Mala ekskurzija v farmakologijo LSD

Zelo težko bi bilo napisati članek o farmakologiji¹ LSD brez uporabe vsaj malo strokovnega izrazoslovja. A le brez skrbi! Na koncu članka je slovar, ki omogoča razumevanje tega, kar je zapisano tudi posameznikom brez kakršnekoli znanstvene izobrazbe. Vsakič ko je kakšna beseda iz članka obrazložena v slovarju, ima zgoraj desno številsko opombo, tako da jo tam hitro najdemo. No, pa začnimo. Dietilamid lizergične kisline (LSD) je prvič sintetiziral/pripravil švicarski kemik Albert Hofmann leta 1938 v okviru raziskovanja terapevtsko uporabnih derivatov ergot alkaloidov² v laboratorijih Sandoz Pharmaceuticals v Baslu (Švicarsko mesto ob reki Ren). Njegove psihedelične učinke je Hofmann odkril šele 5 let kasneje, leta 1943. Farmakokinetika³ LSDV novejši raziskavi so vsakemu od šestnajstih prostovoljcev (8 moških in 8 žensk) dali enojni peroralni odmerek⁴ (200 mikrogramov⁵) LSD (zaužit po lahkem obroku). Raziskovalci so merili koncentracijo LSD v krvni plazmi⁶ in urinu (Dolder et al., 2016). Maksimalne koncentracije LSD (4.5±1.4 ng/mL⁷) v krvni plazmi so bile dosežene od 0.5 do 4 ure po zaužitju. Koncentracija LSD se je nato zmanjševala z razpolovnim časom⁸ 3.6±0.9 ure prvih 12 ur, kasneje je bila eliminacija LSD počasnejša in razpolovni čas približno 8.9±5.9 ur. Ugotovili so tudi, da se je v prvih 24 urah le 1% peroralnega odmerka izločil nespremenjen v urinu, 13% pa se je izločilo z urinom v obliki metabolita⁹ (dietilamida 2-okso-3-hidroksilizergične kisline). Med spoloma niso opazili nobenih znatnih statističnih razlik v farmakokinetičnem profilu LSD. Okvirno so tudi ocenili biološko razpoložljivost¹⁰ LSD po peroralnem odmerku na približno 71%. Subjektivni učinki LSD so trajali do 12 ur in so bili tesno povezani s padanjem koncentracije LSD v krvni plazmi. Povedano drugače, koncentracija LSD v krvni plazmi je korelirala z intenziteto psihedeličnih učinkov.Preden se lotimo farmakodinamike¹¹ LSD, bi bilo dobro razumeti, kaj so to receptorji in vedeti naslednje:Večina znanstvenih dokazov kaže na to, da so psihedelični učinki LSD verjetno v glavnem posledica aktivacije 2A podtipa serotoninskih receptorjev (5-HT_2A receptorji). Večina agonistov¹² na 5-HT_2A receptorje je namreč psihedelikov, medtem ko antagonisti¹³ na 5-HT_2A receptorje blokirajo oziroma izničijo psihedelično aktivnost LSD in drugih klasičnih psihedelikov. Spoznajmo receptor iskalcev resnice: 5-HT_2A5-HT_2A receptor je podtip 5-HT₂ receptorjev. Med 5-HT₂ receptorje spadata še receptorja 5-HT_2B in 5-HT_2C, ki sta mu zelo sorodna oziroma strukturno podobna. 5-HT₂ receptorji so poddružina receptorjev, ki vežejo serotonin¹⁴ in posledično spadajo v družino serotoninskih receptorjev (5-HT je namreč okrajšava za serotonin, katerega drugo ime je 5-hidroksitriptamin).Serotoninski receptorji in tudi vsi drugi receptorji so beljakovine (proteini), in kot vse beljakovine so zgrajeni iz dolgih verig aminokislinskih preostankov¹⁵ medsebojno povezanih prek peptidnih kemijskih vezi. Te verige z določenimi zaporedji aminokislin se zvijejo v klobčiče in tvorijo zapleteno tridimenzionalno strukturo.Serotoninski receptorji so vgrajeni/zasidrani v celično steno in povezujejo zunanjost celice z njeno notranjostjo, omogočajo torej kemijsko komunikacijo celice z okoljem. Receptorje aktivirajo signalne molekule, kot so hormoni in živčni prenašalci, ki se vežejo na receptor na zunanji strani celične stene. Mesto na receptorju, kamor se neka snov veže, je vezavno mesto. Na 5-HT_2A receptor se veže in ga aktivira tudi LSD. Po vezavi signalne molekule pride do spremembe konformacije oziroma oblike receptorja, kar omogoči aktivacijo znotrajceličnih načinov signalizacije. Dva taka znotrajcelična procesa sta "beta-arrestin recruitment" in "Gq-mediated calcium flux". Nisem našel ustreznih prevodov, a o njiju lahko razmišljamo kot o poti A in poti B znotrajcelične signalizacije, ki ju sproži vezava LSD na 5-HT_2A receptor. Stvari so seveda precej bolj zapletene kot to, a za razumevanje naslednjega poglavja bo to zadoščalo. Farmakodinamika¹¹ LSDLSD se veže na številne podtipe serotoninskih receptorjev. Vendar je njegova afiniteta za večino njih premajhna, da bi bili znatno aktivirani pri koncentracijah, ki jih LSD doseže v možganskem tkivu po tipičnih psihedeličnih odmerkih. Pri takšnih odmerkih je zelo verjetna interakcija z naslednjimi receptorji: 5-HT_1A, 5-HT_1B, 5-HT_1D, 5-HT_2A, 5-HT_2B, 5-HT_2C, 5-HT_5A, 5-HT₆ in 5-HT₇. Seveda pa so možne tudi interakcije z drugimi biološkimi tarčami.PDSP Ki database je podatkovna baza v javni domeni. V njej sem poiskal podatke za LSD kot testni ligand (datum poizvedbe: december 2017). Od teh so v spodnji tabeli izpisani samo receptorji, za katere je disociacijska konstanta K_i manjša od 10 nM:

Receptor	Afiniteta LSD za receptor (Ki)
5-HT1A	0.3-4.9 nM
5-HT1B	3.9-6.6 nM
5-HT1D	6.3-7.7 nM
5-HT2A	0.8-7.1 nM
5-HT2B	1.0-8.9 nM
5-HT2C	1.1-7.9 nM
5-HT5A	9.0 nM
5-HT6	1.9-6.9 nM
5-HT7	0.4-9.5 nM

Vrednosti disociacijske konstante K_i so merilo afinitete LSD za posamezne serotoninske receptorje (običajno so izražene v enotah množinske koncentracije, nM oz. nanomol/L). Nižja vrednost pomeni višjo afiniteto za določen receptor. Če je K_i za določen receptor veliko večji od maksimalne koncentracije LSD v tkivu posameznika, ki je LSD zaužil, je malo verjetno, da bo prišlo do znatne interakcije LSD s tem receptorjem. Maksimalna koncentracija LSD v krvni plazmi posameznika, ki je zaužil 200 mikrogramov LSD, izražena v enakih enotah, je približno 14 nM.¹⁶Skupina raziskovalcev je določila in januarja 2017 objavila kristalno strukturo LSD vezanega na 5-HT_2B podtip serotoninskih receptorjev (Wacker et al., 2017). Zaradi velike podobnosti 5-HT_2A in 5-HT_2B receptorjev je to dober približek tudi za vezavo LSD na 5-HT_2A. V tem članku so podali tudi nekaj drugih zanimivih eksperimentalnih podatkov. V nadaljevanju vam bom poskusil predstaviti rezultate njihovega dela.Najbolj fleksibilen del molekule LSD je dietilamidni del in da bi raziskali, kako se ta dietilamidni del molekule orientira pri vezavi na 5-HT_2A receptor, so znanstveniki že pred časom pripravili tri spojine z omejeno molekularno gibljivostjo (izomere 2,4-dimetilazetidida lizergične kisline; Nichols et al., 2002). V vsaki od teh treh spojin je amidni del prisiljen v specifičen položaj. Njihovo sklepanje je bilo, da bo v tisti izmed teh spojin, ki se najbolj veže na 5-HT_2A receptor, amidni del prisiljen v položaj, ki je najbolj podoben tistemu, ki ga ima LSD, ko je vezan na 5-HT_2A receptor (posledično tudi, ko se veže na sorodni 5-HT_2B). Zdaj ko je znana struktura LSD vezanega na 5-HT_2B receptor, se je njihovo takratno sklepanje izkazalo za pravilno. Poleg tega je zdaj definirano vezavno mesto LSD na receptor (5-HT_2B; a z veliko gotovostjo tudi na 5-HT_2A) in tudi s katerimi aminokislinskimi preostanki interagira in na kakšen način.Zgodnje študije z uporabo [³H]-LSD¹⁷ in pripravkov iz možganskega tkiva so kazale, da LSD počasi disociira od tega, kar so bile v tistem času slabo definirane biološke tarče (danes vemo, da so to predvsem serotoninski receptorji).V tej novejši študiji pa so neposredno merili disociacijo [³H]-LSD od 5-HT_2B in 5-HT_2A receptorja. Izmerili so, da je povprečni rezidenčni čas ali povprečen čas bivanja¹⁸ LSD na 5-HT_2B receptorju pri 37°C približno 46 minut. Iz strukture LSD vezanega na 5-HT_2B je razvidno, da kratka veriga aminokislin tvori pokrov čez LSD in ta ovira disociacijo LSD iz proteina (njegov "pobeg" iz vezavnega mesta). V kristalni strukturi z vezanim LSD, stranska veriga ene aminokisline (leucina; oznaka L209), ki je del tega pokrova, interagira tako z vezanim LSD kot tudi s stranskimi verigami okoliških aminokislin. Na osnovi tega in računalniških simulacij so postavili predpostavko, da je L209 ključen in da deluje kot neke vrste zapah za pokrov ter zmanjšuje mobilnost pokrova. Opravili so tudi računalniške simulacije, v katerih so zamenjali L209 (leucin) z alaninom, in pri teh simulacijah je bil pokrov veliko bolj mobilen, tako v primeru simulacije samega receptorja kot tudi v primeru, da so simulirali receptor z vezanim LSD. Ta računalniški model so testirali tako, da so biosintezno pripravili mutanto receptorja 5-HT_2B, v kateri je leucin (L209) zamenjan z alaninom, in ponovno opravili meritve disociacije s tako spremenjenim receptorjem. V tem primeru se je povprečen čas bivanja LSD v receptorju zmanjšal približno desetkrat, iz približno 46 minut na približno 4 minute pri 37°C. To kaže na velik pomen L209 pri vezavi LSD na 5-HT_2B.Te poskuse so nato ponovili tudi na receptorju 5-HT_2A. S pomočjo računalniškega modela so določili, da ima vlogo zapaha v tem primeru aminokislina leucin z oznako L229. Pripravili so mutanto receptorja 5-HT_2A, v kateri je ta leucin (L229) zamenjan z alaninom. Povprečen čas bivanja LSD na nespremenjenem 5-HT_2A receptorju je bil 221 minut pri 37°C. Na 5-HT_2A receptorju, v katerem so razrahljali zapah (leucin L229 zamenjali z alaninom), pa je bil povprečen čas bivanja LSD 50 minut pri 37°C. Kar daje dodatno težo njihovim predpostavkam.Povprečen rezidenčni čas v receptorju lahko vpliva tudi na vzorce znotrajceličnega signaliziranja. Da bi preučili, če se to dogaja tudi v tem primeru, so izmerili profile znotrajcelične signalizacije za navaden receptor 5-HT_2B in za njegovo spremenjeno obliko. Ugotovili so, da ta sprememba močno zmanjša »beta-arrestin recruitment« brez večjega vpliva na »Gq-mediated calcium flux«. Enak pojav so opazili tudi pri 5-HT_2A receptorju. Ti rezultati nakazujejo, da čas bivanja LSD na receptorju vpliva na znotrajcelično signalizacijo, osnovano na »beta-arrestin recruitment« mehanizmu.Pokazali so tudi, da daljše izpostavljanje nespremenjenih receptorjev (5-HT_2A kot tudi 5-HT_2B) LSD vodi do intenzivnejše znotrajcelične signalizacije (tako »beta-arrestin recruitment« kot tudi »Gq-mediated calcium flux«). Daljše izpostavljanje mutant obeh receptorjev (5-HT_2A in 5-HT_2B) LSD pa vodi samo do intenzivnejšega »Gq-mediated calcium flux« mehanizma, a brez vpliva na »beta-arrestin recruitment«. Kratek povzetek

• Zdaj je znano, kateri del 5-HT_2A receptorja interagira z LSD in kakšen položaj zavzame najbolj fleksibilen del LSD (dietilamidni del) pri vezavi na receptor.
• »Aminokislinski pokrov« vsaj do neke mere pojasni, zakaj se LSD po vezavi tako počasi loči od receptorja.
• Pri časovnem poteku odziva na LSD so poleg farmakokinetike LSD pomembne tudi njegove posebnosti pri načinu vezave na receptor.
• Znotrajcelična »beta-arrestin recruitment« signalizacija je povezana s časom zadrževanja LSD na receptorju in verjetno igra veliko vlogo pri njegovih učinkih.

 ZaključekTorej prišli ste do konca tega kratkega pregleda farmakologije LSD in zdaj so vam skočile v glavo besede: "Pa kaj zato? Kakšna je praktična uporabnost teh raziskav?"Kot smo videli, so serotoninski receptorji velika skupina receptorjev in funkcija mnogih je še vedno zavita v tančico skrivnosti. Posebnosti interakcije LSD s 5-HT₂ receptorji (in znotrajcelične signalizacije, ki jo ta sproži) so pomembne za nadaljnje raziskave ne samo serotoninskih receptorjev, ampak tudi večje skupine z G-proteini povezanih receptorjev, v katero spadajo. Za bolj specifičen primer uporabnosti predstavljenega dela naj omenim naslednje: Dolgoročna aktivacija 5-HT_2B receptorjev je vpletena v bolezni srčnih zaklopk in pri razvoju zdravilnih učinkovin se je potrebno izogniti znatni aktivnosti na tem receptorju. Ta naloga bo v prihodnosti na osnovi te in podobnih raziskav postala malenkost lažja.Za konec še potencialna uporaba, ki bi morala zanimati vsakega psihonavta, in sicer racionalno načrtovanje novih psihedelikov. Zdaj ko je znana struktura biološke tarče (receptorja 5-HT_2A) je možno virtualno rešetanje (računalniško iskanje) biološko aktivnih molekul v obširnih podatkovnih knjižnicah sintetiziranih in/ali virtualnih spojin. Na ta način lahko najdemo spojine vodnice, ki imajo popolnoma nove strukture. Njihova optimizacija pa nas privede do novih še bolj varnih in zavest razširjajočih psihedelikov. Tak razvoj v trenutni družbeni klimi verjetno ne bo ravno prioriteta in tudi tako preprost ni, kot se sliši. Pot do novih odkritij je skoraj vedno dolga in polna neuspehov. A brez skrbi, saj kot ve vsak psihonavt: cilja ni, je samo pot. Dodatno branjeWikipedia: Lysergic acid diethylamideWikipedia: 5-HT2A receptorPsihonavt: Kemijska razvrstitev psihedelikov ReferencePharmacokinetics and Concentration-Effect Relationship of Oral LSD in HumansPatrick C. Dolder, Yasmin Schmid, Manuel Haschke, Katharina M. Rentsch, Matthias E. LiechtiInternational Journal of Neuropsychopharmacology, 19, 2016, pyv072. DOI: 10.1093/ijnp/pyv072(prost dostop)Crystal Structure of an LSD-Bound Human Serotonin ReceptorDaniel Wacker, Sheng Wang, John D. McCorvy, Robin M. Betz, A.J. Venkatakrishnan,  Anat Levit, Katherine Lansu, Zachary L. Schools, Tao Che, David E. Nichols, Brian K. Shoichet, Ron O. Dror, Bryan L. RothCell, 2016, 168, 377–389.e12. DOI: 10.1016/j.cell.2016.12.033Lysergamides of Isomeric 2,4-Dimethylazetidines Map the Binding Orientation of the Diethylamide Moiety in the Potent Hallucinogenic Agent N,N-Diethyllysergamide (LSD)David E. Nichols, Stewart Frescas, Danuta Marona-Lewicka, Deborah M. Kurrasch-OrbaughJ. Med. Chem., 2002, 45, 4344–4349. DOI: 10.1021/jm020153s Slovar za širitev obzorij in lažje razumevanje

1.) Farmakologija je veda, ki preučuje medsebojno delovanje zdravila/substance in organizma. Glavni področji farmakologije sta farmakokinetika in farmakodinamika.

 

2.) Ergot alkaloidi so velika skupine alkaloidov izoliranih iz skupine gliv v rodu Claviceps, ki zajedajo rž ter druga žita in trave. Najbolj znana je škraltnordeča glavnica (znanstveno ime: Claviceps purpurea). Njena prezimovalna oblika je rženi rožiček.

 3.) Farmakokinetika je veja farmakologije, ki preučuje absorpcijo, porazdelitev, presnovo in izločanje učinkovine (v tem primeru LSD) iz telesa.

4.) Peroralni odmerek - zaužitje zdravila skozi usta.

5.) Mikrogram je enota mase enaka eni miljoninki grama. Odmerek 200 mikrogramov torej predstavlja zgolj 0.2 miligrama oziroma 0.0002 grama LSD. Glede na Erowid (https://erowid.org/chemicals/lsd/lsd_dose.shtml) je to že močan odmerek.

6.) Krvna plazma je tekoča sestavina krvi, v kateri so suspendirane krvne celice. Plazma predstavlja največji delež krvi, namreč 55 volumskih odstotkov. Krvno plazmo, ki je očiščena dejavnikov strjevanja krvi (fibrina in drugih beljakovin), imenujemo serum.

7.) ng/mL je enota koncentracije, ki nam pove koliko mase neke snovi je v določenem volumnu raztopine. 4.5 ng/mL v tem primeru pomeni 4.5 nanogramov LSD na mililiter krvne plazme. Nanogram je izjemno majhna enota mase. 1 nanogram je 0.000000001 grama. Mililiter pa je enota volumna. 1 mililiter je 0.001 litra.

8.) Razpolovni čas, je čas, potreben, da se koncentracija snovi (LSD) v krvni plazmi razpolovi.

9.) Metabolit ali presnovek je katerikoli produkt presnove/metabolizma neke učinkovine (v tem primeru LSD).

10.) Biološka uporabnost ali biološka razpoložljivost (tudi biorazpoložljivost) je farmakološko merilo deleža neke snovi, ki je v nespremenjeni obliki razpoložljiv v sistemskem krvnem obtoku. Torej delež odmerka LSD, ki je prišel v krvni obtok je bil približno 71% od zaužitih 200 mikrogramov.

11.) Farmakodinamika je veja farmakologije, ki preučuje učinke zdravil (v tem primeru LSD) na organizem ter mehanizme njihovega delovanja in ugotavlja razmerje med koncentracijo in učinkom. Da zdravilo (oz. LSD) učinkuje na organizem, deluje na biološke tarče, ki so lahko: celične membrane, encimi, strukturne beljakovine, ionski kanali, receptorji (npr., LSD deluje na nekatere serotoninske receptorje), idr..

12.) Agonisti so spojine, ki se vežejo na receptor in ga aktivirajo.

13.) Antagonisti so spojine, ki se vežejo na receptor in preprečijo njegovo aktivacijo.

14.) Serotonin je amin, ki ima v človeškem organizmu vlogo tkivnega hormona in živčnega prenašalca.

15.) Aminokislinski preostanek ali aminokislinski ostanek je kar ostane od aminokisline, ko se odcepi molekula vode pri nastanku peptidne vezi. Do tvorbe peptidnih vezi pride, ko se iz aminokislin tvorijo beljakovine (npr. 5-HT2A).

16.) 4.5 ng/mL smo pretvorili v enote v katerih so podane vrednosti Ki, to je nM oz. nanomol/L (enota množinske koncentracije).

17.) [³H]-LSD je LSD v katerem je nekaj vodika zamenjanega z njegovim izotopom tritijem. Tritij, je radioativen izotop vodika. Izotopi posameznega elementa imajo skoraj enake kemijske lastnosti. Torej, kemijske latnosti tritija so skoraj enake kemijskim latnostim navadnega vodika. Če del elementov v biološko aktivni spojini zamenjamo z njihovimi izotopi se njena biološka aktivnost načeloma ne spremeni opazno in tudi [³H]-LSD ohrani svojo biološko delovanje. Zaradi radioaktivnosti pa omogočajo takšne spojine zelo natančne meritve nekaterih farmakoloških lastnosti.

18.) Po vezavi na receptor, molekula LSD ostane vezana na receptor v povprečju toliko časa.

Napisal: B.Psihedelično Društvo Slovenije, 2017