Фактор S и SPS: современные гипнотоксины?

Тайна сна

Работа Пьерона пользовалась широкой известностью в первые десятилетия 20-го века, но только одна исследовательская группа сделала попытку проверить его теорию. В 1939 году два американских ученых, Шнедорф и Айви, опубликовали результаты, в значительной мере подтверждающие данные Пьерона.

Затем в середине 60-х годов профессор физиологии Гарвардского медицинского института Джон Паппенхаймер начал серию опытов, направленных на изучение эндогенных веществ сна. До этого Паппенхаймер занимался спинномозговой жидкостью и разработал методику постоянного вживления тонких полых игл (канюль) в мозг коз. Это дало возможность производить забор спинномозговой жидкости у лабораторных животных, не подвергая их стрессу. Козы были выбраны для опыта потому, что эти животные достаточно крупного размера и соответственно можно производить забор довольно большого количества жидкости из мозговых полостей. Паппенхаймер и его сотрудники не давали козам спать по 2-3 суток и в различные моменты времени по ходу депривации брали спинномозговую жидкость. Затем эту жидкость вводили в полости мозга крыс с предварительно вживленными постоянными канюлями. Крысы были выбраны в качестве реципиентов благодаря своему небольшому размеру, так что каждой из них достаточно было ввести лишь весьма малое количество жидкости. Тестирование показало, что крысы, которым вводили жидкость из мозга коз, подвергавшихся лишению сна, спали больше, чем контрольные крысы, получавшие жидкость от нормальных коз.

Эти первые результаты, казалось, подтверждали теорию гипнотоксинов. Но тогда возник следующий вопрос: какова же химическая структура этого "вещества сна"? Паппенхаймер назвал его "фактор S" (от слова sleep - сон). Начался поиск этой структуры, который вылился в долгие серии опытов, продолжавшиеся 15 лет. Джеймс Крюгер, молодой биохимик, отвечал за химическую часть исследовательского проекта. Жидкость из мозга животных-доноров химическим путем разделяли на несколько фракций, каждая из которых содержала набор разнообразных веществ. Затем эти фракции тестировали одну за другой по способности вызывать сон, чтобы выявить в конце концов ту фракцию, которая содержит искомый фактор S. Эту однообразную процедуру повторяли несколько раз, пока неизвестное вещество постепенно не накапливалось в растворе.

Вскоре стало очевидным, что имеющегося количества мозговой жидкости недостаточно для выделения фактора S, так как он присутствует там в ничтожно малых количествах. Паппенхаймер и его сотрудники стали тогда использовать мозг крупного рогатого скота, полученный со скотобойни. В качестве реципиентов для введений выбрали кроликов, которых они посчитали более пригодными для такого рода экспериментов, чем крыс, так как, по их мнению, сон у них менее вариабилен от животного к животному. Удалось показать, что фракции, содержащие фактор S в большей концентрации, увеличивали процент медленного сна и вызывали появление больших медленных волн на электроэнцефалограмме. Рисунок электроэнцефалограммы сильно напоминал картину, которая обычно возникает после депривации сна. Снотворный эффект фактора S продолжался несколько часов и имел все признаки естественного сна.

Однако оставалось фактом, что "вещество сна" все еще не удавалось выделить. В конце концов Паппенхаймер с сотрудниками нашел исключительно оригинальное решение проблемы. Так как к тому времени уже стало ясно, что "вещество сна" химически очень стабильно, то они сделали заключение, что большая часть фактора S в организме должна выводиться с мочой. В отличие от бычьих мозгов моча всегда имеется в наличии практически в любых нужных количествах. Для начала они использовали большой объем человеческой мочи, собранной для других медицинских целей, и доказали присутствие в ней "вещества сна". С этого момента работа быстро стала продвигаться вперед, и в конце концов вещество было химически идентифицировано. Фактор S оказался сравнительно небольшим пептидом, состоящим из нескольких аминокислотных остатков. Окончательный анализ его химического строения (анализ последовательности) в начале 80-х годов еще не был известен. Самое удивительное, что в его составе оказался остаток мурамовой кислоты. Это вещество входит в состав мембраны клеточных стенок у бактерий, но до сих пор его никогда не находили у высших организмов.

Одно из веществ, содержащих мурамовую кислоту, мурамилдипептид, стало известно иммунологам некоторое время назад как стимулятор защитных реакций организма по отношению к инородным веществам и как фактор, вызывающий лихорадку. Крюгер и Паппенхаймер обнаружили, что мурамилдипептид вызывает также сон у кроликов. Успех этого исследования не должен, однако, ввести в заблуждение насчет того, что будто бы найдены ответы на все вопросы, ибо еще предстоит решить множество важных проблем. Во-первых, вещество сна должно быть синтезировано, чтобы его можно было иметь в больших количествах. Когда эта цель будет достигнута, существенным моментом станет тестирование и подтверждение снотворного эффекта в более обширной серии лабораторных опытов. Другой вопрос, на который необходимо ответить, - это реагируют ли различные виды животных одинаковым образом на это вещество. В настоящее время Паппенхаймер и его сотрудники уже сообщили о положительных результатах, полученных на крысах, кошках, кроликах и обезьянах.

Комментарий: Структура этого вещества была окончательно раскрыта в 1984 году. Оказалось, что это фрагмент клеточной оболочки кишечной палочки, то есть вещество бактериального происхождения. В целом результаты всей этой обширной серии работ американских авторов к настоящему моменту можно расценивать двояко: с одной стороны, было впервые обнаружено влияние на сон веществ, главная функция которых связана с иммунной системой, с другой стороны, представляется все же маловероятным, что эти вещества вовлечены в нормальную регуляцию сна. Скорее всего они играют важную роль в нарушениях сна, возникающих при некоторых бактериальных инфекциях.

Покинув Американский континент, перенесемся в Азию и расскажем о реализации аналогичного и столь же интересного проекта. В середине 70-х годов группа японских исследователей начала тщательную проверку теории гипнотоксинов с помощью самых современных методов. Во главе этого коллектива встал известный физиолог, директор крупного Национального института медицинских исследований Коджи Учизоно. Эксперименты на животных проводились под руководством биокибернетика и профессора Шоджиро Иноуэ. Ясуо Комода, биохимик, взял на себя химическую часть исследования. Экспериментальный подход был в общем таким же, как у группы Паппенхаймера: крыс лишали сна в течение суток и затем забивали. Из мозга этих животных и пытались выделить "вещества сна". Профессор Иноуэ и его сотрудник Кацуки Хонда разработали исключительно чувствительный метод изучения снотворных эффектов фракций спинномозговой жидкости.

Реципиентами в этих опытах были также крысы, которым не только заранее вживляли электроды в мозг и мышцы, как обычно, но также и тонкие трубочки, с помощью которых можно было постоянно медленно вводить жидкость прямо в полости мозга. Вводили либо исследуемые химические фракции, либо неактивный контрольный раствор. Чтобы свести действие побочных факторов к минимуму, животные содержались при постоянной температуре и искусственном цикле "свет-темнота". С помощью этой методики исследователи смогли показать, что в мозге лишенных сна животных-доноров находится какое-то вещество, которое может увеличивать сон у реципиентов. Они назвали его SPS (от английского sleep promoting substance - способствующее сну вещество). Опыты показали, что действие сохраняется 24 часа после введения и зависит от того, в какой фазе цикла "свет-темнота" это введение было произведено. Химическая структура SPS еще неизвестна.

Комментарий: Всего было обнаружено 4 фракции, обладающие снотворным эффектом. Одна из них была идентифицирована в 1983 году как уридин - вещество, постоянно присутствующее в довольно больших концентрациях в ткани мозга и спинномозговой жидкости; предполагается, что небольшие колебания содержания уридина в мозге являются фактором, участвующим в запуске и поддержании сна. Химическая природа остальных фракций остается неизвестной.

Моя собственная группа в Цюрихском университете также получила некоторые данные относительно того, что в жидкости мозга крыс содержится снотворное вещество. В исследовании, проведенном мною в середине 70-х годов вместе с двумя студентами-медиками, Йозефом Саксом и Яном Унгаром, удалось показать, что спинномозговая жидкость животных-доноров может оказывать влияние на двигательную активность реципиентов. Если забор жидкости у доноров производился во время активной фазы суточного ритма, то активность реципиентов возрастала. С другой стороны, если жидкость забирали у животных в периоды отдыха и поведенческого покоя, то после введения реципиентам их активность снижалась. Позже в работе с Ирен Тоблер мы обнаружили, что небольшие количества спинномозговой жидкости лишенных сна крыс увеличивают сон у нормальных крыс после ее введения им в полости мозга. Однако для того чтобы выделить активное вещество, необходимы более обширные исследования.

Александр А. Борбели, 1989 год