Строение молекулы ботулотоксина и механизм действия
Активная форма молекулы BoNT-A включает в себя две белковых цепи: одну тяжелую и одну легкую.
Цепи соединены друг с другом дисульфидной связью:
легкая цепь – цинк-зависимая эндопептидаза; токсичная фракция молекулы разрушает один из транспортных белков (SNAP 25), блокирует высвобождение ацетилхолина, прерывая передачу нервного импульса и приводя к состоянию обратимой локальной миорелаксации (молекулярный вес 50 kDa);
тяжелая цепь – имеет высокое сродство к специфическим рецепторам на пресинаптической мембране, обеспечивает быстрое и специфическое связывание ботулотоксина с рецепторами на плазматической мембране холинергических аксонов (молекулярный вес 100 kDa) (рисунок 1).
Рисунок 1. Структура молекулы ботулотоксина типа А
Механизм действия всех типов ботулинического токсина заключается в пресинаптической блокаде транспортных белков, обеспечивающих транспорт везикул ацетилхолина через кальциевые каналы нервной терминали периферического холинергического синапса с последующим выбросом ацетилхолина в синаптическую щель. Ацетилхолин является медиатором в синапсах парасимпатической нервной системы, некоторых синапсах ЦНС, в соматических двигательных и преганглионарных симпатических нервных окончаниях. Холинорецепторы находятся в скелетных и гладких мышцах, внутренних органах, симпатических и парасимпатических ганглиях. Особым видом холинорецепторов являются N-холинорецепторы афферентных окончаний, расположенных в вегетативных ганглиях, где они, по существу, становятся рецепторами сенсорного волокна.
Внутримышечная инъекция ботулотоксина инициирует прямое ингибирование альфа-мотонейронов на уровне нервно-мышечного синапса и ингибирование гамма-мотонейронного холинергического синапса на интрафузальном волокне. Клинически это проявляется в выраженном расслаблении инъецированных мышц и значительном уменьшении боли в них. При внутрикожной инъекции развивается блокада постганглионарных симпатических нервов н 6–8 месяцев и прекращается потоотделение.
Механизм действия реализуется в 4 этапа:
1. Связывание тяжелой цепи нейротоксина с пресинаптической мембраной.
2. Поглощение (интернализация) нейротоксина нервной терминалью путем эндоцитоза с образованием мембранного пузырька.
>3. Высвобождение из мембранного пузырька легкой цепи и прохождение ее через мембрану за счет изменения свойств ионных каналов при взаимодействии с мембраной аминового конца тяжелой цепи нейротоксина (мембранная транслокация).
4. Воздействие легкой цепи на транспортный белок SNAP-25, позволяющее избежать формирования транспортного комплекса и соединения синаптического пузырька, содержащего ацетилхолин, с пресинаптической мембраной.
Процесс реиннервации происходит в течение 3–4 месяцев. Возобновление передачи нервного импульса осуществляется по мере формирования новых нервно-мышечных контактов (моторных синаптических бляшек). Реиннервация ведет к восстановлению клинических симптомов, но в меньшем объеме.
В ответ на денервацию начинают развиваться новые отростки и образовываться новые нервно-мышечные соединения (синапсы), этот процесс называется спраутинг (от англ. to sprout — пускать ростки, ветвиться).
Восстановление передачи нервного импульса происходит постепенно по мере образования новых нервных окончаний и восстановления контактов с постсинаптической мембраной (рисунок 2).
Рисунок 2. Спраутинг
Ботулинические (БТ) препараты
В 2009 году FDA утвердило новые названия для нескольких препаратов BoNT-A и BoNT-В:
- Onabotulinumtoxin A (Botox);
- Abobotulinumtoxin A (Dysport);
- Incobotulinumtoxin A (Xeomin);
- Rimabotulinumtoxin B (Myobloc).
Официальная регистрация первого препарата BoNT-A – Ботокса – произошла в США в 1989 г. (в РФ – в 1994);
Диспорта – в Великобритании в 1989 г. (в РФ – в 1999 г. );
Лантокса – в Китае в 1997 г. (в РФ – в 2008 г. );
Ксеомина – в Германии в 2005 г. (в РФ – в 2008 г. );
Релатокса – в РФ в 2013г;
Ботулакса – в Южной Корее (в РФ – в 2016 г. ).
Единица активности:
1 ЕД – представляет собой количество токсина, которое при внутрибрюшинном введении убивает 50% животных в группе из 18–20 мышей (LD50 – это смертельная доза, убивающая 50% мышей).
LD50 ботулинического токсина типа А для 70-килограммового взрослого мужчины составляет 2500–3000 U (35–40 ЕД/кг).
Минимальная летальная доза ботулинического токсина типа B у обезьян — 2400 ЕД/кг.
1 нанограмм токсина содержит приблизительно 20 ЕД Ботокса (т. е. 1 ЕД Ботокса равна приблизительно 0,05 нанограмм токсина).
70 нанограмм ботулинического токсина является смертельной дозой для взрослого человека.