Флойд Блум - Мозг, разум и поведение
Таким образом, изменения медиаторов позволяют дать болезни единое объяснение, а также могут служить основой для поисков специфических методов лечения. Разумеется, доказательство того факта, что определенное изменение в медиаторах однозначно связано с определенной болезнью, не обязательно должно вести к выводу, что это изменение и есть «причина» болезни. Оно может быть надежным диагностическим признаком. Может даже оказаться, что некоторые болезни мозга с еще неясной этиологией вообще никак не связаны с известными медиаторами, а возникают вследствие патологических изменений еще не открытых механизмов. Можно было бы предположить, что симптомы таких болезней не имеют реальной органической основы и что улучшение, вызываемое лекарственными препаратами, в таких случаях бывает неспецифическим; такие препараты могут даже быть вредными. Однако не исключено и то, что ответственный за какое-то заболевание медиатор просто еще не открыт — ведь неизвестных медиаторов, вероятно, еще много. Обратимся к рассмотрению этой возможности.
Новый мир нейромедиаторов
Сейчас уже должно быть ясно, что «ассортимент» специфических нейромедиаторов достаточно разнообразен. Он продолжает увеличиваться, и каждый раз, когда ученым удается обнаружить в мозгу новый медиатор, это открытие помогает прояснить те механизмы, с помощью которых один нейрон регулирует активность других соединенных с ним нейронов. Если вы помните, в главе 2 мы разделили медиаторы по их действию на две основные категории и назвали их безусловными и условными медиаторами. Возбуждающее или тормозное действие безусловного медиатора не зависит от ситуации, в которой осуществляется передача сигнала, тогда как действие условных медиаторов зависит от других сигналов, которые одновременно приходят к постсинаптической клетке.
До сих пор мы почти не касались химизма нейромедиаторов, да и сейчас не собираемся особенно углубляться в этот вопрос. Однако для оценки перспектив дальнейших исследований нам все же полезен будет ряд самых общих сведений.
Как происходит открытие новых медиаторов? В центральной нервной системе в наибольших количествах содержатся медиаторы с самой простой химической структурой — аминокислоты. Преобладают здесь медиаторы, используемые «безусловными» возбуждающими нейронами в иерархических сетях, такие как глутаминовая и аспарагиновая кислоты. Безусловные тормозные воздействия нейронов в локальных сетях тоже могут осуществляться с помощью простых аминокислот, но с несколько иной химической структурой, какова, например, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Такого рода простые аминокислоты либо поступают в организм с пищей, либо очень быстро синтезируются в специфических нейронах. Другие медиаторы образуются путем более глубоких химических перестроек пищевых аминокислот. Именно так получаются ацетилхолин и моноамины — в результате одноступенчатых или двухступенчатых ферментативных процессов в соответствующих нейронах. Вы уже встречались с моноаминами — группой химически сходных медиаторов — и знаете их под их индивидуальными названиями: это дофамин, норадреналин и серотонин. Почти все нейроны, выделяющие моноамины, образуют дивергентные сети с одним входом. Концентрация медиаторов-моноаминов в мозгу приблизительно в тысячу раз ниже, чем аминокислотных медиаторов. Если все синаптические окончания содержат примерно одинаковое количество медиатора, то относительная концентрация медиаторов во всем мозгу или в каком-либо его участке может служить приближенным показателем общего числа имеющихся в нем синапсов с тем или иным медиатором. В соответствии с этой грубой оценкой можно полагать, что на каждую тысячу аминокислотных синапсов приходится только один моноаминовый.
Почти все аминокислоты, ацетилхолин и моноамины, которым приписывают сегодня вероятную роль центральных медиаторов, были впервые обнаружены по их действию вне мозга — в вегетативной нервной системе или ганглиях некоторых беспозвоночных, например. За последнее десятилетие новых аминокислотных или моноаминовых медиаторов по существу не было найдено. Это может означать, что нам уже известны все существующие медиаторы этих двух типов.
Нейромедиаторы третьего типа — пептиды — тоже синтезируются из аминокислот, но более сложным путем. Для образования пептида несколько различных аминокислот должны соединиться в строго определенной последовательности. Построение таких химических цепей происходит в цитоплазме клеток, в так называемом шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. В ядре нейрона на его ДНК для каждого необходимого пептида синтезируется специальная химическая матрица, называемая информационной, или матричной, РНК (мРНК). Она как бы копирует последовательность оснований ДНК. В эндоплазматическом ретикулуме по «инструкциям» мРНК синтезируются пептиды. Во всех известных случаях первоначальная пептидная цепь намного длиннее, чем это необходимо; соответствующие ферменты нейрона сокращают ее до нужной длины, подготавливая для секреции в синапсах. Различных пептидных медиаторов существует намного больше, чем аминокислотных или моноаминовых, и доля отдельного пептида во всей массе таких пептидов лишь приближается к 1%.
Перспективные направления современных исследований. Первыми из нейропептидов были открыты вазопрессин и окситоцин. Вначале они были описаны как гормоны, выделяемые задней долей гипофиза; лишь много позднее выяснилось, что эти же самые вещества играют роль медиаторов и внутри мозга.
Многие известные сегодня нейропептидные медиаторы стали вызывать особый интерес из-за своих очень низких концентраций и исключительно мощного действия. Большинство их было открыто в результате исследований двоякого рода: при поисках гипофизотропных гормонов гипоталамуса (либеринов, см. гл. 4) и при изучении недавно обнаруженных гормонов, воздействующих на нейроны диффузной нервной системы кишечника. Каждое из этих направлений привело к открытию нескольких пептидов центральной нервной системы.
Большое внимание привлекла одна группа мозговых пептидов, действие которых на клеточном и поведенческом уровнях сходно с действием наркотика морфина. Эти морфиноподобные пептиды, образующиеся в самом мозге, получили название эндорфинов (сокращение слов «эндогенный морфин»). Открытие эндорфинов в середине 1970-х годов явилось результатом любознательности двух английских фармакологов — Ханса Костерлица и Джона Хьюза. Почему, спросили они себя, мозгу свойственна столь точная и чувствительная реакция на морфин — препарат, которым активно пользуются всего каких-нибудь 100 с небольшим лет? Эти ученые высказали смелое предположение, что в мозгу, может быть, есть какие-то еще не открытые естественные медиаторы, рецепторы которых могут реагировать также и на морфин, будучи не в состоянии отличить этот «поддельный медиатор» от настоящего. Такими естественными медиаторами оказались эндорфины, которые, как мы уже знаем из главы 6, играют исключительно важную роль в способности мозга функционировать при воздействии боли.
Успех этого исследования породил мысль о том, что и другие препараты, действие которых на мозг еще не получило объяснения, — например, транквилизаторы и противосудорожные средства, — тоже могут имитировать какие-то пока не открытые эндогенные медиаторы. Поиски таких веществ сейчас уже ведутся. Кроме того, совсем недавно возникла и получила воплощение еще одна исследовательская стратегия. А именно, с помощью методов генной инженерии пытаются найти ответ на такой вопрос: сколько других редких молекул может синтезировать мозг? Например, сколько различных мРНК образуется в мозговых клетках и какая доля их кодирует нейропептиды? Согласно одной из приближенных оценок, возможно, что предстоит обнаружить еще сотни новых эндогенных медиаторов.
Прежде чем эти новейшие методы приведут к действительному открытию новых важных медиаторов, предстоит преодолеть огромные трудности. Однако многие ученые считают, что цель оправдывает усилия. Каждый вновь обнаруженный нейромедиатор открывает новые возможности для выявления неизвестных структурных взаимоотношений или подтверждения предполагаемых, для распознавания новых «команд» в химическом словаре нейронов, для разработки новых методов диагностики заболеваний.
От биологии к патологии
Оценка патологии мозга по данным точного анализа изменений в медиаторах — по их количеству и динамике в ходе болезни — стала важной областью исследований. Нейрохимическая патология как научная дисциплина сосредоточила внимание в первую очередь на нехватке какого-либо медиатора как показателе болезни и на замещении недостающего медиатора как методе лечения. В случае шизофрении имеющиеся факты позволяют думать, что ключом к лечению может быть снижение чрезмерной активности дофаминовой системы. Однако в случае болезни Альцгеймера попытки подобрать препараты, которые заменили бы все недостающие медиаторы системы, едва ли могут привести к успеху. Поэтому следует подумать и об иных способах лечения расстройств центральной нервной системы.
