Vliv antidepresiv na aktivitu mitochondriálních

DUŠEVNÍ PORUCHY
A KVALITA PÉČE
Sborník přednášek a abstrakt
VIII. sjezdu Psychiatrické společnosti ČLS JEP
s mezinárodní účastí
Tribun EU
2010
Pořadatelé sborníku
prof. MUDr. Jiří Raboch, DrSc.
prim. MUDr. Irena Zrzavecká
MUDr. Pavel Doubek
Psychiatrická klinika, 1. lékařská fakulta
nemocnice, Praha
UK a Všeobecná fakultní
Sekretariát
GUARANT International spol. s r. o.
Opletalova 22, 110 00 Praha 1
[email protected]
www.guarant.cz
Za odbornou a jazykovou stránku tohoto sborníku odpovídají autoři
jednotlivých příspěvků.
ISBN 978-80-7399-958-2
VLIV ANTIDEPRESIV NA AKTIVITU MITOCHONDRIÁLNÍCH
ENZVMŮ
J. Hroudová', Z. Fišar J. Raboch-, H. Hansíková'Psychiatrická klinika, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze
a Všeobecnáfakulmí nemocnice v Praze, Praha, Česká Republika
»Klinika dětského a dorostového lékařství, 1.lékařskáfakulta,
Univerzita
Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, Praha, Česká
Republika
1,
Úvod
Mitochondrie
jsou buněčné organely odpovědné
především
za tvorbu
energie, ale podílejí se také na řadě dalších procesů. Učastní se tvorby volných radikálů,
regulují hladiny nitrobuněčného
vápníku a jsou součástí
signálních cest, nezbytných pro komunikaci
uvnitř buněk. Mají svou roli
v synaptogenezi,
neuroplasticitě
a přežívání
neuronů.
Narušená
funkce
mitochondrií
vede nejen ke snížení produkce ATP, ale také ke zvýšené produkci volných radikálů,
ke změnám nitrobuněčného
kalcia, oxidačnímu
stresu a apoptóze. Mitochondriální
dysfunkce se projevují různými symptomy a jsou zahrnuty také v patogenezi neurodegenerativních
a psychiatrických onemocnění.
Poruchy nálady jsou závažná onemocnění,
často recidivující a chronická,
přesto jejich patofyziologie není dostatečně objasněna. Biologické markery,
které by umožnily úspěšnou predikci farmakoterapie,
jsou hledány. Existuje
řada hypotéz o vzniku poruch nálady; naše práce vychází především ze zdokonalené monoaminové
hypotézy, neurotrofní
hypotézy deprese (Duman et
al. 1997) a hypotéz o mitochondriální
dysfunkci. Při studiu biochemických
základů poruch nálady vycházíme hlavně z mechanismu
účinků farmakologicky odlišných antidepresiv
(Fišar and Hroudová
2010). Antidepresiva
obvykle působí primárně jako inhibitory zpětného přenosu serotoninu nebo
noradrenalinu,
nebo jako inhibitory
štěpení
monoaminových
neurotransmiterů.
Chronické podávání vyvolává zvyšování synaptických koncentrací noradrenalinu
a serotoninu a to má za následek aktivaci kaskád nitrobuněčného
přenosu signálu vedoucí ke zvýšené aktivaci transkripčního
faktoru CREB. Podle kalciové hypotézy o mitochondriální
dysfunkci při
bipolární afektivní poruše (Kato and Kato 2000) mohou zvýšené delece
mitochondriální
DNA (mtDNA) v mozku a polymorfismyjmutace
mtDNA
nebo jaderné DNA kódující mitochondriální
proteiny způsobit mitochondriální dysregulaci kalcia, vedoucí k symptomům
bipolární afektivní poruchy. Bioenergetická
hypotéza o mitochondriální
dysfunkci při bipolární
afektivní poruše (Stork and Renshaw 2005) se pokouší identifikovat
další
molekulární mechanismy vedoucí k narušení neuroplasticity
a předpokládá,
že energetika synapsí je při depresivní poruše silně pozměněna a moduláto106
rem odpovědným za účinnost či neúčinnost různých antidepresiv jsou mitochondrie. Narušená funkce mitochondrií vede k poškození neuronů, což
může souviset se vznikem poruch nálady. Předpokládáme, že energetický
metabolismus buňky se významně podílí na patofyziologii poruch nálady
a terapeutických či vedlejších účincích antidepresiv. I přes silnou vazbu
transdukce signálu na dostupnost ATP nejsou změny v energetickém metabolismu při poruchách nálady dostatečně známy.
Cíle
Naším cílem bylo zjistit, které mitochondriální funkce související s neuroplasticitou a přežíváním neuronů jsou in vitro výrazně ovlivněny antidepresivy nebo stabilizátory nálady. Tyto mitochondriální funkce budeme
dále sledovat v krevních elementech osob v období těžké depresivní epizody
a v remisi. Konečným cílem je zjistit, zda může být měření vybraných mitochondriálních funkcí v krevních buňkách vhodné pro předpověď účinnosti
farmakoterapie nebo pro kvantifikaci tíže deprese.
Metody
Účinky farmakologicky odlišných antidepresiv (desipraminu, amitriptylinu, imipraminu, citalopramu, venlafaxinu, mirtazapinu, tianeptinu, moklobemidu) a stabilizátorů nálady (lithia, valproátu, olanzapinu) na aktivitu
vybraných enzymů byly studovány v hrubé mitochondriální frakci izolované
z prasečích mozků diferenciální centrifugací. Aktivity enzymů citrátového
cyklu (citrátsyntázy a sukcinátdehydrogenázy) a enzymů respiračního elektronového
transportního
řetězce (komplexu
I (NADH-ubichinonoxidoreduktázy), komplexu II (sukcinát-ubichinon oxidoreduktázy) a komplexu IV (cytochrom c oxidázy)) byly měřeny spektrofotornetricky. Vzorky
byly porovnávány s kontrolami a statistická významnost byla hodnocena
pomocí Wilcoxonova párového testu; bylo provedeno 5 - 10 nezávislých
měření.
Dýchání mitochondrií, tj. celková aktivita systému oxidační fosforylace
(OXPHOS), bylo měřeno elektrochemicky jako kinetika spotřeby kyslíku
v přítomnosti různých substrátů a inhibitorů OXPHOS. Byl měřen vliv testovaných látek na respirační stav podporovaný 1. pyruvátem a malátem
a 2. sukcinátem.
Výsledky
Změřili jsme účinky různých antidepresiv a stabilizátorů nálady na aktivitu komplexů respiračního řetězce, citrátsyntázy a sukcinátdehydrogenázy.
Výsledky ukazují, že všechny dosud testované látky zvyšují aktivitu citrátsyntázy, významně pro olanzapin a citalopram. Aktivita sukcinátdehydrogenázy byla výrazně zvýšena pouze u olanzapinu. Naopak, aktivita komplexů respiračního řetězce byla vlivem testovaných látek obvykle snížena.
107
Statisticky významné snížení aktivit bylo zjištěno u komplexu I pro des ipramin > imipramin > amitriptylin > valproát > citalopram > mirtazapin.
U komplexu II bylo pozorováno významné snížení aktivity pro imipramin >
amitriptylin. U komplexu IV byly statisticky významně ovlivněny tyto enzymy: olanzapin > mirtazapin > imipramin > desipramin > tianeptin >
amitriptylin > lithium> valproát.
Dýchání mitochondrií bylo měřeno jako rychlost spotřeby O2• Kinetika
spotřeby kyslíku ukázala inhibiční působení studovaných psychofarmak na
celkovou funkci OXPHOS. Nejvýraznější inhibice byla pozorována pro tianeptin.
Závěr
Kromě studií sledujících aktivitu MAO existuje velmi málo dat, která porovnávají účinky antidepresiv nebo stabilizátorů
nálady na ostatní mitochondriální enzymy. Zjistili jsme, že in vitro účinky antidepresiv a stabilizátorů
nálady zahrnují změny mitochondriální
funkcí. Potvrzuje to
předpoklad, že účinky antidepresiv a stabilizátorů nálady mohou být spojeny s ovlivněním energetiky synapsí a s ochranou neuronů proti poškození
volnými radikály generovanými dysfunkčním mitochondriálním elektronovým transportním řetězcem (Wang 2007). Zavedené metody měření jsou
funkční a aktivity mitochondriálních enzymů lze s jejich pomocí dále testovat jako biologické markery poruch nálady nebo prediktory účinnosti farmakologické léčby. Na základě dosud získaných výsledků se pro studium
mitochondriálních dysfunkcí v krevních elementech osob s poruchami nálady hodí nejlépe tyto enzymy: monoaminoxidáza, citrátsyntáza, NADHdehydrogenáza a cytochrom c-oxidáza,
Podpoieno
společností
Zentíva,
a.s.
a
výzkumným
záměrem
MSMo021Ó20849.
Literatura
Duman RS, Heninger GR, Nestler EJ: A molecular and cellular theory of
depression. Arch. Gen. Psychiatry 1997; 54: 597-606.
Fišar Z, Hroudová J: Intracellular signalling pathways in mood disorders.
Folia Biologica 2010; 56: in press.
Kato T, Kato N: Mitochondrial dysfunction in bipolar disorder. Bipolar
Disord. 2000; 2: 180-190.
Stork C, Renshaw PF: Mitochondrial dysfunction in bipolar disorder: evidence from magnetic resonance spectroscopy research. Mol. Psychiatry
2005; 10(10): 900-919.
Wang J-F: Defects of mitochondrial electron transport chain in bipolar
disorder: implications for mood-stabilizing treatment. Can. J. Psychiatry
2007; 52(12): 753-762.
108
Summary
EFFECf OF ANTIDEPRESSANTS AND MOOD STABILIZERS ON
ACfIVlTY OF MITOCHONDRIAL ENZVMES
Mitochondrial dysfunctions are concerned in a range of diseases, neurodegenerative and psychiatrie disorders included. Impaired functions of
mitochondria lead to decreased ATP production as well as changes of intracellular calcium, increased production of free radicals and oxidative stress.
It is suggested that changes in energy metabolism participate in the origin
of mood disorders and are included in therapeutic or side effects of antidepressants and mood stabilizers. We measured in vitro effects of pharmacologically different antidepressants and mood stabilizers on the activities of
mitochondrial enzymes: selected enzymes of citrate cycle, and respiratory
chain complexes. Kinetics of oxygen consumption by mitochondria at different conditions was measured, as well. Results demonstrate increased
activity of citrate synthase, significantly decreased aetivities of respiratory
electron transport chain complexes I and IV, and decreased total oxygen
consumption. Effects on monoamine oxidases were found to be inhibitory.
Thus, in vitro effects of antidepressants and mood stabi1izers on mitochondrial enzymes are functional and activities of those enzymes can be further
tested as potential biological markers of mood disorders or targets of drugs.
Based on this, we are going to test selected mitochondrial functions in vivo
in blood platelets of patients in depressive episode.
Key words: mood stabilizers; antidepressants;
complexes; citrate synthase; monoamine oxidase
109
electron transport chain