Гистамин представляет собой азотистое органическое соединение , участвующее в передаче местных иммунных реакций , а также регулирующее физиологические функции кишечника и действующее как нейромедиатор для головного , спинного мозга и матки . [3] [4] С тех пор, как гистамин был открыт в 1910 году, его считали местным гормоном ( аутокоидом ), поскольку ему не хватает классических эндокринных желез для его секреции ; однако в последние годы гистамин был признан центральным нейромедиатором . [5] Гистамин участвует в воспалительной реакции и играет центральную роль медиатора зуда . [6] В рамках иммунного ответа на чужеродные патогены гистамин вырабатывается базофилами и тучными клетками , обнаруженными в близлежащих соединительных тканях . Гистамин увеличивает проницаемость капилляров для лейкоцитов и некоторых белков , позволяя им воздействовать на патогены в инфицированных тканях . [7] Он состоит из имидазольного кольца, присоединенного к этиламиновой цепи; в физиологических условиях аминогруппа боковой цепи протонируется .
Гистаминовая основа, полученная в виде суспензии минерального масла , плавится при 83–84 °С. [8] Гидрохлоридные [9] и фосфорные [10] соли образуют белые гигроскопичные кристаллы и легко растворяются в воде или этаноле , но не в эфире . В водном растворе имидазольное кольцо гистамина существует в двух таутомерных формах, определяемых по тому, какой из двух атомов азота протонирован. Азот, находящийся дальше от боковой цепи, является «теле» азотом и обозначается знаком тау в нижнем регистре, а азот, расположенный ближе к боковой цепи, является «плюс» азотом и обозначается знаком «пи». Телетаутомер N τ -H -гистамин предпочтителен в растворе по сравнению с простатомером N π -H -гистамин.
Гистамин имеет два основных центра, а именно алифатическую аминогруппу и тот атом азота имидазольного кольца, который еще не имеет протона . В физиологических условиях алифатическая аминогруппа (имеющая pKa около 9,4 ) будет протонирована , тогда как второй азот имидазольного кольца (pKa ≈ 5,8 ) не будет протонирован. [11] Таким образом, гистамин обычно протонируется до однозарядного катиона . Поскольку человеческая кровь является слабоосновной (с нормальным диапазоном pH от 7,35 до 7,45), преобладающая форма гистамина, присутствующая в крови человека, является монопротонной по алифатическому азоту. Гистамин — моноаминовый нейромедиатор .
Гистамин образуется в результате декарбоксилирования аминокислоты гистидина , реакции , катализируемой ферментом L - гистидиндекарбоксилазой . Это гидрофильный вазоактивный амин .
После образования гистамин либо сохраняется, либо быстро инактивируется его первичными ферментами деградации , гистамин- N- метилтрансферазой или диаминоксидазой . В центральной нервной системе гистамин, высвобождаемый в синапсы , в первую очередь расщепляется гистамин- N -метилтрансферазой, тогда как в других тканях могут играть роль оба фермента. Некоторые другие ферменты, включая МАО-В и АЛДГ2 , дополнительно перерабатывают непосредственные метаболиты гистамина для выведения или переработки.
Бактерии также способны производить гистамин с помощью ферментов гистидиндекарбоксилазы, не связанных с ферментами, обнаруженными у животных. Неинфекционная форма заболевания пищевого происхождения, отравление скомброидом , возникает из-за выработки гистамина бактериями в испорченных продуктах, особенно в рыбе. Ферментированные продукты и напитки естественным образом содержат небольшое количество гистамина из-за аналогичного преобразования, осуществляемого ферментирующими бактериями или дрожжами. Саке содержит гистамин в диапазоне 20–40 мг/л; вина содержат его в диапазоне 2–10 мг/л. [12]
Большая часть гистамина в организме вырабатывается в гранулах тучных клеток и лейкоцитах (лейкоцитах), называемых базофилами . Тучных клеток особенно много в местах потенциального повреждения – носу, рту и ступнях, внутренних поверхностях тела и кровеносных сосудах. Гистамин, не являющийся тучноклеточным, обнаруживается в нескольких тканях, включая область гипоталамуса головного мозга , где он действует как нейромедиатор. Другим важным местом хранения и высвобождения гистамина являются энтерохромаффиноподобные (ECL) клетки желудка .
Наиболее важным патофизиологическим механизмом высвобождения гистамина тучными клетками и базофилами является иммунологический . Эти клетки, если они сенсибилизированы IgE- антителами , прикрепленными к их мембранам , дегранулируют при воздействии соответствующего антигена . Некоторые амины и алкалоиды , в том числе такие препараты, как морфин и алкалоиды кураре , могут вытеснять гистамин в гранулах и вызывать его высвобождение. Также обнаружено, что антибиотики , такие как полимиксин, стимулируют высвобождение гистамина.
Высвобождение гистамина происходит, когда аллергены связываются с антителами IgE, связанными с тучными клетками. Снижение перепроизводства IgE может снизить вероятность того, что аллергены найдут достаточное количество свободного IgE, чтобы вызвать выброс гистамина тучными клетками.
Гистамин высвобождается тучными клетками в результате иммунного ответа и позже разлагается в основном двумя ферментами: диаминоксидазой (DAO), кодируемой генами AOC1, и гистамин-N-метилтрансферазой (HNMT), кодируемой геном HNMT. Наличие однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) в этих генах связано с широким спектром заболеваний, от язвенного колита до расстройств аутистического спектра (РАС). [13] Деградация гистамина имеет решающее значение для предотвращения аллергических реакций на безвредные в остальном вещества.
ДАО обычно экспрессируется в эпителиальных клетках на кончике ворсинок слизистой оболочки тонкой кишки. [14] Снижение активности ДАО связано с желудочно-кишечными расстройствами и широко распространенной пищевой непереносимостью. Это связано с увеличением всасывания гистамина через энтероциты , что увеличивает концентрацию гистамина в кровотоке. [15] Одно исследование показало, что пациенты с мигренью и чувствительностью к глютену положительно коррелируют с более низкими уровнями ДАО в сыворотке. [16] Низкая активность DAO может иметь более серьезные последствия, поскольку мутации в аллелях ABP1 гена AOC1 связаны с язвенным колитом. [17] Гетерозиготные или гомозиготные рецессивные генотипы по аллелям rs2052129, rs2268999, rs10156191 и rs1049742 повышают риск снижения активности ДАО. [18] Люди с генотипами сниженной активности ДАО могут избегать продуктов с высоким содержанием гистамина, таких как алкоголь, ферментированные продукты и выдержанные продукты, чтобы ослабить любые аллергические реакции. Кроме того, им следует знать, содержат ли пробиотики , которые они принимают, какие-либо штаммы, продуцирующие гистамин, и проконсультироваться со своим врачом, чтобы получить надлежащую поддержку .
HNMT экспрессируется в центральной нервной системе , дефицит которой приводит к агрессивному поведению и аномальным циклам сна и бодрствования у мышей. [19] Поскольку гистамин головного мозга как нейромедиатор регулирует ряд нейрофизиологических функций, упор был сделан на разработку препаратов, направленных на регуляцию гистамина. Ёсикава и др. исследует, как полиморфизмы C314T, A939G, G179A и T632C влияют на ферментативную активность HNMT и патогенез различных неврологических расстройств. [15] Эти мутации могут иметь как положительное, так и отрицательное влияние. Было показано, что у некоторых пациентов с СДВГ симптомы обостряются в ответ на пищевые добавки и консерванты, отчасти из-за выброса гистамина. В двойном слепом плацебо-контролируемом перекрестном исследовании дети с СДВГ, которые ответили ухудшением симптомов после употребления пробного напитка, с большей вероятностью имели полиморфизмы HNMT в T939C и Thr105Ile. [20] Роль гистамина в нейровоспалении и когнитивных способностях сделала его объектом изучения многих неврологических расстройств, включая расстройства аутистического спектра (РАС). Делеции de novo в гене HNMT также связаны с РАС. [13]
Тучные клетки выполняют важную иммунологическую роль, защищая организм от антигенов и поддерживая гомеостаз микробиома кишечника . Они действуют как сигнал тревоги, вызывая воспалительные реакции иммунной системы. Их присутствие в пищеварительной системе позволяет им служить ранним барьером для патогенов , проникающих в организм. Люди, которые страдают от широко распространенной чувствительности и аллергических реакций, могут страдать синдромом активации тучных клеток (MCAS), при котором из тучных клеток высвобождается чрезмерное количество гистамина , который не может быть должным образом расщеплен. Аномальное высвобождение гистамина может быть вызвано либо дисфункциональными внутренними сигналами от дефектных тучных клеток, либо развитием клональных популяций тучных клеток в результате мутаций, происходящих в тирозинкиназном наборе . [21] В таких случаях организм может оказаться не в состоянии вырабатывать достаточное количество деградирующих ферментов для правильного устранения избытка гистамина. Поскольку MCAS симптоматически характеризуется как такое широкое заболевание, его трудно диагностировать, и его можно ошибочно отнести к различным заболеваниям, включая синдром раздраженного кишечника и фибромиалгию . [21]
Гистамин часто рассматривается как потенциальная причина заболеваний, связанных с гиперреактивностью иммунной системы. У пациентов с астмой аномальная активация гистаминовых рецепторов в легких связана с бронхоспазмом , обструкцией дыхательных путей и выработкой избыточной слизи. Мутации деградации гистамина чаще встречаются у пациентов с сочетанием астмы и гиперчувствительности к аллергенам, чем у пациентов только с астмой. Полиморфизмы HNMT-464TT и HNMT-1639TT значительно чаще встречаются среди детей с аллергической астмой, последний из которых преобладает у афроамериканских детей. [22]
У людей гистамин оказывает свое действие главным образом путем связывания с рецепторами гистамина , связанными с G-белком , обозначенными от H1 до H4 . [23] По состоянию на 2015 год считается, что гистамин активирует лиганд-управляемые хлоридные каналы в эпителии головного мозга и кишечника. [23] [24][обновлять]
Хотя гистамин мал по сравнению с другими биологическими молекулами (содержит всего 17 атомов), он играет важную роль в организме. Известно, что он участвует в 23 различных физиологических функциях. Известно, что гистамин участвует во многих физиологических функциях благодаря своим химическим свойствам, которые позволяют ему быть универсальным в связывании. Он кулоновский (способный нести заряд), конформационный и гибкий. Это позволяет ему легче взаимодействовать и связываться. [29]
Уже более ста лет известно, что внутривенное введение гистамина вызывает падение артериального давления. [30] Основной механизм касается как сосудистой гиперпроницаемости, так и вазодилатации. Связывание гистамина с эндотелиальными клетками заставляет их сокращаться, тем самым увеличивая сосудистую утечку. Он также стимулирует синтез и высвобождение различных релаксантов гладкомышечных клеток сосудов, таких как оксид азота , эндотелиальные гиперполяризующие факторы и другие соединения, что приводит к расширению кровеносных сосудов. [31] Эти два механизма играют ключевую роль в патофизиологии анафилаксии .
Повышенная проницаемость сосудов приводит к выходу жидкости из капилляров в ткани, что приводит к классическим симптомам аллергической реакции: насморку и слезотечению. Аллергены могут связываться с IgE -нагруженными тучными клетками слизистых оболочек носовой полости . Это может привести к трем клиническим реакциям: [32]
Гистамин — это нейромедиатор , который высвобождается гистаминэргическими нейронами , выступающими из гипоталамуса млекопитающих . Тела клеток этих нейронов расположены в части заднего гипоталамуса , известной как туберомаммилярное ядро (TMN). Гистаминовые нейроны в этой области составляют гистаминовую систему мозга , которая широко проецируется по всему мозгу и включает аксональные проекции в кору , медиальный пучок переднего мозга , другие ядра гипоталамуса, медиальную перегородку, ядро диагональной полосы, вентральную область покрышки, миндалевидное тело, полосатое тело, черная субстанция, гиппокамп, таламус и др. [33] Гистаминовые нейроны в TMN участвуют в регуляции цикла сна-бодрствования и при активации способствуют возбуждению. [34] Частота возбуждения гистаминовых нейронов в TMN сильно положительно коррелирует с состоянием возбуждения человека. Эти нейроны активируются быстро в периоды бодрствования, активируются медленнее в периоды расслабления/усталости и вообще перестают активироваться во время быстрого и медленного ( небыстрого ) сна .
H1 - антигистамины первого поколения (т.е. антагонисты гистаминовых рецепторов H1 ) способны преодолевать гематоэнцефалический барьер и вызывать сонливость путем антагонизма гистаминовых H1 - рецепторов в туберомаммилярном ядре. Новый класс антигистаминных препаратов H 1 второго поколения с трудом проникает через гематоэнцефалический барьер и, следовательно, с меньшей вероятностью вызывает седативный эффект, хотя индивидуальные реакции, сопутствующие препараты и дозировка могут увеличить вероятность седативного эффекта. Напротив, антагонисты гистаминовых H3 - рецепторов увеличивают продолжительность бодрствования. Подобно седативному эффекту H1-антигистаминов первого поколения , неспособность сохранять бдительность может возникнуть из-за ингибирования биосинтеза гистамина или потери (т.е. дегенерации или разрушения) гистамин-высвобождающих нейронов в TMN.
Энтерохромаффиноподобные клетки , расположенные в желудочных железах желудка, выделяют гистамин, который стимулирует близлежащие париетальные клетки путем связывания с апикальным H2 - рецептором. Стимуляция париетальных клеток вызывает поглощение углекислого газа и воды из крови, которые затем преобразуются в угольную кислоту под действием фермента карбоангидразы. Внутри цитоплазмы париетальной клетки угольная кислота легко диссоциирует на ионы водорода и бикарбоната. Ионы бикарбоната диффундируют обратно через базилярную мембрану и попадают в кровоток, а ионы водорода перекачиваются в просвет желудка с помощью К + /Н + -АТФазного насоса . Высвобождение гистамина прекращается, когда pH желудка начинает снижаться. Молекулы -антагонисты , такие как ранитидин , блокируют рецептор H2 и предотвращают связывание гистамина, вызывая снижение секреции ионов водорода.
Хотя гистамин оказывает стимулирующее действие на нейроны, он также оказывает супрессивное действие, защищающее от предрасположенности к судорогам , лекарственной сенсибилизации, денервационной сверхчувствительности , ишемическим поражениям и стрессу. [35] Также было высказано предположение, что гистамин контролирует механизмы забывания воспоминаний и обучения. [36]
Потеря либидо и эректильная дисфункция могут возникнуть во время лечения антагонистами гистаминовых H2 - рецепторов, такими как циметидин , ранитидин и рисперидон . [37] Инъекция гистамина в пещеристые тела мужчин с психогенной импотенцией вызывает полную или частичную эрекцию у 74% из них. [38] Было высказано предположение, что антагонисты H 2 могут вызывать сексуальную дисфункцию за счет снижения функционального связывания тестостерона с его андрогенными рецепторами. [37]
Метаболиты гистамина увеличиваются в спинномозговой жидкости у людей, страдающих шизофренией , тогда как эффективность мест связывания рецепторов H 1 снижается. Многие атипичные антипсихотические препараты увеличивают выработку гистамина, поскольку уровни гистамина у людей с этим расстройством, по-видимому, несбалансированы. [39]
Гистаминовая терапия для лечения рассеянного склероза в настоящее время изучается. Известно, что разные H-рецепторы по-разному влияют на лечение этого заболевания. В одном исследовании было показано, что рецепторы H1 и H4 контрпродуктивны при лечении рассеянного склероза . Считается, что рецепторы H 1 и H 4 увеличивают проницаемость гематоэнцефалического барьера, тем самым увеличивая проникновение нежелательных клеток в центральную нервную систему. Это может вызвать воспаление и ухудшение симптомов рассеянного склероза. Считается, что рецепторы H 2 и H 3 полезны при лечении пациентов с рассеянным склерозом. Было показано, что гистамин помогает дифференцировке Т-клеток. Это важно, поскольку при рассеянном склерозе иммунная система организма атакует собственные миелиновые оболочки нервных клеток (что приводит к потере сигнальной функции и возможной дегенерации нервов). Помогая Т-клеткам дифференцироваться, Т-клетки с меньшей вероятностью будут атаковать собственные клетки организма и вместо этого будут атаковать захватчиков. [40]
Будучи неотъемлемой частью иммунной системы, гистамин может участвовать в нарушениях иммунной системы [41] и аллергиях . Мастоцитоз – редкое заболевание, при котором наблюдается пролиферация тучных клеток, вырабатывающих избыток гистамина. [42]
Некоторые люди могут накапливать в организме чрезмерное количество пищевого гистамина в результате непереносимости гистамина . Это может привести к таким симптомам, как крапивница, зуд или покраснение кожи, покраснение глаз, отек лица, насморк и заложенность носа, головные боли или приступы астмы. [43]
Свойства гистамина, названного тогда β-имидазолилэтиламином, были впервые описаны в 1910 году британскими учёными Генри Х. Дейлом и П. П. Лейдлоу . [44] К 1913 году уже использовалось название « гистамин» с использованием комбинированных форм гисто- + амина , в результате чего получался « тканевой амин».
«Вещество Н» или «вещество Н» иногда используются в медицинской литературе для обозначения гистамина или гипотетического гистаминоподобного диффундирующего вещества, высвобождаемого при аллергических реакциях кожи и при реакциях тканей на воспаление.
Многие атипичные нейролептики также увеличивают оборот гистамина.