Luteolin antagonises human 5-HT3A receptor function through a non-competitive and voltage-independent mechanism

داخل جسم الإنسان، تتدفق باستمرار رسائل كيميائية تجعل الدماغ والأعصاب تتواصل مع بعضها البعض. وأحد أهم هذه الرسل هو جزيء يسمى السيروتونين، والذي يساعد في تنظيم المزاج، والهضم، والإحساس بالغثيان. ولتلقي هذه الرسائل، تستخدم الخلايا بوابات بروتينية دقيقة على أسطحها تفتح وتغلق مثل الأبواب. وعندما يصل السيروتونين، فإنه يدفع هذه الأبواب لتفتح، مما يسمح للكهرباء بالتدفق عبر الخلية وتحفيز استجابة ما. ومن بين هذه البوابات، يوجد نوع محدد يُعرف باسم مستقبل "5-HT3A" يتميز بكونه يعمل كمفتاح مباشر للإشارات السريعة. وتعد هذه المستقبلات حيوية للتحكم في الرغبة في التقيؤ ولإرسال المعلومات الحسية من الأمعاء إلى الدماغ، مما يجعلها هدفًا رئيسيًا للأدوية التي تعالج الغثيان الناجم عن العلاج الكيميائي والاضطرابات الهضمية. وبينما درس العلماء لفترة طويلة كيفية تفاعل الأدوية الاصطناعية مع هذه البوابات، ظل الكيف الذي قد تؤثر به المركبات النباتية الطبيعية عليها لغزًا كبيرًا.

قام فريق من الباحثين في جامعة تشوننام الوطنية وجامعة دونغشين في كوريا الجنوبية بالتحقيق فيما إذا كان اللوتيولين، وهو مركب طبيعي شائع يوجد في الخضروض والفواكه والأعشاب، يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على بوابات السيروتونين هذه. يُعرف اللوتيولين بفوائده الصحية الواسعة، بما في ذلك خصائصه المضادة للالتهابات والأكسدة، ولكن تأثيره المباشر على قنوات الخلايا العصبية لم يكن مفهومًا جيدًا. أراد العلماء معرفوا ما إذا كان هذا الكيميائي النباتي يمكنه منع قدرة المستقبل على الفتح، وإذا كان الأمر كذلك، فكيف يدير القيام بذلك. ولإيجاد الإجابة، لجأوا إلى طريقة مختبرية كلاسيكية تسمح بالمراقبة الدقيقة للنشاط الكهربائي في الخلايا الحية. قاموا بزراعة بيوض الضفادع في المختبر وحقنوها بالتعليمات الجينية لبناء مستقبلات "5-HT3A" البشرية على أسطحها. وبمجرد أن أصبحت البيوض جاهزة، طبق الباحثون السيروتونين لرؤية تدفق التيار الكهربائي، ثم أدخلوا اللوتيولين لمعرفة ما سيحدث.

كانت النتائج واضحة وفورية. فعندما أضاف الباحثون اللوتيولين إلى الخليط، انخفض التيار الكهربائي الناتج عن السيروتونين بشكل ملحوظ. لم يقم المركب بتنشيط البوابة بمفرده؛ بل عمل بدلاً من ذلك ككابح قوي، حيث منع المستقبل من الفتح حتى في وجود السيروتونين. كان التثبيط قويًا، حيث وجد الباحثون أن تركيزًا قدره 6.9 ميكرومولار فقط من اللوتيولين كان كافيًا لقطع نشاط المستقبل إلى النصف. وكان هذا التأثير عكسيًا، مما يعني أنه عند غسل اللوتيولين، تعود المستقبلات إلى وظيفتها الطبيعية، مما يشير إلى تفاعل مؤقت وغير مدمر.

لفهم كيفية عمل اللوتيولين بالضبط، بحث الفريق فيما إذا كان يتصرف مثل عقار نموذجي يتنافس على نفس الموقع الذي يتنافس عليه السيروتونين، أم أنه يستخدم استراتيجية مختلفة. اختبروا المستقبل عند مستويات مختلفة من الجهد الكهربائي ووجدوا أن قوة الحجب التي يمارسها اللوتيولين لم تتغير، بغض النظر عن الشحنة الكهربائية عبر غشاء الخلية. وقد استبعد هذا فكرة أن اللوتيولين يقوم ببساطة بسد الفتحة الموجودة في منتصف القناة مثل السدادة. علاوة على ذلك، عندما زادوا كمية السيروتونين، لم يتمكنوا من التغلب على الحجب الذي سببه اللوتيولين. وهذا يشير إلى أن اللوتيولين لم يكن يصارع السيروتونين على نفس نقطة الدخول. بدلاً من ذلك، بدا أنه يرتبط بموقع مختلف على المستقبل، مما يغير شكل البوابة بطريقة تمنعها من الفتح بكفاءة، بغض النظر عن كمية السيروتونين الموجودة. ويُعرف هذا النوع من العمل باسم التثبيط غير التنافسي.

ولتحديد الموقع الدقيق الذي يلتصق فيه اللوتيولين بالمستقبل، جمع الباحثون بين النمذجة الحاسوبية والهندسة الوراثية. استخدموا محاكاة رقمية للتنبؤ بالمكان الذي سيتناسب فيه جزيء اللوتيولين بشكل أفضل على سطح المستقبل. اقترح الكمبيوتر أن اللوتيولين يستقر في جيب بالقرب من الجزء العلوي من المستقبل، حيث يوجد نوعان محددان من اللبنات البنائية، أو الأحماض الأمينية، وهما I66 وW178. ولإثبات ذلك، صنع العلماء نسخًا طافرة من المستقبل حيث استبدلوا هذه اللبنات المحددة بأخرى. وعندما اختبروا هذه المستقبلات المعدلة، وجدوا أن تغيير I66 أو W178 جعل المستقبل أقل حساسية لللوتيولين بكثير. وفي الواقع، عندما تم تغيير كليهما، فقدت قدرة المستقبل على أن يُحجب بواسطة اللوتيولين تقريبًا بشكل كامل. وقد أكد هذا أن هذين الجزئين من البروتين ضروريان لكي يقوم اللوتيولين بعمله.

تخلص الدراسة إلى أن اللوتيولين هو مثبط قوي ومتخصص لمستقبل "5-HT3A" البشري. فهو يعمل عن طريق الارتباط بموقع محدد على الجزء الخارجي من المستقبل، والذي يتضمن الأحماض الأمينية I66 وW178، ويمنع القناة من الفتح دون التنافس مباشرة مع السيروتونين. يحدد هذا الاكتشاف هدفًا جزيئيًا جديدًا لمركب نباتي معروف، ويشير إلى أن الفلافونويدات الطبيعية مثل اللوتيولين يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على الإشارات الكهربائية للجهاز العصبي. وبينما أُجري البحث في بيئة مختبرية مضبوطة ولا يؤكد بعد كيف يحدث هذا في جسم الإنسان، إلا أنه يوفر تفسيرًا هيكليًا واضحًا لكيفية قيام مادة طبيعية بتعديل مفتاح بيولوجي حاسم مرتبط بالغثيان والإحساس المعوي.