Molekularne mechanizmy działania olanzapiny w agitacji psychiatrycznej

Czy znamy molekularny mechanizm działania olanzapiny w agitacji?

Olanzapina, atypowy lek przeciwpsychotyczny z grupy tieno­benzodiazepin, jest stosowana w leczeniu ostrej agitacji u pacjentów ze schizofrenią i chorobą afektywną dwubiegunową od ponad dwóch dekad. Mimo udokumentowanej skuteczności klinicznej, molekularne mechanizmy jej działania przeciwagitacyjnego pozostają słabo poznane. Zespół badaczy z Chin wykorzystał metody farmakologii sieciowej i dokowania molekularnego, aby zidentyfikować potencjalne cele terapeutyczne i szlaki sygnalizacyjne odpowiedzialne za ten efekt.

Agitacja to wieloczynnikowy zespół objawów charakteryzujący się niepokojem, drażliwością, brakiem współpracy, lękiem oraz nadmierną aktywnością ruchową lub werbalną. Występuje u około połowy pacjentów psychiatrycznych zgłaszających się na ostry dyżur – w europejskim badaniu 50% przypadków agitacji dotyczyło pacjentów ze schizofrenią, a 25% z chorobą afektywną dwubiegunową. Szybkie opanowanie agitacji jest kluczowe dla bezpieczeństwa pacjentów i personelu medycznego.

Olanzapina wykazuje powinowactwo do receptorów dopaminowych D1-D4, serotoninowych (5-HT2A, 5-HT2C, 5-HT3, 5-HT6), histaminowych H1, α1-adrenergicznych oraz muskarynowych. Została zatwierdzona przez FDA w 1996 roku do leczenia schizofrenii, a jej wskazania rozszerzono na chorobę afektywną dwubiegunową i ostrą agitację. Dostępna jest w formie doustnej, tabletki rozpadającej się w jamie ustnej oraz w postaci domięśniowej i dożylnej.

Jak zidentyfikowano cele molekularne olanzapiny?

Badacze zastosowali podejście in silico, łącząc farmakologię sieciową z dokowaniem molekularnym. Strukturę chemiczną olanzapiny pozyskano z bazy DrugBank, a potencjalne cele terapeutyczne zidentyfikowano przy użyciu baz GeneCards, SwissTargetPrediction i Comparative Toxicogenomics Database (CTD). Cele związane ze schizofrenią, chorobą afektywną dwubiegunową i agitacją wyodrębniono z baz DisGeNET i GeneCards.

Analiza wykazała 517 potencjalnych celów olanzapiny, 2582 cele schizofrenii, 2796 celów choroby afektywnej dwubiegunowej oraz 1996 celów agitacji. Po eliminacji duplikatów zidentyfikowano 185 wspólnych celów dla wszystkich czterech kategorii, które uznano za potencjalne punkty uchwytu terapeutycznego olanzapiny w leczeniu agitacji.

Następnie skonstruowano sieć interakcji białko-białko (PPI) zawierającą 181 węzłów i 3004 krawędzie. Za pomocą wtyczki CytoHubba w programie Cytoscape wyselekcjonowano 20 kluczowych celów metodą maksymalnej centralności klik (MCC). Dalszą analizę zawężono do ośmiu celów wspólnych dla dwóch najważniejszych szlaków sygnalizacyjnych: PI3K-Akt i MAPK.

Które szlaki sygnalizacyjne są najważniejsze?

Analiza wzbogacania szlaków KEGG ujawniła 114 szlaków sygnalizacyjnych spełniających kryterium p < 0,05. Najsilniej wzbogacone były szlak PI3K-Akt (13 genów, p = 9,22E-13) oraz szlak MAPK (11 genów, p = 1,69E-10). Oba szlaki odgrywają kluczową rolę w regulacji neuroplastyczności, proliferacji komórek, migracji i apoptozy.

Osiem wspólnych celów w obu szlakach to: BDNF (czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego), INS (insulina), AKT1 (kinaza serynowo-treoninowa), TP53 (białko supresorowe p53), IGF1 (insulinopodobny czynnik wzrostu 1), NGF (czynnik wzrostu nerwów), NFKB1 (czynnik transkrypcyjny NF-κB) oraz FGF2 (czynnik wzrostu fibroblastów 2).

Analiza ontologii genowej (GO) wykazała, że cele te są zaangażowane w pozytywną regulację ekspresji genów, transkrypcję zależną od DNA oraz negatywną regulację procesów apoptotycznych. Pod względem funkcji molekularnych dominowały wiązanie proteaz, identyczne wiązanie białek oraz aktywność czynników wzrostu.

„Nasze wyniki sugerują, że olanzapina może wpływać na wspólne cele molekularne w szlakach PI3K-Akt i MAPK, aby łagodzić agitację w schizofrenii i chorobie afektywnej dwubiegunowej” – piszą autorzy badania.

Jak mocno olanzapina wiąże się z celami molekularnymi?

Aby potwierdzić przewidywania farmakologii sieciowej, przeprowadzono dokowanie molekularne olanzapiny z ośmioma białkami docelowymi. Struktury krystaliczne białek pobrano z bazy danych Protein Data Bank (PDB), a wiązania modelowano przy użyciu oprogramowania AutoDock Vina.

Wyniki dokowania wykazały stabilne wiązania we wszystkich przypadkach – wartości wyniku dokowania wahały się od –5,3 do –8,8 kcal/mol. Najsilniejsze wiązanie zaobserwowano z NGF (–8,8 kcal/mol), obejmujące wiązanie wodorowe z GLU-518 oraz oddziaływania hydrofobowe z LEU-516, VAL-524, PHE-589, PHE-669, LEU-657 i ALA-542.

Inne istotne interakcje obejmowały wiązanie z BDNF (–7,9 kcal/mol) przez wiązania wodorowe z HIS-603 i CYS-604 oraz elektrostatyczne z LYS-607, a także z INS (–7,7 kcal/mol) przez wiązanie wodorowe z ASN-3 i hydrofobowe z VAL-2, LEU-6 oraz CYS-7. Wiązanie z AKT1 (–6,7 kcal/mol) zachodziło przez ARG-243 i oddziaływania hydrofobowe z ARG-2, ARG-346 i TYR-350.

Wartość –5 kcal/mol jest uznawana za próg dobrej zdolności wiązania ligandu z receptorem, co potwierdza potencjał terapeutyczny olanzapiny wobec wszystkich ośmiu zidentyfikowanych celów.

Jaki jest biologiczny mechanizm działania olanzapiny?

Zidentyfikowane cele molekularne należą głównie do układów czynników neurotroficznych i wzrostowych (BDNF, NGF, IGF1, INS, FGF2), które odgrywają kluczową rolę w neuroplastyczności. Badania wykazały, że podwyższone poziomy BDNF i NGF w płynie mózgowo-rdzeniowym dzieci z zapaleniem opon mózgowo-rdzeniowych związanym z wirusem Epsteina-Barra korelowały z pobudzeniem psychoruchowym.

Aktywacja receptorów dopaminowych D2 hamuje przekazywanie sygnału przez AKT1 poprzez defosforylację zależną od kompleksu β-arestyna 2/fosfataza PP2A. Z kolei interakcja czynników troficznych (IGF1, BDNF) z ich receptorami aktywuje AKT, co jest kluczowe dla przeżycia neuronów. Warianty genetyczne AKT1 były identyfikowane zarówno w schizofrenii, jak i chorobie afektywnej dwubiegunowej.

Białko p53 (kodowane przez TP53) kontroluje apoptozę i jest zaangażowane w rozwój oligodendrocytów, co może wpływać na integralność mieliny i istoty białej w płacie czołowym pacjentów ze schizofrenią. NFKB1 stymuluje ekspresję licznych cytokin prozapalnych – podwyższona aktywność NF-κB koreluje ze zwiększoną aktywacją immunologiczną w korze mózgowej.

Szlaki PI3K-Akt i MAPK pełnią funkcję centralnej sieci wewnątrzkomórkowej w chorobach psychiatrycznych, regulując synaptyczną neuroplastyczność, proliferację komórek, migrację i apoptozę. Pacjenci z chorobą afektywną dwubiegunową typu 1 nie byli w stanie zredukować aktywności NF-κB i MAPK po stresie, co może wynikać z zaburzeń równowagi immunologicznej.

Co to oznacza dla praktyki psychiatrycznej?

Wyniki badania rzucają nowe światło na molekularne podstawy działania olanzapiny w agitacji, sugerując wielokierunkowy mechanizm obejmujący neuroplastyczność, regulację apoptozy oraz procesy zapalne. Zidentyfikowane cele molekularne mogą w przyszłości posłużyć jako biomarkery odpowiedzi na leczenie lub punkty uchwytu dla nowych terapii.

Jednak autorzy podkreślają istotne ograniczenia swojej pracy. Po pierwsze, analizy in silico mają charakter predykcyjny – powinowactwo wiązania obserwowane w modelowaniu molekularnym nie musi przekładać się na efekty farmakologiczne in vivo. Po drugie, dokładność i aktualność danych w bazach pozostaje ograniczona, co mogło prowadzić do pominięcia niektórych niezarejestrowanych celów.

Co więcej, badanie koncentrowało się na agitacji jako objawie wtórnym, co może zawężać interpretację wyników w szerszym kontekście schizofrenii i choroby afektywnej dwubiegunowej. Wreszcie, brak walidacji eksperymentalnej (badania in vitro, in vivo) i klinicznej stanowi istotne ograniczenie – przewidywane cele i szlaki wymagają potwierdzenia w warunkach laboratoryjnych i próbach klinicznych.

Mimo tych zastrzeżeń, badanie dostarcza wartościowych hipotez roboczych dla dalszych badań nad mechanizmami działania leków przeciwpsychotycznych. Lepsze zrozumienie molekularnych podstaw terapii może w przyszłości umożliwić bardziej precyzyjny dobór leczenia u pacjentów z nasilonymi objawami agitacji.

Jakie wnioski płyną z tej analizy farmakologicznej?

Analiza farmakologii sieciowej i dokowania molekularnego wskazuje, że olanzapina może łagodzić agitację u pacjentów ze schizofrenią i chorobą afektywną dwubiegunową poprzez oddziaływanie na osiem kluczowych celów molekularnych (BDNF, INS, AKT1, TP53, IGF1, NGF, NFKB1, FGF2) w szlakach PI3K-Akt i MAPK. Mechanizm ten prawdopodobnie obejmuje regulację neuroplastyczności, procesów apoptotycznych oraz odpowiedzi zapalnej w ośrodkowym układzie nerwowym. Wyniki dokowania molekularnego potwierdziły stabilne wiązania olanzapiny ze wszystkimi zidentyfikowanymi białkami docelowymi, z najsilniejszą interakcją z czynnikiem wzrostu nerwów (NGF). Badanie ma charakter eksploracyjny i wymaga walidacji w badaniach eksperymentalnych oraz klinicznych. Zrozumienie molekularnych podstaw działania olanzapiny może również pomóc w wyjaśnieniu mechanizmów innych objawów schizofrenii i choroby afektywnej dwubiegunowej, takich jak objawy maniakalne, depresyjne czy psychotyczne, które mogą być regulowane przez odrębne lub nakładające się szlaki sygnalizacyjne.