Monoaminooksydaza (MAO)

Oksydaza monoaminowa (monoaminooksydaza, MAO) to enzym flawinowy występujący niemal we wszystkich tkankach organizmu ssaków. Odgrywa on istotną rolę w regulacji ośrodkowego układu nerwowego (OUN), ponieważ katalizuje oksydacyjną degradację monoamin. Na poziomie komórkowym monoaminooksydaza zlokalizowana jest w zewnętrznej błonie mitochondrialnej. Substratami MAO są endogenne aminy o charakterze neuroprzekaźników i hormonów, takie jak dopamina, adrenalina, noradrenalina i serotonina. Ponadto oksydaza monoaminowa tworzy kompleks enzym-substrat także z neurotoksynami odpowiedzialnymi m.in. za chorobę Parkinsona, czy chorobę Alzheimera, dlatego też enzym ten wykorzystuje się w leczeniu tych schorzeń.

1. Izoenzymy MAO

W kontekście prawidłowego funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego człowieka MAO występuje w postaci dwóch izoenzymów, które w komórce tworzą homodimery. Wyróżnia się MAO-A oraz MAO-B. Izoenzymy te mają podobną masę cząsteczkową, ale różnią się budową cząsteczkową białka, wrażliwością na inhibitory, powinowactwem do określonych substratów, a także rozmieszczeniem tkankowym w organizmie.

MAO-A w większym stopniu odpowiada za dezaktywację serotoniny i noradrenaliny, zaś jej selektywnym inhibitorem są klorgilina, toloksaton, amiflamina i moklobemid. W ośrodkowym układzie nerwowym jej stężenie jest największe w neuronach katecholaminergicznych, szczególnie zaś w miejscu sinawym, prążkowiu i istocie czarnej. Poza układem nerwowym jej wysoka koncentracja obserwowana jest w fibroblastach oraz w tkance łożyska. Jej stężenie przez całe życie utrzymuje się na podobnym poziomie. Jest to także pierwsza monoaminooksydaza, która pojawia się w tkankach płodu.

MAO-B natomiast odgrywa istotniejszą rolę w rozkładaniu dopaminy i fenyloetyloaminy, a jej selektywne inhibitory to selegilina i lazabemid. Ten izoenzym obecny jest szczególnie w neuronach serotoninergicznych i histaminergicznych, a także w komórkach glejowych, zwłaszcza w astrocytach, poza układem nerwowym zaś – w płytkach krwi i limfocytach. Szczególnie duże jego stężenie obserwuje się w obrębie móżdżku i jąder szwu, a także w neuronach serotoninergicznych prążkowia i istoty czarnej. Aktywność MAO-B jest najniższa u noworodków i wzrasta wraz z wiekiem, przewyższając aktywność MAO-A. Prawdopodobnie jest to związane z proliferacją gleju, nasilająca się w ciągu życia. W tabeli 1 zestawiono substraty MAO-A i MAO-B.

Główne substraty MAO-A to:

• serotonina
• adrenalina
• noradrenalina

Główne substraty MAO-B to:

• fenyloetyloamina
• benzylamina
• 1-metylo-4-fenylo-1,2,3,6-tetrahydropirydyna (MPTP)

Substraty, do których MAO-A i MAO-B mają podobne powinowactwo:

• tyramina
• dopamina
• tryptamina

1.1. Rola izoenzymów MAO

1.1.1. Ośrodkowy układ nerwowy

Główną rolą izoenzymów MAO jest udział w metabolizmie neuroprzekaźników, dzięki czemu monoaminooksydazy wpływają na zachowanie, a zakłócenie ich działania może skutkować rozwojem chorób neurodegeneracyjnych. Uszkodzenie izoenzymu MAO-A i MAO-B wiąże się z niedorozwojem psychicznym oraz szeregiem zaburzeń neurologicznych. MAO-A, metabolizująca serotoninę i noradrenalinę, odgrywa istotną rolę w regulacji nastroju, a zaburzenia w pracy tego enzymu mogą prowadzić do rozwoju depresji. Z kolei dysfunkcje w działaniu MAO-B oraz jego podwyższony poziom w mózgu najprawdopodobniej przyczyniają się do rozwoju schorzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera. Dzieje się tak, ponieważ apoptoza komórek nerwowych jest wynikiem stresu oksydacyjnego, który powstaje wskutek wzmożonego wytwarzania reaktywnych form tlenu, a ich źródłem jest nadtlenek wodoru, czyli jeden z produktów reakcji katalizowanej przez oksydazę monoaminową.

Istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że obydwa izoenzymy MAO-A i MAO-B mają wpływ na rozwój zaburzeń, podstawą których jest dysfunkcja układów monoaminergicznych. Zalicza się do nich niektóre formy alkoholizmu, otępienia czy zaburzenia osobowości.

1.1.2. Pozostałe tkanki ciała

Funkcja obydwu izoenzymów MAO w różnych tkankach organizmu jest zależna od miejsca ich występowania. Po widocznym w wielu obszarach współdziałaniu MAO-A i MAO-B, można wnioskować, że te dwa enzymy spełniają zbliżoną rolę oraz wzajemnie się uzupełniają. Przykładowo wysoka aktywność obydwu izoenzymów w dwunastnicy i jelicie cienkim warunkuje degradowanie monoamin dostarczanych do organizmu wraz z pożywieniem. W mięśniu sercowym głównymi substratami MAO-A są neuroprzekaźniki adrenalina i noradrenalina. Izoenzym MAO-B jest bardzo aktywny w korze nerek, co wynika z umiejscowienia w tych narządach układu dopaminergicznego. Znajdująca się w kanalikach nerkowych oksydaza monoaminowa B degraduje dopaminę, przez co reguluje czas trwania sygnału hormonalnego. Z uwagi na fakt, iż w komórkach nabłonkowych pęcherzyków płucnych także zlokalizowany jest układ dopaminergiczny, regulujący usuwanie płynu pęcherzykowego, funkcjonowanie enzymu MAO w płucach jest prawdopodobnie adekwatne do roli tej substancji w kanalikach kory nerek.

2. Mechanizm działania MAO

Mimo różnej specyficzności względem substratów i inhibitorów, zarówno MAO-A, jak i MAO-B wykazują podobny mechanizm działania. Usuwają one z cząsteczki monoaminy grupę aminową wraz z sąsiadującym z nią atomem wodoru. Produktami tej reakcji są odpowiedni keton lub aldehyd oraz amoniak. Kofaktorem w tej jest związany kowalencyjnie z cząsteczką MAO dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD), pełniący rolę przenośnika protonów i elektronów. Miejsce wiązania substratu ma charakter głównie hydrofobowy i zawiera głównie reszty alifatyczne i aromatyczne. Wyjątkiem jest reszta lizyny w pozycji 305 w MAO-A i 296 w MAO-B. Uważa się, że obecność reszt tyrozyny w obrębie kieszeni wiążącej, w pozycjach 407 i 444 w MAO-A oraz 398 i 435 w MAO-B, jest bardzo istotna w kontekście odpowiedniego ukierunkowania cząsteczki substratu i ułożenia jej w przestrzeni. Mutacje skutkujące wstawieniem w te miejsca innych aminokwasów wpływają na zmianę aktywności monoaminooksydazy. Dokładny mechanizm działania tych enzymów nie jest do końca wyjaśniony. Zaproponowano cztery główne modele: transfer pojedynczego elektronu, przeniesienie atomu wodoru, model nukleofilowy oraz transfer wodorków. Jednak obecnie brakuje wystarczających dowodów dla poparcia któregokolwiek z nich.

3. Inhibitory MAO

Monoaminooksydaza posiada trzy generacje inhibitorów. Pierwsza generacja to klasyczne, nieselektywne inhibitory MAO, tworzące z tym enzymem trwałe kompleksy. Najpopularniejszymi przedstawicielami tej grupy są fenelzyna, nialamid oraz tranylcypromina. Bezpośrednią konsekwencją terapii tymi substancjami jest wewnątrzkomórkowy wzrost stężenia serotoniny, noradrenaliny oraz innych amin biogennych w neuronach. Obecnie nie są one stosowane w Polsce. Drugą generację tworzą leki selektywne, także nieodwracalnie wiążące się z MAO, z których najczęściej wykorzystuje się L-deprenyl i rasagilinę. Na ostatnią generację również składają się leki selektywne, jednak tworzą one z MAO odwracalne kompleksy. Tu na szczególną uwagę zasługuje moklobemid, inhibitor MAO-A.

3.1. Terapeutyczne zastosowanie inhibitorów MAO

W wielu chorobach obserwuje się zmniejszenie aktywności neuroprzekaźników monoaminowych. Niekiedy więc stosuje się związki działające jako inhibitory monoaminooksydazy, aby zapobiec obniżaniu się poziomu tych neurotransmiterów.

Inhibitory monoaminooksydazy A były pierwszymi lekami stosowanymi w terapii depresji. Ze względu jednak na towarzyszące im niepożądane efekty uboczne obecnie traktowane są jako leki drugiego wyboru. Mogą być skuteczne w przypadku dystymii i depresji lekoopornej.

Inhibitory monoaminooksydazy B są niekiedy stosowane w terapii zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD). Ich skuteczność może wynikać z faktu, iż zwiększają one stężenie fenyloetyloaminy, nazywanej czasem “endogenną amfetaminą”, ze względu na efekty jej działania w ośrodkowym układzie nerwowym. Pochodne amfetaminy są zaś głównymi środkami terapeutycznymi w przypadku ADHD. Inhibitory MAO-B są także badane pod kątem przydatności w leczeniu choroby Parkinsona. Celem ich stosowania ma być w tym przypadku kompensacja utraty dopaminy. Pewna skuteczność tych związków może wynikać z faktu, iż enzym będący ich ich celem występuje w dużym stężeniu w obrębie komórek glejowych, których proliferacja jest podwyższona w przebiegu tego schorzenia. MAO-B zlokalizowana w astrocytach jest również celem inhibitorów stosowanych w terapii choroby Alzheimera – jedną z charakterystycznych cech tego schorzenia jest nadmierny wzrost liczebności tych komórek.

Inhibitory MAO są również stosowane w zespole stresu pourazowego (PTSD) oraz zaburzeniach obsesyjno kompulsywnych (OCD), szczególnie gdy w ich przebiegu pojawiają się napady paniki. Prowadzone są również prace nad ich wykorzystaniem w leczeniu stwardnienia zanikowego bocznego (ALS) i choroby Huntingtona. Wyniki badań prowadzonych w tym kierunku z wykorzystaniem modeli zwierzęcych dają obiecujące wyniki, jednak wciąż daleko jest do rozpoczęcia testów klinicznych.

4. Podsumowanie