Čím budeme léčit za 10 let?

Cyril Höschl

Psychiatric Centre Prague & Charles University, 3rd Medical Faculty, Prague

Serotonin

HO

N

CH2

CH2

NH2

5-hydroxytryptamin

(Erspamerův enteramin)

Page, 1948

SerotoninHO

N

CH2

CH2

NH2HO

N

CH2

CH2

NH2

NN

CH2

CH2

NH2 DEPRESE

PSYCHOZY

AGRESIVITA

SPÁNEK

PŘÍJEM POTRAVY

SEXUÁLNÍ DYSFUNKCE

DIURNÁLNÍ RYTMY

Cloninger TPQ

tolcapon

MAO

COMT

IMAO

cAMP

5HT5-HTT

SSRI (Deprex)

5HTrec

5HTrec

cAMP

tolcapon

MAO

COMT

IMAO

cAMP

5HT5-HTT

SSRI (Deprex)

5HTrec

5HTrec

cAMP

ÚZKOST

Carlsson 1995

l.coeruleus

thalamus

striatum

SN/VTA

DA

NA

Nc.raphe

5-HT

GABA Glu Glu

GABA

GABA

GluGABAGlu

Amphetamine DA/NA

Amphetamine DA/NA

LSD (5HT2)LSD (5HT2)

LSD (5HT2)LSD (5HT2)

Ach

PCP (NMDA)PCP (NMDA)

Carlsson 1995

l.coeruleus

thalamusthalamus

striatum

SN/VTA

DA

NA

Nc.raphe

5-HT

GABA Glu Glu

GABA

GABA

GluGABAGlu

Amphetamine DA/NA

Amphetamine DA/NA

LSD (5HT2)LSD (5HT2)

LSD (5HT2)LSD (5HT2)

Ach

PCP (NMDA)PCP (NMDA)

NSC

GCS

NA βR cAMP NAT

5HT

NAS

MT

HIOMT

5-HT

NAS

MT

SVĚTLO-TMA-SVĚTLO

PINEALOCYT

NSC

GCS

NANANA βRβR cAMPcAMP NATNAT

5HT5HT

NASNAS

MTMT

HIOMTHIOMT

5-HT

NAS

MT

SVĚTLO-TMA-SVĚTLO

PINEALOCYTPINEALOCYT

DA DA

5HT 5HT

Závis

lost

na

odm

ěně

Vyhledávání nového

Vyhýbání nepříjemnostem

Cloninger, 1987

Antisociální Explozivní schizoid

Netečný schizoid

Obsedantní

Pasivně závisláCyklotymní

HistrionskáPasívně-agresívní

NA NA

DA DA

5HT 5HT

Závis

lost

na

odm

ěně

Vyhledávání nového

Vyhýbání nepříjemnostem

Cloninger, 1987

Antisociální Explozivní schizoid

Netečný schizoid

Obsedantní

Pasivně závisláCyklotymní

HistrionskáPasívně-agresívní

Antisociální Explozivní schizoid

Netečný schizoid

Obsedantní

Pasivně závisláCyklotymní

HistrionskáPasívně-agresívní

Antisociální Explozivní schizoid

Netečný schizoid

Obsedantní

Pasivně závisláCyklotymní

HistrionskáPasívně-agresívní

NA NA

Serotoninové receptory

5HT

F

ABDE

a,b

1

2

4

5

6

7

3

ABC

AB

Serotoninové receptory

5HT

F

ABDE

a,b

1

2

4

5

6

7

3

ABC

AB

Knock-outy, které zvyšují serotoni-novou transmisi

presynaptický 5HT1A receptor, 5HT1B receptor, synaptický transportér a MAO

Knock-outy, které snižují serotoni-novou transmisi

tryptofanhydroxyláza, vesikulární monoaminový transportér

Behaviorální projevy vyřazení genů pro 5-HTR (zvířecí model)

Knock-out

úzkost explorace [5HT] agrese stimulace ostatní

MAOA NC NC NC abnormalita v „barrel field“ [1]

MAOB NC NC NC NC NC PEA (fenyletylamin)

SERT NC NC ? abnormalita v „barrel field“

5HT1A NC -

5HT1B NC -

5HT2A ? ? ? ? ? vymizení odpovědi na halucinogen

5HT2B - - - - - embryonálně letální

5HT2C NC NC záchvaty, obezita

5HT3 NC NC - - - dosud není fenotyp

5HT5A NC NC NC ? účinek LSD

5HT6 NC NC - - - dosud není fenotyp

[1] Vzorkované, cylindrické, jasně viditelné šiky neuronů IV vrstvy somatosenzorické kůry u myší (terminály talamokortikální aferentace).

Behaviorální projevy vyřazení genů pro 5-HTR (zvířecí model)

Knock-out

úzkost explorace [5HT] agrese stimulace ostatní

MAOA NC NC NC abnormalita v „barrel field“ [1]

MAOB NC NC NC NC NC PEA (fenyletylamin)

SERT NC NC ? abnormalita v „barrel field“

5HT1A NC -

5HT1B NC -

5HT2A ? ? ? ? ? vymizení odpovědi na halucinogen

5HT2B - - - - - embryonálně letální

5HT2C NC NC záchvaty, obezita

5HT3 NC NC - - - dosud není fenotyp

5HT5A NC NC NC ? účinek LSD

5HT6 NC NC - - - dosud není fenotyp

[1] Vzorkované, cylindrické, jasně viditelné šiky neuronů IV vrstvy somatosenzorické kůry u myší (terminály talamokortikální aferentace).

Neuronální okruhy nálady a jejich transmise

GlutamátergníGABA-ergníDopaminergníPeptidergní

Kognitivní aspekty jako paměť, beznaděj, bezmocnost, autoakuzace, suicidalita, chování

Averzivní a „reward“ reakce anhedonie, úzkost, motivace

/ spánek, /chuť k jídlu, energie, sex aj.

Vegetatitvní „adrenalinová“ reakce (TK, puls, zornice)

Berton a Nestler 2006

Vývoj nemonoaminergních antidepresiv

1) Neví se, zda dosud používané animální modely mohou zachytit jiné než monoaminergní mechanismy antidepresivního účinku

2) RCT (efficacy studies) jsou extrémně drahé a riskantní (placebo odpověď)

3) To zvyšuje práh odvahy firem jít do neznáma4) Firmy snižují riziko mícháním nového mechanismu se

starým (serotoninovým)5) Profit SSRI a SNRI byl tak vysoký, že demotivoval jít do

rizika hledání nového6) Ale: s končícími patenty opět stoupá motivace hledat

něco nového

Berton a Nestler 2006

Vývoj nemonoaminergních antidepresiv

7) Neznáme geny pro depresi8) Nemáme dobrý model deprese: animální modely

vycházejí ze stresu zdravých zvířat. Vztah mezi stresem a depresí však není triviální.

9) Testovaná zvířata nemají ty správné genetické vlohy pro depresi!!!

10)Není jasné odlišení deprese a úzkosti (ani v animálních modelech ani u lidí)

11)Hledání nemonoaminergních antidepresiv je tedy založeno na monoaminergních modelech u zdravých jedinců!!!

Berton a Nestler 2006

Akutní stresory•Nové prostředí• Imobilizace•Ponoření•Šok do pacek bez úniku

Pokusný spouštěčEtiologická validita

Animální modely depreseNeurobehaviorální výsledek

Konstrukční a predikční validita

Časná manipulace•Separace od matky•Prenatální stres

Léze•Olfaktorní bulbektomie

Deplece monoaminů•Reserpin•Trp-

Imunostimulace•Endotoxin•Zánětlivé cytokiny

Indukce stimulancii•Amfetaminové stažení•MDMA (ecstasy)

Explorační testy•Open field, světlo-tma•Zvýšené „plus“ bludiště•Hyponeofagie

Sociální interakce•Dominance-submise•Značkovací chování•Vokalizace (distres)•Sociální přiblížení-vyhýbání

Navozené zoufalství•Plavací test•Zavěšení za ocas•Naučená bezmocnost

Testy založené na odměně•Pití sacharózy• Intrakraniální sebestimulace•Novelty seeking•Operantní podmiňování•Sexuální chování

Neuroendokrinní testy•DSTNeurální ukazatele•Neurogeneze (dospělý hipokampus)•Objem hipokampu; [BDNF]

− Nezabírá spolehlivě na antidepresiva

− Zabírá na akutní/ subchronické podání

− Chronické podávání

Chronické stresory•CMS•Psychosociální stres (isolace aj.)

Akutní stresory•Nové prostředí• Imobilizace•Ponoření•Šok do pacek bez úniku

Pokusný spouštěčEtiologická validita

Animální modely depreseNeurobehaviorální výsledek

Konstrukční a predikční validita

Časná manipulace•Separace od matky•Prenatální stres

Léze•Olfaktorní bulbektomie

Deplece monoaminů•Reserpin•Trp-

Imunostimulace•Endotoxin•Zánětlivé cytokiny

Indukce stimulancii•Amfetaminové stažení•MDMA (ecstasy)

Explorační testy•Open field, světlo-tma•Zvýšené „plus“ bludiště•Hyponeofagie

Sociální interakce•Dominance-submise•Značkovací chování•Vokalizace (distres)•Sociální přiblížení-vyhýbání

Navozené zoufalství•Plavací test•Zavěšení za ocas•Naučená bezmocnost

Testy založené na odměně•Pití sacharózy• Intrakraniální sebestimulace•Novelty seeking•Operantní podmiňování•Sexuální chování

Neuroendokrinní testy•DSTNeurální ukazatele•Neurogeneze (dospělý hipokampus)•Objem hipokampu; [BDNF]

− Nezabírá spolehlivě na antidepresiva

− Zabírá na akutní/ subchronické podání

− Chronické podávání

Chronické stresory•CMS•Psychosociální stres (isolace aj.)

CRF systém u deprese

Berton a Nestler 2006LH= lat. hypotalamusLDT= laterodorsální tegmentální jádro

CRF1

• Bdělost• Úzkostné chování• Narušené sexuální chování• Narušený spánek

CRF2

• Pomalá adaptivní úprava

• chuť k jídlu

CRF1

• Aktivace HPA osyCentrální dráhyPeriferní dráhy

Kůra nadledvin

CRF systém u deprese

• Overexprese či intracerebrální aplikace CRF deprese• CRF obsluhuje amygdalu, BNST a související okruhy• CRF1 a CRF2

• CRF1 antagonisti úzkost a strach u hlodavců • Animální modely ale ±• Hepatotoxicita a farmakokinetika• Zatím zklamání• CRF2 KO myši úzkost• Ale: CRF2 antagonistideprese v naučené bezmocnosti a

CMS• Naděje?

Vasopresin u deprese

• Stres VPCRFACTH• VP se nachází v amygdale a BNST • V1a a V1b receptory• VP u deprese• SSRI VP• V1b antagonisti deprese u hlodavců via amygdala• Ale: V1b KO myši normální reakce na stres• Netestováno u lidí

Glukokortikoidy u deprese

• Glukokortikoidy CRF v amygdale a BNST• GR2 a GR1 (mineralokortikoidy) receptory• Selektivní delece na GR2 HPA; deprese• TG myši GR2 v předním mozku citlivější na

antidepresiva• Antidepresivazpětnou vazbu a GR2 v

hipokampudeprese• Polymorfismus FKBP5afinita GR pro kortizol rychlejší

odpověď na antidepresiva• Glukokortikoidyhipokampus• GR antagonista mifepriston? Metopiron (metyrapon)?

Boyle et al. 2005

Wei et al. 2004

Kóduje ko-chaperon proteinu tepelného šoku HSP90

Binder et al. 2004

Neurokinin u deprese

• Látka P centrální mediátor bolesti• Lokální aplikace agonistů LP firing l.coeruleus, únikové

chování, kardiovaskulární aktivace• NK1 antagonisti účinky stresu • SP a NK1 KO myši anxiolytický a antidepresivní

fenotyp• Blokáda NK1 hipokampální neurogeneze• Klinické zkoušení morfolinů zklamání

Blier et al. 2004

Rupniak et al. 2004

Kramer et al. 1998

• BDNF – malá molekula, afinní k TrkB (tyrosin-kináza)• Obtížný farmakologický cíl• Neví se, které BDNF dráhy jsou pro antidepresivní

působení důležité• Komplikací je různé působení v různých částech mozku• Např. ve VTA stres BDNF(!) a xBDNF deprese(!)

• Myš KO BDNF ve VTAdeprese v modelu sociální prohry

• Ostatní růstové faktory (FGF aj.)

BDNF u deprese

Berton et al. 2006

• PDE – katalyzuje degradaci cAMP a cGMP• Rolipram vskutku působil antidepresivně• Ale: Rolipram a PDE4 inhibitory intenzivní nausea a

vomitus• PDE4 inhibitory BDNF v hipokampu via cAMPCREB• Bohužel zatím nelze odlišit působení v hipokampu

(žádoucí) a kmeni (zvracení). • Navíc cAMPCREB v nc.accumbens deprese(!)• Komplikací je různé působení v různých částech mozku• Naděje je v podtypech PDE4A-D s dalšími variantami.

Inhibitory PDE u deprese

Duman 2004

• Výrazný antidepresivní efekt ketaminu• Ale: psychotomimetické působení• Hledají se slabší antagonisté NMDA (memantin? Riluzol?)• Delece podjednotky 4 NMDA anxiolytické a

antidepresivní působení• Aktivace AMPA BDNF • AMPA potenciátory antidepresivní v modelech• Monoaminergní antidepresivapodporují AMPA rec.funkci

Glutamát u deprese

Zarate et al. 2006

Inhibitor uvolnění glutamátu

Miyamoto et al. 2002

Mathew et al. 2008

• „Feeding peptides“• MCH (melanin-koncentrující hormon), orexigen• MCH1 receptor v nc.accumbens • Antagonisti MCH1 receptoru antidepresivní v modelu

plavacího testu• Podobně myši KO pro MCH1

• Zatím potíže s klinickým zkoušením na lidech• Orexin (hypokretin)• Neuropeptid Y• Melanokortin (MSH) anorexigenní• CART• Regulují nejen orexii ale i „reward“ systémy a anhedonii

Hypotalamické peptidy u deprese

Cocaine- and amphetamine-regulated transcript

Saito et al. 1999

Berton a Nestler 2006

Další strategie u deprese

Antagonisté opioidních receptorů• StresCREBdynorfin v nc.accumbensanhedonie• antagonisti antidepresivní u hlodavců Mague et al. 2003

Další strategie u deprese

Antagonisti nebo agonisti CB1 kanabioidních receptorů• Ligandy CB1 receptorů suspektně antidepresivní• Není jasno v modelech a směru působení

Cytokiny• IL-1, IL-6, TNF-, IF- působí depresoidně: anhedonie,

sociální interakce, únava. IF- v terapii hepatitidy C působí deprese (!). Cytokiny jsou regulovány stresem a antidepresivy

Galanin• Exprimován na NA a 5HT neuronech, ligandy

antidepresivní?

Viveros et al. 2005

Dunn et al. 2005

Holmes et al. 2005

Další strategie u deprese

Inhibitory histon-deacetylázy (HDAC)• HDAC potlačuje genovou transkripci. Její inhibitory

neuronální plasticitu (?) a zlepšují paměť, adiktivní chování aj.

• Valproát je slabým HDAC inhibitorem• Antidepresiva regulují histonovou acetylaci v mozku• Imipramin [HDAC5] v hipokampu, což je nutné k

antidepresivnímu účinku v modelu sociální porážky• Látky s účinkem na chromatin jsou cílem dalšího zkoumání

Tkáňový plasminogenový aktivátor• tPA mediuje účinek stresu a CRF na amygdalu. Myši bez

tPA odpověď na CRF. tPA má zřejmě i jiný substrát než plasminogen

Levenson et al. 2005

Matys et al. 2004

Možné terapeutické modality u schizofrenie:• X D2 v NAC a striatu • DA v PFC; D1 v PFC

• X 5-HT2A

• 5-HT1A (ale ne )• NMDA; AMPA• ACH v kůře• Genové manipulace (COMT)?• GF exprese?• Vakcinace? (Protilátky proti protilátkám)• Kombinace?

Höschl

Potential psychotogenic pathways

Carlsson 1995

l.coeruleus

thalamus

striatum

SN/VTA

NA

Nc.raphe

5-HT

GABA Glu Glu

GABA

GABA

GluGABAGlu

Amphetamine DA/NA

Amphetamine DA/NA

Atropine (xM)Atropine (xM)

LSD (5HT2)LSD (5HT2)

PCP (NMDA)PCP (NMDA)

PCP (NMDA)PCP (NMDA)PCP (NMDA)PCP (NMDA)

LSD (5HT2)LSD (5HT2)

Muscimol GABAAMuscimol GABAA

DA

Ach

PCP (NMDA)PCP (NMDA)

Vakcinace• Interakce mezi imunitním a nervovým

systémem (např. Horáček et al. 2011)

• Schenk a spol. imunizovali proti DAT (Nature 1999)

• Avšak DATi vede k encefalitidě (Ferrer et al. 2004)

• Reakce na to jsou mono- a polyklonální protilátky jako bapineuzumab, solanezumab, ponezumab, ganterenumab, BAN2401, gammaguard a octagam v klinickém zkoušení. (Tabira et al. 2011)

• Vakcíny podjednotek NR2B účinné proti experimentální neuropatické bolesti u potkanů (Wang a spol. 2007)

• Vakcinace proti závislosti na kokainu (Kosten et al.2002; Martell et al. 2004;2009)

Ligatura tibiálního a peroneálního nervu

Kokainový hapten konjugovaný s inaktivovaným cholerovým toxinem B vede k molekule schopné vyvolat imunitní odpověď

Vakcinace

Cop-1 (glatiramer acetát [kopolymer-1, slabý agonista četných self-reaktivních T bb]) brání narušení paměti a učení, vyvolanému MK-801. Na obr. jsou plavací strategie myší imunizovaných Cop-1/CFA nebo PBS/CFA, a o týden později injikovaných MK-801. Naivní myši sloužily jako kontroly. Cop-1-vakcinované myši, podobně jako naivní, se naučily plavat pryč od stěny a nalézt platformu uvnitř bazénu. Méně účinná byla strategie myší po MK-801, vakcinovaných vehiculem.

pok

pok

pok

pok

neléčené

Kipnis et al. 2004

Vakcinace

Exprese β-amyloidového epitopu B buněk chimérickým virem chřipky WSN (WSN-Aβ1-10 and WSN-Aβ1-7). MDCK buňky infikované WSN-Aβ1-10 a WSN-Aβ1-7 byly imunopozitivní na anti-Aβ a anti-HA protilátky, zatímco buňky infikované WSN-WT byly imunopozitivní pouze na anti-HA protilátky.

„Madin-Darby canine kidney (MDCK) epithelial cell“

Neúčinná kontrola

Hayk et al. 2011

Shrnutí(„take away message“)

1. Netradiční neurotransmitery

2. Stimulace

3. Imunomodulace, vakcíny

• Alzheimerova demence

• Závislosti

• Bolest

• Schizofrenie?

• Deprese?