Neuropeptydy, zwane także neuromodulatorami, to rodzaj endogennych związków pełniących funkcję przekazywania informacji pomiędzy neuronami. Magazynowane są w synapsach razem z neuroprzekaźnikami, głównie kwasem gamma-aminomasłowym (GABA). Pod wpływem impulsu nerwowego dochodzi do ich uwolnienia do przestrzeni synaptycznej. Łącząc się ze specyficznymi receptorami znajdującymi się na powierzchni komórek regulują ich procesy rozwoju i metabolizmu. Cząsteczki neuropeptydów są większe od neuroprzekaźników i mają szersze spektrum działania. Wyróżnia się neuropeptydy opioidowe i neuropeptydy nieopioidowe.
1. Historia odkrycia neuropeptydów
Historia odkrycia neuropeptydów rozpoczęła się w XX wieku, kiedy to naukowcy zaczęli zgłębiać działanie substancji chemicznych wpływających na funkcjonowanie organizmu człowieka. W latach 20. i 30. XX wieku odkryto cząsteczki, takie jak oksytocyna i wazopresyna, które wykazywały silne działanie na układ nerwowy i hormonalny. Dalszy rozwój metod chromatografii i spektrometrii umożliwił naukowcom dokładniejsze badanie biochemii mózgu. To właśnie wtedy zaczęto dostrzegać istnienie krótkich peptydów, które wcześniej były uważane za pozostałości procesów metabolicznych zachodzących w układzie nerwowym.
W 1970 roku Andrew Schally i Roger Guillemin otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie pierwszych neuropeptydów. Były to tyreoliberyna (TRH) i somatoliberyna (GHRH). Te odkrycia otworzyły drzwi do głębszego zrozumienia roli krótkich peptydów w regulacji funkcji neurohormonalnych. Kilka lat później naukowcy Solomon Snyder i Candace Pert odkryli grupę peptydów o działaniu przeciwbólowym i regulującym nastrój. Nazwali je endorfinami. To odkrycie stworzyło nowe możliwości badań związanych z neurobiologią emocji i bólu.
Wraz z dalszym rozwojem technologii biologicznych i biotechnologicznych odkryto kolejne neuropeptydy, takie jak enkefaliny i substancja P. Naukowcy zaś zyskali narzędzia do dokładniejszych badań struktury i funkcji neuropeptydów. Dziś stanowią one ważny obszar badań w kontekście chorób neurologicznych.
Neuropeptydy dzieli się na opioidowe i nieopioidowe. Pierwsze mają wspólny motyw wiążący, drugie są grupą zróżnicowaną strukturalnie.
2. Neuropeptydy opioidowe
Neuropeptydy opioidowe cechują się bardzo dużą aktywnością biologiczną. Wykazują głównie działanie przeciwbólowe. Wśród nich wyróżnia się enkefaliny, dynorfiny oraz endorfiny. Oddziałują one na receptory opioidowe w mózgu i innych obszarach układu nerwowego. Wśród receptorów opioidowych wyróżniane są trzy podtypy: μ (mi), κ (kappa) i δ (delta).
2.1. Enkefaliny
Enkefaliny zbudowane są z krótkiego łańcucha aminokwasowego. Są produkowane w przysadce i rdzeniu nadnerczy. Ich prekursorem jest proenkefalina. Po uwolnieniu są magazynowane głównie w prążkowiu, podwzgórzu i śródmózgowiu. W mniejszych ilościach obecne są także w układzie limbicznym, korze mózgowej i rdzeniu kręgowym.
Wyróżnia się dwa rodzaje enkefalin. Są to met-enkefaliny i leu-enkefaliny. Różnią się one ostatnim aminokwasem. W przypadku met-enkefaliny jest to metionina, a w przypadku leu-enkefaliny – leucyna. Obie silnie pobudzają receptory δ i μ. Enkefaliny zwiększają poziom energii i pobudzenie psychoruchowe. Obniżają ciśnienie tętnicze krwi i temperaturę ciała. Powodują wzrost stężenia somatotropiny (hormonu wzrostu). Nasilają apetyt. W nadmiarze mogą powodować drgawki.
2.2. Dynorfiny
Dynorfiny powstają w podwzgórzu, prążkowiu, hipokampie i rdzeniu kręgowym. Prekursorem jest prodynorfina. Po uwolnieniu magazynowane są głównie w rdzeniu przedłużonym, moście i śródmózgowiu, w dużych pęcherzykach synaptycznych. Pęcherzyki te są większe niż pęcherzyki przechowujące neuroprzekaźniki. Do ich uwolnienia potrzebny jest bardziej intensywny i długotrwały bodziec.
Do tej grupy neuropeptydów należą dynorfiny A i B oraz α i β neoendorfiny. Działają one na komórki w wielu miejscach ośrodkowego układu nerwowego, przede wszystkim w podwzgórzu, prążkowiu, substancji czarnej, substancji szarej okołowodociągowej, układzie limbicznym, przysadce i rdzeniu kręgowym. Reagują przede wszystkim z receptorem к. Powodują zmiany w zachowaniu, otumanienie i zwiększenie łaknienia. Wpływają hamująco na układ oddechowy. Zmniejszają perystaltykę jelit.
2.3. Endorfiny
Endorfiny są syntezowane głównie w mózgowiu i rdzeniu kręgowym. Wyróżnia się ok. 20 rodzajów tych związków, a do najważniejszych z nich należą endorfiny z podjednostkami α, β i ɣ (gamma). Najsilniejszym działaniem wyróżnia się β‑endorfina. Miejscem jej syntezy są przysadka, mózgowie i rdzeń przedłużony. Powstaje ona z prekursora proopiomelanokortyny (POMC). Reaguje głównie z receptorami μ. Wykazuje działanie przeciwbólowe. Skutkiem jej działania jest także zwężenie źrenic i hipotermia.
Endorfiny wpływają na zachowanie poprzez wiązanie się z receptorami μ. Z jednej strony mogą powodować euforię, z drugiej uspokojenie, katalepsję. Regulują pracę układu immunologicznego i przewodu pokarmowego. Zwiększają łaknienie i zmniejszają motorykę jelit. Powodują zwiększenie stężenia hormonu wzrostu i prolaktyny.
2.3.1. Receptory opioidowe
Receptory opioidowe występują licznie na błonach pre- i postsynaptycznych komórek nerwowych. Mają charakter metabotropowy i są związane z białkami G. Działają one hamująco na cyklazę adenylową, w efekcie czego zmniejsza się stężenie wewnątrzkomórkowego cAMP. Dochodzi także do ograniczenia procesów metabolicznych w neuronie. Receptor μ ma największe powinowactwo do endorfin, natomiast receptor κ tworzy najsilniejsze połączenia z dynorfinami. Receptor typu δ wykazuje najwyższe powinowactwo do enkefalin. Pobudzenie receptorów μ i δ skutkuje otwarciem kanałów sodowo-potasowych, czego konsekwencją jest hiperpolaryzacja błony komórkowej. Efektem pobudzenia receptorów κ jest natomiast zamykanie kanałów wapniowych i hamowanie uwalniania neuroprzekaźników. Receptory opioidowe pełnią ważną funkcję w regulacji odczuwania bólu i adaptacji do zmian środowiska zewnętrznego.
2.3.2. Działanie przeciwbólowe i przeciwlękowe neuropeptydów
Działanie przeciwbólowe neuropeptydów opioidowych związane jest z procesem hamowania pobudzenia, które powstaje w komórkach nerwowych w odpowiedzi na bodziec bólowy. Jest ono również konsekwencją aktywacji neuronów rdzeniowych serotoninergicznych. Komórki te wywierają bowiem hamujący wpływ na transmisję czuciową w obrębie korzeni tylnych rdzenia kręgowego. Jednocześnie krótkie interneurony enkefalinergiczne działają hamująco na czynność neuronów czuciowych istoty galaretowatej rogów. Blokują one presynaptyczne uwalnianie substancji P, która jest jednym z neuromodulatorów drogi czuciowej.
Neuropeptydy opioidowe biorą udział w reakcji stresowej. Regulują czynność neurohormonalną organizmu w czasie trudnych sytuacji. Poprzez zmniejszenie liczby oddechów i skurczów serca działają przeciwlękowo i rozluźniająco. W nadmiarze mogą jednak powodować nadmierną senność, brak reakcji obronnych i problemy z pamięcią.
Peptydy powstają z dużego prekursora, cięciego w kilku miejscach, i są pakowane do dużych pęcherzyków o gęstym rdzeniu.
3. Neuropeptydy nieopioidowe
Neuropeptydy nieopioidowe to peptydy, które nie wiążą się z receptorami opioidowymi. Nie wywołują działania podobnego do opioidów. Charakteryzuje je wielka różnorodność pod względem pełnionych funkcji oraz występowanie w większości obszarów układu nerwoweg