Generale
I recettori muscarinici che rispondono al legante naturale acetilcolina hanno una distribuzione tissutale diffusa e sono coinvolti nel controllo di numerose risposte fisiologiche centrali e periferiche, oltre ad essere un importante bersaglio farmacologico nella malattia umana. È noto da tempo che questa famiglia di recettori accoppiati alla proteina G è composta da cinque membri designati M1-M5 . La famiglia genica nel suo complesso mostra 26.,identità aminoacidica complessiva del 3%, con la variazione tra i sottotipi recettoriali vista in gran parte all’interno dei loop intracellulari. Il terzo ciclo intracellulare è particolarmente variabile, mostrando solo il 2,7% di identità tra i recettori, rispetto a una media del 66% di identità trovata nei domini transmembrana conservati. Classicamente questi recettori sono suddivisi in due grandi gruppi in base alla loro efficienza di accoppiamento primaria alle proteine G., Quindi, i recettori M2 e M4-muscarinici sono in grado di accoppiarsi alle proteine Gi/o sensibili alla tossina pertusiss e i recettori M1, M3 e M5-muscarinici si accoppiano alle proteine Gq/11 . È, tuttavia, chiaro che la famiglia del ricevitore muscarinico può accoppiarsi ad una vasta gamma di vie diverse di segnalazione, alcune di cui sono mediate dalle G-proteine ed altre che sono G-proteina-indipendenti .
Farmacologia dei recettori muscarinici
La tasca di legame ortosterico della famiglia dei recettori muscarinici è altamente conservata, rendendo molto difficile lo sviluppo di agonisti e antagonisti specifici del sottotipo., La tabella 1 mostra le affinità di legame di alcuni dei ligandi del recettore muscarinico più utilizzati e sottolinea la modesta entità della specificità del sottotipo di questi agenti. Nel caso della pirenzepina , ad esempio, questo antagonista ha una selettività di 44 volte per il recettore M1-muscarinico rispetto a M2, ma solo una selettività di 17,9 e 3,5 volte per i sottotipi del recettore M3 e M4-muscarinico rispettivamente . Allo stesso modo, la darifenacina, che è ampiamente considerata come selettiva M3 ed è approvata per uso clinico nel trattamento della vescica iperattiva, ha una selettività ≤10 volte rispetto ai recettori M1/M4/M5 .,
I tentativi di generare nuovi ligandi muscarinici si sono recentemente concentrati sullo sviluppo di regolatori allosterici che agiscono in siti non conservati e quindi offrono la prospettiva della selettività del sottotipo . Mirando ai siti allosterici dei recettori muscarinici, contenuti nelle anse extracellulari e nelle regioni extracellulari delle eliche transmembrane, i modulatori allosterici sono in grado di regolare l’affinità di legame dei ligandi nel sito ortosterico., Ad esempio, in presenza del modulatore allosterico tiocromo l’affinità dell’acetilcolina al recettore M4-muscarinico è aumentata, ma l’affinità dell’acetilcolina per gli altri sottotipi del recettore muscarinico non è influenzata . Inoltre, sono stati riportati agonisti selettivi del sottotipo, che si legano e attivano il recettore attraverso domini di legame distinti dal sito di legame ortosterico. Questi includono gli agonisti allosterici altamente M1-selettivi AC-42 e TBPB ., Questi nuovi agonisti hanno un notevole potenziale terapeutico, ma il modo in cui le loro proprietà di segnalazione si confrontano con gli agenti ad azione ortosterica sta solo iniziando a essere esplorato .
Quindi, il potenziale beneficio terapeutico dei modulatori / agonisti allosterici è che mostrano la selettività del sottotipo in un modo che non è ottenibile con i ligandi ortosterici. Inoltre, i modulatori allosterici che agiscono regolando l’affinità del ligando naturale avranno il potenziale per essere attivi solo quando e dove è presente l’acetilcolina e quindi ridurre i potenziali effetti collaterali .,
Ruolo fisiologico del recettore muscarinico
Il ruolo dei recettori muscarinici nella contrazione della muscolatura liscia, in particolare delle vie aeree, ileo, iride e vescica, sono considerati una risposta muscarinica classica mediata principalmente dai recettori M3-muscarinici espressi sulle cellule muscolari lisce . Co-espresso con i recettori M3-muscarinici nella muscolatura liscia è una popolazione spesso più grande di recettori M2-muscarinici che sembrano svolgere un ruolo molto più piccolo nella risposta contrattile della muscolatura liscia ., Al contrario, i recettori M2-muscarinici espressi nel cuore hanno un ruolo profondo nel controllo della contrazione del miocita cardiaco . Qui il rilascio di acetilcolina dai neuroni parasimpatici vagali riduce la frequenza di battito cardiaco quasi esclusivamente agendo sui recettori M2-muscarinici . La secrezione esocrina, in particolare della saliva, e come mostrato più recentemente , l’insulina, è principalmente mediata dai recettori M3-muscarinici con un ruolo minore svolto dai recettori M1 in particolare nella salvezza .,
La generazione di topi knockout del recettore muscarinico transgenico, in cui i geni M1-M5 sono stati ablati, ha rivelato numerose nuove funzioni del recettore muscarinico . I topi knockout del recettore muscarinico sono vitali e fertili senza grandi difetti fisiologici, consentendo lo studio del ruolo fisiologico di questi recettori nei topi adulti in vivo. Particolarmente intriganti sono stati i numerosi fenotipi comportamentali e neurologici osservati, rivelando l’importante ruolo neuromodulatorio svolto da questa famiglia di recettori., I topi knockout del recettore M1-muscarinico dimostrano un marcato aumento dell’attività locomotoria , che è stato suggerito per avere un impatto sulla memoria e sull’apprendimento e possono fornire un modello per i deficit di apprendimento in condizioni come il disturbo da deficit di attenzione e iperattività . Ulteriori fenotipi locomotori sono stati osservati negli animali knockout del recettore M4-muscarinico, dove si pensa che questo sottotipo recettoriale medi un effetto inibitorio sull’attività locomotoria mediata dalla dopamina striatale ., I recettori M2-muscarinici espressi nei centri termoregolatori dell’ipotalamo sono probabilmente coinvolti nella regolazione della temperatura corporea , mentre i recettori M3-muscarinici sono stati segnalati per modulare l’appetito mediante la regolazione dei neuroni dell’ormone concentrato di melanina (MCH) nel centro di alimentazione ipotalamico .,
I recettori muscarinici come bersagli farmacologici
In linea con una maggiore comprensione del ruolo neuromodulatorio dei recettori muscarinici è venuta una maggiore attenzione alla possibilità che questa famiglia di recettori possa essere un efficace bersaglio terapeutico in un certo numero di malattie neurologiche e psichiatriche . Storicamente questa attenzione si è concentrata sulla malattia di Alzheimer, che è associata a una perdita di innervazione colinergica nella corteccia cerebrale e nell’ippocampo, ed è attualmente trattata migliorando la trasmissione colinergica attraverso l’inibizione farmacologica dell’attività della colinesterasi., Considerando che per molti anni questo trattamento è stato pensato per avere i suoi effetti benefici dalla stimolazione del sottotipo del recettore M1-muscarinico, il lavoro sui topi knockout del recettore M1 ha suggerito che questo sottotipo del recettore potrebbe non svolgere un ruolo così importante nella cognizione come si pensava in precedenza . Pertanto, nuovi farmaci anti-Alzheimer che mirano ad altri sottotipi di recettori muscarinici, come i recettori M2 -, M4-e M5-muscarinici, sono ora presi in considerazione in modo più intenso., È interessante notare che la modulazione del recettore muscarinico della trasmissione dopaminergica ha fornito l’impulso per lo sviluppo dei ligandi del recettore muscarinico nel trattamento della schizofrenia e del morbo di Parkinson . In entrambi i casi l’attenzione si è concentrata sui recettori M1 e M4-muscarinici, dove è stato indicato che gli agonisti a questi recettori possono essere utili nella schizofrenia e che gli antagonisti possono essere utili nella malattia di Parkinson.,
Oltre al potenziale terapeutico di colpire specifici recettori muscarinici nei disturbi del SNC, esiste ancora un notevole potenziale terapeutico nello sviluppo di ligandi muscarinici verso i più classici bersagli di malattia centrati sul muscarinico. Ad esempio, nel caso della broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e dell’asma , che sono attualmente trattati con gli antagonisti muscarinici non selettivi ipratropio e tiotropio, potrebbe esserci un significativo beneficio clinico derivato dallo sviluppo di ligandi selettivi del recettore M2 e M3-muscarinico., Allo stesso modo, nella vescica iperattiva, una migliore selettività dei ligandi del recettore muscarinico contribuirebbe a ridurre gli effetti collaterali indesiderati . La tabella 2 (adattata da ref ) fornisce un elenco delle potenziali applicazioni terapeutiche di composti che mirano specificamente ai sottotipi dei recettori muscarinici.
