Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

NEUROTROPIC EFFECTS OF LIGANDS OF RECEPTORS OF PARATHYROID HORMONE PTHR1 AND PTHR2

Ledvanov M.Y. 1 Kurzanov A.N. 2 Zabolotskikh N.V. 2
1 The Academy Of Natural History
2 Kuban State Medical University, Krasnodar, Russia
В обзоре изложены основные факты о нейротропных эффектах лигандов рецепторов паратиреоидного гормона PTH1R и PTH2R и прежде всего паратгормон-родственного протеина (PTHrP). Проведенный анализ научной литературы позволил констатировать, что белки и пептиды семейства паратгормона в настоящее время рассматриваются как важные регуляторы физиологических и патологических процессов в центральной и периферической нервной системе человека и других биологических видов. Приведены существующие в литературе сведения об экспрессии рецепторов семейства паратгормона и их лигандов в различных клеточных структурах мозга и периферической нервной системы, а также факторах их инициирующих. Представлена информация, свидетельствующая о том, что PTHrP ингибирует пролиферацию поврежденных и дедифференцированных клеток Шванна в периферических нервах, способствуя регенерации нерва, а также проявляет локальную биологическую активность в отношении артериальных сосудов, ограничивающую повреждение ткани мозга при его ишемизации. В обзоре представлена информация об увеличении локальной сосудистой экспрессии гена PTHrP в ишемизированном мозге, а также способности N-домена этого протеина действовать в качестве мощного сосудорасширяющего средства в пиальной микроциркуляции и уменьшать размер кортикального инфаркта. Приведены данные о том, что PTHrP может потенцировать возбуждение сенсорных нейронов посредством регуляции функции канала TRPV1, действуя на периферическую термическую и механическую гиперчувствительность, и тем самым участвуя в механизмах периферической ноцицепции. Значительная часть представленной в обзоре информации о PTHrP была получена в экспериментальных исследованиях на лабораторных животных подтверждение результатов которых во многих случаях было бы чрезвычайно интересным и важным в наблюдениях на людях. Представляется очень перспективным исследование весьма вероятного влияния на церебральную гемодинамику взаимодействующего с рецептором PTH1R рекомбинантного пептидного аналога человеческого PTHrP-(1-34), разрешенного к клиническому применению в качестве фармпрепарата «Tymlos». В этой связи авторы обзора считают целесообразным проведение исследований возможных нейротропнных эффектов этого фармпрепарата, поскольку предполагают, что могут иметь место еще неоцененные нейропротективные эффекты активации PTH1R и PTH2R рецепторов.
The overview covers the main facts about neurotropic effects of ligands of receptors of parathyroid hormone PTH1R and PTH2R, and mainly of parathyroid hormone-related protein (PTHrP). The analyzed scientific literature let state that proteins and peptides of parathyroid hormone family are currently considered as important regulators of physiologic and pathologic processes in central and peripheral neural system of humans and other biologic species. The overview refers to the existing published information about the expression of parathyroid hormone receptors and their ligands in different cellular structures of brain and peripheral neural system, as well as about their initiating factors. The authors present information proving that PTHrP inhibits proliferation of damaged and dedifferentiated Schwann cells in peripheral nerves, contributing to nerve regeneration, and also shows local biological activity in respect to arterial vessels, limiting the damage of brain tissue during its ischemia. The overview presents information about increasing local vascular expression of PTHrP gene in ischemic brain, as well as the ability of N-domain of this protein to act as a powerful vasodilator in pial microcirculation and reduce cortical infarction. The overview refers to the facts that PTHrP can potentiate the induction of sensory neurons by regulating the function of TRPV1 channel, affecting the peripheral thermal and mechanical hypersensitivity, and thus participating in mechanisms of peripheral nociception. The majority of the presented information about PTHrP was obtained during the experimental studies in laboratory animals. In many cases, it would be extremely interesting and important to proof the mentioned results in observations in humans. The authors believe that it could be a promising research to study a highly possible effect of recombinant peptide analog of human PTHrP-(1-34), approved for clinical use as pharmaceutical preparation «Tymlos», which interacts with receptor PTH1R, on cerebral hemodynamics. In this respect, the authors find it reasonable to study the possible neurotropic effects of this pharmaceutical preparation, as they assume that there might be underestimated neuro-protective effects of activation of PTH1R and PTH2R receptors.
central and peripheral neural system
receptors of parathyroid hormone family
parathyroid hormone-related protein
neuroprotection
nociception

Семейство паратиреоидного гормона, состоит из группы структурно-родственных биологически активных факторов, участвующих в регуляции многих физиологических функций и патофизиологических процессов [1-3]. К этому семейству у млекопитающих относят паратиреоидный гормон (parathyroid hormone -PTH), белок родственный паратиреоидному гормону (parathyroid hormone-related protein -PTHrP), tuberoinfundibular пептид (tuberoinfundibular peptide -TIP39, также известный как PTH2), а также PTH-подобный пептид (PTH-like peptide-PTH-L или TIP38),которые являются природными лигандами семейства рецепторов паратиреоидного гормона, включающего рецептор 1-го типа (parathyroid hormone 1 receptor (PTH1R), рецептор 2-го типа (parathyroid hormone 2 receptor (PTH2R) и рецептор 3-го типа ( parathyroid hormone 3 receptor (PTH3R), Рецептор PTH1R активируется PTH и PTHrP, но не TIP39.PTH1R также называют рецептором PTH / PTHrP (parathyroid hormone/parathyroid hormone-related peptide receptor) из-за его равных аффинностей связывания для PTH и PTHrP. Нативным лигандом PTH2R является TIP39. PTHR2, избирательно связывает PTH, но не PTHrP [4,5]. Специфичность лиганда и структура PTH3R напоминают PTH1R. PTH3R проявляет более сильное сродство к PTHrP, чем другие члены семейства рецепторов PTH [6]. Рецептор PTH3R, отсутствует у млекопитающих и в этой связи информация об эффектах, связанных с его активацией не рассматривается в данном обзоре.

В организме человека РТН секретируется паращитовидными железами, но более низкие уровни его экспрессии могут быть также обнаружены в гипоталамусе, гипофизе, и тимусе [7,8]. В отличие от PTH, PTHrP экспрессируется в широком спектре тканей, включая центральную нервную систему [9]. TIP39 в основном синтезируется в гипоталамусе, подпарафакулярной области таламуса и медиальном паралимническом ядре моста [10]. PTH-like пептид обнаружен только у земноводных, костистых рыб и у курицы, но отсутствует у млекопитающих. Обильные транскрипты PTH-L были обнаружены у курицы в хрящевой ткани, а у Xenopus laevis (гладкая шпорцевая лягушка) в мозге, легких и кости [11]. Несмотря на различные первичные структуры, вторичные структуры PTH, PTHrP и TIP39 весьма схожи [12].

Исследования физиологической роли PTHrP и TIP39 в организме млекопитающих продемонстрировали, что PTHrP представляет собой полипотентный регуляторный фактор [13], влияющий на развитие костных и хрящевых структур организма [14,15], поджелудочной железы [16], зубов [17] и молочной железы [18], а также участвующий в регулировании трансплацентарного транспорта кальция плоду [19].

PTH2R экспрессируется в основном в гипоталамусе, но мало известно о возможных функциях систем PTH-PTH2R или TIP39-PTH2R. Физиологическая роль TIP39 и PTH2R еще не идентифицирована, но их обильная экспрессия в центральной нервной системе предполагает участие нейромодулирующей системы TIP39-PTH2R преимущественно в нейроэндокринной регуляции [20]. TIP39 влияет на нейроны содержащие соматостатин и кортикотропин-релизинг гормон [21]. Предполагается его участие в регуляциии секреции гормона роста, высвобождении гипоталамических гормонов, сердечно-сосудистой и почечной гемодинамики [22]. Показано, что TIP39 представляет собой нейроэндокринный пептидный фактор, который модулирует несколько аспектов стресс-реакции, а также контролирует температуру тела и участвует в обработке слуховой информации [21]. С другой стороны, экспрессия PTH2R ограничивается центральной нервной системой, а система TIP39-PTH2R участвует в модуляции аффективного поведения [23]. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что TIP39 модулирует ноцицепцию и регуляторную сеть тревоги и депрессии [24].

Обнаружено что, PTHrP и его рецептор широко экспрессируются в центральной нервной системе [9,25] главным образом нейронами и в том числе в теменной коре головного мозга, мозжечке, полосатом теле и гиппокампе [26,27,28]. В ЦНС крысы экспрессия гена PTHrP была наивысшей в супрамамиллярном ядре гипоталамуса и в субпопуляциях клеток неостриатума. Другие сайты экспрессии гена PTHrP включали миндалину, центральные таламические ядра, ядра Варолиевого моста, сосудистое сплетение и переднюю долю гипофиза. Наивысшие уровни мРНК рецептора PTH1R обнаружены в мезенцефалической части ядра тройничного нерва и тройничного ганглия, в ретикулотегментальных ядрах и гипоглоссальном ядре, в боковых ядрах ретикулярной системы. Сайты экспрессии рецептора PTH1R включали также моторное ядро тройничного нерва, базалатеральную миндалину, энторинальную кору, клеточный слой Пуркинье мозжечка, ядра таламуса, вестибулярные ядра, вентральное кохлеарное ядро, ,клиновидное ядро продолговатого мозга [25].

В мозговых оболочках ЦНС выявлена иммунореактивность для PTHrP, который связывается с высоким сродством с рецептором PTH1R. Соответственно, иммунореактивность обнаружена в культивируемых менингеальных клетках [29]. Экспрессия функционального рецептора PTH1R в обнаружена в человеческих мозжечковых нейронах [30] и в астроцитах крыс [31]. Астроциты, но не менингеальные клетки синтезируют мРНК рецептора PTHrP. Экспрессия рецептора PTH1R была подтверждена дозозависимой активацией аденилатциклазы в астроцитах и быстрым развитием клеточных процессов после инкубации с PTHrP [29]. Выявлено зависящее от возраста снижение количества нейронов у мышей с гомозиготной делецией гена PTHrP, особенно в коре головного мозга и гиппокампе [32]. PTHrP локализуется в популяции нейронов паравентрикулярных и супраоптических ядер, которые синтезируют аргинин-вазопрессин [25, 33]. Аксональные проекции от паравентрикулярных и супраоптических ядер заканчиваются в заднем гипофизе, где аргинин-вазопрессин высвобождается в ответ на изменения осмоляльности и объема плазмы, что свидетельствует о причастности PTHrP к нейроэндокринной осморегуляции. В ответ на эти изменения аргинин-вазопрессин стимулирует реабсорбцию почками воды и оказывает вазоконстрикторное действие. Центральное введение PTHrP приводит к экспрессии и секреции аргинин-вазопрессина нейронами паравентрикулярных и супраоптических ядер [34].

N-концевой домен PTHrP (1-34), но не PTH (1-34), дозозависимо увеличивал уровни цАМФ в клетках супраоптических ядер [33]. PTHrP стимулирует внутриклеточное накопление цАМФ в нейронах супраоптических ядер и секрецию аргинин-вазопрессина протеинкиназа- А зависимым механизмом. Однако неспособность домена PTH (1-34) оказывать какое-либо влияние на секрецию аргинин-вазопрессина предполагает, что PTHrP действует через другой подтип рецептора аденилатциклазы в нейронных клетках супраоптических ядер. Напротив, PTHrP-индуцированная стимуляция секреции аргинин-вазопрессина является протеинкиназа C-зависимой и опосредуется с помощью рецептора аргинин-вазопрессина 1-го типа [33].

Таким образом, три лиганда и, по меньшей мере, два рецептора семейства паратгормона экспрессируются в ЦНС. PTH и TIP39 экспрессируются в очень дискретных положениях, тогда как PTHrP широко экспрессируется в популяциях нейронов во всем мозге. Установлено, что активные точки экспрессии гена PTHrP представляют собой нейронные популяции, которые имеют ряд общих черт, включая высокую экспрессию возбуждающих аминокислотных рецепторов и восприимчивость к эксцитотоксичности. Широкое распространение PTHrP и рецептора PTH1R в головном мозге предполагает их участие в выполнении определенных функций ЦНС и может иметь разные физиологические роли [25]. Установлено, что PTHrP участвует в регуляции церебрального кровотока и оказывает нейропротективный эффект [35]. PTHrP, взаимодействуя с рецептором, может функционировать аутокринно или паракринно в ЦНС в качестве нейромодулятора, а также может стимулировать пролиферацию нейронных стволовых клеток через интракринный путь. PTHrP участвует в регуляции продукции вазомодуляторов в ЦНС. Продемонстрировано, что PTHrP-(1-34) стимулирует высвобождение аргинин-вазопрессина из изолированного крысиного супраоптического ядра, что приводит к сужению гладких мышц сосудов. Предполагается, что PTHrP может иметь гомеостатическую роль в регулировании гладкомышечного тонуса кровеносных сосудов в ЦНС [34]. Показано, что PTHrP экспрессируется трансформированными и эмбриональными астроцитами человека и ингибирует пролиферацию клеток [36]. Авторы предположили, что экспрессия PTHrP может быть маркером дедифференцировки и/или злокачественной трансформации в глиальных клетках. Для проверки этой гипотезы, конститутивную и регулируемую экспрессию PTHrP исследовали в культивируемых плодных и трансформированных (U-373 MG) человеческих астроцитах. Эпидермальный фактор роста и фактор некроза опухоли стимулировали экспрессию PTHrP в обоих типах клеток. Обработка клеток U-373 MG или эмбриональных астроцитов с использованием PTHrP-(1-34) ингибировала клеточную пролиферацию, измеренную путем включения [(3) H]-тимидина. Эти данные свидетельствуют о том, что PTHrP, экспрессия которого индуцируется митогенами как у незрелых, так и трансформированных астроцитов человека, может по принципу обратной связи ингибировать клеточную пролиферацию. Это может иметь важное значение во время злокачественной трансформации, а также развития ЦНС. Кроме того, демонстрация экспрессии PTHrP регулируемой рецептор-положительными астроцитами идентифицирует этот протеин, как потенциальный медиатор перекрестных взаимодействий между глиальными клетками и нейронами. Высокие уровни PTHrP в глиальных опухолях коррелируют с плохим прогнозом [37].

Была исследована роль PTHrP в урогипофизе [38], который расположен в каудальном отделе спинного мозга костистых рыб (у хрящевых он отсутствует). Каудальная нейросекреторная система рыб состоит из крупных нейронов (клеток Дальгрена), расположенных в спинном мозге, и урогипофиза, который является нейрогемальным органом [39]. Установлено, что каудальная нейросекреторная система рыб может быть вовлечена в контроль ионов кальция через секрецию PTHrP и должна быть включена в ткани ЦНС, продуцирующие кальцитропные факторы [40]. Установлено, что астроциты и глиальные клетки млекопитающих содержащие PTHrP группируются вокруг капилляров и, по-видимому, глиальные клетки участвуют в обмене веществ между капилляром и астроцитом. Эта функция, похоже, подобна функции клеток Дальгрена в каудальной нейросекреторной системе рыб. Астроциты центральной нервной системы млекопитающих считаются поддерживающими клетками и не имеют нейротрансмиттерной функции. Колокализация PTHrP и кальций-чувствительного рецептора предполагает, что синтез и/или секреция PTHrP клетками Дальгрена могут частично контролироваться ионами кальция, как это происходит в астроцитах млекопитающих [41].

Исследование функциональной роли последовательности ядерной локализации (NLS) PTHrP, проводили с использованием мышей, которые экспрессируют PTHrP-(1-84). В этой усеченной форме PTHrP, отсутствуют NLS и C-терминальная области, но сохранена способность взаимодействовать с рецептором клеточной поверхности [42]. Результаты показали, что отсутствие NLS и С-концевного домена PTHrP приводит к аномальному развитию мозга и нарушению его функций. Плотность клеток гиппокампа была значительно снижена у мышей экспрессирующих PTHrP- (1-84) по сравнению с мышами без дефицита NLS и C-терминального домена. Кроме того, у мышей с отсутствием NLS и C-терминального домена были выявлены резко уменьшенная толщина лобной коры головного мозга и атрофия мозжечка, более короткая цельнозернистая рострокаудальная ось, но большая дорзально-вентральная ось, меньшая обонятельная луковица. Отсутствие в структуре PTHrP C-концевого фрагмента и NLS увеличивало апоптоз нервных клеток, повышало уровни экспрессии ингибитора циклинзависимой киназы CDKI в гиппокампе, вызывало ингибирование пролиферации нейронных стволовых клеток и их дифференцировки в нейроны, астроциты и олигодендроциты и приводило к нарушению синаптической передачи в гиппокампе и нейрональной пластичности. Это предполагает, что NLS и C-домены PTHrP могут усилить дифференцировку нейронных стволовых клеток в нейроны, астроглиальные клетки и олигодендроциты. Экспериментальные данные in vivo демонстрируют, что NLS и C-домен PTHrP имеют важное значение для развития мозга, и для поддержания нормальной нейрональной синаптической передачи и пластичности нейронов [43].

PTHrP защищает нейроны от индуцируемой глутаматом эксцитотоксичности в клетках мозжечковых гранул. Эта форма эксцитотоксичности возникает в результате активации потенциал-управляемых кальциевых каналов (Voltage-gated Ca2+-channel; VGCC). Активация этих кальциевых каналов заметно увеличивает экспрессию PTHrP [44], который, в свою очередь, ингибирует проникновение кальция и способствует выживанию нейронов. Показано, что экспрессия гена PTHrP зависит от деполяризации в культивируемых клетках мозжечка и специфически зависит от притока Ca2 + в потенциал-управляемые кальциевые каналы L-типа (L-VSCC) (нейронный подтип). Было также обнаружено, что PTHrP способен защищать эти нейроны от вызванной каиновой кислотой эксцитотоксичности. Секреция PTHrP нейронами регулируется притоком кальция через активность канала L-типа при деполяризации. В свою очередь, PTHrP может ослабить активность канала L-типа, чтобы защитить нейроны от повреждения в результате длительной или повторной деполяризации уменьшая приток Ca-2 L-VSCC в культивируемые клетки. Утверждается, что PTHrP функционирует как компонент нейропротективной петли обратной связи, которая структурирована вокруг кальциевого канала L-типа. Этот механизм действует как in vivo, так и in vitro [45].

Очень мало информации о роли лигандов семейства рецепторов паратгормона в периферической нервной системе, где их функция по сути неизвестна. Наличие мРНК PTHrP было обнаружено в верхнем шейном ганглии. Выявлена экспрессия PTHrP и его рецептора PTH1R в большинстве нейронов и глиальных клеток в верхнем шейном ганглии крыс Иммунореактивность PTHrP и PTH1R наблюдалась как в цитоплазме, так и в ядрах почти всех нейронов в верхнем шейном ганглии [46]. Недавно было показано, что экспрессия мРНК PTHrP значительно повышается после аксотомии симпатических ганглиев. Роль PTHrP в повреждении периферических нервов была исследована с использованием модели повреждения седалищного нерва и эксплантной модели регенерации нейронов корешков дорсальных ганглиев (dorsal root ganglion (DRG)). Обнаружено, что PTHrP представляет собой конститутивно секретируемый пептид пролиферирующих клеток Шванна и что мРНК рецептора PTH1R экспрессируется в изолированном DRG и в седалищном нерве. Используя модель травмы седалищного нерва, показано, что PTHrP значительно повышается в DRG и в седалищном нерве. К тому же, in situ, выявлена значительная локализация мРНК PTHrP в клетках Шванна в пораженном седалищном нерве. Также обнаружено, что PTHrP вызывает резкое увеличение числа клеток Шванна, которые выравнивают и связывают реконструирующие аксоны в эксплантах, характерные для незрелых, дедифференцированных клеток Шванна. Помимо стимулирования миграции клеток Шванна вдоль аксональной мембраны, PTHrP также стимулирует миграцию на коллагеновой матрице 1-го типа. Кроме того, воздействие PTHrP на культивируемые клетки Шванна приводит к быстрому фосфорилированию белкового элемента ответа cAMP, CREB. Предлагается, что PTHrP индуцировал дедифференцировку клеток Шванна, способствуя успешной регенерации нервов и этот эффект соответствует известным функциям PTHrP в других программах клеточной дифференциации. PTHrP ингибирует пролиферацию поврежденных и дедифференцированных клеток Шванна в периферических нервах, способствуя регенерации нерва [27].    

Как PTH1, так и PTH2 экспрессируются в нейронах DRG, причем PTH1 экспрессируется на большинстве нейронов DRG, в то время как экспрессия PTH2 во многом ограничена миелинированными нервами среднего и большого диаметра [27,47,48]. Сообщалось, что рецептор PTH2R, экспрессируется в миелинизированных ноцицептивных нейронах DRG у мышей, где его активация специфическим агонистом, tuberoinfundibular пептидом-39, приводит к увеличению продукции цАМФ и активации протеинкиназы A [47]. Поскольку PTHrP не обладает значительной связывающей активностью с PTH2R, скорее он специфически активирует PTH1R [12].

Установлено, что мРНК рецептора PTHrP, PTH1R, экспрессируется в мышиных DRG-нейронах. Это свидетельствует о том, что белок PTH1R ко-экспрессируется в подгруппе нейронов DRG [27]. Первичные соматосенсорные нейроны DRG и тройничного ганглия (trigeminal ganglion (TG) обеспечивают восприятие температуры, прикосновений, а также болевых стимулов. Специфическое взаимодействие PTHrP с PTH1R сопровождается последующей активации протеинкиназ C или A, что приводит к ноцицепторной сенсибилизации сенсорных нейронов. Известно, что активация протеинкиназ C или A усиливает возбуждение сенсорных нейронов посредством модуляции ваниллоидного рецептора 1, TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1), играющего важную роль в ряде патологических состояний: при болях воспалительного характера, раке, нейропатических и висцеральных болях. TRPV1 является катион-селективным ионным каналом, который отвечает на специфические стимулы кратковременным деполяризующим входящим током [49,50].

Современные данные, полученные в in vivo и in vitro экспериментах, позволяют считать TRPV1 важным полимодальным рецептором, который является одним из важнейших интеграторов болевых и воспалительных стимулов объединяющим множественные сигналы о воздействии физических и химических факторов во время воспаления или повреждения тканей в один ноцицептивный ответ [51,52]. TRPV1 преимущественно экспрессируются на периферических ноцицепторах и могут быть активированы посредством воздействия повреждающих факторов, в основном термического (> 43 ° C), кислого рН (<pH 6,0), ряда эндогенных липидных медиаторов, а также экзогенных альгогенов, таких как капсаицин [52-54]. Последующая модификация TRPV1 с помощью протеинкиназ C или A, связанных с микротрубочками и Src-киназ резко усиливает функцию и экспрессию канала [49,55,56].

Подавляющее большинство нейронов DRG экспрессирующих TRPV1 сенсорных нейронов ко-экспрессируют PTH1R. Электрофизиологический анализ зафиксировал устойчивую активацию канала TRPV1 с помощью PTHrP / PTH1 в отсутствие каких-либо экзогенных агонистов каналов в нейронах DRG. Предполагается, что PTHrP может потенцировать возбуждение сенсорного нейрона посредством регуляции функции канала TRPV1, действуя на периферическую термическую и механическую гиперчувствительность, и тем самым обеспечивая механизм периферической ноцицепции. Показано, что активность протеинкиназы C и Src-киназ имеет решающее значение для PTHrP-индуцированной модуляции функции и оборота TRPV1. PTHrP-опосредованная активация протеинкиназы C приводит к сенсибилизации активности канала TRPV1, а последующая протеинкиназы C-опосредованная активация Src-киназ приводит к увеличению числа каналов TRPV1 на плазматической мембране, что приводит к увеличению доли нейронов, которые экспрессируют функциональный TRPV1 на плазматической мембране и подвергаются сенсибилизации при воздействии PTHrP. Ингибирование Src-киназ ослабляло индуцированную PTHrP тепловую гиперчувствительность, что указывает на критическую роль TRPV1-рецепции при PTHrP–индуцированной периферической ноцицепторной сенсибилизации. Утверждается, что PTHrP может служить в качестве общего модулятора периферического сенсорного афферентного возбуждения и боли [48]. Хотя было установлено, что TRPV1 играет критическую роль в воспалительной тепловой гиперчувствительности, его прямая роль в механической гиперчувствительности остается предметом обсуждений [53,57,58].

В недавнем исследовании [59] была изучена роль ноцицептивных каналов TRP (transient receptor potential) в индуцированной PTHrP механической болевой гиперчувствительности. Обнаружено, что PTHrP приводит к активации TRPV1, которая существенно способствует поддержанию индуцированной PTHrP механической гиперчувствительности. Исследование роли TRPV1 в механической гиперчувствительности, вызванной PTHrP показало, что активация канала TRPV1, а не TRPV4 (Transient receptor potential cation channel subfamily V member 4) или TRPA1 требуется для инициирования периферической механической гиперчувствительности, вызванной инъекцией PTHrP у мышей. Активация PTHrP-PTH1-PKC может приводить к конститутивной и устойчивой активации канала TRPV1 без какого-либо другого физико-химического активатора канала. ПТГрП вызывает тепловую и механическую гиперчувствительность зависящую от экспрессии функциональных каналов TRPV1. Кроме того, как PTHrP-индуцированная тепловая, так и механическая гиперчувствительность не подвержена влиянию генетической делеции TRPV4 или TRPA1, что указывает на то, что развитие тепловой, а также механической гиперчувствительности преимущественно обусловлено активностью TRPV1. Эти наблюдения согласуются с данными которые подтверждают роль PTHrP в прямой активации и модуляции TRPV1 в сенсорных нейронах и исключают участие TRPA1 или TRPV4 в механической гиперчувствительности, вызванной PTHrP.

Зависимый от TRPV1 ток, наблюдаемый в нейронах DRG, вызванный воздействием PTHrP в отсутствие какого-либо экзогенного активатора TRPV1, предполагает, что может быть конститутивная активация TRPV1, индуцированная сигнализацией PTH1R-рецептора. Эти результаты показывают, что оба канала TRPV1 и PTH1R необходимы для этого тока без какого-либо вклада от других сенсорных каналов.

В целом, преобладающее мнение о роли TRPV1 в механической болевой сенсибилизации заключается в том, что нейрогенное воспаление после активной активации этого канала инициирует каскад сигнализации, включающий множественные передающие боль ионные каналы и рецепторы, кульминацией которых является развитие гиперчувствительности к механической боли [52,58,59].

Понимание чрезвычайно разнообразных функций ионных каналов в сенсорных нейронах, которые обнаруживают и трансформируют болезненные раздражители, продолжает представлять собой серьезную проблему. Лучшее понимание роли биологически активных факторов таких как PTHrP, используемых ими сигнальных механизмов и их физико-химические взаимодействий с сенсорными ионными каналами, увеличит вероятность разработки более эффективных анальгетических подходов для купирования болевых состояний,

PTHrP также может влиять на функцию каналов Ca2 + (CaV) и K + (KV) в DRG-нейронах [60,61], тем самым влияя на возбудимость этих нейронов. Протеинкиназа C-опосредованное фосфорилирование KV4.2 снижает регуляцию функции канала в нейронах гиппокампа, что приводит к усилению возбудимости нейронов [62]. Так как канал KV4.2 также экспрессируется в нейронах DRG [61], аналогичный механизм может также способствовать усилению возбудимости нейронов, индуцируемой PTHrP.

В экспериментальных исследованиях [63] изучалась возможность индукции PTHrP в реактивных астроцитах воспаленного мозга. Экспрессия была исследована после воспроизведения кортикальной раны у крыс – классической модели реактивного глиоза. Нейроны были основным сайтом иммунореактивной экспрессии PTHrP в поврежденной коре в 1-й день после моделирования раны. В течение последующих 3 дней специфическое иммуноокрашивание для PTHrP проявлялось в реактивных астроцитах на краю раны и в периваскулярных астроцитах, достигая максимального уровня экспрессии в 4-й день. Также в опытах in vitro TNF-α индуцировал экспрессию PTHrP в астроцитах и глиальных клетках мозга, что указывает на то, что этот провоспалительный пептид является возможным медиатором экспрессии PTHrP при воспалении ЦНС. PTHrP-(1-34) действовал аддитивным образом с TNF-α индуцированной экспрессией астроцитами IL-6, цитокином с установленными нейропротекторными эффектами. Пролиферацию астроцитов ингибировали PTHrP- (1-34) и PTHrP- (1-141), действуя через сигнальный путь цАМФ PTH1R. Повышенная экспрессия PTHrP в ЦНС была зафиксирована в реактивных астроцитах, сформированных в ответ на экспериментальную травму мозга. Эти исследования показывают, что PTHrP, может быть важным медиатором воспалительной реакции в головном мозге и, возможно, играет в нем защитную роль [63].

В этой связи предполагалась возможность обнаружить повышенную экспрессию PTHrP в реактивных астроцитах в инфарктной полутени в ответ на ишемию ЦНС. Вместо этого было обнаружено, что сосудистая сеть поврежденного полушария, а не реактивные астроциты, является участком повышенного иммунореактивного PTHrP в течение первых 24 ч после окклюзии средней церебральной артерии. Сосудистые эндотелиальные клетки оказались источником повышенного иммунореактивного PTHrP в сосудистой сети ишемизированного мозга, что свидетельствует об индуцировании экспрессия гена PTHrP в головном мозге в ответ на фокальную ишемию [64]. Экспрессия PTHrP индуцировалась в ишемическом полушарии уже через 4 часа после окклюзии средней церебральной артерии и оставалась повышенной до 24 часов после этого. Повышенный уровень иммунореактивного PTHrP в ишемизированной ткани выявлялся в церебральных микрососудах. Инфузия PTHrP- (1-34) увеличивала диаметр артериальных сосудов на 30 % у нормальных животных. У животных с окклюзией средней церебральной артерии введение пептидного фрагмента PTHrP- (1-34) значительно уменьшало размер кортикального инфаркта (на 47 %). Таким образом, экспрессия PTHrP увеличивается в участках ишемического повреждения головного мозга, что может быть адаптивным ответом, который увеличивает приток крови к ишемизированным тканям мозга, ограничивая повреждение клеток. Это увеличение PTHrP в сосудистом русле может быть результатом локального увеличения экспрессии гена, так как уровни мРНК PTHrP были увеличены в ишемизированном полушарии в течение того же периода времени. Кроме того, данные о положительном артериовенозном градиенте PTHrP через ишемизированный мозг предполагают возможность того, что поглощение этого белка из кровотока может также способствовать увеличению его содержания, продемонстрированного позже в ишемическом мозге [65,66].

Индукции РНК PTHrP в ишемизированном полушарии мозга предшествовала индукция мРНК TNF-α и мРНК IL-1β, двух цитокинов, которые продемонстрировали индукцию экспрессии PTHrP в других моделях воспаления in vivo и in vitro, включая эндотоксемию и стимуляцию цитокинами эндотелиальных клеток и астроцитов [36,67,68]. Таким образом, эти данные согласуются с постулатом, согласно которому TNF-α и/или IL-1β могут также опосредовать экспрессию PTHrP, вызванную ишемией, в головном мозге. Аналогичным образом, поскольку PTHrP может индуцировать экспрессию IL-6 во многих типах клеток, включая глиальные [63,69], замедленная экспрессия IL-6, обнаруженная в ишемическом мозге, также может быть связана с локальным увеличением PTHrP. Во все исследованные моменты времени мРНК PTH1R экспрессировалась в ишемическом полушарии, хотя во время максимальной индукции PTHrP уровни экспрессии PTH1R были уменьшены. Эта регуляторная взаимосвязь PTHrP и PTH1R согласуется с хорошо описанной способностью PTHrP подавлять экспрессию своего рецептора [70]. Это дает дополнительное доказательство биологического эффекта локально усиленной экспрессии PTHrP в ишемизированном мозге.

Выявление повышенной иммунореактивности PTHrP в микроциркуляторном русле ишемизированного мозга, позволило предположить, что одним из возможных защитных эффектов этого вазоактивного пептида во время инсульта может быть усиление мозгового кровотока. Установлено, что суперфузия микроциркуляторных пиальных сосудов с PTHrP-(1-34) сопровождалась увеличением диаметра артериол на 30 % [64]. Согласно уравнению Пуазейля это 30 % увеличение диаметра артериол может привести к тройному увеличению кровотока в условиях постоянного давления. Поскольку более мелкие терминальные артерии сильно влияют на цереброваскулярную резистентность и кровоток [71], PTHrP может поэтому играть критическую роль в поддержании мозгового кровотока. Более того, поскольку сосудистые реакции пиальных артериол сходны с церебральным кровообращением в целом и из-за параллельного изменения диаметра сосудов артерии в региональном кровотоке, эти данные свидетельствуют о том, что индуцированный ишемией PTHrP в микрососудах мозга может служить для усиления мозгового кровотока в поврежденной мозговой ткани [64]. Было показано, что PTH-(1-34) увеличивал образование цАМФ в церебральных микрососудах ex vivo [72]. Предполагается, что сосудорасширяющие эффекты PTHrP-(1-34) могут быть опосредованы при участии аденилациклазного сигнального пути [64]. В соответствии с этой гипотезой и с доказанной ролью цАМФ в опосредовании индуцированной PTHrP- (1-34) вазодилатации в сосудах, не относящихся к ЦНС [73], суперфузия пиальных артериол пептидом PTH (3-34), который связывается с PTH1R, но не стимулирует образование цАМФ, не влияла на диаметр артериол.

Поскольку паренхиматозные и пиальные артериолы аналогично реагируют на вазоактивные стимулы, эти данные свидетельствуют о том, что устойчивое увеличение PTHrP в церебральной микроциркуляции, такое как при ишемии, может быть связано с устойчивым увеличением диаметра тех микрососудов, которые регулируют местный кровоток. Обнаружение защитного эффекта введения PTHrP- (1-34) при ограничении размера кортикального инфаркта согласуется с гипотезой о том, что эндогенно продуцируемый PTHrP также обладает защитным действием в ишемизированном мозге. Защитный эффект введения PTHrP-(1-34), уменьшающий размер инфаркта предполагает, что этот сосудорасширяющий эффект пептида является нейропротективным в тех областях головного мозга, повреждение которых может быть легко устранимым за счет увеличения кровотока [64]. Эти данные свидетельствуют об увеличении локальной сосудистой экспрессии гена PTHrP в ишемизированном мозге, а также способности NH2 -домена PTHrP действовать в качестве мощного сосудорасширяющего средства в пиальной микроциркуляции и уменьшать размер кортикального инфаркта почти на 50 % [64].

Необходимо выявление всех возможных мишеней PTHrP в ЦНС во время ишемии, так как этот протеин в дополнение к сосудорасширяющим эффектам также оказывает прямое защитное воздействие на нейроны и индуцирует глиальную экспрессию нейропротекторных цитокинов [32,63,74]. Положительный эффект PTHrP на развитие кортикального инфаркта согласуется с гипотезой о том, что эндогенное увеличение церебрального ПТГрП могут служить для защиты мозга при ишемии, сохраняя мозговой кровоток. Более того, защитный эффект экзогенно вводимого PTHrP-(1-34), продемонстрированный в клинических испытаниях для лечения остеопороза [75] позволил предположить [64], что этот пептид также может быть полезен при острых терапевтических вмешательствах, направленных на улучшение клинических результатов у пациентов, страдающих от инсульта. Это предположение тем более актуально в настоящее время в связи с тем что в последние годы биофармацевтическая компания «Radius Health» разработала фармпрепарат абалопаратид (Abalaparatid), являющийся рекомбинантным пептидным аналогом человеческого PTHrP-(1-34), взаимодействующий с рецептором PTH1R. Структурные особенности абалопаратида определили его, как мощный селективный активатор сигнального пути PTHrP- PTH1R [76,77], который позиционируется как средство для лечения остеопороза и снижения риска переломов в критических анатомических участках скелета [78]. Абалопаратид был выбран для такой терапии на основе доклинических испытаний, которые продемонстрировали способность этого пептида стимулировать образование костной ткани [79]. Абалопаратид был утвержден Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в апреле 2017 года FDA под брендом «Tymlos» для лечения женщин с остеопорозом в постменопаузе. С учетом существующих представлений о роли лигандов рецепторов паратиреоидного гормона и в том числе PTHrP и его биологически активных пептидных доменов в регуляции сосудистой системы [80], включая утверждения о гомеостатической роли ПТГрП в регулировании гладкомышечного тонуса кровеносных сосудов в ЦНС [34], представляется интересным и перспективным исследование весьма вероятного влияния абалопаратида на церебральную гемодинамику и его возможных нейропротективных эффектов. Утверждается, что дальнейшее исследование других аналогов PTHrP является перспективным и целесообразным, поскольку у них есть потенциал, чтобы выступать в качестве эффективных биологически активных факторов, которые могли бы быть полезными для решения некоторых проблем современной медицины [81,82]. Это утверждение, по-видимому, может быть распространено и на иные лиганды рецепторов паратиреоидного гормона PTH1R и PTH2R.