Гамк и ее роль в регуляции тонуса дыхательных путей

В литературе описана высокая распространенность сочетания обструктивной патологии верхних и нижних дыхательных путей, основными из которой является бронхиальная астма (БА), синдром обструктивного апноэ сна (СОАС), хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ). Так, по результатам мета-анализа средняя распространённость СОАС среди больных БА приближается к 50%. Шанс наличия СОАС у больных БА в 2,64 95%ДИ (1,76; 3,52) раза выше, по сравнению с лицами, у которых БА отсутствует (p<0,001). Распространенность ХОБЛ с СОАС трудно оценить. Исследование, проведенное в Европе, показало, что около 1% от общей численности населения и 9,2% пациентов с СОАС имели ХОБЛ по результатам спирометрии. Такая высокая распространенность сочетанного течения говорит о наличии патофизиологического сопряжения данных патологий, которое еще только предстоит раскрыть. Наиболее очевидным общим патогенетическим звеном указанных расстройств могут быть генетически обусловленные нарушения, возникающие на рецепторном уровне. Известно несколько нейропептидных систем, контролирующих тонус мышц дыхательных путей, одна из которых ГАМКергическая. В данном обзоре мы описали распространенность ГАМКергической передачи, её роль в регуляции тонуса дыхательной мускулатуры, локализацию и функциональное значение ГАМК рецепторов, не только в центральной нервной системе, но и в респираторном эпителии и гладкой мускулатуре респираторного тракта. Таким образом, дисбаланс в нейромедиаторной системе может приводить к развитию обструктивных заболеваний как верхних, так и нижних дыхательных путей. Кроме того, ГАМКергические рецепторы могут быть очевидной мишенью при лечении обструктивных заболеваний дыхательных путей.

1. Alexander S.P.H., Mathie A., Peters J.A. Ligand-Gated Ion Channels // Br. J. Pharmacol. 2011. Vol.164, Suppl.1. P. 115-135. doi: 10.1111/j.1476-5381.2011.01649_4.x

2. Purves D., Augustine G.J., Fitzpatrick D., Katz L.C., LaMantia A.S., McNamara J.O., Williams S.M. Neuroscience. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates, 2001. 681 p.

3. Awapara J., Landua A.J., Fuerst R., Seale B. Free gamma-aminobutyric acid in brain // J. Biol. Chem. 1950. Vol.187, №1. P.35-39.

4. Roberts. E., Frankel S., Harman P. J. Amino acids of nervous tissue // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1950. Vol.74, №2. P.383-387.

5. Bazemore A., Elliott K.A., Florey E. Factor I and gamma-aminobutyric acid // Nature. 1956. Vol.178, №4541. P. 1052-1053. doi: m.m38/1781052a0

6. Bazemore A.W., Elliot K.A., Florey E. Isolation of factor I // J. Neurochem. 1957. Vol.1, №4. P.334-339.

7. Kravitz E.A., Kuffler, S.W., Potter D.D. Gamma-aminobutyric acid and other blocking compounds in Crustacea. III. Their Relative Concentrations in Separated Motor and Inhibitory Axons // J. Neurophysiol. 1963. Vol.26. P.739-751. doi: 10.1152/jn.1963.26.5.739

8. Otsuka M., Iversen, L.L., Hall Z.W., Kravitz E.A. Release of gamma-aminobutyric acid from inhibitory nerves of lobster // Proc. Natl. Acad. Sci. 1966. Vol.56, №4. R1110-1115. doi: 10.1073/pnas.56.4.1110

9. Krnjevic K., Schwartz S. The action of gamma-aminobutyric acid on cortical neurones // Exp. Brain Res. 1967. Vol.3, №4. P.320-336. doi: 10.1523/JNEUROSCI.07-05-01503.1987

10. Hendry S.H., Schwark H.D., Jones E.G., Yan J. Numbers and proportions of GABA-immunoreactive neurons in different areas of monkey cerebral cortex // J. Neurosci. 1987. Vol.7, №5. P.1503-1519. doi: 10.1523/JNEUROSCI.07-05-01503.1987

11. Beaulieu C. Numerical data on neocortical neurons in adult rat, with special reference to the GABA population // Brain Res. 1993. Vol.609, №1-2. P.284-292. doi: 10.1016/0006-8993(93)90884-p

12. Dykes R.W., Landry P., Metherate R., Hicks T.P. Functional role of GABA in cat primary somatosensory cortex: shaping receptive fields of cortical neurons // J. Neurophysiol. 1984. Vol.52, №6. P.1066-1093. doi: 10.1152/jn.1984.52.6.1066

13. Bolz J., Gilbert C.D. Generation of end-inhibition in the visual cortex via interlaminar connections // Nature 1986. Vol.320, №6060. P.362-365. doi:10.1038/320362a0

14. Connors B.W., Malenka R.C., Silva L.R. Two inhibitory postsynaptic potentials, and GABAA and GABAB receptor-mediated responses in neocortex of rat and cat // J. Physiol. 1988. Vol.406. P.443-468. doi: 10.1113/jphysiol.1988.sp017390

15. Bernard C., Cossart R., Hirsch J.C., Esclapez M., Ben-Ari Y. What is GABAergic inhibition? How is it modified in epilepsy? // Epilepsia. 2000. Vol.41, №6. P.90-95. doi: 10.1111/j.1528-1157.2000.tb01564.x

16. Tepper J. M., Abercrombie E.D., Bolam J.P. Basal ganglia macrocircuits // Prog. Brain Res. 2007. Vol. 160. P.3-7. doi: 10.1016/S0079-6123(06)60001-0

17. Hoover J.E., Strick P.L. Multiple output channels in the basal ganglia // Science. 1993. Vol.259, №5096. P.819-821. doi: 10.1126/science.7679223

18. Sommer M. A. The role of the thalamus in motor control // Curr. Opin. Neurobiol. 2003. Vol.13, №6. P.663-670. doi: 10.1016/j.conb.2003.10.014

19. Hikosaka O. GABAergic output of the basal ganglia // Prog. Brain Res. 2007. Vol.160. P.209-226. doi: 10.1016/S0079-6123(06)60012-5

20. Siegel G.J., Agranoff B.W., Albers R.W. Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects. 6th edition. Philadelphia: Lippincott-Raven; 1999. 1200 p.

21. Kaufman D.L., Houser C.R., Tobin A.J. Two forms of the gamma-aminobutyric acid synthetic enzyme glutamate decarboxylase have distinct intraneuronal distributions and cofactor interactions // J. Neurochem. 1991. Vol.56, №2. P.720-723. doi: 10.1111/j.1471-4159.1991.tb08211.x

22. Kanaani J., Lissin D., Kash S. F., Baekkeskov S. The Hydrophilic Isoform of Glutamate Decarboxylase, GAD67, Is Targeted to Membranes and Nerve Terminals Independent of Dimerization With the Hydrophobic Membrane-Anchored Isoform, GAD65 // J. Biol. Chem. 1999. Vol.274, №52. P.37200-37209. doi: 10.1074/jbc.274.52.37200

23. Fykse E.M., Fonnum F. Uptake of gamma-aminobutyric acid by a synaptic vesicle fraction isolated from rat brain // J. Neurochem. 1988, Vol.50, №4. P.1237-1242. doi: 10.1111/j.1471-4159.1988.tb10599.x

24. Kish P.E., Fischer-Bovenkerk C., Ueda T. Active transport of gamma-aminobutyric acid and glycine into synaptic vesicles // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1989. Vol.86, №10. P.3877-3881. doi: 10.1073/pnas.86.10.3877

25. Hell J.W., Maycox P.R., Jahn R. Energy dependence and functional reconstitution of the gamma-aminobutyric acid carrier from synaptic vesicles // J. Biol. Chem. 1990. Vol.265, №4. P.2111-2117.

26. Gasnier B. The loading of neurotransmitters into synaptic vesicles // Biochimie. 2000. Vol.82, №4. P.327-337. doi: 10.1016/s0300-9084(00)00221-2

27. Aubrey K.R. Presynaptic control of inhibitory neurotransmitter content in VIAAT containing synaptic vesicles // Neurochem. Int. 2016. Vol.98. P.94-102. doi: 10.1016/j.neuint.2016.06.002

28. Lodish H., Berk A., Zipursky S.L. Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W.H. Freeman; 2000. 1184 p.

29. Jin Xiao-Tao, Galvan A., Wichmann T., Smith Y Localization and Function of GABA Transporters GAT-1 and GAT-3 in the Basal Ganglia // Syst. Neurosci. 2011. Vol.5. P.63. doi: 10.3389/fnsys.2011.00063

30. Besedovsky H.O., Rey A.D. Physiology of Psychoneuroimmunology: A Personal View // Brain. Behav. Immun. 2007. Vol.21, №1. P.34-44. doi: 10.1016/j.bbi.2006.09.008

31. Melone M., Ciappelloni S., Conti F. Plasma membrane transporters GAT-1 and GAT-3 contribute to heterogeneity of GABAergic synapses in neocortex // Front. Neuroanat. 2014. Vol.8. P.72. doi: 10.3389/fnana.2014.00072

32. Zhou Y., Danbolt N. GABA and Glutamate Transporters in Brain // Front. Endocrinol. 2013. Vol.4. P.165. doi: 10.3389/fendo.2013.00165

33. Beenhakker M.P., Huguenard J.R. Astrocytes as Gatekeepers of GABAB Receptor Function // J. Neurosci. 2010. Vol.30, №45. P15262-15276. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3243-10.2010

34. Schousboe A., Waagepetersen H.S. GABA: homeostatic and pharmacological aspects // Prog. Brain Res. 2007. Vol.160. P.9-19. doi: 10.1016/S0079-6123(06)60002-2

35. Osawa Y, Xu D., Sternberg D., Sonett J.R., D'Armiento J., Panettieri R.A., Emala C.W. Functional expression of the GABAB receptor in human airway smooth muscle // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2006. Vol.291, №5. P.923-931. doi: 10.1152/ajplung.00185.2006/

36. White J.H., McIllhinney R.A., Wise A., Ciruela F., Chan W.Y, Emson P.C., Billinton A., Marshall F.H. The GABAB receptor interacts directly with the related transcription factors CREB2 and ATFx // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2000. Vol.97, №25. P.13967-13972. doi: 10.1073/pnas.240452197

37. Bensmail D., Marquer A., Roche N., Godard A., Lofaso F., Quera-Salva M. Pilot study assessing the impact of intrathecal baclofen administration mode on sleep-related respiratory parameters // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2012. Vol.93, №1. P.96-99. doi: 10.1016/j.apmr.2011.08.020

38. Ong J., Kerr D. GABA-receptors in peripheral tissues // Life Sci. 1990. Vol.46, №21. P.1489-1501. doi:10.1016/0024-3205(90)90421-m

39. Chapman R.W., Hey J.A., Rizzo C.A., Bolser D.C. GABAB receptors in the lung // Trends Pharmacol. Sci. 1993. Vol.14, №1. P.26-29. doi:10.1016/0165-6147(93)90110-6

40. Perez Fontan J.J., Velloff C.R. Neuroanatomic organization of the parasympathetic bronchomotor system in developing sheep // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 1997. Vol.273, №1. P.121-133. doi: 10.1152/ajpregu.1997.273.1.R121

41. Moore C.T., Wilson C.G., Mayer C.A., Acquah S.S., Massari VJ., Haxhiu M.A. A GABAergic inhibitory microcircuit controlling cholinergic outflow to the airways // J. Appl. Physiol. 2004. Vol.96, №1. P.260-270. doi: 10.1152/jappl-physiol.00523.2003

42. Akinci M.K., Schofield P.R. Widespread expression of GABA(A) receptor subunits in peripheral tissues // Neurosci. Res. 1999. Vol.35, №2. P.145-153. doi: 10.1016/s0168-0102(99)00078-4

43. Calver A.R., Medhurst A.D., Robbins M.J., Charles K.J., Evans M.L., Harrison D.C., Stammers M., Hughes S.A., Hervieu G., Couve A., Moss S.J., Middlemiss D.N., Pangalos M.N. The expression of GABA(B1) and GABA(B2) receptor subunits in the CNS differs from that in peripheral tissues // Neuroscience. 2000. Vol.100, №1. P.155-170. doi: 10.1016/s0306-4522(00)00262-1

44. Kotlikoff M.I, Kamm K.E. Molecular Mechanisms of Beta-Adrenergic Relaxation of Airway Smooth Muscle // Annu. Rev. Physiol. 1996. Vol.58. P.115-141. doi: 10.1146/annurev.ph.58.030196.000555

45. Chapman R.W., Danko G., Rizzo C., Egan R.W., Mauser P.J., Kreutner W. Prejunctional GABA-B inhibition of cholinergic, neurallymediated airway contractions in guinea-pigs // Pulm. Pharmacol. 1991. Vol.4, №4. P.218- 224. doi: 10.1016/0952-0600(91)90014-T

46. Tohda Y, Ohkawa K., Kubo H., Muraki M., Fukuoka M., Nakajima S. Role of GABA receptors in the bronchial response: studies in sensitized guinea-pigs // Clin. Exp. Allergy. 1988. Vol.28, №6. P.772-777. doi: 10.1046/j.1365-2222.1998.00289.x

47. Dicpinigaitis P.V. Effect of the GABA-agonist baclofen on bronchial responsiveness in asthmatics.// Pulm. Pharmacol. Ther. 1999. Vol.12, №4. P.257-260. doi: 10.1006/pupt.1999.0205

48. Billington C.K., Hall I.P., Mundell S.J., Parent J.L., Panettieri R.A.Jr., Benovic J.L., Penn R.B. Inflammatory and contractile agents sensitize specific adenylyl cyclase isoforms in human airway smooth muscle // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 1999. Vol.21, №5. P.597-606. doi: 10.1165/ajrcmb.21.5.3759

49. Osawa Y, Xu D., Sternberg D., Sonett J.R., D'Armiento J., Panettieri R.A., Emala C.W. Functional expression of the GABAB receptor in human airway smooth muscle // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2006. Vol.291, №5. P.923-931. doi: 10.1152/ajplung.00185.2006

50. Xiang Y.Y, Wang, S., Liu M., Hirota, J.A., Li J., Ju, W., Lu, W.-Y. A GABAergic system in airway epithelium is essential for mucus overproduction in asthma // Nat. Med. 2007. Vol.13, №7. P.862-867. doi: 10.1038/nm1604

51. Olianas M.C., Onali P. GABA(B) Receptor-Mediated Stimulation of Adenylyl Cyclase Activity in Membranes of Rat Olfactory Bulb // Br. J. Pharmacol. 1999. Vol.126, №3. P.657-664. doi: 10.1038/sj.bjp.0702349