DUŠEVNÍ PORUCHY A KVALITA PÉČE Sborník přednášek a abstrakt VIII. sjezdu Psychiatrické společnosti ČLS JEP s mezinárodní účastí Tribun EU 2010
Pořadatelé sborníku prof. MUDr. Jiří Raboch, DrSc. prim. MUDr. Irena Zrzavecká MUDr. Pavel Doubek Psychiatrická klinika, 1. lékařská fakulta UK a Všeobecná fakultní nemocnice, Praha Sekretariát GUARANT International spol. s r. o. Opletalova 22, 110 00 Praha 1 guarant@guarant.cz www.guarant.cz Za odbornou a jazykovou stránku tohoto sborníku odpovídají autoři jednotlivých příspěvků. ISBN 978-80-7399-958-2
VLIV ANTIDEPRESIV ENZVMŮ NA AKTIVITU MITOCHONDRIÁLNÍCH J. Hroudová', Z. Fišar 1, J. Raboch-, H. Hansíková- 'Psychiatrická klinika, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecnáfakulmí nemocnice v Praze, Praha, Česká Republika»Klinika dětského a dorostového lékařství, 1.lékařskáfakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, Praha, Česká Republika Úvod Mitochondrie jsou buněčné organely odpovědné především za tvorbu energie, ale podílejí se také na řadě dalších procesů. Učastní se tvorby volných radikálů, regulují hladiny nitrobuněčného vápníku a jsou součástí signálních cest, nezbytných pro komunikaci uvnitř buněk. Mají svou roli v synaptogenezi, neuroplasticitě a přežívání neuronů. Narušená funkce mitochondrií vede nejen ke snížení produkce ATP, ale také ke zvýšené produkci volných radikálů, ke změnám nitrobuněčného kalcia, oxidačnímu stresu a apoptóze. Mitochondriální dysfunkce se projevují různými symptomy a jsou zahrnuty také v patogenezi neurodegenerativních a psychiatrických onemocnění. Poruchy nálady jsou závažná onemocnění, často recidivující a chronická, přesto jejich patofyziologie není dostatečně objasněna. Biologické markery, které by umožnily úspěšnou predikci farmakoterapie, jsou hledány. Existuje řada hypotéz o vzniku poruch nálady; naše práce vychází především ze zdokonalené monoaminové hypotézy, neurotrofní hypotézy deprese (Duman et al. 1997) a hypotéz o mitochondriální dysfunkci. Při studiu biochemických základů poruch nálady vycházíme hlavně z mechanismu účinků farmakologicky odlišných antidepresiv (Fišar and Hroudová 2010). Antidepresiva obvykle působí primárně jako inhibitory zpětného přenosu serotoninu nebo noradrenalinu, nebo jako inhibitory štěpení monoaminových neurotransmiterů. Chronické podávání vyvolává zvyšování synaptických koncentrací noradrenalinu a serotoninu a to má za následek aktivaci kaskád nitrobuněčného přenosu signálu vedoucí ke zvýšené aktivaci transkripčního faktoru CREB. Podle kalciové hypotézy o mitochondriální dysfunkci při bipolární afektivní poruše (Kato and Kato 2000) mohou zvýšené delece mitochondriální DNA (mtdna) v mozku a polymorfismyjmutace mtdna nebo jaderné DNA kódující mitochondriální proteiny způsobit mitochondriální dysregulaci kalcia, vedoucí k symptomům bipolární afektivní poruchy. Bioenergetická hypotéza o mitochondriální dysfunkci při bipolární afektivní poruše (Stork and Renshaw 2005) se pokouší identifikovat další molekulární mechanismy vedoucí k narušení neuroplasticity a předpokládá, že energetika synapsí je při depresivní poruše silně pozměněna a moduláto- 106
rem odpovědným za účinnost či neúčinnost různých antidepresiv jsou mitochondrie. Narušená funkce mitochondrií vede k poškození neuronů, což může souviset se vznikem poruch nálady. Předpokládáme, že energetický metabolismus buňky se významně podílí na patofyziologii poruch nálady a terapeutických či vedlejších účincích antidepresiv. I přes silnou vazbu transdukce signálu na dostupnost ATP nejsou změny v energetickém metabolismu při poruchách nálady dostatečně známy. Cíle Naším cílem bylo zjistit, které mitochondriální funkce související s neuroplasticitou a přežíváním neuronů jsou in vitro výrazně ovlivněny antidepresivy nebo stabilizátory nálady. Tyto mitochondriální funkce budeme dále sledovat v krevních elementech osob v období těžké depresivní epizody a v remisi. Konečným cílem je zjistit, zda může být měření vybraných mitochondriálních funkcí v krevních buňkách vhodné pro předpověď účinnosti farmakoterapie nebo pro kvantifikaci tíže deprese. Metody Účinky farmakologicky odlišných antidepresiv (desipraminu, amitriptylinu, imipraminu, citalopramu, venlafaxinu, mirtazapinu, tianeptinu, moklobemidu) a stabilizátorů nálady (lithia, valproátu, olanzapinu) na aktivitu vybraných enzymů byly studovány v hrubé mitochondriální frakci izolované z prasečích mozků diferenciální centrifugací. Aktivity enzymů citrátového cyklu (citrátsyntázy a sukcinátdehydrogenázy) a enzymů respiračního elektronového transportního řetězce (komplexu I (NADH-ubichinonoxidoreduktázy), komplexu II (sukcinát-ubichinon oxidoreduktázy) a komplexu IV (cytochrom c oxidázy)) byly měřeny spektrofotornetricky. Vzorky byly porovnávány s kontrolami a statistická významnost byla hodnocena pomocí Wilcoxonova párového testu; bylo provedeno 5-10 nezávislých měření. Dýchání mitochondrií, tj. celková aktivita systému oxidační fosforylace (OXPHOS), bylo měřeno elektrochemicky jako kinetika spotřeby kyslíku v přítomnosti různých substrátů a inhibitorů OXPHOS. Byl měřen vliv testovaných látek na respirační stav podporovaný 1. pyruvátem a malátem a 2. sukcinátem. Výsledky Změřili jsme účinky různých antidepresiv a stabilizátorů nálady na aktivitu komplexů respiračního řetězce, citrátsyntázy a sukcinátdehydrogenázy. Výsledky ukazují, že všechny dosud testované látky zvyšují aktivitu citrátsyntázy, významně pro olanzapin a citalopram. Aktivita sukcinátdehydrogenázy byla výrazně zvýšena pouze u olanzapinu. Naopak, aktivita komplexů respiračního řetězce byla vlivem testovaných látek obvykle snížena. 107
Statisticky významné snížení aktivit bylo zjištěno u komplexu I pro des i- pramin > imipramin > amitriptylin > valproát > citalopram > mirtazapin. U komplexu II bylo pozorováno významné snížení aktivity pro imipramin > amitriptylin. U komplexu IV byly statisticky významně ovlivněny tyto enzymy: olanzapin > mirtazapin > imipramin > desipramin > tianeptin > amitriptylin > lithium> valproát. Dýchání mitochondrií bylo měřeno jako rychlost spotřeby O 2 Kinetika spotřeby kyslíku ukázala inhibiční působení studovaných psychofarmak na celkovou funkci OXPHOS. Nejvýraznější inhibice byla pozorována pro tianeptin. Závěr Kromě studií sledujících aktivitu MAO existuje velmi málo dat, která porovnávají účinky antidepresiv nebo stabilizátorů nálady na ostatní mitochondriální enzymy. Zjistili jsme, že in vitro účinky antidepresiv a stabilizátorů nálady zahrnují změny mitochondriální funkcí. Potvrzuje to předpoklad, že účinky antidepresiv a stabilizátorů nálady mohou být spojeny s ovlivněním energetiky synapsí a s ochranou neuronů proti poškození volnými radikály generovanými dysfunkčním mitochondriálním elektronovým transportním řetězcem (Wang 2007). Zavedené metody měření jsou funkční a aktivity mitochondriálních enzymů lze s jejich pomocí dále testovat jako biologické markery poruch nálady nebo prediktory účinnosti farmakologické léčby. Na základě dosud získaných výsledků se pro studium mitochondriálních dysfunkcí v krevních elementech osob s poruchami nálady hodí nejlépe tyto enzymy: monoaminoxidáza, citrátsyntáza, NADHdehydrogenáza a cytochrom c-oxidáza, Podpoieno společností Zentíva, a.s. a výzkumným záměrem MSMo021Ó20849. Literatura Duman RS, Heninger GR, Nestler EJ: A molecular and cellular theory of depression. Arch. Gen. Psychiatry 1997; 54: 597-606. Fišar Z, Hroudová J: Intracellular signalling pathways in mood disorders. Folia Biologica 2010; 56: in press. Kato T, Kato N: Mitochondrial dysfunction in bipolar disorder. Bipolar Disord. 2000; 2: 180-190. Stork C, Renshaw PF: Mitochondrial dysfunction in bipolar disorder: evidence from magnetic resonance spectroscopy research. Mol. Psychiatry 2005; 10(10): 900-919. Wang J-F: Defects of mitochondrial electron transport chain in bipolar disorder: implications for mood-stabilizing treatment. Can. J. Psychiatry 2007; 52(12): 753-762. 108
Summary EFFECf OF ANTIDEPRESSANTS AND MOOD STABILIZERS ON ACfIVlTY OF MITOCHONDRIAL ENZVMES Mitochondrial dysfunctions are concerned in a range of diseases, neurodegenerative and psychiatrie disorders included. Impaired functions of mitochondria lead to decreased ATP production as well as changes of intracellular calcium, increased production of free radicals and oxidative stress. It is suggested that changes in energy metabolism participate in the origin of mood disorders and are included in therapeutic or side effects of antidepressants and mood stabilizers. We measured in vitro effects of pharmacologically different antidepressants and mood stabilizers on the activities of mitochondrial enzymes: selected enzymes of citrate cycle, and respiratory chain complexes. Kinetics of oxygen consumption by mitochondria at different conditions was measured, as well. Results demonstrate increased activity of citrate synthase, significantly decreased aetivities of respiratory electron transport chain complexes I and IV, and decreased total oxygen consumption. Effects on monoamine oxidases were found to be inhibitory. Thus, in vitro effects of antidepressants and mood stabi1izers on mitochondrial enzymes are functional and activities of those enzymes can be further tested as potential biological markers of mood disorders or targets of drugs. Based on this, we are going to test selected mitochondrial functions in vivo in blood platelets of patients in depressive episode. Key words: mood stabilizers; antidepressants; electron transport chain complexes; citrate synthase; monoamine oxidase 109