Продолжаем разговор о нейрохимических веществах. Вчера мы поговорили о нейротрансмиттерах (нейромедиаторах), нейромодуляторах, гормонах и газовых трансмиттерах. А сегодня продолжим про трофические факторы, метаболиты, нейроактивные стероиды, витамины и кофакторы. А также вспомним про термин «биологически активные вещества».
— Трофические факторы
Трофические факторы, также известные как факторы роста или нейротрофические факторы, представляют собой отдельный класс белков, которые играют важную роль в выживании, росте, дифференциации (т. е. разделении по специализациям) и поддержки нейронов. Они вносят значительный вклад в развитие, пластичность и восстановление нейронов и помогают поддерживать нормальное функционирование нервной системы на протяжении всей жизни человека. Трофические факторы достигают своего эффекта путем связывания со специфическими рецепторами на поверхности клеток, активируя внутриклеточные сигнальные пути, которые регулируют экспрессию генов и различные аспекты функционирования нейронов.
Вот некоторые примеры:
1) Мозговой нейротрофический фактор (BDNF) — критически важный белок для выживания, роста и поддержки нейронов, особенно в центральной нервной системе. Он участвует в регуляции синаптической пластичности, обучения и памяти. Связывание BDNF с рецепторами активирует различные внутриклеточные сигнальные пути, которые контролируют экспрессию генов, выживание нейронов, рост и синаптическую пластичность. Дисрегуляция сигнализации BDNF была связана с различными неврологическими и психическими расстройствами, такими как депрессия, тревожность и нейродегенеративные заболевания.
2) Фактор роста нервов (NGF) — это белок, который необходим для выживания, роста и поддержки определенных типов нейронов, в частности сенсорных и симпатических нейронов. Он играет важную роль в развитии нервной системы во время эмбриогенеза и в поддержании нервной системы взрослого человека. Связывание NGF с рецепторами активирует различные внутриклеточные сигнальные пути, которые регулируют экспрессию генов, выживание, рост и дифференциацию нейронов. Нарушения в сигнализации NGF были связаны с хронической болью, воспалением и нейродегенеративными заболеваниями.
3) Глиальный нейротрофический фактор (GDNF) — это белок, который поддерживает выживание и рост различных типов нейронов, включая дофаминергические нейроны, двигательные нейроны и энтеральные нейроны. Он необходим для развития и поддержки нервной системы и может играть роль в защите и регенерации нейронов при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона. Связывание GDNF со своими рецепторами активирует различные внутриклеточные сигнальные пути, которые регулируют экспрессию генов, выживание нейронов и рост.
4) Цилиарный нейротрофический фактор (CNTF) — это белок, который поддерживает выживание и дифференциацию различных типов нейронов, включая двигательные нейроны, сенсорные нейроны и ганглиозные клетки сетчатки. Он участвует в поддержании нервной системы взрослого человека и может играть роль в защите и регенерации нейронов при нейродегенеративных заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС). Связывание CNTF с его рецепторами активирует различные внутриклеточные сигнальные пути, которые регулируют экспрессию генов, выживание нейронов и дифференциацию.
— Метаболиты
Метаболиты — это небольшие молекулы, образующиеся как побочные продукты различных метаболических процессов в клетках, включая нейроны. Хотя они не являются прямым посредником в коммуникации между нейронами, как нейротрансмиттеры или нейромодуляторы, метаболиты все же могут влиять на нейронную функцию, пластичность и поведение. Некоторые метаболиты служат предшественниками для синтеза нейротрансмиттеров, другие модулируют активность нейрохимических веществ или участвуют в основных биохимических путях, которые поддерживают функцию и здоровье нейронов.
Вот несколько примеров метаболитов, играющих заметную роль в нервной системе:
1) Аденозин — побочный продукт клеточного энергетического метаболизма, образующийся при распаде аденозинтрифосфата (АТФ), основного источника энергии для клеток. В нервной системе аденозин может модулировать активность нейронов, связываясь со специфическими аденозиновыми рецепторами. Он участвует в регуляции сна, возбуждения и восприятия боли. Например, накопление аденозина в мозге во время бодрствования способствует развитию сонливости, подавляя высвобождение нейротрансмиттеров, способствующих бодрствованию, таких как дофамин и норадреналин.
2) Гомоцистеин — это метаболит, участвующий в обмене аминокислот, в частности, в превращении метионина в цистеин. Повышенный уровень гомоцистеина связан с когнитивными нарушениями, нейродегенеративными заболеваниями и повышенным риском инсульта. Высокий уровень гомоцистеина может способствовать повреждению нейронов в результате окислительного стресса, воспаления и эксайтотоксичности. Исследования показывают, что снижение уровня гомоцистеина с помощью диетических мероприятий или добавок с витаминами группы В может помочь смягчить когнитивное снижение и улучшить здоровье мозга.
3) Кинуреновая кислота — это метаболит, получаемый в результате распада триптофана, незаменимой аминокислоты. Было показано, что она действует как эндогенный антагонист N-метил-D-аспартатного (NMDA) рецептора, типа глутаматного рецептора, участвующего в синаптической пластичности и возбуждающей нейротрансмиссии. Модулируя активность NMDA-рецепторов, кинуреновая кислота может влиять на когнитивные функции, обучение и память. Дисрегуляция уровня кинуреновой кислоты была связана с различными неврологическими и психическими расстройствами, такими как шизофрения и болезнь Альцгеймера.
4) Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) — хотя ГАМК известна прежде всего как тормозной нейромедиатор, она также классифицируется как метаболит, поскольку в основном синтезируется в результате метаболической конверсии глутамата, основного возбуждающего нейромедиатора в центральной нервной системе. Фермент декарбоксилаза глутаминовой кислоты (GAD) катализирует декарбоксилирование глутамата, в результате чего образуется ГАМК. Этот процесс является основным путем синтеза ГАМК в центральной нервной системе. Синтез и распад ГАМК — это жестко регулируемые процессы, которые поддерживают баланс возбуждающей и тормозной нейротрансмиссии. Изменения в метаболизме ГАМК были связаны с различными неврологическими и психическими расстройствами, такими как эпилепсия, тревога и депрессия.
— Нейроактивные стероиды
Нейроактивные стероиды, также известные как нейростероиды, представляют собой класс эндогенных (внутренних) или экзогенных (внешних) стероидных соединений, которые могут модулировать возбудимость и функцию нейронов, взаимодействуя с различными рецепторами нейротрансмиттеров в центральной и периферической нервной системе. Эти соединения, синтезируемые в мозге или надпочечниках, могут оказывать быстрое, негеномное воздействие на функции нейронов, а также более медленное, геномное воздействие, связываясь с внутриклеточными стероидными рецепторами и регулируя экспрессию генов.
Нейроактивные стероиды могут действовать как положительные или отрицательные аллостерические модуляторы нейротрансмиттерных рецепторов, таких как рецепторы GABA_A, NMDA, сигма-1 и другие. Модулируя функции этих рецепторов, нейроактивные стероиды могут влиять на широкий спектр физиологических и поведенческих процессов, включая настроение, познание, реакцию на стресс и нейропротекцию.
Вот некоторые примеры нейроактивных стероидов и их функций:
1) Аллопрегнанолон — эндогенный нейроактивный стероид, получаемый из прогестерона. Он действует как мощный положительный аллостерический модулятор рецептора GABA_A, усиливая ингибирующее действие GABA и способствуя торможению нейронов. Аллопрегнанолон участвует в регуляции настроения, реакции на стресс и памяти. Дисрегуляция уровня аллопрегнанолона связана с различными неврологическими и психическими расстройствами, такими как депрессия, тревожность и предменструальное дисфорическое расстройство. В последние годы синтетическая формула аллопрегнанолона, известная как брексанолон, была одобрена для лечения послеродовой депрессии.
2) Прегненолон — является предшественником различных стероидных гормонов, включая прогестерон, тестостерон и кортизол, и синтезируется из холестерина в мозге и надпочечниках. Сам по себе прегненолон может модулировать функцию нескольких нейромедиаторных рецепторов. Было показано, что он оказывает нейропротекторное, противовоспалительное и когнитивно-укрепляющее действие, и его потенциальные терапевтические преимущества изучаются при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз.
3) Дегидроэпиандростерон (DHEA) и дегидроэпиандростерон сульфат (DHEA-S) — являются эндогенными нейроактивными стероидами, синтезируемыми в надпочечниках и головном мозге. Они служат предшественниками для синтеза других стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстроген. DHEA и DHEA-S могут модулировать функцию различных нейромедиаторных рецепторов, и участвуют в регуляции настроения, познания и реакции на стресс. Изменения в уровнях DHEA и DHEA-S были связаны со старением, снижением когнитивных способностей и психическими расстройствами, такими как депрессия и шизофрения.
— Витамины и кофакторы
Витамины и кофакторы — это важные микроэлементы и небольшие молекулы, играющие решающую роль в различных биохимических процессах в нервной системе. Они способствуют правильному функционированию нейронов и глиальных клеток, выступая в качестве кофакторов для ферментов, участвуя в синтезе и метаболизме нейротрансмиттеров, регулируя экспрессию генов, рост и восстановление нейронов. Поскольку человеческий организм не может синтезировать большинство витаминов и кофакторов, их необходимо получать через диету или добавки.
Вот несколько примеров витаминов и кофакторов, важных для функционирования нейронов:
1) Витамин B6 (пиридоксин) — является необходимым кофактором для нескольких ферментов, участвующих в метаболизме аминокислот, включая синтез и катаболизм нейротрансмиттеров, таких как серотонин, дофамин, ГАМК и глутамат. Он играет важнейшую роль в поддержании баланса возбуждающей и тормозной нейротрансмиссии в мозге. Дефицит витамина B6 связан с различными неврологическими симптомами, включая депрессию, снижение когнитивных способностей и периферическую невропатию.
2) Витамин B9 (фолат) и витамин B12 (кобаламин) — являются необходимыми кофакторами для ферментов, участвующих в одноуглеродном обмене, который имеет решающее значение для синтеза ДНК, РНК и нейротрансмиттеров. Они также играют важную роль в реметилировании гомоцистеина до метионина — процессе, важном для поддержания нормального уровня гомоцистеина и предотвращения нейротоксичности. Дефицит фолата и кобаламина может привести к повышению уровня гомоцистеина, что связано со снижением когнитивных способностей, нейродегенеративными заболеваниями и психическими расстройствами.
3) Витамин С (аскорбиновая кислота) — является мощным антиоксидантом, который защищает нейроны и глиальные клетки от окислительного стресса и повреждений. Он также служит кофактором для ферментов, участвующих в синтезе нейротрансмиттеров, таких как дофамин и норадреналин. Кроме того, витамин С играет роль в модуляции высвобождения нейротрансмиттеров и функции рецепторов, поддерживает нейрогенез и способствует выживанию нейронов. Дефицит витамина С может привести к ухудшению когнитивных функций, нарушениям настроения и повышенной уязвимости к нейродегенеративным заболеваниям.
4) Витамин D — это жирорастворимый витамин, который может синтезироваться в коже под воздействием солнечного света или поступать с пищей и добавками. Он играет жизненно важную роль в нервной системе, регулируя экспрессию генов, рост, дифференциацию и выживание нейронов. Рецепторы витамина D широко распространены в мозге, а активная форма витамина, кальцитриол, может модулировать синтез и высвобождение нейротрансмиттеров, таких как дофамин, серотонин и глутамат. Дефицит витамина D связан с различными неврологическими и психическими расстройствами, включая рассеянный склероз, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и депрессию.
5) Коэнзим Q10 (CoQ10) — это липидорастворимый кофактор, который необходим для производства клеточной энергии в форме АТФ. Он является важнейшим компонентом митохондриальной дыхательной цепи и служит мощным антиоксидантом, защищая клетки от окислительного стресса и повреждений. CoQ10 особенно важен для поддержания функции и целостности нейронов, которые имеют высокие энергетические потребности и подвержены окислительному повреждению. Дефицит CoQ10 связан с различными неврологическими расстройствами, такими как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона.
— Заключение и ещё пара слов о терминологии
На этом мы заканчиваем статью про нейрохимические вещества, хотя можно было бы еще рассказать, например, про нейротоксины и нейропротективные агенты, которые тоже являются важными факторами работы организма на уровне нейронной активности. Есть и некоторые другие типы нейрохимических веществ, в которые можно было бы углубиться. Но оставим эту информацию для отдельных статей. Нашей задачей было напомнить, что использование в популярных статьях по нейробиологии обобщающих терминов «нейромедиаторы» или «гормоны» относительно столь широкого класса химических соединений — неверно и вводит читателей в заблуждение. На самом деле наша нервная система — это гигантская и очень сложная фабрика, в которой задействуется огромное количество и многообразие типов химических молекул, принимающих участие в регуляции нейронной активности, лишь часть из которых можно классифицировать как нейромедиаторы и/или гормоны (в этих двух отдельных группах всё-таки есть пересечения: окситоцин, вазопрессин, адреналин, норадреналин, соматостатин, холецистокинин, глюкагон и некоторые другие нейрохимические вещества являются одновременно и нейротрансмиттерами, и гормонами, но это исключения).
При этом стоит отметить, что в русском языке есть довольно популярный термин «биологически активные вещества» (БАВ). Но это, всё-таки, более широкая группа веществ, потому что некоторые вещества, являясь биологически активными, не участвуют в нейробиологических процессах. Это касается, например, некоторых ферментов, гормонов, витаминов и прочих БАВ, которые «не добираются» до высшей нервной деятельности. Конечно, можно сказать, что косвенно на работу нервной системы, мозга и даже мышления влияет практически любой процесс в организме. Но в рамках именно нейронной активности, которой занимается нейробиология, имеет смысл использовать специальный термин «нейрохимические вещества», что в международной науке и чисто логически является гораздо более предпочтительным.
Спасибо за внимание и успехов в исследованиях!
См. также:
— «Нейрохимические вещества: типы, функции и различия, часть 1»
https://osnauka.ru/nejrohimicheskie-veshhestva-tipy-funktsii-i-razlichiya-chast-1
— «Клеточные рецепторы (основные типы, структура, функции, фармакология)»
https://osnauka.ru/kletochnye-retseptory-osnovnye-tipy-struktura-funktsii-farmakologiya
— «Нейротрансмиттеры (принципы работы, жизненный цикл, баланс)»
https://osnauka.ru/nejrotransmittery-printsipy-raboty-zhiznennyj-tsikl-balans
— «Нейроны: крошечные супергерои (строение, принципы работы, типы)»
https://osnauka.ru/nejrony-kroshechnye-supergeroi-stroenie-printsipy-raboty-tipy
— «Строение и функции клеток»
https://osnauka.ru/stroenie-i-funktsii-kletok
