Charakterystyczne niebieskie tabletki wprowadzone na rynek pod koniec lat 90. można uznać za jeden z leków, który zrobił największą furorę w historii farmakologii. Wszystko za sprawą zawartej w nim substancji czynnej – cytrynianu sildenafilu, który wspomaga utrzymanie erekcji u mężczyzn. Stosowany jest też w leczeniu pierwotnego nadciśnienia płucnego. Główny mechanizm działania opiera się na inhibicji PDE5 (fosfodiesterazy) i w efekcie akumulacji cGMP (cyklicznego guanozyno-3’5’-monofosforanu) w komórkach, który jest drugorzędowym przekaźnikiem zaangażowanym w wiele szlaków wewnątrzkomórkowego przekazywania sygnału. Aż dziw bierze, dlaczego świat nauki dopiero od niedawna zaczyna odkrywać wpływ sildenafilu na inne typy komórek i narządów, w tym na mózg. Dotychczas opublikowane prace przedstawiają bardzo obiecujące wyniki, sugerując wykorzystanie inhibitorów PDE5 w chorobach neurodeneracyjnych, autoimmunologicznych czy sercowo-naczyniowych. Udowodniono wpływ sildenafilu na angiogenezę, aktywację płytek krwi, a także produkcję cytokin prozapalnych i przeciwciał (Kniotek, Boguska, 2017) .

Znaczenie astrocytów

Jeśli chodzi o mózg, to działanie Viagry powszechnie łączy się z funkcją astrocytów. Nie powinno to dziwić w czasach, gdy coraz większą uwagę przykłada się do udziału gleju, w szczególności astrocytów, w modulowanie procesów związanych z demielinizacją i odpowiedzią immunologiczną. Prowadzi to do uznania ich za głównych podejrzanych takich chorób jak Parkinson, Alzheimer i stwardnienie rozsiane. Odkrycie przez Stevena J. Smitha zjawiska fal wapniowych w astrocytach tylko rozbudziło apetyty naukowców. Otóż w normalnych warunkach poziom jonów wapniowych w cytoplazmie jest niski, znajdują się one w przestrzeni pozakomórkowej, siateczce śródplazmatycznej i innych organellach. Smith odkrył natomiast, że w astrocytach pod wpływem bodźców mechanicznych, ATP lub glutaminianu może dochodzić do oscylacyjnego wzrostu stężenia tych jonów. Co więcej, ten stan może rozprzestrzeniać się nie tylko po całej komórce, ale także pomiędzy komórkami. Pozwoliło to wysnuć przypuszczenia, że astrocyty tworzą komplementarną do sieci nerwowej drogę przekazywania informacji, w której sygnałem są właśnie fale wapniowe. Choć ta teoria napotkała duży sceptycyzm i w tym momencie jest poważnie weryfikowana – dla przykładu odkryto kilka rodzajów fal w zależności od miejsca powstania w komórce (Shigetomi, 2013) – to niewątpliwie stanowi ważny mechanizm, tłumaczący wielu procesów zachodzących w mózgu.

Ale jak to ma się do sildenafilu?

Mechanizm działania sildenafilu w astrocytach powinien być taki sam jak w innych komórkach, czyli prowadzić do akumulacji cGMP. Dzięki temu możliwa jest regulacja aktywności pompy sodowo-potasowej, a co za tym idzie – wpływ na fale wapniowe i dynamikę cytoszkieletu. Zespół prowadzony przez Anę de Santana Nunes (2016) postanowił to sprawdzić. Zmiany w przepływie jonów wapniowych i dynamice szkieletu aktynowego pod wpływem indukcji stanu zapalnego potraktowano jako parametr, który może uwidocznić wpływ sildenafilu na astrocyty.

Eksperymenty przeprowadzono na hodowlach astrocytów pozyskanych z kory mózgowej szczurów. Stan zapalny był imitowany przez inkubację komórek w LPS (lipopolisacharydzie), który jest endotoksyną, jednym ze składników błony komórkowej bakterii Gram-ujemnych i cyjanobakterii. Hodowle astrocytarne podzielono na dwie grupy (A i B), żeby zbadać efekt związany kolejno z prewencją (dodanie sildenafilu przed inkubacją w LPS) i odbudową (dodanie sildenafilu po inkubacji w LPS). Manipulowano także dawką sildenafilu: 1 lub 10 μM. Bodźcem wywołującym przepływ jonów wapnia było ATP. Po rejestracji komórki wybarwiono, aby potwierdzić obecność astrocytów, uwidocznić jądra komórkowe i włókna aktynowe.

Wyniki

Inkubacja w LPS wywołała bardziej oscylacyjny i zwiększony przepływ wapnia w porównaniu do grupy kontrolnej. Dodanie sildenafilu zarówno w grupie A, jak i B zmniejszyło odpowiedź wapniową w porównaniu do grupy inkubowanej tylko w LPS. Podana dawka nie miała znaczenia. Wyniki te świadczą o neuroprotekcyjnym wpływie tego związku na astrocyty. Znalazło to potwierdzenie w obrazach mikroskopowych. Komórki inkubowane w LPS wykazywały zaburzoną morfologię i dezorganizację włókien aktynowych w porównaniu do kontroli. Sildenafil w obu grupach odwrócił ten efekt. Zarówno ułożenie włókien, jak i morfologia nie odbiegały znacznie od normy.

Ten eksperyment nie tylko pokazał, że astrocyty mogą być komórkami docelowymi dla sildenafilu. Potwierdził także wcześniejsze badania, podkreślając jego rolę w zwalczaniu procesów zapalnych. Możliwość wpływania na transmisję wapniową między astrocytami chroni komórki przed nadmierną pobudliwością oraz – patrząc na ich udział w tworzeniu synaps, czy bariery krew-mózg – niesie za sobą dalsze skutki w postaci regulacji metabolizmu neuronów czy decydowaniu o ich przeżywalności. Sildenafil działa pozytywnie nie tylko na same astrocyty, ale wtórnie także na interakcje astrocyty–neurony. Potwierdzają to badania na zwierzętach: sildenafil skutecznie redukował apoptozę w mózgu, deficyty pamięci, a także sprzyjał regeneracji i neurogenezie po udarach.

Po indukcji stanu zapalnego zaobserwowano także zaburzoną morfologię astrocytów. Jak to działa? Utrzymanie struktury szkieletu aktynowego jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórek i utrzymania ich polarności. Na przykład ankyryna B odpowiada za wiązanie pompy sodowo-potasowej i receptora IP₃ do aktyny. Pozwala to na tworzenie mikrodomen regulujących homeostazę wapnia w astrocytach. Pod wpływem stanu zapalnego ich struktura zostaje zaburzona. De Santana Nunes sugeruje mechanizm działania sildenafilu albo przez już wspomniane bezpośrednie działanie na pompę sodowo-potasową, albo pośrednio przez akumulację cGMP i aktywację PKG (kinaza białkowa zależna od cGMP), która reguluje przepływ wapnia. Rozstrzygnięcie tego problemu wymaga jednak dalszych badań.

Zupełnie inną kwestią jest to, czy dobroczynne działanie sildenafilu rzeczywiście stanowi wynik pokonania bariery krew-mózg i jego interakcji z komórkami w układzie nerwowym, czy może działa on przez jakiś inny, pośredni mechanizm. Dodatkowego smaczku sprawie dodaje fakt, że sildenafil ma inne działanie u ludzi i zwierząt (Kniotek, Boguska, 2017). Co więcej, różnica pojawia się nawet w przypadku eksperymentów przeprowadzanych tylko na samcach bądź samicach. Może dlatego, mimo wielkich nadziei, leki oparte na inhibicji PDE5 nie mogą przejść faz testów klinicznych.

Na podstawie:

de Santana Nunes, A., K., Rapôso, C.,  Björklund, U., da Cruz-Höfling, M., A., Peixoto C., A., and Hansson, E., “Sildenafil (Viagra) Prevents and Restores LPS-induced Inflammation in Astrocytes”, Neuroscience Letters, 2016.

Pozostałe:

Kniotek M., Boguska A., “Sildenafil Can Affect Innate and Adaptive Immune System in Both Experimental Animals and Patients”,  Journal of Immunology Research,  2017.

Shigetomi E., et al., “Imaging Calcium Microdomains within Entire Astrocyte Territories and Endfeet with GCaMPs Expressed Using Adeno-associated Viruses”, Journal of General Physiology, 2013.