Pituitární adenylátcyklázu aktivující polypeptid (PACAP) a jeho role v patofyziologii migrény

Overview

Během tří dekád studia vazoaktivních látek v patofyziologii migrény bylo nashromážděno množství teoretických poznatků, které zahájilo přelomovou éru v léčbě migrény. Pituitární adenylátcyklázu aktivující polypeptid (PACAP) je jedním z těchto slibných terapeutických cílů a zároveň předmětem probíhajících klinických hodnocení. V přehledovém článku se zaměříme na PACAP jako na endogenní signální molekulu, na popis jejích základních vlastností, vazby na specifické receptory (PAC₁, VPAC₁, VPAC₂) a její biologickou aktivitu. Ta se týká základních fyziologických procesů organizmu (reprodukce, nutrice, stárnutí a další) a neuroprotekce při akutním i chronickém poškození. Zvláštní význam má také v ochraně tkání a orgánů při ischemickém inzultu. Vazomotorický účinek PACAP spočívá v cAMP-mediované relaxaci hladkého svalu kraniálních arterií. U pacientů s migrénou experimentální aplikace PACAP indukuje vazodilataci arteria meningea media a koreluje s lateralizovanou bolestí hlavy s migrenózním fenotypem. I když této vazodilataci zabrání sumatriptan, monoklonální protilátka namířená proti PAC₁ receptoru (AMG301) v prevenci migrény zcela selhala. Aktuálně jsou netrpělivě očekávány výsledky klinických studií (fáze 1 a 2) monoklonálních protilátek namířených proti PACAP (ALD1910 neboli Lu-AG09222, LY3451838). Pokud by byl prokázán jejich profylaktický účinek u migrény, otevřela by se nová léčebná možnost pro pacienty s předchozí neúspěšnou léčbou. Nutným předpokladem pro potenciální medicínské využití však bude prokázání dlouhodobé bezpečnosti, zejména s ohledem na kardiovaskulární  zdraví.

Klíčová slova:

monoklonální protilátky – migréna – pituitární adenylátcyklázu aktivující polypeptid – PACAP – cerebrální krevní průtok

Úvod

V posledním desetiletí prochází medicína bolestí hlavy bouřlivým vývojem. Narůstající množství základních neurobiologických poznatků se již částečně podařilo přenést do běžné klinické praxe. U migrény, která zatěžuje disabilitou lidi v produktivním věku, se v mnoha zemích jako standardní léčba etablovala léčiva s anti-CGRP (calcitonine gene-relatde peptide) účinkem (monoklonální protilátky, gepanty). V následujících pěti letech se však vyplatí sledovat i osud dalších endogenních signálních molekul a jejich možného terapeutického využití u migrény. Jednou, a patrně nejslibnější z nich, je pituitární adenylátcyklázu aktivující polypeptid (PACAP). Ten se podobně jako CGRP podílí na patofyziologii bolesti u migrény a pravděpodobně i jiných primárních bolestí hlavy [1]. Pro lepší a celistvé pochopení úlohy PACAP u migrény chceme čtenářům nabídnout krátký přehled jeho účinku v kontextu studia ostatních signalizačních  mechanizmů

Pituitární adenylátcyklázu aktivující polypeptid 

Pituitární adenylátcyklázu aktivující polypeptid náleží do glukagonové/ sekretinové superrodiny (podobně jako vazoaktivní intestinální peptid, sekretin, growth hormone releasing hormone a glukagon). Tento polypeptid byl poprvé izolován v roce 1989 ze vzorků ovčího hypotalamu a rok na to byl v kultuře pituitárních buněk prokázán jeho aktivující účinek na adenylátcyklázu. Enzym katalyzuje reakci, jež má zásadní roli v buněčné signalizaci – vznik cAMP (cyklického 3’,5’-adenosinmonofosfátu) z adenosintrifostátu (ATP). Až následně bylo zjištěno, že i PACAP je vývojově stará a evolučně velmi konzervativní signální molekula, která je identická u všech savců [2]. Prekurzor PACAP je kódován genem ADCYAP1 na chromozomu 18 a po expresi podléhá dalšímu štěpení. Z hlediska složení je tak PACAP z 90 % tvořen převažující frakcí z 38 aminokyselin (PACAP-38), druhá forma z 27 aminokyselin (PACAP-27) je minoritní a zatím nemá stanoven patofyziologický význam [2]. PACAP byl imunohistochemicky detekován v celé řadě tkání, po uvolnění do krevního oběhu je jeho plazmatický poločas velmi krátký (3,5 min) [3]. PACAP vykazuje afinitu vůči třem receptorům, na které se přirozeně váže: PAC₁ (pituitary adenylate cyclase activating polypeptide type 1 receptor), VPAC₁ (vasoactive intestinal polypeptide receptor 1) a VPAC₂ (vasoactive intestinal polypeptide receptor 2). Afinita PACAP (38- i 27- subformy) k PAC₁ receptoru je > 1 000× vyšší než vůči receptorům VPAC₁ a VPAC₂ [4]. K rozdílům vazby na jednotlivé receptory se v souvislosti s možným terapeutickým využitím vrátíme později. PACAP má pleiotropní účinek a jeho působení bylo studováno v řadě medicínských oblastí [5] (tab. 1). Na animálních modelech ischemie v různých tkáních (mozek, retina, myokard, játra, střevo, ledvina) byl prokázán protektivní účinek PACAP, který se projevuje menším rozsahem ischemické léze [6]. Teprve 20 let od izolace PACAP byla poprvé studována jeho schopnost indukovat bolest hlavy u migreniků [7].

Provokační modely migrény u lidí

Při intravenózní aplikaci některých látek dochází v experimentu u pacientů s migrénou k rozvoji bolesti hlavy velmi podobné migréně. První z takto studovaných molekul byl v roce 1987 nitroglycerin, který vykazuje silný algogenní účinek až u 80 % pacientů s migrénou, zatímco zdraví dobrovolníci po jeho aplikaci nemají žádnou (nebo jen mírnou) bolest hlavy [8]. Provokovaná bolest hlavy má migrenózní charakter a bifazický průběh (časná a opožděná bolest): první epizoda bolesti hlavy nastává bezprostředně po aplikaci, druhá epizoda bolesti hlavy s odstupem 2–12 h po proběhnutí řady nitrobuněčných procesů (fosforylace proteinů, ovlivnění transkripce DNA) (tab. 2). Některé substance (prostaglandin E2, prostaglandin I2) u většiny pacientů provokují jen časnou bolest (do 90 min po expozici), jiné (farmaka sildenafil, cilostazol) vyvolávají pouze opožděnou reakci [9]. Přirozeně se vyskytujícími působky CGRP a PACAP navodí otevření ATP-senzitivních draslíkových kanálů (KATP) a migrenózní bolest zhruba u dvou třetin migreniků ve formě časné i opožděné bolesti [7]. Nejsilnější induktor migrény, jaký byl kdy studován, je levkromakalim (obsolentní antihypertenzivum působící jako přímý otevírač KATP), který spouští vazodilataci a záchvat bolesti hlavy u všech migreniků do 10–60 min po aplikaci [10].

Relaxace hladkého svalu arterií a bolest u migrény

Otevření K_ATP hladkých svalových buněk arteria meningea media je konečným a společným důsledkem všech uvedených signálních cest. Takto vyplavený K+ a jiné kationty vytvářejí elektrochemický gradient přispívající k periferní nociceptivní stimulaci periferních terminál trigeminu a přispívá i k vazodilataci arteria meningea media, která působí mechanickou distenzi perivaskulární nervové pleteně [11]. Z anatomického hlediska se jedná o leptomeningeální a extrakraniální tepny, z funkčního pohledu jde o trigeminální aferenty a parasympatická vlákna [12]. Samotná vazodilatace není jediným (a pravděpodobně ani hlavním) mechanizmem vzniku bolesti u migrény – za ten je v současnosti považována facilitace nociceptivní transmise na úrovni trigeminocervikálního komplexu (neurony II. řádu). Periferní nociceptivní vstupy se zde sumují a dochází k centrální senzitizaci trigeminálního systému. Klinickými koreláty proběhlé centrální senzitizace během záchvatu migrény jsou pulzující kvalita bolesti, kožní alodynie hlavy a zvýšená perikraniální  bolestivost [11].

Vazodialatace extrakraniálních a intrakraniálních tepen

Cerebrální krevní průtok je ve značné míře autoregulován v závislosti na systémových parametrech (krevní tlak, parciální tlak CO₂ a dalších). Vliv na mozkovou perfuzi však mají i výše uvedené endogenní signální molekuly, které jsou distribuovány lokálně (prostřednictvím antidromní dráhy, trigeminální parasympatické dráhy a tzv. centrální dráhy) (obr. 1). Tato tzv. neurogenní vazodilatace byla studována na provokačních modelech migrény u lidí za použití MRA s vysokým rozlišením. K farmakologickému navození vazodilatace se používá také inhibitor degradace cAMP (cilostazol) – v časné fázi po jeho aplikaci se zvětšuje obvod arteria meningea media ipsilaterálně k bolesti hlavy, zatímco kontralaterální arteria meningea media zůstává bez dilatace. Pozdějšímu období dominuje symetrická dilatace intrakraniálních (arteria cerebri media, arteria carotis interna, arteria basilaris) i extrakraniálních tepen (arteria meningea media, arteria carotis externa) [13].

Vazodilatace kraniálních tepen u migrény

Patofyziologickou kaskádu (PACAP-mediované) neurogenní vazodilatace lze zjednodušeně popsat takto: uvolnění PACAP ® zvýšení intracelulárního množství cAMP v hladkém svalu ® dilatace jedné arteria meningea media + ipsilaterální bolest hlavy s migrenózním fenotypem ® opožděná symetrická dilatace intra- a extrakraniálních tepen (bez korelující bolesti hlavy). In vivo jsou periferní i centrální terminály trigeminu samozřejmě aktivovány i jinými endogenními pronociceptivními působky (obr. 1), které navozují centrální senzitizaci, jež pak udržuje bolest po celou dobu záchvatu migrény (obvykle 4–72 h) [11]. Abychom předešli nejasnostem, pro úplnost ještě uvádíme teoretické poznámky k tomuto tématu:

Arteria meningea media se formálně řadí mezí extrakraniální tepny (odstupuje z arteria maxillaris a její intrakraniální část začíná vstupem do střední jámy lební přes foramen spinosum) [14].

Po infuzi PACAP se průsvit jedné z arteria meningea media zvětšuje asi o 25 %. MRA stanovení obvodu kraniálních tepen je parametr, který se používá pouze k experimentálním účelům [15]. V klinické praxi nemá vyšetření MRA u pacientů s migrénou žádný přínos a rutinně se neprovádí [16].

Dilataci arteria meningea media indukovaná pomocí PACAP je zabráněno podáním sumatriptanu [17]. Sumatriptan působí konstrikci extrakraniálních tepen o 16 % obvodu, zatímco redukce obvodu intrakraniálních tepen je jen 3 % obvodu [18].

Obvod jiné extrakraniální tepny, arteria temporalis superficialis, se v průběhu záchvatu ani na jedné ze stran nemění [13].

Ani podíl ostatních tepen na migrenózní bolesti mechanizmem vazodilatace (a tím vyvolané mechanické distenze perivaskulární nervové pleteně) není tak zřetelný jako u arteria meningea media [14].

Souhrnem je nutné konstatovat, že PACAP-indukovaná vazodilatace se podobně jako u autoregulace cerebrálního krevního průtoku pravděpodobně týká spíše malých arteriol než velkých tepen [18].

Diverzita účinku PACAP na receptory PAC₁, VPAC₁, VPAC₂

Infuze PACAP u lidí působí vazodilataci arteria meningea media trvající déle (> 2 h) než po aplikaci vazoaktivního intestinálního peptidu (VIP) [19]. Protože VIP aktivuje pouze VPAC₁ a VPAC₂ (a nikoliv PAC₁) receptory, je tato prolongovaná vazodilatace připisována interakci mezi PACAP a PAC₁ receptorem. Podpůrným argumentem pro takovou úvahu byla již dříve prokázaná výrazně vyšší afinita PACAP k PAC₁ než k VPAC₁ a VPAC₂ receptorům [4]. Navzdory všem předpokladům ale monoklonální protilátka proti PAC₁ receptoru (AMG301) selhala ve studii jejího účinku v prevenci migrény [20]. Možná je tak vazba a účinek PACAP in vivo daleko komplexnější a zasluhuje další budoucí výzkum.

Možné terapeutické využití PACAP signalizace u migrény

Teprve recentně se zaměřila pozornost na PACAP jako na slibný terapeutický cíl u migrény (tab. 3, obr. 2). V klinickém hodnocení monoklonální protilátky proti PAC₁ receptoru (AMG301) nebyl zjištěn žádný léčebný prospěch ve srovnání s placebem [20]. Vysvětlením může být skutečnost, že PACAP se jako ligand váže i na jiné receptory (VPAC₁, VPAC₂), nebo že PACAP signalizace není pro prevenci migrény kritická. Také autoři jedné z animálních studií jsou vůči možnosti pozitivního výsledku PACAP v prevenci migrény u lidí spíše skeptičtí [21]. Již v blízké budoucnosti však budou známy informace o účinnosti, bezpečnosti a tolerabilitě monoklonálních protilátek namířených proti PACAP v preventivní léčbě migrény (ALD1910 /  Lu-AG09222, LY3451838). V případě úspěchu by tento způsob léčby mohl mít hypoteticky i širší význam v léčbě primárních bolestí hlavy (cluster headache a jiné trigeminové autonomní bolesti hlavy), ale jde zatím pouze o spekulaci [3].

Rozdíly mezi CGRP a PACAP signalizací u migrény

Pro zájemce o hlubší porozumění komplexnímu vztahu mezi endogenními signálními molekulami, které se uplatňují v patofyziologii bolesti u migrény, nabízíme ještě detailnější informace. Signalizační systémy závislé na CGRP a PACAP jsou funkčně paralelní (nezávislé nebo potencující se). Přesto lze očekávat rozdíl při zásahu do CGRP nebo PACAP biologické aktivity, a to přinejmenším na základě několika odlišností:

• Na rozdíl od CGRP je PACAP syntetizován a uvolňován nejen neurony trigeminálního ganglia, ale také kraniálního parasympatiku (vlákna z nucleus salivatorius superior cestou ganglion oticum a ganglion sphenopalatinum). Zatímco vazoaktivní účinek CGRP je zprostředkován jen senzorickými vlákny (trigeminus), u PACAP převažuje exkrece z parasympatických než z trigeminálních vláken – vzhledem k imunohistochemické distribuci tohoto neuropeptidu. To by podporovalo hypotézu, že k vazoaktivním účinkům PACAP dochází primárně prostřednictvím parasympatických vláken [9,22] (obr. 1).

• Pokud by byl tento předpoklad potvrzen, lze spekulovat, že PACAP se může na rozvoji kraniálních autonomních příznaků podílet výrazněji než CGRP. K rozvoji kraniálních autonomních příznaků u migrény dochází (až u 50 % pacientů) aktivací trigeminovaskulárního systému, jehož výrazem je také parasympatická hyperfunkce (lakrimace, nástřik spojivky, otok víčka, kongesce nosní sliznice), zatímco jiné (mióza a ptóza) vznikají sekundárně sympatickou hypofunkcí [12]. Výskyt kraniálních autonomních příznaků je mnohem častější a výraznější u trigeminových autonomních bolestí hlavy, takže i zde se vliv PACAP nabízí [3].

• Imunohistochemicky byly prokázány drobné odlišnosti v expresi CGRP a PACAP v trigeminálním nucleus caudalis a míšních segmentech C1 a C2 [23,24]. Teoreticky je u CGRP a PACAP možná různá míra ovlivnění nociceptivních vstupů na trigeminocervikální komplex (tj. neuron 2. řádu, který se účastní procesu centrální senzitizace). Jeden z těchto mechanizmů by tak mohl účinněji eliminovat nepříjemné charakteristiky bolesti závislé na centrální senzitizaci.

• Degranulace mastocytů v kraniální dura mater po CGRP stimulaci pravděpodobně není pro patofyziologii migrény u lidí významná [25]. Neurogenní vazodilataci vyvolanou degranulací mastocytů nelze u PACAP prozatím vyloučit [26].

 • Zda CGRP prochází hematoencefalickou bariérou, není jisté. PACAP je naopak přes hematoencefalickou bariéru přenášen saturovatelným transportním mechanizmem, kde se však nachází ve stopovém množství. Z pohledu možné léčby jde o fakt irelevantní, protože místa vazby monoklonálních protilátek nejsou chráněna hematoencefalickou bariérou [27,28].

 • Monoklonální protilátky namířené proti CGRP nebo CGRP receptoru jsou účinné v prevenci migrény jak v randomizovaných a observačních studiích, tak v běžné klinické praxi. Otázkou je, zda by ovlivnění pouze jednoho systému signálních molekul mohlo zcela zvrátit průběh tohoto komplexního onemocnění [29,30].

Závěr

PACAP signalizace je kandidátním mechanizmem pro využití v léčbě migrény. V prevenci migrény sice selhala monoklonální protilátka namířená proti PAC₁ receptoru, v blízké budoucnosti však budou známé výsledky protilátky vůči PACAP. V budoucnu bude extrémně zajímavé i zodpovězení otázky, zda by anti-PACAP protilátky mohly být efektivní v prevenci migrény u jednotlivců, u kterých selhala anti-CGRP léčba. Vzhledem k rozsáhlému fyziologickému významu zůstává dlouhodobý vliv potlačené PACAP signalizace neznámou. V budoucím výzkumu bude muset být kladen zvláštní důraz na objasnění úlohy PACAP v udržování kardiovaskulárního zdraví, ale také u obecnějších jevů, jako jsou organogeneze, buněčný stres a neurodegenerace.

Konflikt zájmů

Publikace tohoto článku nebyla podpořena žádnou farmaceutickou firmou. Dr. Řehulka v souvislosti s tématem sdělení deklaruje potenciální konflikt zájmů (vedoucí dílčího zkoušení společnosti Lundbeck). Ostatní autoři nemají konflikt zájmů.

MUDr. Pavel Řehulka, Ph.D.
I. neurologická klinika
LF MU a FN u sv. Anny v Brně
Pekařská 664/53
602 00 Brno
e-mail: pavel.rehulka@fnusa.cz

Přijato k recenzi: 27. 3. 2023
Přijato do tisku: 7. 6. 2023