Рецепторы дофамина представляют собой класс рецепторов, связанных с G-белком , которые широко распространены в центральной нервной системе (ЦНС) позвоночных . Рецепторы дофамина активируют различные эффекторы не только посредством взаимодействия G-белков, но и путем передачи сигналов посредством взаимодействий различных белков (белков, взаимодействующих с рецепторами дофамина). [1] Нейромедиатор дофамин является основным эндогенным лигандом дофаминовых рецепторов.
Рецепторы дофамина участвуют во многих неврологических процессах, включая мотивационную и стимулирующую значимость, познание, память, обучение и контроль мелкой моторики, а также модуляцию нейроэндокринной сигнализации. Аномальная передача сигналов дофаминовых рецепторов и функция дофаминергических нервов вовлечены в ряд нервно-психических расстройств. [2] Таким образом, дофаминовые рецепторы являются распространенной мишенью неврологических препаратов; антипсихотики часто являются антагонистами дофаминовых рецепторов , тогда как психостимуляторы обычно являются непрямыми 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 D1 и D5 являются членами D1 - подобного семейства дофаминовых рецепторов, тогда как рецепторы D2 , D3 и D4 являются членами D2 - подобного семейства . Есть также некоторые данные, свидетельствующие о существовании возможных дофаминовых рецепторов D6 и D7 , но такие рецепторы окончательно не идентифицированы. [5]
На глобальном уровне рецепторы D1 широко распространены по всему мозгу. Более того, подтипы рецепторов D 1-2 обнаруживаются в 10–100 раз выше, чем подтипы D 3-5 . [6]
Рецепторы семейства D1 - подобных связаны с G- белком Gsα . D 1 также связан с Golf.
G sα впоследствии активирует аденилатциклазу , увеличивая внутриклеточную концентрацию вторичного мессенджера циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). [7]
Рецепторы семейства D2 - подобных связаны с G-белком Giα , который непосредственно ингибирует образование цАМФ путем ингибирования фермента аденилатциклазы. [8]
Было показано, что дофаминовые рецепторы гетеромеризуются с рядом других рецепторов, связанных с G-белком . [15] В частности, рецептор D2 считается основным узлом в сети гетеромеров GPCR . [16] Протомеры состоят из
Изорецепторы [17]
Неизорецепторы
Дофаминовый рецептор D1 и дофаминовый рецептор D5 представляют собой Gs - связанные рецепторы, которые стимулируют аденилатциклазу к выработке цАМФ , что, в свою очередь, увеличивает внутриклеточный кальций и опосредует ряд других функций. Рецепторы класса D2 производят противоположный эффект, поскольку они представляют собой Gαi и /или Gαo-связанные рецепторы, которые блокируют активность аденилатциклазы. Активность протеинкиназы А , опосредованной цАМФ, также приводит к фосфорилированию DARPP-32 , ингибитора протеинфосфатазы 1 . Устойчивая активность рецептора D1 контролируется Cyclin-зависимой киназой 5 . Активация дофаминового рецептора Са 2+ /кальмодулинзависимой протеинкиназы II может быть цАМФ-зависимой или независимой. [18]
Путь, опосредованный цАМФ, приводит к усилению активности фосфорилирования PKA, которая обычно поддерживается в равновесии с помощью PP1. Ингибирование PP1, опосредованное DARPP-32, усиливает фосфорилирование PKA AMPA, NMDA и выпрямляющих внутрь калиевых каналов, увеличивая токи AMPA и NMDA и одновременно уменьшая калиевую проводимость. [7]
Агонизм рецептора D1 и блокада рецептора D2 также увеличивают трансляцию мРНК за счет фосфорилирования рибосомального белка s6 , что приводит к активации mTOR. Поведенческие последствия неизвестны. Рецепторы дофамина могут также регулировать ионные каналы и BDNF независимо от цАМФ, возможно, посредством прямых взаимодействий. Имеются доказательства того, что агонизм рецептора D1 регулирует фосфолипазу С независимо от цАМФ, однако последствия и механизмы остаются плохо изученными. Передача сигналов рецептора D2 может опосредовать активность протеинкиназы B , аррестина бета 2 и GSK-3 , а ингибирование этих белков приводит к остановке гиперлокомоции у крыс, получавших амфетамин . Рецепторы дофамина также могут трансактивировать рецепторные тирозинкиназы . [18]
Рекрутирование 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 для реализации последующих эффектов дофаминовых рецепторов. Было показано, что бета-аррестин образует комплексы с киназой MAP, что приводит к активации киназ, регулируемых внеклеточными сигналами . Более того, было показано, что этот путь участвует в двигательном ответе, опосредованном дофаминовым рецептором D1. Стимуляция дофаминового рецептора D2 приводит к образованию белкового комплекса Akt/бета-аррестин/ PP2A , который ингибирует Akt посредством фосфорилирования PP2A, тем самым деингибируя GSK-3. [19]
Рецепторы дофамина контролируют передачу нервных сигналов, которые модулируют многие важные модели поведения, такие как пространственная рабочая память . [20] Дофамин также играет важную роль в системе вознаграждения , значимости стимулов , когнитивных способностях , высвобождении пролактина , рвоте и двигательной функции. [21]
У людей легочная артерия экспрессирует D 1 , D 2 , D 4 и D 5 и подтипы рецепторов, что может объяснять сосудорасширяющее действие дофамина в крови. [22] Подобные 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 идентифицированы в предсердиях сердца крысы и человека . [25] Дофамин увеличивает сократимость миокарда и сердечный выброс , не изменяя частоту сердечных сокращений , передавая сигнал через дофаминовые рецепторы. [5]
Рецепторы дофамина присутствуют вдоль нефронов в почках , при этом эпителиальные клетки проксимальных канальцев имеют наибольшую плотность. [24] У крыс D 1 -подобные рецепторы присутствуют на юкстагломерулярном аппарате и почечных канальцах , тогда как D 2 -подобные рецепторы присутствуют на клубочках , клетках клубочковой зоны коры надпочечников, почечных канальцах и постганглионарных симпатических нервных окончаниях . . [24] Передача сигналов 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 контроля гликемии . Бета-клетки, секретирующие инсулин, интенсивно исследуются из-за их роли в развитии диабета . [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] Предполагается, что дофамин является негативным регулятором инсулина, [30] [31] это означает, что связанные рецепторы D2 ингибируют 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 действуют путем изменения пути дофамина в мозге, например, блокируя D2-рецепторы. [34] Общие побочные эффекты этих препаратов включают, среди прочего, быстрое увеличение веса и нарушение регуляции гликемии. [35] Эффекты этих препаратов не ограничиваются 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 нервно-психическими расстройствами, включая социофобию , [37] синдром Туретта , [38] болезнь Паркинсона , [39] шизофрению , [38] злокачественный нейролептический синдром , [40] синдром внимания. синдром дефицита с гиперактивностью (СДВГ) [41] и наркотическая и алкогольная зависимость . [38] [42]
Дофаминовые рецепторы уже много лет признаются важными компонентами механизма СДВГ. Препараты, используемые для лечения СДВГ, включая метилфенидат и амфетамин , оказывают значительное влияние на передачу сигналов дофамина в нейронах. Исследования ассоциации генов выявили участие нескольких генов в сигнальных путях дофамина; в частности, было показано, что вариант D 4.7 D 4 чаще встречается у пациентов с СДВГ. [43] Пациенты с СДВГ с аллелем 4,7 также имеют тенденцию иметь лучшие когнитивные функции и долгосрочные результаты по сравнению с пациентами с СДВГ без аллели 4,7, что позволяет предположить, что этот аллель связан с более доброкачественной формой СДВГ. [43]
Аллель D 4.7 подавляет экспрессию гена по сравнению с другими вариантами. [44]
Дофамин является основным нейромедиатором, участвующим в мезолимбическом пути вознаграждения и подкрепления в мозге. Хотя долгое время считалось, что дофамин является причиной приятных ощущений, таких как эйфория, многие исследования и эксперименты на эту тему показали, что это не так; скорее, дофамин в мезолимбическом пути отвечает за подкрепление поведения («желание»), не вызывая никакого ощущения «приязни» сам по себе. [45] [46] [47] [48] Мезолимбический дофамин и родственные ему рецепторы являются основным механизмом, посредством которого развивается поведение, связанное с поиском наркотиков ( Incentive Salience ), а многие рекреационные наркотики , такие как кокаин и замещенные амфетамины , ингибируют транспортер дофамина. (DAT), белок, ответственный за удаление дофамина из нервного синапса . Когда активность DAT блокируется, синапс наполняется дофамином и усиливает дофаминергическую передачу сигналов. Когда это происходит, особенно в прилежащем ядре , [49] увеличение передачи сигналов рецептором D 1 [42] и снижением D 2 [49] опосредует фактор «стимулирующей значимости» и может значительно увеличить положительные ассоциации с препаратом в мозге. [48]
Патологическая азартная игра классифицируется как расстройство психического здоровья, связанное с расстройством обсессивно-компульсивного спектра и поведенческой зависимостью. Дофамин связан с вознаграждением и подкреплением в отношении поведения и наркозависимости. [50] Роль между дофамином и патологической азартной игрой может быть связующим звеном между показателями дофамина и метаболитов дофамина в спинномозговой жидкости при патологической азартной игре. [51] Молекулярно-генетическое исследование показывает, что патологическая азартная игра связана с аллелем TaqA1 дофаминового рецептора дофаминового рецептора D2 (DRD2). Кроме того, аллель TaqA1 связан с другими расстройствами вознаграждения и подкрепления, такими как злоупотребление психоактивными веществами и другие психические расстройства. Обзоры этих исследований показывают, что патологическая азартная игра и дофамин связаны; однако исследования, в которых удалось контролировать расовую или этническую принадлежность и получить диагнозы DSM-IV, не показывают связи между частотами аллелей TaqA1 и диагностикой патологической азартной игры. [50]
Хотя есть доказательства того, что дофаминовая система участвует в шизофрении , теория о том, что гиперактивная передача дофаминергического сигнала индуцирует это заболевание, противоречива. Психостимуляторы, такие как амфетамин и кокаин, косвенно усиливают передачу сигналов дофамина; большие дозы и длительное применение могут вызвать симптомы, напоминающие шизофрению. Кроме того, многие антипсихотические препараты нацелены на рецепторы дофамина, особенно на рецепторы D2 .
Мутации рецептора дофамина могут вызывать генетическую гипертонию у людей. [52] Это может произойти на животных моделях и людях с дефектной активностью рецепторов дофамина, особенно D1 . [24]
Болезнь Паркинсона связана с потерей клеток, ответственных за синтез дофамина, и другими нейродегенеративными явлениями. [50] Пациентов с болезнью Паркинсона лечат лекарствами, которые помогают восполнить наличие дофамина, обеспечивая относительно нормальную функцию мозга и нейротрансмиссию. [53] Исследования показывают, что болезнь Паркинсона связана с классом агонистов дофамина, а не с конкретными агентами. Обзоры затрагивают необходимость контроля и регулирования доз дофамина для пациентов с болезнью Паркинсона, имеющих в анамнезе зависимость, а также для пациентов с различной толерантностью или чувствительностью к дофамину. [54]
Дофаминовые рецепторы обычно стабильны, однако резкое (а иногда и продолжительное) повышение или снижение уровня дофамина может подавлять (уменьшать количество) или повышать (увеличивать количество) дофаминовые рецепторы. [55]
Было показано, что галоперидол и некоторые другие антипсихотики увеличивают связывающую способность рецептора D2 при длительном применении (т.е. увеличивают количество таких рецепторов). [56] Галоперидол увеличивал количество сайтов связывания на 98% по сравнению с исходным уровнем в худших случаях и вызывал значительные побочные эффекты в виде дискинезии.
Стимулы, вызывающие привыкание, по-разному влияют на рецепторы дофамина, в зависимости от конкретного стимула. [57] Согласно одному исследованию, [58] кокаин, опиоиды, такие как героин , амфетамин, алкоголь и никотин вызывают уменьшение количества рецепторов D 2 . Похожая связь связана с пищевой зависимостью: низкая доступность дофаминовых рецепторов наблюдается у людей, которые потребляют больше еды. [59] [60] В недавней новостной статье [61] подведены итоги исследования Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, показавшего, что увеличение рецепторов дофамина с помощью генной терапии временно снижает потребление кокаина до 75%. Лечение было эффективным в течение 6 дней. Кокаин активирует рецепторы D3 в прилежащем ядре , еще больше усиливая поведение, связанное с поиском наркотиков. [62] и кофеин увеличивает доступность стриарных дофаминовых рецепторов D2 / D3 в человеческом мозге. [63] Кофеин или другие более селективные антагонисты аденозиновых рецепторов A2A вызывают значительно меньшую двигательную стимуляцию дофаминовых рецепторов D2 . [64]
Некоторые стимуляторы улучшают когнитивные функции 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 приводят к когнитивному дефициту. [66] [67]
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )Перекрестная сенсибилизация также является двунаправленной, поскольку прием амфетамина в анамнезе облегчает сексуальное поведение и усиливает связанное с этим увеличение NAc DA... Как описано в отношении пищевого вознаграждения, сексуальный опыт также может привести к активации сигнальных каскадов, связанных с пластичностью. Транскрипционный фактор delta 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 в сочетании с сексуальным опытом (Hedges et al., 2009). ... У некоторых людей происходит переход от «нормального» к компульсивному занятию естественными вознаграждениями (такими как еда или секс), состояние, которое некоторые называют поведенческой или ненаркотической зависимостью (Holden, 2001; Grant et al. , 2006а). ... У людей роль передачи сигналов дофамина в процессах стимулирующей сенсибилизации недавно была подчеркнута наблюдением синдрома нарушения регуляции дофамина у некоторых пациентов, принимающих дофаминергические препараты. Этот синдром характеризуется вызванным приемом лекарств увеличением (или компульсивным) вовлечением в ненаркотические вознаграждения, такие как азартные игры, покупки или секс (Evans et al, 2006; Aiken, 2007; Lader, 2008)».
Таблица 1"
Настоящий метаанализ был проведен для оценки величины воздействия метилфенидата и амфетамина на когнитивные функции, важные для академического и профессионального функционирования, включая тормозной контроль, рабочую память, кратковременную эпизодическую память и отсроченную эпизодическую память. Память. Кроме того, мы изучили доказательства предвзятости публикаций. В анализ были включены 48 исследований (всего 1409 участников). Мы обнаружили доказательства небольшого, но значительного воздействия стимуляторов на тормозной контроль и кратковременную эпизодическую память. Небольшое воздействие на рабочую память достигло значимости на основе одного из двух наших аналитических подходов. Эффекты на отсроченную эпизодическую память были средними. Однако, поскольку влияние амфетамина и метилфенидата на долговременную и рабочую память было подтверждено данными предвзятости публикаций, мы пришли к выводу, что влияние амфетамина и метилфенидата на исследованные аспекты здорового познания, вероятно, в целом умеренно. В некоторых ситуациях небольшое преимущество может быть ценным, хотя также возможно, что здоровые потребители прибегают к стимуляторам для повышения своей энергии и мотивации больше, чем для познавательных способностей. ... Более ранние исследования не смогли определить, малы ли эффекты стимуляторов или они отсутствуют (Илиева и др., 2013; Smith & Farah, 2011). Полученные данные подтверждают в целом небольшое влияние амфетамина и метилфенидата на исполнительные функции и память. В частности, в серии экспериментов, ограниченных высококачественными дизайнами, мы обнаружили значительное улучшение некоторых когнитивных способностей. ...
Результаты этого метаанализа не могут решить важные вопросы индивидуальных различий в эффектах стимуляторов или роли повышения мотивации в выполнении академических или профессиональных задач. Тем не менее, они подтверждают реальность эффектов улучшения когнитивных функций у 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 при выполнении задач рабочей памяти как у нормальных людей, так и у людей с СДВГ. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) демонстрирует, что метилфенидат уменьшает региональный мозговой кровоток в доролатеральной префронтальной коре и задней теменной коре, одновременно улучшая выполнение задачи на пространственную рабочую память. Это говорит о том, что корковые сети, которые обычно обрабатывают пространственную рабочую память, становятся более эффективными в ответ на препарат. ... [Сейчас считается, что дофамин и норадреналин, но не серотонин, оказывают благотворное воздействие 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 также на общий уровень возбуждения и, в прилежащем ядре, улучшают значимость задач. Таким образом, стимуляторы улучшают производительность при выполнении сложных, но утомительных задач... за счет непрямой стимуляции рецепторов дофамина и норадреналина.