Doping w sporcie. Отсутствует
o krótkim czasie działania (np. salbutamol, rymiterol, reproterol, izoetaryna, heksoprenalina, fenoterol, terbutalina, klenbuterol) po podaniu wziewnym wywierają prawie natychmiastowy efekt bronchodylatacyjny, pojawiający się po kilku minutach od ich zastosowania, który utrzymuje się do 4–6 godzin. Stosowane są one w celu objawowego leczenia skurczu oskrzeli.
β2-mimetyki o długim czasie działania (np. salmeterol, formoterol, bambuterol, prokaterol, tulobuterol) wywierają ok. 12-godzinny efekt bronchodylatacyjny. Stosowane są w leczeniu podtrzymującym chorych z dychawicą oskrzelową i przewlekłą obturacyjną chorobą płuc.
Przedstawicielem β2-mimetyków o bardzo długim czasie działania jest indakaterol. Został zarejestrowany przez Europejską Agencję Leków (European Medicines Agency) w 2009 r., a przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (Food and Drug Administration) dwa lata później, do leczenia podtrzymującego pacjentów z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc. Indakaterol po podaniu wziewnym ma szybki początek działania (po ok. 5 minutach) i efektywny okres półtrwania wynoszący 40–52 godziny.
6.2. STRUKTURA CHEMICZNA β2-MIMETYKÓW
Substancje działające agonistycznie na receptory β2 mają w swojej cząsteczce pierścień benzenowy i łańcuch boczny zawierający dwa atomy węgla i grupę aminową, która może posiadać podstawnik chemiczny w miejscu atomu wodoru. Jeżeli w pozycjach 3 i 4 pierścienia benzenowego znajdują się grupy hydroksylowe, związek określany jest jako amina katecholowa (ryc. 6.1). Modyfikacja struktury aminy katecholowej poprzez zmianę położenia grup hydroksylowych z pozycji 3 i 4 pierścienia benzenowego w pozycje 3 i 5 (metaproterenol, terbutalina i fenoterol), podstawienie grupy 3-OH inną grupą chemiczną (np. hydroksymetylową w przypadku salbutamolu i salmeterolu lub formyloaminową w przypadku formoterolu), estryfikacja grup hydroksylowych w położeniu 3 i 4 kwasem p-metylobenzoesowym (bitolterol), czy też utworzenie podwójnego układu pierścieniowego, który eliminuje obecność grupy 3-OH w cząsteczce (prokaterol), zwiększa oporność agonistów receptorów β na metabolizm i prowadzi do przedłużenia czasu ich działania. Następstwem modyfikacji struktury katecholamin polegającej na wydłużeniu łańcucha bocznego jest zwiększenie selektywności agonistów receptorów β w stosunku do receptorów β2. Różnice we właściwościach fizyko-chemicznych β2-mimetyków uwarunkowane są ich budową chemiczną i sposobem ich wiązania z receptorem.
Rycina 6.1.
Struktura aminy katecholowej.
6.3. BUDOWA RECEPTORA β2-ADRENERGICZNEGO
Receptor β2-adrenergiczny należy do rodziny receptorów sprzężonych z białkami G (ang. guanine nucleotide binding protein-coupled receptor, G protein-coupled receptor – GPCR). Opisano ok. 800 różnych typów receptorów sprzężonych z białkami G, a geny je kodujące stanowią powyżej 3% ludzkiego genomu. Najlepiej scharakteryzowana jest klasa receptorów podobnych do rodopsyny (ang. rhodopsin-like receptors), do których należą receptory adrenergiczne, opioidowe, adenozynowe, kanabinoidowe, dopaminowe i histaminowe.
Receptor β2-adrenergiczny zawiera w swojej strukturze zewnątrzkomórkowy fragment N-terminalny łańcucha polipeptydowego, siedem hydrofobowych helikalnych domen przezbłonowych połączonych pętlami i wewnątrzkomórkowy fragment C-terminalny (koniec karboksylowy). Regiony hydrofobowe łańcucha polipeptydowego przenikające przez błonę tworzą zagłębienie (ang. binding pocket) będące miejscem wiązania liganda (agonisty) (ryc. 6.2).
Rycina 6.2.
Struktura receptora β2-adrenergicznego.
Domeny cytoplazmatyczne receptora uczestniczą w jego sprzęganiu z białkami G. Stwierdzono, że biorą w tym udział fragmenty drugiej i trzeciej pętli wewnątrzkomórkowej oraz reszty aminokwasowe terminalnej pętli końca karboksylowego łańcucha polipeptydowego. Szczególne znaczenie przypisuje się fragmentowi trzeciej pętli i uznaje się go za najważniejszą domenę w aktywacji białka G (ang. stymulatory G-protein – Gs).
6.4. GŁÓWNE EFEKTY BIOLOGICZNE POBUDZENIA RECEPTORA β2-ADRENERGICZNEGO
Połączenie cząsteczki agonisty z miejscem wiążącym receptora powoduje zmiany konformacji receptora. Część cytoplazmatyczna modyfikuje swoją strukturę, co umożliwia bezpośrednie oddziaływanie z białkiem G. Istnieje wiele odmian białek G, jednak każda składa się z trzech podjednostek: α, β i γ. W formie nieaktywnej, podjednostka α zawiera cząsteczkę difosforanu guanozyny (GDP). Aktywacja białka G prowadzi do przejścia GDP w trifosforan guanozyny (GTP). Następuje wtedy podział białka G na podjednostkę G-α-GTP oraz G-βγ, a następnie ich oddysocjowanie. Sygnał aktywacji jest zwykle przenoszony do miejsca docelowego przez jednostkę α-GTP, ale w pewnych przypadkach również przez jednostkę G-βγ. Biorąc pod uwagę funkcję białka G oraz budowę podjednostki α, białka te podzielono na cztery rodziny: Gs, Gi, Gq i G12. Białka Gs kojarzone są głównie ze stymulacją cyklazy adenylowej, białka Gi odgrywają rolę m.in. w hamowaniu cyklazy adenylowej oraz regulacji funkcji białka Rap, kanałów wapniowych i potasowych oraz fosfodiesterazy cGMP, natomiast efektorami białek Gq są m.in. fosfolipaza C i kinaza tyrozynowa Brutona.
Aktywacja cyklazy adenylowej przez podjednostkę G-α-GTP prowadzi do konwersji adenozynotrifosforanu (ATP) i powstania cyklicznego 3’,5’-adenozynomonofosforanu (cAMP). cAMP był pierwszym opisanym i scharakteryzowanym wtórnym przekaźnikiem aktywowanym przez białko G. Jest głównym wtórnym przekaźnikiem w przekazywaniu sygnałów po pobudzeniu receptorów adrenergicznych. W 1971 r., za badania dotyczące roli cAMP w regulacji hormonalnej, Nagrodę Nobla otrzymał amerykański fizjolog Earl Wilbur Sutherland. Głównym efektorem cAMP jest kinaza proteinowa A (PKA).
Przemiany zapoczątkowane przez aktywację PKA są kluczowe w rozkurczu mięśni gładkich oskrzeli i w dużej mierze polegają na antagonizowaniu skurczu oskrzeli związanego z pobudzeniem receptorów sprzężonych z Gq poprzez ich fosforylację i regulację na poziomie transkrypcyjnym. Do receptorów tych należą m.in.: receptory muskarynowe M3, histaminowe H1,bradykininy B2, leukotrienowe 1 i endotelinowe A/B.
Uważa się, że PKA uczestniczy również w hamowaniu proteolizy, w transporcie jonowym i syntezie komórek mięśni prążkowanych. Wpływ na te procesy jest złożony i nie do końca poznany. Dużą rolę przypisuje się tu fosforylacji białka CREB (białka wiążącego element odpowiedzi na cAMP – ang. cAMP response element-binding protein), lub pośrednio, poprzez fosforylację kolejnych przekaźników. Końcowym efektem biologicznym jest zmniejszenie proteolizy.
Przez długi okres PKA była uważana za jedyny efektor cAMP. We wczesnych latach 90. XX w. odkryto inny efektor cAMP, jakim jest czynnik Epac (ang. exchange factor directly activated by cAMP). Epac to białkowy czynnik wymiany nukleotydów guaninowych (ang. guanine nucleotide exchange factor – GEF) aktywujący małe G-proteiny Rap1 i Rap2 (Ras-like). Wykazano, że aktywacja Epac zmniejszała skurcz mięśni gładkich, fosforylację łańcucha lekkiego miozyny i aktywację RhoA. Natomiast punktem końcowym działania β2-mimetyków poprzez Epac na mięśnie szkieletowe jest zahamowanie proteolizy. cAMP ma również zdolność bezpośredniego aktywowania kanałów jonowych.
6.5. REGULACJA ODPOWIEDZI NA β2-MIMETYK
Pobudzenie receptora przez β-mimetyk wiąże się nie tylko z jego aktywacją i odpowiedzią komórkową, lecz także z brakiem wrażliwości na kolejne pobudzenie (ang. desensitization), która może przybierać formę utraty zdolności łączenia agonisty z receptorem