A SZEROTONIN-2 (5-HT2) RECEPTOROK SZEREPE A SZORONGÁS ÉS ALVÁS SZABÁLYOZÁSÁBAN
Ph.D. értekezés tézisei
Kántor Sándor
Témavezetők: Prof. Dr. Bagdy György és Prof. Dr. Halász Péter
Semmelweis Egyetem Idegtudományok Doktori Iskola Program: Neuropszichiátriai megbetegedések neurobiológiai alapjai Programvezető: Prof. Dr. Nagy Zoltán Országos Pszichiátriai és Neurológiai Intézet Kísérletes, Neurokémiai és Izotóp Laboratórium Budapest, 2002
Idegtudományok Doktori Iskola, Semmelweis Egyetem Budapest, 2002
1
BEVEZETÉS
Az idegi szerotonin (5-HT) alapvető szerepet játszik számtalan élettani folyamatban, mint például a táplálkozásban, szexuális funkciókban, agresszív magatartásban, hőszabályozásban, endokrin szabályozásban, a motoros aktivitás és a fájdalom szabályozásában, a tanulás és az emlékezet folyamataiban, a kedélyállapot változásaiban, a szorongás valamint az alvás-ébrenlét szabályozásában (Kahn és Wetzler, 1991; Barnes és Sharp, 1999). Mindezek mellett számos – elsősorban mentális – betegség hátterében is kimutatható a szerotonerg rendszer valamilyen rendellenessége. Ilyen a depresszió, generalizált szorongás, szkizofrénia, a különböző táplálkozási zavarok, kényszerbetegség, migrén valamint a pánikbetegség (Murphy és mtsai, 1989). Az 5-HT sokrétű hatását több mint 14 eltérő struktúrájú, anatómiai eloszlású és funkciójú receptoron keresztül fejti ki (Barnes és Sharp, 1999). A receptorok különböző élettani és patológiai folyamatokban betöltött szerepének vizsgálatát sok esetben megnehezítette a receptor altípus-szelektív anyagok hiánya (Bagdy, 1999).
2
CÉLKITŰZÉSEK
Jelen dolgozat a szerotonerg rendszerrel kapcsolatos élettani és klinikai indíttatású állatkísérletes vizsgálatok eredményeire épül. Az ismert legalább 18 különböző 5-HT receptor közül a vizsgálatok tárgyát az 5-HT2 receptor család képezi (5-HT2A, 5-HT2B és 5-HT2C). A munkám során arra kerestem a választ, hogy: 1) az 5-HT2 receptor-családon belül melyik altípus aktiválása okozza a szorongás megjelenését, valamint a) milyen a szerotonin anyagcsere-zavarral rendelkező FH állatok magatartása szorongáskeltő helyzetben, és b) mutatkozik-e eltérés az 5-HT2 receptorok közvetítette szorongás mértékében FH patkányok és más törzsek között 2) az 5-HT tónusos mélyalvást gátló hatása az 5-HT2A, 5-HT2B vagy az 5-HT2C receptorok közvetítésével jön-e létre, valamint
1
a) a lassúhullámú alvást fokozó 5-HT2 receptor antagonista ritanserin milyen változásokat idéz elő az EEG teljesítmény-sűrűségében, és ezeket a változásokat melyik 5-HT2 receptor altípus közvetíti 3) az 5-HT2 receptor altípusok szelektív gátlásával létrehozható-e kifejezett szorongásoldó hatás, és ha igen, ez a nyugtató, altató hatás következménye-e?
3
ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK
A vizsgálatokat kereskedelmi forgalomból beszerzett hím Sprague-Dawley (SD), Wistar (W) és Fawn-Hooded (FH) patkányokon végeztük. A standard körülmények között tartott állatok a szabványos tápot és a vizet szabadon fogyaszthatták. A helységek állandó hőmérséklete (21 ± 1 oC) és 12 órás sötét/fény periodicitása biztosítva volt. 3.1
A szorongás vizsgálata
A szorongást (és egyéb viselkedéses mutatókat) a társas magatartás tesztben vizsgáltuk (To és Bagdy, 1999). A következő magatartási egységeket soroltuk a társas magatartási formák közé: a társ szaglása, genitális részének szaglása, békés követése, tisztítása, agresszív tisztítása, üldözése, harapása, ütése, rúgása, meglökése, átbújás alatta, átmászás fölötte, domináns és szubmisszív testtartás és birkózás a társsal. Agresszív viselkedésként értékeltük a társ agresszív tisztítását, üldözését, harapását, ütését, rúgását, meglökését, a domináns és szubmisszív testtartást valamint a birkózást. Pontoztuk ezen kívül az ágaskodást, a vonalkeresztezést és a sztereotip mosakodást. 3.2 Alvás vizsgálatok és kvantitatív EEG Krónikusan beültetett elektródák (epiduralis EEG-elektródák fronto-parietalisan, valamint izomelektródák a hátsó nyaki izomban) segítségével poligráfiás (EEG, EMG és motoros aktivitás) felvételeket készítettünk az állatokról. Az alvásstádiumok meghatározása a poligráfiás felvételek alapján történt. Az EEG teljesítménysűrűségének kiszámításához a Fast Fourier transzformációt használtuk.
2
3.3 Statisztikai analízis A kapott adatokat egy illetve több szempontos variancia analízissel (ANOVA) és Kruskal-Wallis nem parametrikus teszttel, valamint Tukey-Kramer és Mann-Whitney post-hoc tesztekkel dolgoztuk fel.
4
EREDMÉNYEK
A szerotonerg rendszerrel kapcsolatos állatkísérletes vizsgálataim eredményei az alábbiak szerint foglalhatóak össze: •
az m-CPP (5-HT2 agonista) és az akut SSRI (fluoxetin és sertralin) kezelés valamint a szorongáskeltő környezet indukálta szorongás szelektív 5-HT2C receptor antagonistával (SB-242084) kivédhető, 5-HT1A receptor-szelektív antagonistával (WAY-100635) viszont nem; következésképpen fokozott 5-HT felszabadulás esetén a szorongást az 5-HT2C receptorok közvetítik.
•
az FH törzsnél a kontrollhoz (SD, W) képest fokozott szorongást és csökkent agressziót találtunk társas magatartás tesztben
•
az m-CPP-vel kiváltott fokozott reakciók (intenzív szorongás és az agresszió teljes hiánya) a szerotonerg neurotranszmisszió rendelleneségét igazolják az FH patkányokban
•
az 5-HT2 antagonista ritanserin mélyalvást és a delta-teljesítményt fokozó hatását sem az 5-HT2B (SB-215505), sem az 5-HT2C receptor-szelektív antagonista (SB242084) nem reprodukálta; ami arra utal, hogy az 5-HT a lassú hullámú alvás tónusos gátlását az 5-HT2A receptorokon keresztül fejti ki
•
összegezve megállapíthatjuk, hogy 1.) a szelektív 5-HT2C receptor antagonisták szorongásoldó hatása nem a nyugtató, altató hatás következménye, mivel 2.) eltérő 5-HT2 receptor altípusok blokkolása szükséges a szorongás csökkenéséhez (5-HT2C) és a mélyalvás fokozódásához (5-HT2A).
3
5
ÖSSZEFOGLALÁS
Az értekezés alapjául szolgáló élettani és klinikai indíttatású állatkísérletes vizsgálataimban az 5-HT2 receptor család (5-HT2A, 5-HT2B és 5-HT2C) szorongással és alvásregulációval kapcsolatos szerepét tanulmányoztam. Sprague-Dawley patkányokban az altípus-szelektív 5-HT2C receptor antagonista SB242084 már alacsony dózisban kivédte az 5-HT2 agonista m-CPP és az akut SSRI (fluoxetin és sertralin) kezelés indukálta szorongást, továbbá magasabb dózisban a szorongáskeltő környezet szorongásfokozó hatását. Ezzel szemben az 5-HT1A antagonista WAY-100635 hatástalannak bizonyult. Mindez arra utal, hogy a szorongás közvetítésében a fokozott 5-HT felszabadulás és az 5-HT2C receptorok aktiválása fontos szerepet játszik. Az öröklött szerotonin anyagcserezavarral rendelkező Fawn-Hooded (FH) patkányokban a kontrolltól eltérő 5-HT receptor funkciókat, fokozott szorongást és csökkent agressziót találtam. A humán szorongásos betegségekben is megfigyelhető, a FH állatokra jellemző, agyi szerotonerg neurotranszmisszió zavarai megmagyarázhatják a kapott eltéréseket. Mindent egybevetve, az FH patkánytörzs a humán szorongásos betegségek, különösképpen a szociális fóbia genetikus állatmodelljének tekinthető. Vizsgálatainkban, az 5-HT2 antagonista ritanserin a szakirodalomból ismert módon fokozta a mélyalvást és a delta-teljesítményt. Alvásvizsgálataink és a kvantitatív-EEG egybehangzó eredményei alapján megállapíthatjuk, hogy a ritanserin hatása az 5-HT2A receptorok blokkolásának köszönhető. Az 5-HT2B és 5-HT2C receptor antagonisták ugyanis, nem okoztak a ritanserinhez hasonló hatást. Összegezve megállapíthatjuk, hogy a szerotonin szorongást és éberséget fokozó hatása különböző 5-HT2 receptorok közvetítésével, egymástól eltérő mechanizmusokon keresztül valósul meg. Eredményeink alapján a szorongás közvetítésében az 5-HT2C receptorok, az éberségi szint fokozódásában pedig az 5-HT2A receptorok játszanak szerepet.
6
IRODALOMJEGYZÉK
Bagdy, G. Szerotonin és a szorongás: gyógyszerek, mechanizmusok és receptoraltípusok. Neuropsychopharm. Hun. 3:14-22; 1999.
4
Barnes, N.M., Sharp, T A review of central 5-HT receptors and their function. Neuropharmacology 38:1083-1152; 1999. Kahn, R.S.; Wetzler, S. m-Chlorophenylpiperazine as a probe of serotonin function. Biol. Psychiatry 30:1139-1166; 1991. Murphy, D.L., Mueller, E.A., Aulakh, C.S., Bagdy, G., Garrick, N.A. Serotonin function in neuropsychiatric disorders. In: Serotonin, pp. 257-264. Eds. E.J. Mylechrane, I.S. de la Lande, J.A. Angus and P.P.A. Humphrey. Macmillan Press, London, 1989. To, C.T.; Bagdy, G. Anxiogenic effect of central CCK administration is attenuated by chronic fluoxetine and ipsapirone treatment. Neuropharmacology 38:279-282; 1999.
7
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS
Az egyetemi éveimet követő kutatásaim eredménye ez a doktori disszertáció, amelynek elkészítéséért köszönettel tartozom mindazoknak, akik konkrét segítségükkel, személyes támogatásukkal, ösztönzésükkel hozzájárultak e munka elkészültéhez. Külön köszönet illeti témavezetőimet, Dr. Bagdy György és Dr. Halász Péter Professzor Urakat, akik szakmai irányításukkal támogatták, értékes tanácsaikkal segítették munkámat, és átsegítettek a metodikai és teoretikai buktatókon. Köszönettel tartozom ifj. Dr. Obál Ferenc Professzor Urnak és a Szegedi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi Kar, Élettani Intézet, alváskutatással foglalkozó egysége dolgozóinak a kísérleti elektorfiziológia területén nyújtott nélkülözhetetlen segítségükért és értékes tanácsaikért. Szeretném megköszönni munkatársaimnak To C. Thangnak, Dr. Anheuer Egonné Zsuzsának, Dr. Módosné Ányok Editnek, Nagy Rezsőné Nórának, Dr. Moszkovkin Georgijnak a kísérletek elvégzésében nyújtott odaadó segítségét. Végül, de nem utolsó sorban szeretnék köszönetet mondani szüleimnek és barátnőmnek kitartó türelmükért és támogatásukért.
5
8
AZ ÉRTEKEZÉS ANYAGÁT KÉPEZŐ KÖZLEMÉNYEK, MEGJELENT ELŐADÁS-KIVONATOK
a. Közlemények: Kantor, S., Anheuer, Z.E., Bagdy, G. High social anxiety and low aggression in FawnHooded rats. Physiol. Behav. 71:551-557; 2000. Kantor, S., Graf, M., Anheuer, Z.E., Bagdy, G. Rapid desensitization of 5-HT1A receptors in Fawn-Hooded rats after chronic fluoxetine treatment. Eur. Neuropsychopharm. 11: 15-24; 2001. Bagdy, G., Graf, M., Anheuer, Z.E., Modosne, A.E., Kantor, S. Anxiety-like effects induced by acute fluoxetine, sertraline or m-CPP treatment are reversed by pretreatment with the 5-HT2C receptor antagonist SB-242084 but not the 5-HT1A receptor antagonist WAY-100635. Int. J. Neuropsychopharmacol. 4:399-408; 2001. Kantor, S., Jakus, R., Bodizs, R., Halasz, P., Bagdy, G. Acute and long-term effects of the 5-HT2 receptor antagonist ritanserin on EEG power spectra, motor activity, and sleep: changes at the light –dark phase shift. Brain Res., in press. b. Megjelent előadás-kivonatok: Kantor, S., Gerber, K., Halasz, P., Bagdy, G. The role of 5-HT2A, 5-HT2C and 5-HT3 serotonin receptors in the regulation of sleep. J. Physiol.(London) 526.P:66-67; 2000. Bagdy, G., Kantor, S., To, C.T. 5-HT2 receptors, anxiety and the HPA axis. Előadás. 31st Annual Meeting of the International Society of PsychoNeuroEndocrinology, Melbourne, Australia. Book of Abstracts: 17; 2000. Bagdy, G., Graf, M., To, C.T., Kantor, S. A szerotonin-2C (5-HT2C) receptorok szerepe a szorongásban és a szorongás gyógyszeres kezelésében. Előadás. CINP Hungarian Regional
Congress
Budapest
jointly
with
the
4th
Hungarian
Neuropsychopharmacologic Congress. Neuropsycho-pharmacol. Hun. 3S3: S18-5A, 5B; 2001.
6
9
EGYÉB KÖZLEMÉNYEK, ELŐADÁSOK, POSZTEREK
Filakovszky, J., Kantor, S., Halasz, P., Bagdy, G. 8-OH-DPAT and MK-801 affects epileptic activity independently of vigilance. Neurochemistry International, 38: 551556; 2001. Bódizs, R., Kántor, S., Szabó, G., Szűcs, A., Erőss, L., Halász, P. Rhythmic hippocampal delta activity in human REM sleep detected by foramen ovale electrodes. Hippocampus 11:747-753; 2001. Bódizs, R., Szűcs, A., Kántor, S., Szabó, G., Halász, P. Rhythmic hippocampal delta activity in human REM sleep detected by foramen ovale electrodes. J. Sleep Res. 9S1: 21; 2000. Kantor, S., Bagdy, G. Szerotoninhiány és magatartás: a Fawn-Hooded patkány. Előadás. I. Magyar Viselkedés-élettani Konferencia, Budapest, Magyarország; 2000. Kantor, S., Bagdy, G. Fokozott szorongás a szerotonin anyagcserezavarral rendelkező Fawn-Hooded patkánytörzsben. Előadás. Semmelweis Egyetem Ph.D. Tudományos Napok 2001, Budapest, Magyarország; 2001. Kantor, S., Jakus, R., Bagdy, G. Szerotonin receptorok szerepe a vigilancia szabályozásában. Előadás. II. Magyar Viselkedés-élettani Konferencia, Budapest, Magyarország; 2001. Bagdy, G., Graf, M., Kantor, S. Fokozódhat-e a szorongás és agresszió az SSRI antidepresszánsok mellékhatásaként? Klinikai adatok és következtetések a legújabb kísérletes hatásmechanizmus-vizsgálatok tükrében. Előadás. Magyar Pszichiátriai Társaság, V. Nemzeti Kongresszus, Budapest, Magyarország. Absztrakt kötet: 12; 2002. Bagdy, G., Graf, M., Kantor, S. Acute anxiety induced by SSRI antidepressants or mCPP are prevented by 5-HT2C but not 5-HT1A receptor antagonists. Joint meeting of SFP and Pharmacological Societies of Brazil and Portugal, Rennes, France. Book of Abstracts: p.6. O25; 2002.
7
