Рецепторы дофамина — это класс рецепторов, сопряженных с G-белком , которые играют важную роль в центральной нервной системе (ЦНС) позвоночных . Рецепторы дофамина активируют различные эффекторы не только посредством сопряжения с G-белком, но и посредством передачи сигналов через различные взаимодействия белков (белков, взаимодействующих с рецептором дофамина). [1] Нейромедиатор дофамин является основным эндогенным лигандом для рецепторов дофамина.
Дофаминовые рецепторы участвуют во многих неврологических процессах, включая мотивационную и стимульную значимость, познание, память, обучение и мелкую моторику, а также модуляцию нейроэндокринной сигнализации. Аномальная сигнализация дофаминовых рецепторов и функция дофаминергических нервов участвуют в нескольких нейропсихиатрических расстройствах. [2] Таким образом, дофаминовые рецепторы являются распространенными целями неврологических препаратов; антипсихотики часто являются антагонистами дофаминовых рецепторов , тогда как психостимуляторы, как правило, являются косвенными агонистами дофаминовых рецепторов.
Существование нескольких типов рецепторов дофамина было впервые предложено в 1976 году. [3] [4] Существует по крайней мере пять подтипов дофаминовых рецепторов: D 1 , D 2 , D 3 , D 4 и D 5 . Рецепторы D 1 и D 5 являются членами семейства дофаминовых рецепторов D 1 , тогда как рецепторы D 2 , D 3 и D 4 являются членами семейства дофаминовых рецепторов D 2 . Существуют также некоторые доказательства, которые предполагают существование возможных дофаминовых рецепторов D 6 и D 7 , но такие рецепторы не были окончательно идентифицированы. [5]
На глобальном уровне рецепторы D 1 имеют широко распространенную экспрессию по всему мозгу. Более того, подтипы рецепторов D 1-2 обнаруживаются в 10-100 раз чаще, чем подтипы D 3-5 . [6]
Рецепторы семейства D 1 связаны с G-белком G sα . D 1 также связан с Golf.
G sα впоследствии активирует аденилатциклазу , увеличивая внутриклеточную концентрацию вторичного мессенджера циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). [7]
Рецепторы семейства D2 -подобных рецепторов связаны с G-белком G iα , который напрямую ингибирует образование цАМФ путем ингибирования фермента аденилатциклазы. [8]
Было показано, что рецепторы дофамина гетеромеризуются с рядом других рецепторов, сопряженных с G-белком . [15] В частности, рецептор D2 считается основным узлом в сети гетеромеров GPCR . [16] Протомеры состоят из
Изорецепторы [17]
Неизорецепторы
Дофаминовый рецептор D 1 и дофаминовый рецептор D 5 являются сопряженными с G s рецепторами, которые стимулируют аденилатциклазу для производства цАМФ , что в свою очередь увеличивает внутриклеточный кальций и опосредует ряд других функций. Класс рецепторов D2 производит противоположный эффект, так как они являются сопряженными с G αi и/или Gαo рецепторами, которые блокируют активность аденилатциклазы. Активность опосредованной цАМФ протеинкиназы A также приводит к фосфорилированию DARPP-32 , ингибитора протеинфосфатазы 1. Устойчивая активность рецептора D1 контролируется циклин-зависимой киназой 5. Активация дофаминового рецептора Ca 2+ /кальмодулин-зависимой протеинкиназы II может быть зависимой или независимой от цАМФ. [18]
Путь, опосредованный цАМФ, приводит к усилению фосфорилирующей активности PKA, которая обычно поддерживается в равновесии PP1. Ингибирование PP1, опосредованное DARPP-32, усиливает фосфорилирование PKA AMPA, NMDA и внутренних выпрямляющих калиевых каналов, увеличивая токи AMPA и NMDA при одновременном снижении калиевой проводимости. [7]
Агонизм рецептора D1 и блокада рецептора D2 также увеличивают трансляцию мРНК путем фосфорилирования рибосомального белка s6 , что приводит к активации mTOR. Поведенческие последствия неизвестны. Дофаминовые рецепторы также могут регулировать ионные каналы и BDNF независимо от цАМФ, возможно, посредством прямых взаимодействий. Есть доказательства того, что агонизм рецептора D1 регулирует фосфолипазу C независимо от цАМФ, однако последствия и механизмы остаются плохо изученными. Сигнализация рецептора D2 может опосредовать активность протеинкиназы B , аррестина бета 2 и GSK-3 , а ингибирование этих белков приводит к задержке гиперлокомоции у крыс, обработанных амфетамином . Дофаминовые рецепторы также могут трансактивировать рецепторные тирозинкиназы . [18]
Привлечение бета-аррестина опосредовано G-протеинкиназами, которые фосфорилируют и инактивируют дофаминовые рецепторы после стимуляции. Хотя бета-аррестин играет роль в десенсибилизации рецепторов, он также может иметь решающее значение в опосредовании нисходящих эффектов дофаминовых рецепторов. Было показано, что бета-аррестин образует комплексы с MAP-киназой, что приводит к активации внеклеточных сигнал-регулируемых киназ . Кроме того, было показано, что этот путь участвует в локомоторной реакции, опосредованной дофаминовым рецептором D1. Стимуляция дофаминового рецептора D2 приводит к образованию комплекса белка Akt/Beta-arrestin/ PP2A , который ингибирует Akt через фосфорилирование PP2A, тем самым растормаживая GSK-3. [19]
Дофаминовые рецепторы контролируют нейронную сигнализацию, которая модулирует многие важные формы поведения, такие как пространственная рабочая память . [20] Дофамин также играет важную роль в системе вознаграждения , стимулировании , познании , высвобождении пролактина , рвоте и двигательной функции. [21]
У людей легочная артерия экспрессирует D 1 , D 2 , D 4 и D 5 подтипы рецепторов, которые могут объяснять сосудорасширяющие эффекты дофамина в крови. [22] Такие подтипы рецепторов также были обнаружены в эпикарде , миокарде и эндокарде сердца. [23] У крыс D 1 -подобные рецепторы присутствуют на гладких мышцах кровеносных сосудов большинства основных органов. [24]
Рецепторы D4 были обнаружены в предсердиях сердца крысы и человека . [25] Дофамин увеличивает сократимость миокарда и сердечный выброс , не изменяя частоту сердечных сокращений , посредством передачи сигналов через рецепторы дофамина. [5]
Дофаминовые рецепторы присутствуют вдоль нефрона в почке , причем эпителиальные клетки проксимальных канальцев демонстрируют самую высокую плотность. [24] У крыс D 1 -подобные рецепторы присутствуют на юкстагломерулярном аппарате и на почечных канальцах , в то время как D 2 -подобные рецепторы присутствуют на клубочках , клетках клубочковой зоны коры надпочечников, почечных канальцах и постганглионарных симпатических нервных окончаниях. [24] Сигнализация дофамина влияет на диурез и натрийурез . [5]
Роль поджелудочной железы [26] заключается в секреции пищеварительных ферментов через экзокринные железы и гормонов через эндокринные железы . Эндокринные железы поджелудочной железы, состоящие из плотных скоплений клеток, называемых островками Лангерганса , секретируют инсулин , глюкагон и другие гормоны, необходимые для метаболизма и гликемического контроля . Бета-клетки, секретирующие инсулин, интенсивно изучались из-за их роли в диабете . [27]
Недавние исследования показали, что бета-клетки , а также другие эндокринные и экзокринные клетки поджелудочной железы, экспрессируют рецепторы D2 [28] и что бета-клетки секретируют дофамин вместе с инсулином. [29] Дофамин, как предполагалось, является отрицательным регулятором инсулина, [30] [31] что означает, что связанные рецепторы D2 подавляют секрецию инсулина. Связь между дофамином и бета-клетками была обнаружена, отчасти, из-за метаболических побочных эффектов некоторых антипсихотических препаратов . [32] [33] Традиционные/типичные антипсихотические препараты функционируют, изменяя дофаминовый путь в мозге, например, блокируя рецепторы D2. [34] Распространенные побочные эффекты этих препаратов включают быстрое увеличение веса и нарушение гликемической регуляции, среди прочего. [35] Действие этих препаратов не ограничивается мозгом, поэтому в качестве возможного механизма были предложены нецелевые эффекты в других органах, таких как поджелудочная железа. [36]
Дисфункция дофаминергической нейротрансмиссии в ЦНС связана с различными нейропсихиатрическими расстройствами, включая социальную фобию , [37] синдром Туретта , [38] болезнь Паркинсона , [39] шизофрению , [38] злокачественный нейролептический синдром , [40] синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), [41] а также наркотическую и алкогольную зависимость . [38] [42]
Рецепторы дофамина были признаны важными компонентами в механизме СДВГ в течение многих лет. Препараты, используемые для лечения СДВГ, включая метилфенидат и амфетамин , оказывают значительное влияние на нейронную дофаминовую сигнализацию. Исследования генной ассоциации выявили несколько генов в сигнальных путях дофамина; в частности, вариант D 4.7 D 4 , как было последовательно показано, встречается чаще у пациентов с СДВГ. [43] Пациенты с СДВГ с аллелем 4.7 также, как правило, имеют лучшую когнитивную производительность и долгосрочные результаты по сравнению с пациентами с СДВГ без аллеля 4.7, что позволяет предположить, что аллель связан с более доброкачественной формой СДВГ. [43]
Аллель D 4.7 подавляет экспрессию генов по сравнению с другими вариантами. [44]
Дофамин является основным нейромедиатором, участвующим в вознаграждении и подкреплении (мезолимбическом) пути в мозге. Хотя долгое время считалось, что дофамин является причиной приятных ощущений, таких как эйфория, многие исследования и эксперименты по этому вопросу продемонстрировали, что это не так; скорее, дофамин в мезолимбическом пути отвечает за подкрепление поведения («желание»), не производя никакого ощущения «нравится» сам по себе. [45] [46] [47] [48] Мезолимбический дофамин и связанные с ним рецепторы являются основным механизмом, посредством которого развивается поведение поиска наркотиков ( побудительная значимость ), и многие рекреационные наркотики , такие как кокаин и замещенные амфетамины , ингибируют транспортер дофамина (DAT), белок, ответственный за удаление дофамина из нейронного синапса . Когда активность DAT блокируется, синапс наполняется дофамином и усиливает дофаминергическую сигнализацию. Когда это происходит, особенно в прилежащем ядре , [49] усиление сигнала рецептора D 1 [42] и снижение сигнала рецептора D 2 [49] опосредует фактор «стимулирующей значимости» и может значительно усилить положительные ассоциации с препаратом в мозге. [48]
Патологическая азартная игра классифицируется как расстройство психического здоровья, которое связано с обсессивно-компульсивным спектром расстройств и поведенческой зависимостью. Дофамин был связан с вознаграждением и подкреплением в отношении поведения и наркотической зависимости. [50] Роль между дофамином и патологической азартной игрой может быть связью между показателями спинномозговой жидкости дофамина и метаболитов дофамина при патологической азартной игре. [51] Молекулярно-генетическое исследование показывает, что патологическая азартная игра связана с аллелем TaqA1 рецептора дофамина D2 (DRD2). Кроме того, аллель TaqA1 связан с другими расстройствами вознаграждения и подкрепления, такими как злоупотребление психоактивными веществами и другие психиатрические расстройства. Обзоры этих исследований показывают, что патологическая азартная игра и дофамин связаны; однако исследования, в которых удалось контролировать расу или этническую принадлежность и получить диагнозы DSM-IV, не показывают связи между аллельными частотами TaqA1 и диагностикой патологической азартной игры. [50]
Хотя есть доказательства того, что дофаминовая система участвует в шизофрении , теория о том, что гиперактивная дофаминергическая сигнальная трансдукция вызывает заболевание, является спорной. Психостимуляторы, такие как амфетамин и кокаин, косвенно усиливают дофаминовую сигнализацию; большие дозы и длительное использование могут вызывать симптомы, напоминающие шизофрению. Кроме того, многие антипсихотические препараты нацелены на дофаминовые рецепторы, особенно рецепторы D 2 .
Мутации дофаминовых рецепторов могут вызывать генетическую гипертонию у людей. [52] Это может происходить в животных моделях и у людей с дефектной активностью дофаминовых рецепторов, в частности D 1 . [24]
Болезнь Паркинсона связана с потерей клеток, ответственных за синтез дофамина и другие нейродегенеративные события. [50] Пациенты с болезнью Паркинсона лечатся с помощью лекарств, которые помогают восполнить доступность дофамина, обеспечивая относительно нормальную работу мозга и нейротрансмиссию. [53] Исследования показывают, что болезнь Паркинсона связана с классом агонистов дофамина, а не с конкретными агентами. Обзоры затрагивают необходимость контролировать и регулировать дозы дофамина для пациентов с болезнью Паркинсона с историей наркозависимости и тех, у кого переменная толерантность или чувствительность к дофамину. [54]
Дофаминовые рецепторы обычно стабильны, однако резкие (а иногда и продолжительные) повышения или понижения уровня дофамина могут понижать регуляцию (уменьшать количество) или повышать регуляцию (увеличивать количество) дофаминовых рецепторов. [55]
Было показано, что галоперидол и некоторые другие антипсихотики увеличивают связывающую способность рецептора D2 при использовании в течение длительного периода времени (т.е. увеличивают количество таких рецепторов). [56] Галоперидол увеличивал количество мест связывания на 98% выше исходного уровня в худших случаях и вызывал значительные побочные эффекты в виде дискинезии.
Аддиктивные стимулы оказывают различное воздействие на дофаминовые рецепторы в зависимости от конкретного стимула. [57] Согласно одному исследованию, [58] кокаин, опиоиды, такие как героин , амфетамин, алкоголь и никотин вызывают снижение количества рецепторов D2 . Подобная связь была связана с пищевой зависимостью, при этом низкая доступность дофаминовых рецепторов присутствует у людей с большим потреблением пищи. [59] [60] Недавняя новостная статья [61] подвела итоги исследования Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США , показывающего, что увеличение дофаминовых рецепторов с помощью генной терапии временно снизило потребление кокаина до 75%. Лечение было эффективным в течение 6 дней. Кокаин повышает регуляцию рецепторов D3 в прилежащем ядре , еще больше усиливая поведение поиска наркотиков. [62] Кофеин увеличивает доступность стриарных дофаминовых рецепторов D2 / D3 в мозге человека, [63] Кофеин или другие более селективные антагонисты аденозиновых рецепторов A2A вызывают значительно меньшую двигательную стимуляцию дофаминовых рецепторов D2 . [64]
Определенные стимуляторы будут усиливать когнитивные способности у населения в целом (например, прямые или непрямые мезокортикальные агонисты DRD1 как класс), но только при использовании в низких (терапевтических) концентрациях. [65] [66] [67] Относительно высокие дозы дофаминергических стимуляторов приведут к когнитивным дефицитам. [66] [67]
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )Перекрестная сенсибилизация также двунаправлена, поскольку история приема амфетамина облегчает сексуальное поведение и усиливает связанное с ним увеличение NAc DA ... Как описано для пищевого вознаграждения, сексуальный опыт также может приводить к активации каскадов сигнализации, связанных с пластичностью. Фактор транскрипции дельта FosB увеличивается в NAc, PFC, дорсальном полосатом теле и VTA после повторного сексуального поведения (Wallace et al., 2008; Pitchers et al., 2010b). Это естественное увеличение дельта FosB или вирусная сверхэкспрессия дельта FosB в NAc модулирует сексуальную активность, а блокада дельта FosB NAc ослабляет это поведение (Hedges et al, 2009; Pitchers et al., 2010b). Кроме того, вирусная сверхэкспрессия дельта FosB усиливает обусловленное предпочтение места для среды, сопряженной с сексуальным опытом (Hedges et al., 2009). ... У некоторых людей наблюдается переход от «нормального» к компульсивному вовлечению в естественные вознаграждения (такие как еда или секс), состояние, которое некоторые называют поведенческой или ненаркотической зависимостью (Holden, 2001; Grant et al., 2006a). ... У людей роль дофаминовой сигнализации в процессах сенсибилизации стимулов недавно была подчеркнута наблюдением синдрома дисрегуляции дофамина у некоторых пациентов, принимающих дофаминергические препараты. Этот синдром характеризуется вызванным лекарствами увеличением (или компульсивным) вовлечения в ненаркотические вознаграждения, такие как азартные игры, шопинг или секс (Evans et al, 2006; Aiken, 2007; Lader, 2008)».
Таблица 1"
Настоящий метаанализ был проведен для оценки величины эффектов метилфенидата и амфетамина на когнитивные функции, имеющие центральное значение для академического и профессионального функционирования, включая ингибиторный контроль, рабочую память, кратковременную эпизодическую память и отсроченную эпизодическую память. Кроме того, мы изучили доказательства смещения публикации. В анализ были включены сорок восемь исследований (всего 1409 участников). Мы нашли доказательства небольшого, но значимого эффекта усиления стимуляторов на ингибиторный контроль и кратковременную эпизодическую память. Небольшие эффекты на рабочую память достигли значимости на основе одного из наших двух аналитических подходов. Эффекты на отсроченную эпизодическую память были средними по размеру. Однако, поскольку эффекты на долговременную и рабочую память были квалифицированы доказательствами для систематической ошибки публикации, мы приходим к выводу, что эффект амфетамина и метилфенидата на исследованные аспекты здорового познания, вероятно, в целом скромен. В некоторых ситуациях небольшое преимущество может быть ценным, хотя также возможно, что здоровые пользователи прибегают к стимуляторам для повышения своей энергии и мотивации больше, чем для своего познания. ... Более ранние исследования не смогли различить, являются ли эффекты стимуляторов небольшими или они отсутствуют (Ilieva et al., 2013; Smith & Farah, 2011). Текущие результаты подтвердили в целом небольшое влияние амфетамина и метилфенидата на исполнительную функцию и память. В частности, в серии экспериментов, ограниченных высококачественными проектами, мы обнаружили значительное улучшение нескольких когнитивных способностей. ...
Результаты этого метаанализа не могут решить важные вопросы индивидуальных различий в эффектах стимуляторов или роли мотивационного усиления в помощи в выполнении академических или профессиональных задач. Тем не менее, они подтверждают реальность эффектов когнитивного улучшения для нормальных здоровых взрослых в целом, а также указывают на то, что эти эффекты скромны по размеру.
Умеренная дофаминергическая стимуляция префронтальной коры улучшает рабочую память. ...
Терапевтические (относительно низкие) дозы психостимуляторов, таких как метилфенидат и амфетамин, улучшают производительность задач рабочей памяти как у нормальных субъектов, так и у лиц с СДВГ. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) показывает, что метилфенидат снижает региональный мозговой кровоток в дорсально-латеральной префронтальной коре и задней теменной коре, одновременно улучшая производительность задач пространственной рабочей памяти. Это говорит о том, что корковые сети, которые обычно обрабатывают пространственную рабочую память, становятся более эффективными в ответ на препарат. ... [В настоящее время] считается, что дофамин и норадреналин, но не серотонин, оказывают благотворное влияние стимуляторов на рабочую память. При злоупотреблении (относительно высокими) дозами стимуляторы могут влиять на рабочую память и когнитивный контроль... стимуляторы действуют не только на функцию рабочей памяти, но и на общие уровни возбуждения и, в прилежащем ядре, улучшают заметность задач. Таким образом, стимуляторы повышают производительность при выполнении трудоемких, но утомительных задач... посредством косвенной стимуляции рецепторов дофамина и норадреналина.