Серотонин
Серотони́н [3-(2-аминоэтил)-5-гидроксииндол, 5-гидрокситриптамин], биогенный амин, нейромедиатор, гормон. Образуется из аминокислоты триптофана. Служит медиатором (в серотонинергических нейронах) у турбеллярий, аннелид, моллюсков, членистоногих и часто играет основную роль в механизме активации различных форм моторики (локомоция, жевание и др.). У позвоночных отростки серотонинергических нейронов иннервируют обширные области центральной нервной системы (ЦНС), участвуя в регуляции многих форм поведения, процессов сна, терморегуляции и др. Гормональный серотонин выделяется энтерохромаффинными клетками желудочно-кишечного тракта (около 90 %), тромбоцитами и другими клеточными структурами; он регулирует моторику желудочно-кишечного тракта, выделение слизи и другие функции, препятствует кровопотере. Первоначально открыт в 1937 г. итальянским химиком и фармакологом В. Эрспамером как фактор, стимулирующий работу кишечника.
Цикл серотонина
В ЦНС серотонин вырабатывается нейронами, расположенными в ядрах шва в стволе головного мозга. Серотонин синтезируется в два этапа из триптофана (Kanova. 2021) – незаменимой аминокислоты, получаемой из пищи. Первым и лимитирующим ферментативным этапом является гидроксилирование триптофангидроксилазой (в ЦНС работает триптофангидроксилаза 2-го типа) с образованием 5-гидрокситриптофана. Следующим шагом является превращение 5-гидрокситриптофана в 5-гидрокситриптамин – серотонин – декарбоксилазой ароматической L-аминокислоты.
Затем серотонин упаковывается в везикулы везикулярным переносчиком моноаминов. Секвестрация серотонина в везикулы в цитоплазме предотвращает его быструю деградацию моноаминоксидазой (МАО). Высвобождение серотонина из везикул происходит в ответ на деполяризацию и зависит от присутствия внешнего кальция, пресинаптического потенциала покоя и величины пресинаптической деполяризации (De-Miguel. 2005[1]).
Серотонин может выделяться как в синаптическую щель из пресинаптического окончания, так и во внесинаптическое пространство из тел и дендритов нейрона, обеспечивая объёмную передачу (De-Miguel. 2005). Объёмная передача обеспечивает распространение серотонина к локально удалённым мишеням. Доля синаптических и экстрасинаптических участков высвобождения, продуцируемых серотониновыми нейронами, варьируется в разных областях. Например, в сетчатой части чёрной субстанции почти все участки высвобождения серотонина устанавливают синаптические контакты с дофаминергическими и другими дендритами. Напротив, в компактной части чёрной субстанции и в дорсальных ядрах шва сосуществуют синаптические и несинаптические сайты высвобождения.
После высвобождения серотонин связывается со своими специфическими гетеро- и ауторецепторами. Согласно современной системе классификации, существует 7 типов серотониновых рецепторов (5-HT1–7 ). Все эти рецепторы связаны с G-белком, за исключением 5-НТ3 , который представляет собой катионный канал, управляемый лигандом. Рецепторы, связанные с Gs -белком, при связывании с серотонином вызывают активацию внутриклеточной аденилатциклазы и рост уровня внутриклеточного циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Рецепторы, связанные с Gi -белком, при связывании с серотонином, наоборот, вызывают ингибирование аденилатциклазы и снижение уровня цАМФ. Рецепторы, связанные с Gq -белком, запускают активацию фосфолипазы С, продуцирующей инозитолтрифосфат и диацилглицерол, что в конечном итоге приводит к увеличению внутриклеточного кальция. 5-НТ3 рецептор – ионотропный, проницаемый для ионов натрия, калия и кальция. Связывание с ним серотонина открывает ионный канал, что приводит к деполяризации мембраны нейрона и его возбуждению.
Для элиминации избытка нейромедиатора специальный транспортёр SERT (serotonin transporter) на мембране пресинаптического нейрона транспортирует серотонин в пресинаптические терминали для повторного использования. Часть захваченного серотонина расщепляется ферментом МАО с образованием 5-гидроксииндолуксусной кислоты, которая в основном выводится с мочой (Rudnick. 2019).
Рецепторы серотонина
Рецепторы серотонина были идентифицированы уже у многочисленных видов беспозвоночных из различных типов, включая членистоногих, моллюсков, нематод и плоских червей (Tierney. 2018). В отношении млекопитающих известно о существовании по крайней мере 14 серотониновых рецепторов, объединённых в 7 типов (Palacios. 2016[2]), активация которых запускает внутриклеточные процессы, влияющие в том числе и на активность других нейромедиаторных систем.
Специфические рецепторы серотонина
| Рецепторы | Тип рецептора и эффект | Локализация |
| 5-HT1 | Метаботропные (Gi /Go ) | Кора больших полушарий головного мозга, гиппокамп, септум, миндалевидное тело и другие структуры лимбической системы, ядра шва |
| 5-HT2 | Метаботропные (Gq ) | Кора больших полушарий головного мозга, обонятельная луковица, мозжечок |
| 5-HT3 | Ионнотропные | Кора больших полушарий головного мозга, миндалевидное тело, гиппокамп |
| 5-HT4 | Метаботропные (Gs ) | Скорлупа, каудальное ядро, бледный шар, чёрная субстанция, кора больших полушарий головного мозга, таламус |
| 5-HT5 | Метаботропные (Gi /Go ) | Кора больших полушарий головного мозга, гиппокамп, мозжечок, таламус, гипоталамус, варолиев мост, обонятельная луковица |
| 5-HT6 | Метаботропные (Gs ) | Кора больших полушарий головного мозга, обонятельная луковица, прилежащее ядро, полосатое тело, хвостатое ядро, гиппокамп, мозжечок |
| 5-HT7 | Метаботропные (Gs ) | Таламус, гипоталамус, гиппокамп, лимбическая система, кора больших полушарий головного мозга |
Примечания
Литература
- De-Miguel F. F. Synaptic and extrasynaptic secretion of serotonin / F. F. De-Miguel, C. Trueta // Cellular and Molecular Neurobiology. – 2005. – Vol. 25, № 2. – P. 297–312.
- Palacios J. M. Serotonin receptors in brain revisited // Brain Research. – 2016. – Vol. 1645. – P. 46–49.
- Tierney A. J. Invertebrate serotonin receptors: a molecular perspective on classification and pharmacology // Journal of Experimental Biology. – 2018. – Vol. 221, № 19.
- Rudnick G. Serotonin transport in the 21st century / G. Rudnick, W. Sandtner // The Journal of General Physiology. – 2019. – Vol. 151, № 11. – P. 1248–1264.
- Kanova M. Serotonin – its synthesis and roles in the healthy and the critically ill / M. Kanova, P. Kohout // International Journal of Molecular Sciences. – 2021. – Vol. 22, № 9. – Art. 4837.