OPIOÏDES

OPIOÏDES

La démarche intellectuelle et la méthodologie qui ont abouti à la découverte des récepteurs morphiniques d’une part, et, par voie de conséquence, à celle des peptides opiacés ou opioïdes, d’autre part, représentent un modèle exemplaire des recherches effectuées en neuropharmacologie moléculaire.

Entre 1971 et 1973, plusieurs équipes de chercheurs américains découvraient la présence dans le cerveau de récepteurs spécifiques pour la morphine et ses dérivés sur des membranes de cellules nerveuses.

En décembre 1975, J. Hughes et H. W. Kosterlitz isolaient du cerveau de porc deux pentapeptides, la méthionine-enképhaline et la leucine-enképhaline, capables de se lier aux récepteurs morphiniques. Quelques mois plus tard, les équipes de C. H. Li, d’une part, et de R. Guillemin, d’autre part, isolaient de l’hypophyse de porc des peptides plus longs, les endorphines, capables eux aussi de se lier à ces récepteurs. Ces découvertes ont eu immédiatement un retentissement considérable.

La morphine et ses dérivés représentent, en effet, les plus puissants analgésiques connus, mais leur utilisation chronique entraîne deux inconvénients majeurs: l’accoutumance, qui oblige à employer des doses croissantes de l’analgésique pour obtenir le même effet, et la dépendance, qui conduit à des troubles graves lors de l’arrêt brutal du traitement. Ces effets se retrouvent évidemment dans la toxicomanie aux morphiniques. La découverte des enképhalines et endorphines semblait donc représenter une voie possible dans la mise au point d’analgésiques dépourvus de ces inconvénients.

Les recherches actuelles, se fondant sur la pluralité des récepteurs morphiniques, sont orientées vers la découverte des molécules à activité pharmacodynamique sélective et n’entraînant pas de dépendance chez le malade.

1. Découverte des récepteurs morphiniques

Les récepteurs morphiniques ont été découverts entre 1971 et 1973, par plusieurs équipes (E. Simon, S. Snyder aux États-Unis; L. Terenius en Suède) qui ont signalé la présence de récepteurs spécifiques pour la morphine et ses dérivés sur des membranes de cellules nerveuses cérébrales.

Cette découverte était la conséquence logique d’une longue série de constatations. La morphine et tous les dérivés synthétiques qui possèdent comme elle une puissante action analgésique présentent des analogies structurales précises (même distance entre un cycle aromatique souvent hydroxylé et un azote chargé, fig. 1). La présence dans le cerveau d’un récepteur spécifique pour ces substances était suggérée par le fait que ces analgésiques agissent à très faible dose et doivent donc toucher une cible précise. De plus, si la molécule analgésique existe sous deux formes inverses optiques (comparables à une main droite et une main gauche), une seule des deux est pharmacologiquement active. Cela suggère donc l’existence d’une stéréospécificité de l’interaction entre la molécule analgésique et le récepteur (comparable à l’adaptation de la main gauche au gant gauche et non au gant droit, fig. 2).

La preuve définitive de l’existence de ces récepteurs a alors été obtenue en utilisant un dérivé de la morphine, l’étorphine, rendu radioactif par introduction d’un atome de tritium. Une même quantité d’étorphine tritiée est mise à incuber avec des fragments de cerveau dans deux tubes distincts dont l’un contient une large quantité d’un analgésique synthétique, le lévorphanol, et l’autre la même quantité de son inverse optique complètement inactif, le dextrorphan. Dans le premier cas, il y a compétition, pour le même récepteur, entre l’étorphine et le lévorphanol et, la concentration de ce dernier étant très grande, on ne trouve que peu d’étorphine radioactive liée au récepteur. Dans le second cas, le dextrorphan inactif n’entre pas en compétition avec l’étorphine radioactive et celle-ci se lie complètement au récepteur.

À partir de ce test, modifié pour le rendre quantitatif, on a montré l’existence de récepteurs morphiniques localisés principalement dans le cerveau, la moelle épinière et l’intestin. L’existence de récepteurs morphiniques a été, de plus, confirmée par la mise en évidence d’une relation linéaire entre le pouvoir analgésique d’une série de substances et leur affinité pour les homogénats de cerveau. Cette technique de liaison spécifique de substances radioactives est désormais classiquement utilisée en pharmacologie moléculaire pour rechercher la présence de récepteurs spécifiques. De plus les molécules radioactives liées à leur récepteur peuvent être visualisées par autoradiographie sur des coupes de tissus (Kuhar).

Dès lors qu’un tel récepteur morphinique existait sur certaines membranes cellulaires, il était logique de penser que son ou ses ligands habituels n’étaient ni la morphine ni les analgésiques de synthèse qui sont des substances étrangères à l’organisme, mais qu’il devait exister pour lui une ou des substances endogènes. Cela était du reste suggéré par l’analgésie qui est provoquée lors de la stimulation électrique de certaines régions du cerveau, ce phénomène impliquant la libération de substances endogènes analgésiques.

2. Découverte des enképhalines et des endorphines

En décembre 1975, J. Hughes et H. W. Kosterlitz isolaient du cerveau de porc deux enképhalines, la méthionine-enképhaline (fig. 3) et la leucine-enképhaline, pentapeptides capables de se lier aux récepteurs morphiniques. Quelques mois plus tard, les équipes de C. H. Li, d’une part, et de R. Guillemin, d’autre part, isolaient de l’hypophyse de porc des peptides plus longs, les endorphines, capables eux aussi de se lier à ces récepteurs.

La technologie utilisée a consisté à purifier des extraits de cerveau par chromatographie. Certaines fractions chromatographiques se montrèrent capables de déplacer un analgésique radioactif de sa liaison à des fragments de membranes de cerveau, ce qui prouvait la présence dans ces fractions de substances entrant en compétition avec l’analgésique au niveau d’un même récepteur. Il restait à montrer que les substances ainsi isolées étaient analgésiques, ce qui fut effectué par les tests classiques d’inhibition de contraction d’organes isolés, stimulés électriquement.

Toutes les substances morphinomimétiques ainsi détectées étaient des peptides. La méthionine-enképhaline possède la séquence Tyr-Gly-Gly-Phe-Met, alors que la leucine-enképhaline ne diffère du peptide précédent que par remplacement de la méthionine terminale par la leucine. Bien qu’appartenant à des familles chimiques différentes, alcaloïde pour la morphine, peptide pour les enképhalines, ces substances sont capables de se lier au même récepteur à cause de leur analogie structurale mise en évidence en particulier par résonance magnétique nucléaire (fig. 4). La 廓-endorphine possède 30 aminoacides alors que les 見 et 益-endorphines qui sont des fragments de 廓-endorphines semblent en fait des substances obtenues artificiellement lors de l’extraction de la 廓-endorphine. La séquence de cette dernière commence par les 5 aminoacides de la Met-enképhaline, ce qui explique son action sur les récepteurs morphiniques.

Il en est de même de la dynorphine, un peptide de 17 aminoacides qui débute par la séquence de la Leu-enképhaline et a été isolée du cerveau en 1980 par A. Goldstein. D’autres peptides opioïdes, tels l’ 見-néo-endorphine et les fragments Met-E-Arg-Phe et Met-E-Arg-Gly-Leu existent en concentration importante dans le tissu nerveux. Leur rôle physiologique reste à déterminer.

3. Biogenèse et métabolisme des enképhalines et des endorphines

La 廓-endorphine n’est pas comme on l’a cru pendant un temps le précurseur de la Met-enképhaline puisque l’ablation de l’hypophyse, lieu de synthèse de la 廓-endorphine, ne conduit pas à une baisse sensible du taux de Met-enképhaline dans le cerveau. En fait, la 廓-endorphine est dérivée d’une glycoprotéine d’un poids moléculaire d’environ 300 000.

La séquence complète de cette protéine a pu être réalisée grâce à une splendide expérience de manipulation génétique par les équipes de Nakarishi (Japon) et Chang (États-Unis). Ceux-ci ont isolé et purifié l’ARN messager codant la protéine et l’on fait transcrire in vitro en ADN par la transcriptase reverse. L’insertion de ce DNA dans un plasmide puis l’injection de ce dernier à une bactérie ont conduit à sa réplication, puis à son isolement et enfin à l’analyse de la séquence des bases. La traduction en ARN messager a permis de remonter à la séquence de la pro-opiocortine. Cette protéine semble être le précurseur de nombreuses hormones telles que l’ACTH (hormone adrénocorticotrope), le CLIP (hormone corticotrope du lobe intermédiaire), les 見, 廓 et 益 MSH (hormones mélanostimulantes), la 廓-lipotropine et la 廓-endorphine.

De même, les deux enképhalines endogènes ont un même précurseur constitué de 267 aminoacides et dénommé pro-enképhaline A. Des expériences de génie génétique similaire aux précédentes ont permis de montrer que chaque molécule de pro-enképhaline A contient 4 copies de Met-E et 1 copie de Leu-E flanquées de chaque côté par des doublets basiques (Arg-Arg; Lys-Arg...). Le rapport Met-E/Leu-E est en accord avec des mesures de concentration obtenues précédemment par radio-immunologie. En plus des enképhalines normales, la pro-enképhaline engendre deux peptides opioïdes, la Met-E-Arg-Gly-Leu et la Met-E-Arg-Phe. La dynorphine et l’ 見-néo-endorphine dérivent d’un précurseur commun, la pro-enképhaline B ou la pro-dynorphine (fig. 5). Toutes ces substances opioïdes pourraient être libérées à partir de leur précurseur par des dégradations enzymatiques successives au niveau de séquences comportant deux aminoacides basiques (Lys-Lys, Arg-Arg ou Lys-Arg).

Ces découvertes très intéressantes laisseraient à penser qu’il existe un contrôle enzymatique dans la libération de ces différentes substances et qu’un dysfonctionnement de ce système de contrôle pourrait conduire à des troubles du système nerveux central. Il faut donc s’attacher à isoler les enzymes et à synthétiser leurs inhibiteurs. Par ailleurs, la concentration importante dans le tissu cérébral de ces différents peptides suggère clairement qu’ils possèdent tous un rôle physiologique et des sites de liaison distincts.

L’injection directe de Met-enképhaline dans le cerveau ne donne qu’une analgésie très fugace à cause de la dégradation très rapide du peptide. Cette inactivation a été d’abord attribuée à l’action d’une aminopeptidase scindant la liaison entre les deux premiers aminoacides Tyr et Gly. Toutefois, les équipes de J. C. Schwartz et B. P. Roques ont mis en évidence une enzyme, l’enképhalinase , qui semble plus spécifique des enképhalines, et qui dégrade ces composés par libération du tripeptide Tyr-Gly-Gly. Il s’agit d’une carboxydipeptidase, enzyme analogue à l’angiotensine convertase (enzyme qui libère l’angiotensine II, hormone à action hypertensive à partir de l’angiotensine I).

Des inhibiteurs très puissants et sélectifs de l’enképhalinase ont été synthétisés (B. P. Roques et al.), dont l’un dénommé Thiorphan possède par lui-même une action analgésique après administration intraveineuse chez l’animal. Cet effet analgésique est reversé par la naloxone, antagoniste spécifique du récepteur morphinique, ce qui démontre donc de manière définitive que les enképhalines endogènes protégées de leur dégradation par le Thiorphan sont bien impliquées dans le contrôle de la douleur et que ce contrôle exige la liaison aux récepteurs cérébraux.

4. Impact physiologique des enképhalines et des endorphines

L’injection directe dans certaines régions du cerveau d’analogues d’enképhalines résistant aux peptidases provoque une analgésie analogue à celle que produit la morphine. La durée de l’analgésie est modulée par la résistance des peptides à la dégradation enzymatique, mais certains dérivés sont capables d’agir par voie orale. Avec les peptides, par ailleurs, on retrouve toutes les actions physiologiques et comportementales des morphiniques (action antidiarrhéique, dépressive respiratoire, euphorisante, etc.). Au moyen d’injections très localisées (par micro-iontophorèse) d’enképhalines dans certaines régions du cerveau, on a montré l’action inhibitrice de ces substances sur la libération de neuromédiateurs tels que l’acétylcholine, la dopamine, etc. De plus, les enképhalines sont libérées par dépolarisation induite par un excès de potassium.

Pour toutes ces raisons, les enképhalines semblent servir de neurotransmetteurs à action inhibitrice. Cette hypothèse est étayée par plusieurs arguments: présence démontrée par immunohistofluorescence de corps cellulaires, d’axones et de synaptosomes riches en enképhalines; présence d’un système de peptidases détruisant rapidement le neurotransmetteur (analogie avec l’acétylcholinestérase par exemple); libération d’enképhalines par stimulation électrique ou même douloureuse (F. Cesselin, M. Hamon et J. Glowinski).

Cependant, pour être assuré de ce rôle, on manque encore de preuves définitives: il faudrait mettre en évidence les systèmes de synthèse, de transport, de stockage et surtout visualiser la sécrétion d’enképhalines dans l’espace intersynaptique.

La 廓-endorphine semble se comporter beaucoup plus comme une neurohormone à action fortement catatonique. Enfin, il faut noter que les endorphines en général ont des actions très variées sur la sécrétion des hormones de l’axe hypothalamohypophysaire. Ainsi elles stimulent la libération d’ACTH et inhibent celle de l’hormone lutéinisante (LH). Actuellement, un grand nombre de laboratoires étudient les interconnexions entre enképhalines, endorphines et autres neuromédiateurs.

5. Pluralité des récepteurs et sélectivité des peptides opioïdes

L’utilisation de narcotiques de structures variées avait conduit W. Martin et coll. à proposer l’existence de plusieurs types de récepteurs opiacés. Ainsi, la morphine qui est à la fois fortement analgésique et euphorisante agirait par liaison au récepteur 猪. L’éthylkétocyclazocine qui appartient au groupe des benzomorphans se lierait préférentiellement au récepteur en donnant un effet sédatif accompagné d’une action analgésique plus fugace mais engendrant moins de dépendance. Enfin la N-allyl normétazocine interagirait avec le récepteur 靖 pour conduire principalement à des effets hallucinatoires. Cette pluralité de sites de liaison est également retrouvée par utilisation des peptides morphinomimétiques. Ainsi la Met-enképhaline et la Leu-enképhaline sont beaucoup plus actives que la morphine pour inhiber les contractions induites électriquement au niveau du canal déférent de souris alors qu’on observe l’inverse au niveau de l’iléon de cobaye. Par contre, ni la morphine ni les enképhalines ne sont actives sur le canal déférent de lapin, alors que la dynorphine et l’éthylkétocyclazocine sont de très puissants inhibiteurs.

Des expériences de liaison aux membranes de cerveau ont confirmé ces actions différentielles des peptides opioïdes. Ainsi la Met-enképhaline et surtout la Leu-enképhaline se lient avec une très forte affinité à un site de liaison dénommé récepteur 嗀 mais avec une plus faible affinité au récepteur 猪 (J. A. Lord, J. Hughes, H. W. Kosterlitz). La dynorphine serait l’agoniste endogène des récepteurs (A. Golstein et al.).

L’existence de différences physiologiques et biochimiques notables entre ces différents sites de liaison semble confirmée par leur hétérogénéité de distribution dans les diverses régions cérébrales, l’absence de tolérance croisée entre des agonistes relativement sélectifs et la désactivation chimique sélective de chacun de ces récepteurs putatifs. Bien que la signification physiologique de cette multiplicité de récepteurs reste encore mal connue, elle a entraîné une recherche intensive dans de nombreux laboratoires pharmaceutiques, dans le but de dissocier les effets analgésiques des opiacés de leurs effets secondaires, en particulier la dépression respiratoire et la dépendance psychique. Cette recherche a pu être menée de manière rationnelle en s’appuyant sur la présence presque exclusive de certains récepteurs au niveau des organes périphériques; 猪 dans l’iléon de cobaye, 嗀 dans le canal déférent de souris, dans le canal déférent de lapin.

Ainsi la discrimination entre les récepteurs 猪 et 嗀 peut se faire en diminuant la séquence des enképhalines à partir de la partie C-terminale pour aboutir à des tripeptides. Le remplacement du reste phényle par une chaîne hydrophobe non aromatique permet alors d’obtenir des peptides spécifiques du récepteur 猪. Inversement, l’allongement de la séquence des enképhalines et le remplacement de la glycine en position 2 par un aminoacide hydrophile (D-Sérine ou D-Thréonine) conduit à des peptides qui sont plus de 3 000 fois plus actifs sur les récepteurs 嗀 du canal déférent de souris que sur les sites 猪 de l’iléon de cobaye. Ces peptides ont été rendus radioactifs par tritiation et sont désormais utilisés comme sondes d’exploration des récepteurs 猪 et 嗀 cérébraux (B. P. Roques et coll.).

La grande spécificité de ces composés a permis de démontrer que l’analgésie impliquait l’activation sélective des récepteurs 猪. Ainsi l’effet analgésique d’un agoniste 猪 pur est inhibé par la noloxone, antagoniste 猪-sélectif, alors que les antagonistes 嗀-sélectifs n’ont aucune action (M. Rance, B. Morgan et coll.). Le rôle physiologique des sites 嗀 demeure encore inconnu mais ils pourraient être associés à des comportements émotionnels. La caractérisation définitive des sites de liaison 猪, 嗀, ... nécessite la purification des éventuels récepteurs protéiques associés à ces sites. La solubilisation de récepteurs opiacés dans des états actifs a été réalisée à partir de cerveaux de mammifères et de batraciens grâce à l’utilisation de détergents nécessaires à l’extraction du récepteur de son environnement lipidique. Les extraits solubles, chromatographiés sur divers supports, ont montré l’existence d’entités protéiques de poids moléculaires voisins de 300 000 daltons liant les opiacés radioactifs. Le récepteur pourrait donc être constitué de plusieurs sous-unités ( 猪, 嗀, ?) éventuellement allostériquement interdépendantes, comme c’est le cas pour le régulateur cholinergique (J.-P. Changeux). Néanmoins, le mécanisme intime de la transmission opioïdergique par l’intermédiaire de l’ouverture ou la fermeture d’un canal ionique, de l’activation d’une nucléotide-cyclase ou des deux, reste mal connu.

Encyclopédie Universelle. 2012.