Drogová lékárna v lidském organismu

V lidském organismu se vyskytují četné specifické receptory, na které se váží různá farmaka, například opioidy, a2-agonisté nebo benzodiazepiny. Vznikla otázka, jaká je fyziologická úloha těchto receptorů. Zejména v posledních dvou desetiletích byly objeveny endogenní ligandy těchto receptorů. V současné době známe endogenní ligandy receptorů opioidních, a2-adrenergních, benzodiazepinových i kannabinoidních. V centru výzkumu jsou endogenní ligandy NMDA receptorů. Izolací jednotlivých endogenních ligandů rozšiřujeme podstatně naše znalosti o fyziologických regulačních mechanismech v organismu.

Již od poloviny 20. století jsme se domnívali, že hormonální systém známe dokonale. Do té doby byla objevena celá řada hormonů – adrenalin, inzulin, kortikosteroidy. Na nervových zakončeních byly identifikovány neurotransmitery, např. acetylcholin. Zároveň se později prokázalo, že buňky mnoha orgánů tvoří tzv. tkáňové hormony, např. sekretin nebo gastrin. Mezitím bylo zjištěno, že náš organismus vyrábí různé endogenní látky, které se svým účinkem nápadně podobají farmakům vyráběným farmaceutickými firmami. Paradoxně tak farmaka přispěla k výzkumu endogenních látek, jež napodobují jejich účinek. Moderní biochemie ukázala, že lidské tělo je nepředstavitelně mnohotvárnou a na nápady bohatou laboratoří, ve které jsou vyráběny drogám podobné substance (endogenní drogy). Čím je droga uměle vyrobená podobnější droze tělu vlastní, tím je její účinek silnější [1]. Typickým příkladem jsou endogenní opiáty enkefaliny a endorfiny, které napodobují účinek přirozených opiátů. Při zkoumání mechanismu účinku exogenních opiátů pomocí radio-aktivně označeného morfinu objevili Snyder a Terentius v roce 1973 specifické opiátové receptory v mozku a míše. Opiátové receptory byly zjištěny i v četných jiných orgánech, např. ve střevě. Tím se tedy vysvětlil kladný účinek morfinu při průjmových onemocněních.
K objevu opiátových receptorů vedlo několik předpokladů. Morfin, heroin a další opiáty jsou účinné již ve zlomcích miligramů. Proto vznikla domněnka, že nepůsobí difuzně v organismu, ale že se váží na specifická místa četných orgánů. Při předávkování opiátů došlo k velké dechové depresi až k zástavě dechu. Specifický antagonista morfinu naloxon antagonizoval dechově depresorický účinek tohoto opiá-tu. Objev opiátových receptorů v lidském těle byl bezpochyby senzační, ale vyvstala znepokojující otázka. Narodil se člověk s těmito receptory jen proto, aby se na ně vázaly látky z opiové šťávy máku? Mnozí nevylučovali symbiotické vztahy mezi člověkem a mákem. Pravděpodobnější však byly teorie o existenci tělu vlastních morfinových látek. V roce 1975 izolovali Skotové Hughes a Kosterlitz poprvé dvě tělu vlastní substance napodobující farmakologické účinky opia. Měly velmi jednoduchou chemickou stavbu, sestávaly pouze z pěti aminokyselin a tvořily tzv. pentapeptidy. Lišily se od sebe pouze koncovými aminokyselinami methioninem a leucinem. Proto dostaly označení methionin-enkefalin a leucin-enkefalin. V následujících letech byly objeveny další substance s účinky podobnými účinku morfinu a byly nazvány endorfiny. Tzv. b-endorfin pochází z hypofýzy, kde je součástí velké molekuly obsahující ještě melanostimulační hormon (MSH), b-lipotropin a adrenokortikotropní hormon (ACTH). Při stresu dochází k současnému vyloučení těchto hormonů. Beta-endorfin tlumí bolest a strach, zatímco ACTH zvyšuje pozornost a mobilizuje hormony kůry nadledvin. Endorfiny projasňují náladu a zahánějí melancholii. Opiová tinktura v relativně nízkých dávkách platila dlouhou dobu za vynikající, dobře snášenou látku při léčení těžkých depresí. K vylučování endorfinů dochází při tělesných cvičeních, pohlavním styku nebo při poslechu příjemné hudby. Zvýšeného vylučování endorfinů při poslechu hudby využívají různí zubní lékaři při stomatologickém ošetření. Endogenní opiáty hrají důležitou úlohu i u hibernujících zvířat, kde vyvolávají četné tělesné změny související s hibernací.

Kromě endogenních opioidů peptidové povahy však náš organismus produkuje zcela přirozeně i „výhradně rostlinný“ opiát morfin. Biochemikům se podařilo získat rostlinný morfin z tkání a orgánů nejrůznějších živočichů. Byl zjištěn v kůži některých druhů žab, v mozku skotu, v lidském srdci nebo lidské moči. Obsahují ho i těla bezobratlých živočichů. Přítomnost stopových množství morfinu byla vykládána jako důsledek znečištění životního prostředí. V roce 2003 však izolovali američtí neurofyziologové z lidských tkání bílkovinu, na kterou se váže pouze morfin. Prokázali také biologickou syntézu morfinu v organismu. Je to stejná biochemická cesta, jakou užívá mák setý (obr. 1) pro syntézu morfinu. Fyziologická úloha morfinu není v organismu přesně známa, domníváme se, že se podílí na vzniku závislosti na drogách, na ovlivnění bolesti, ale i na tvorbě sociálních vazeb mezi lidmi.

Zcela nedávno byly objeveny tzv. exorfiny (exogenní opioidní peptidy). Vznikají činností bakterií v mléce a střevní stěně a mají rovněž analgetický účinek. Jsou schopny vyvolat fyzickou závislost a odvykací příznaky. Váží se na různé subpopulace opioidních receptorů a jejich účinek je antagonizovatelný naloxonem. Beta-kasomorfin je fragmentem mléčného proteinu b-kaseinu, který byl prokázán v mléce všech savců. Váže se velmi intenzivně na centrální i periferní opioidní receptory. Jeho fyziologický účinek u novorozence spočívá, po vazbě na periferní opioidní receptory ve střevě, ve zlepšení transportu tekutin a iontů, a tím v optimalizaci střevní peristaltiky. Centrální účinek b-kasomorfinu se projevuje snížením srdeční akce a sedativně euforizujícím účinkem. Má také modulující vliv na vývoj mozku. Stimulace center libosti v mozku exogenními opioidy vede k zesílení příjmu potravy u novorozence nejen při hladu, nýbrž také k uspokojení pocitu libosti. U lidí pijících mléko má b-kasomorfin nutritivní účinek a přispívá k uvolnění pankreatických hormonů. Exorfiny se vyskytují také v obilí a v lepku a byly prokázány jako produkt trávení masa a čokolády. Jsou uvolňovány při fermentaci kakaa, a tak částečně vysvětlují závislost na čokoládě.

Beta-kasomorfin má patrně význam i při náhlé smrti novorozenců zástavou dýchání a jeho abnormální syntéza se podílí u matky na postpartální psychóze.

Podobná situace se odehrávala u benzodiazepinů. Brzy po objevu benzodiazepinových receptorů v roce 1977 se vynořila otázka, slovy profesora Haefelyho: „Vytvořila příroda nebo sám milý Pán Bůh benzodiazepinové receptory pro radost firmy Hoffmann-La Roche? Měla příroda milio-ny let tyto receptory v pohotovosti, až Leo Sternbach víceméně náhodou syntetizoval farmaka benzodiazepiny, které přesně pasují na jemu dosud neznámé receptory?“ A tak byla vyslovena hypotéza, že podobně, jako existují endogenní ligandy opiátových receptorů, musí existovat také tělu vlastní substance, které se váží na benzodiazepinové receptory. Mají tyto endogenní ligandy benzodiazepinům podobný, tedy anxiolytický účinek, nebo naopak působí anxiogenně? Lákavá byla představa, že mozek reguluje takové pochody, jako je spánek, strach nebo svalová relaxace, prostřednictvím takovýchto endogenních ligandů. Ve vědeckých laboratořích celého světa započal lov na endogenní ligandy benzodiazepinových receptorů. V roce 1983 Guidotti a Costa izolovali po pětileté snaze z lidského mozku látku, která se váže na benzodiazepinové receptory tisíckrát slaběji než diazepam. Je to peptid sestávající z 80 aminokyselin, který nemá žádnou chemickou příbuznost s dosud známými benzodiazepinovými ligandy. Nazvali ho diazepam binding inhibitor, neboť má protichůdné farmakologické účinky než diazepam. Uprostřed osmdesátých let americká skupina pod vedením de Blase a německá skupina pod vedením Wildmanna vyšla z předpokladu, že endogenní ligand je strukturálně podobný benzodiazepinům. Nordiazepam, jeden z hlavních metabolitů diazepamu, je strukturálně velmi podobný molekule, která je tvořena glycinem s kyselinou antranilovou (obě jsou substance fyzio-logicky se vyskytující v mozku). Wildmann izoloval z krve látku podobnou 1,4-benzodiazepinu a v laboratořích společnosti Hoffmann-La Roche se potvrdilo, že je to nordiazepam, který se ve stopových množstvích nachází nejen v mozku, ale i v krvi. Blas se vydal jinou cestou a dospěl ke stejným výsledkům. Syntetizoval protilátku proti diazepamu a koncem roku 1986 izoloval z mozkových řezů substanci, která byla totožná s nordiazepamem. Jsou tedy aktivní benzodiazepiny, jež se vyskytují v mozku, oním hledaným endogenním ligandem?

Z předchozích řádků vyplývá, že dosud neznáme spolehlivě endogenní ligandy benzodiazepinových receptorů. K čemu však v organismu slouží? Podílejí se jistě na regulaci spánku a bdění, protože flumazenil mění architekturu spánku. Regulují také pocit strachu, protože inverzní agonisté vedou u člověka k vyvolání panických reakcí. Mohou se podílet na regulaci svalového napětí. Bylo také zjištěno, že hrají důležitou úlohu v separačním stresu při odloučení dětí od rodičů [2]. S vystupňováním účinku endogenních benzodiazepinů se setkáváme např. u jaterního kómatu. Zde infuze flumazenilu vede ke zlepšení vigility pacienta. V budoucnosti nejsou jistě vyloučena ještě další překvapení spojená s činností endogenních benzodiazepinů [3].

S tématem endogenních benzodiazepinů – endozepinů – úzce souvisí otázka, zda se benzodiazepiny vyskytují také v přírodě (obr. 2). Mnohá farmaka jsou rostlinného původu, např. alkaloidy. Nejnověji však bylo zjištěno, že morfin a kodein jsou přítomny v rozmanitých tkáních savců a také chemický skelet morfinu je syntetizován v krysích játrech. Při hledání endogenních ligandů bylo za pomoci antibenzodiazepinových monoklonálních protilátek zjištěno, že existují benzodiazepinům podobné molekuly v mozku. Hmotovou spektrografií byla substance charakterizována jako N-desmethyldiazepam (nordiazepam). Benzodiazepinům podobná aktivita byla prokázána také v šesti lidských mozcích, které byly uloženy do parafinu v roce 1940, tedy ještě v době před syntézou benzodiazepinů společností Hoffmann-La Roche.

Později byl zjištěn desmethyldiazepam v mozcích různých druhů zvířat, např. žáby, mloka, varana, krysy, kočky, psa, dobytka, kuřete i člověka. V lidské plazmě činila koncentrace desmethyldiazepamu 0,01 mg/ml. Tento derivát benzodiazepinů byl však také nalezen v některých rostlinách, a to v neloupané rýži, bramborách nebo kukuřici. Koncentrace dosahovala 0,003 mg až 0,015 mg v jednom gramu rostlinné tkáně. Kromě desmethyldiazepamu byl nalezen v různých živočišných a rostlinných druzích také diazepam v koncentraci 0,005–0,02 mg/g a vedle toho také oxazepam ve zvířecím mozku a játrech.

Hromadí se tedy důkazy, že diazepam a jeho hlavní metabolit desmethyldiazepam jsou přírodními produkty! Jak jsou v rostlinách nebo v živočiších benzodiazepiny syntetizovány, není dosud známo. Je také možné, že u živočichů se dostávají do organismu z exogenních zdrojů potravou (mikroorganismy, rostliny) [4].
Jaký je význam těchto stopových množství benzodiazepinů v živočišném nebo rostlinném organismu, dosud nevíme. Izolace z vejce svědčí o tom, že se benzodiazepiny objevují již v časné ontogenezi a mohou ovlivňovat dokonce vývoj. V závislosti na druhu a množství potravy mohou pak benzodiazepiny ovlivňovat činnost receptorů nebo modifikovat úroveň bdění a úzkosti.

Senzorická nebo perceptivní deprivace (výrazné snížení zevních podnětů), koncentrační meditace, cvičení zazenu, odnětí spánku, asketismus mohou vyvolat trans. Také ve stavech ohrožujících život nebo při umírání dochází k uvolnění endogenních psychedelik. Tato endogenní psychedelika se v organismu váží na fencyklidinové receptory, které se nachází ve velké husto-tě zejména v limbickém systému a ve středním mozku. Kromě toho dochází při uvedených stavech k masivnímu uvolnění noradrenalinu a dopaminu. Noradrenalin zvyšuje bdělost a nadbytek dopaminu je důležitý pro mimosmyslové vnímání a extatické stavy. Přirozeným endogenním psychedelikem je dimetyltryptamin (DMT). Je to nejjednodušší sloučenina z indolových psychedelik. Vyskytuje se v četných jihoamerických rostlinách, v tělech ropuch a v mořských organismech. Byl zjištěn také v lidském těle – v šišince mozkové (epifýze). Vylučuje se v hraničních stavech (stavy blízké smrti, při porodu, extatické stavy). Může vyvolat sexuální extázi. Výzkum DMT prováděl v letech 1990–1995 americký psychiatr Ric Strassman, který se nejdříve zabýval otázkou, zda má melatonin účinky na psychiku člověka. O výsledcích svého výzkumu napsal zajímavou knihu The spirit molecule, vydanou v roce 2001 (vyšlo česky: Molekula duše, 2005) [5].

Těchto stavů lze samozřejmě docílit podáním četných exogenních drog. Mezi nejznámější patří mescalin, psilocybin nebo LSD. Je zajímavé, že většina psychedelik má podobnou strukturu jako endogenní neurotransmitery. Ketamin, disociativní anestetikum, je často používán jako modelové anestetikum k vyvolání psychických stavů na kraji smrti – near death experience [5]. V současné době pokračuje intenzivní výzkum endogenních psychedelik, viz [5].

Z mozku hovězího dobytka byl izolován endogenní ligand, jehož biologické účinky jsou srovnatelné s klonidinem. Byl nazván „clonidine displacing substance“ (CDS) neboli agmatin. Bylo zjištěno, že se jedná o dekarboxylovaný arginin [6]. Podobně jako klonidin má CDS 30krát vyšší selektivitu pro imidazolové receptory ve srovnání s a2-adrenergními receptory, zatímco je pouze slabě vyšší preference pro a2-adrenergní receptory než pro a1-adrenergní receptory. Pravděpodobně CDS je endogenním ligandem pro imidazolové receptory [7].
Při výzkumu účinků hašiše a jeho hlavní účinné látky tetrahydrokannabinolu (obr. 3) bylo zjištěno, že se v organismu váže na specifické receptory CB1 a CB2. Posléze byly izolovány endogenní látky – endokannabinoidy, které se za fyziologických nebo patologických stavů váží na tyto receptory. Jejich farmakologické účinky jsou srovnatelné s farmakologickými účinky tetrahydrokannabinolu. Dosud byly izolovány tři endokannabinoidy: adandamid, 2-arachidonylglycerol a noladinether.

Prvním endokannabinoidem je arachidonylethanolamid (AEA) nazývaný anand-amid. V sanskrtu znamená ananda štěstí. Anandamid se také váže na kannabinoidní receptory. Je tvořen z lipoidních prekurzorů v buněčné membráně. Po svém uvolnění difunduje na místo účinku, kde se váže na kannabinoidní receptory CB1. Jeho účinky jsou ukončeny kombinací příjmu do buňky a hydrolýzou. Anandamid má funkci neurotransmiteru nebo neuromodulátoru. Nevyskytuje se však jen v CNS, ale také např. v makrofázích, které jsou schopny tuto látku syntetizovat i degradovat.

Druhým endogenním kannabinoidem je 2-arachidonylglycerol (2AG), který byl izolován ze střeva psa. Váže se také na kannabinoidní receptory CB1 a napodobuje některé biochemické a neurobehaviorální účinky kannabinoidů. Na rozdíl od anand-amidu aktivuje také receptory CB2. V mozku je detekován v daleko vyšších koncentracích než anandamid. Má neurohumorální funkci.

Třetím endogenním kannabinoidem je arachidonyl-glyceryl ether nazývaný také noladinether. Byl izolován z mozku a má podobnou funkci jako dva předchozí endokannabinoidy.
Fyziologická role endokannabinoidů je v současné době známa jen velmi nepatrně.
Endokannabinoidy budou jednou hrát důležitou úlohu i v anesteziologii. Sedativní dávka propofolu zvyšuje hladinu endokannabinoidu anandamidu v mozku myši při intraperitoneálním podání. Podobně specifický agonista receptorů CB1 výrazně potencuje ztrátu reflexu polohy způsobenou propofolem. Naopak specifický antagonista receptorů CB1 podaný intraperitoneálně výrazně redukuje počet myší se ztrátou reflexu polohy způsobenou určitou dávkou propofolu. Tyto nálezy svědčí o tom, že receptory CB1 přispívají k sedativním účinkům propofolu. Propofol ovlivňuje endokannabinoidní systém inhibicí odbourávání anandamidu a tak přispívá k jeho sedativním účinkům.