствует в лепестках цветков зональной герани ( Pelargonium x hortorum ) и является причиной возникновения ригидного паралича у японского жука . [9] [10] Считается, что квисквалиевая кислота имитирует L-глутаминовую кислоту , которая является нейромедиатором в нервно-мышечном соединении насекомых и центральной нервной системе млекопитающих. [11]
Combretum indicum ( Quisqualis indica var. villosa) родом из тропической Азии, но до сих пор нет уверенности, является ли он коренным растением из Африки или был туда завезен. Поскольку аминокислота, которую можно выделить из его плодов, в настоящее время может быть получена в лабораторных условиях, растение в основном выращивается как декоративное.
Его плоды известны своим противоглистным действием, поэтому их используют для лечения аскаридоза. Высушенные семена используются для уменьшения рвоты и остановки диареи , но масло, извлеченное из семян, может обладать слабительными свойствами. Корни используются как глистогонное средство, а сок листьев, размягченный в масле, применяется для лечения язв, паразитарных кожных инфекций или лихорадки.
Растение используется для облегчения боли, а на островах Индийского океана отвар из листьев используют для купания детей, больных экземой. На Филиппинах люди жуют плоды, чтобы избавиться от кашля, а измельченные плоды и семена применяют для облегчения нефрита . Во Вьетнаме используют корень растения для лечения ревматизма . В Папуа-Новой Гвинее растения принимают в качестве противозачаточного средства.
Однако растение имеет не только медицинское применение. В Западной Африке длинные и эластичные стебли используются для создания запруд, ловушек и плетения корзин. Цветы съедобны, их добавляют в салаты для придания цвета.
Масло семян содержит пальмитиновую , олеиновую , стеариновую , линолевую , миристиновую и арахидоновую кислоты . Цветки богаты флавоноидными гликозидами пеларгонидин-3-глюкозидом и рутином . Листья и кора стебля богаты танинами , а из листового стебля было выделено несколько дифенилпропаноидов.
Активное соединение (квисквалиевая кислота) напоминает действие антигельминтного α-сантонина, поэтому в некоторых странах семена растения используются в качестве замены препарата. Однако кислота показала возбуждающее действие на культивируемые нейроны, а также на различных животных моделях, поскольку она вызывает несколько типов лимбических судорог и некроз нейронов. [12]
Квисквалиновую кислоту теперь можно синтезировать в коммерческих целях, и она действует как антагонист своего рецептора, обнаруженного в центральной нервной системе млекопитающих. [12]
Это органическое соединение, относящееся к классу L – альфа – аминокислот. Эти соединения имеют L-конфигурацию альфа-атома углерода.
Квисквалиевая кислота содержит в своей структуре пятичленную, плоскую, сопряженную, ароматическую гетероциклическую систему, состоящую из одного атома кислорода и двух атомов азота в положениях 2 и 4 оксадиазольного кольца. Структура 1,2,4-оксадиазольного кольца присутствует во многих природных продуктах фармакологического значения. Квисквалиевая кислота, которая извлекается из семян Quisqualis indica , является сильным антагонистом рецепторов α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты. [13]
L – квисквалиевая кислота является агонистом рецепторов глутамата, действуя на рецепторы AMPA и метаботропные рецепторы глутамата, положительно связанные с гидролизом фосфоинозитида. Она сенсибилизирует нейроны в гиппокампе к деполяризации L-AP6 . [14]
Будучи 3,5-дизамещенным оксадиазолом, хисквалевая кислота является стабильным соединением. [15]
Одним из способов синтеза квисквалевой кислоты является ферментативный синтез. Поэтому цистеинсинтаза очищается из листьев Quisqualis indica var. villosa, показывая две формы этого фермента. Оба выделенных изофермента катализируют образование цистеина из O-ацетил-L-серина и сероводорода , но только один из них катализирует образование L-квисквалевой кислоты. [16]
Другой способ синтеза продукта — использование L-серина в качестве исходного материала.
Начальным этапом синтеза является превращение L-серина в его Nt-бутоксикарбонильное производное. Аминогруппа серина должна быть защищена, поэтому был добавлен ди-трет-бутилдикарбонат в изопропаноле и водный гидроксид натрия при комнатной температуре. Результатом реакции является Nt-Boc-защищенная кислота. Затем последовало ацилирование этой кислоты гидрохлоридом O-бензилгидроксиламина. T-Boc-защищенный серин обрабатывали одним эквивалентом изобутилхлорформиата и N-метилморфолина в сухом ТГФ, в результате чего получался смешанный ангидрид. Затем он реагирует с O-бензилгидроксиламином, давая гидроксамат. Гидроксамат далее преобразуется в β-лактам, который гидролизовался до гидроксиламинокислоты (77) путем обработки одним эквивалентом гидроксида натрия. После подкисления насыщенным водным раствором лимонной кислоты был выделен конечный продукт, L-квисквалиновая кислота. [17]
Квисквалиевая кислота функционально похожа на глутамат , который является эндогенным агонистом рецепторов глутамата. Она функционирует как нейротрансмиттер в нервно-мышечном соединении насекомых и ЦНС . Она проходит через гематоэнцефалический барьер и связывается с рецепторами клеточной поверхности AMPA и рецепторами каината в мозге.
Рецептор AMPA — это тип ионотропного рецептора глутамата, связанного с ионными каналами, и при связывании с лигандом он модулирует возбудимость, пропуская поток ионов кальция и натрия во внутриклеточный домен. [18] С другой стороны, каинатные рецепторы изучены меньше, чем рецепторы AMPA. Хотя функция несколько схожа: ионный канал пропускает поток ионов натрия и калия, и в меньшей степени ионы кальция. [ необходима цитата ]
Как уже упоминалось, связывание хвисквалиевой кислоты с этими рецепторами приводит к притоку ионов кальция и натрия в нейроны, что запускает каскады нисходящих сигналов. Кальциевая сигнализация включает в себя белковые эффекторы, такие как киназы ( CaMK , MAPK/ERKs ), фактор транскрипции CREB и различные фосфатазы. Она регулирует экспрессию генов и может изменять свойства рецепторов. [19]
Ионы натрия и кальция вместе генерируют возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП), который запускает потенциалы действия . Стоит отметить, что чрезмерная активация рецепторов глутамата и рецепторов каината приводит к эксайтотоксичности и неврологическим повреждениям . [19]
Большая доза квисквалиевой кислоты активирует эти рецепторы, что может вызвать судороги из-за длительных потенциалов действия, активирующих нейроны. Квисквалиевая кислота также связана с различными неврологическими расстройствами, такими как эпилепсия и инсульт . [20]
Метаботропные глутаматные рецепторы, также известные как mGluR, являются типом глутаматных рецепторов, которые являются членами рецепторов, сопряженных с G-белком . Эти рецепторы важны для нейронной коммуникации, формирования памяти, обучения и регуляции. Как и глутамат, квисквалиевая кислота связывается с этим рецептором и проявляет еще более высокую активность, в основном для mGlu1 и mGlu5, и оказывает свое действие через сложную систему вторичных мессенджеров. [21] Активация этих рецепторов приводит к увеличению инозитолтрифосфата (IP3) и диацилглицерина (DAG) путем активации фосфолипазы C (PLC). В конечном итоге IP3 диффундирует, чтобы связаться с рецепторами IP3 на ER , которые представляют собой кальциевые каналы, которые в конечном итоге увеличивают концентрацию кальция в клетке. [22]
Эффекты квисквалиевой кислоты зависят от местоположения и контекста. Известно, что эти 2 рецептора усиливают активность рецепторов N-метил-D-аспартата ( NMDAR ), определенного типа ионного канала , который является нейротоксичным. Было обнаружено, что избыточное количество NMDA наносит вред нейронам в присутствии рецепторов mGlu1 и mGlu5. [23]
Активация mGluR группы 1 участвует в синаптической пластичности и способствует как нейротоксичности , так и нейропротекции , например, защите сетчатки от токсичности NMDA, упомянутой выше. [24] Это вызывает снижение экспрессии ZENK , что приводит к миопии у кур. [25]
Исследования на мышах показали, что mGlu1 может быть вовлечен в развитие некоторых видов рака. [26] Учитывая, что эти типы рецепторов в основном локализованы в таламусе , гипоталамусе и хвостатом ядре мозга, чрезмерная активация этих рецепторов квисквалиевой кислотой может указывать на потенциальную роль в двигательных расстройствах.
Квисквалиевая кислота является возбуждающей аминокислотой (EAA) и мощным агонистом метаботропных рецепторов глутамата, причем данные показывают, что активация этих рецепторов может вызывать длительную сенсибилизацию нейронов к деполяризации , явление, называемое «эффектом Квиса» [27] .
Первые случаи использования квисквалиевой кислоты в исследованиях относятся к 1975 году, [28] когда в первом описании кислоты отмечалось, что она оказывает сильное возбуждающее действие на спинной мозг лягушек и крыс, а также на нервно-мышечное соединение у раков. [17] С тех пор ее основное применение в исследованиях заключалось в качестве шаблона для эксайтотоксических моделей исследований повреждений спинного мозга (SCI). При инъекции в спинной мозг квисквалиевая кислота может вызывать чрезмерную активацию рецепторов глутамата, что приводит к повреждению и потере нейронов. [29] Эта эксайтотоксическая модель использовалась для изучения механизмов SCI и разработки потенциальных методов лечения связанных с ней состояний. Несколько исследований экспериментально продемонстрировали сходство между патологией и симптомами SCI, вызванными инъекциями квисквалиевой кислоты, и теми, которые наблюдаются при клинических повреждениях спинного мозга. [29] [30]
После введения инъекции квиса спинальные нейроны, расположенные близко к областям нейрональной дегенерации и кавитации, демонстрируют снижение механического порога , что означает, что они становятся более чувствительными к механическим стимулам. Эта повышенная чувствительность сопровождается длительными ответами после разряда. Эти результаты предполагают, что агонисты возбуждающих аминокислот могут вызывать морфологические изменения в спинном мозге, которые могут привести к физиологическим изменениям в соседних нейронах, в конечном итоге приводя к измененной механочувствительности. [29] [31]
Имеются данные, позволяющие предположить, что возбуждающие аминокислоты, такие как хвисквалиевая кислота, играют важную роль в индукции гибели клеток после инсульта, гипоксии-ишемии и черепно-мозговой травмы. [29] [32] [33]
Исследования, включающие связывание квисквалиевой кислоты, показали, что аминокислота не проявляет селективности к единственному специфическому подтипу рецепторов, который изначально был идентифицирован как рецептор квисквалата. [28] Вместо этого она демонстрирует высокое сродство к другим типам возбуждающих аминокислотных рецепторов, включая каинатные, AMPA и метаботропные рецепторы, а также к некоторым транспортным сайтам, таким как хлорид-зависимые L-AP4- чувствительные сайты. Кроме того, она также проявляет сродство к определенным ферментам, ответственным за расщепление дипептидов, включая фермент, ответственный за расщепление N-ацетил-аспартилглутамата (NAALADase). [28] [34]
Что касается биодоступности , то информации в базе данных нет, поскольку имеется ограниченное количество исследований по ее фармакокинетике . Однако, даже несмотря на то, что биодоступность не очень хорошо изучена, исследования на крысах показывают, что возраст может играть роль в наличии эффектов вводимой квисквалиевой кислоты. Эксперимент, который был проведен на крысах в двух возрастных группах (20-дневных и 60-дневных), показал, что при микроинъекциях квисквалиевой кислоты у 60-дневных крыс было больше судорог по сравнению с более молодыми крысами. Кроме того, крысам давали одинаковое количество квисквалиевой кислоты, однако неполовозрелые животные получали более высокую дозировку на массу тела, что подразумевает, что вред, нанесенный возбуждающей аминокислотой, мог быть сравнительно ниже у более молодых животных. [35]
Квисквалиевая кислота не использовалась в клинических испытаниях и в настоящее время не имеет медицинского применения [36] , поэтому информация о неблагоприятных или побочных эффектах не сообщалась.
После начала 2000-х годов наблюдалось значительное сокращение исследований квисквалевой кислоты, что, возможно, объясняется отсутствием специфичности и/или отсутствием других клинических применений, помимо исследований спинномозговых травм, которые развивались с помощью других методов исследования. [36]
Квисквалиевая кислота попадает в организм различными путями, такими как прием внутрь, вдыхание или инъекция. Процесс ADME (абсорбция, распределение, метаболизм и выведение) изучался с помощью различных моделей животных в лабораторных условиях.
Всасывание: квисквалиевая кислота — это небольшая и липофильная молекула, поэтому ожидается, что она будет быстрой. Предполагается, что она всасывается в кишечнике человека, а затем циркулирует к гематоэнцефалическому барьеру . [35] Анализ систем транспорта аминокислот сложен из-за наличия множественных транспортеров с перекрывающейся специфичностью. Поскольку глутамат и квисквалиевая кислота похожи, предполагается, что транспорт натрия/калия в желудочно-кишечном тракте является местом всасывания кислоты.
Распределение: зная рецепторы, с которыми кислота связывается, можно легко предсказать, где она присутствует, например: в гиппокампе , базальных ганглиях , обонятельных областях.
Метаболизм: считается, что квисквалиевая кислота метаболизируется в печени путем окислительного метаболизма, осуществляемого ферментами цитохрома P450 , глутатион-S-трансферазой (детоксицирующие агенты). Исследование показало, что воздействие квисквалиевой кислоты выявило, что в этом процессе участвуют P450, GST. [37] Это также подтверждается с помощью инструмента admetSAR для оценки химических свойств ADMET . [35] Предполагается, что ее метаболитами являются NMDA и хинолиновая кислота .
Выведение: В основном, как правило, аминокислоты подвергаются трансаминированию/дезаминированию в печени. Таким образом, аминокислоты преобразуются в аммиак и кетокислоты, которые в конечном итоге выводятся через почки.
Стоит отметить, что фармакокинетика квисквалиевой кислоты не была подробно изучена, и имеется мало информации о ее процессе ADME. Поэтому необходимы дополнительные исследования, чтобы полностью понять метаболизм кислоты в организме.
{{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь )