GABA fascynujący aminokwas (część 1/2)

GABA, w odróżnieniu od wielu innych aminokwasów, nie uczestniczy w syntezie białek. Mimo to jest ważnym związkiem pełniącym wiele funkcji w organizmie [1]. Kwas gamma-aminomasłowy (GABA) występuje w świecie mikroorganizmów, roślin i zwierząt [2,3].

GABA powstaje zazwyczaj z glutaminianu w procesie dekarboksylacji, w którym uczestniczy enzym dekarboksylaza glutaminianu (GAD). Poszczególne organizmy mogą jednak wykorzystywać różne szlaki syntezy [4]. Aktywność tego enzymu zależy od fosforanu pirydoksalu, czyli aktywnej formy witaminy B6 [4,5].

U ludzi GABA pełni przede wszystkim funkcję neuroprzekaźnika hamującego w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN). Uczestniczy również w regulacji pracy mięśni gładkich przewodu pokarmowego oraz funkcjonowaniu układów oddechowego, hormonalnego i współczulnego. Receptory GABA wykryto także w komórkach układu odpornościowego, m.in. w limfocytach T, co wskazuje na możliwy udział tego związku w regulacji odpowiedzi immunologicznej [6,7].

Działanie neurologiczne GABA

GABA jest jednym z najważniejszych neuroprzekaźników hamujących w mózgu. Jego receptory uczestniczą w regulacji aktywności neuronalnej, a układ GABA-ergiczny ma znaczenie m.in. dla snu, pobudzenia i reakcji na stres.

Zmiany w funkcjonowaniu układu GABA-ergicznego opisywano w kontekście różnych zaburzeń neurologicznych i psychicznych, w tym lęku, bezsenności, depresji i padaczki [8–13]. Nie oznacza to jednak, że każde z tych zaburzeń wynika po prostu z niedoboru GABA. Ich mechanizmy są złożone i obejmują wiele układów biologicznych.

Receptory GABA uczestniczą w regulacji procesów związanych ze snem [13]. Niektóre leki stosowane w leczeniu bezsenności oddziałują na receptory GABA-A, zwiększając hamujące działanie tego układu [14]. Nie wszystkie leki nasenne działają jednak w ten sposób.

Hamujące działanie GABA ma również istotne znaczenie w regulacji aktywności elektrycznej mózgu. Zaburzenia równowagi między sygnałami pobudzającymi i hamującymi są związane z mechanizmami napadów padaczkowych. Część leków przeciwpadaczkowych wzmacnia przekaźnictwo GABA-ergiczne, choć leki stosowane w padaczce działają na różne sposoby [15].

Układ GABA-ergiczny jest badany również w kontekście lęku, agresji i reakcji na stres [16,17]. W badaniach analizuje się także jego związki z odpowiedzią organizmu na stres oraz regulacją poziomu kortyzolu — hormonu, który m.in. wpływa na gospodarkę energetyczną i stężenie glukozy we krwi [18]. Zależności te są złożone, dlatego nie należy utożsamiać ich automatycznie z prostym niedoborem GABA.

Regulacja hormonalna GABA

GABA uczestniczy w procesach, które mogą wpływać na regulację wydzielania hormonów. Jednym z obszarów badań jest jego potencjalny związek z hormonem wzrostu, który m.in. wpływa na wzrost organizmu i metabolizm.

W jednym z badań po jednorazowym podaniu dużej dawki GABA zaobserwowano wzrost stężenia hormonu wzrostu w osoczu [19]. Taki wynik nie przesądza jednak o długoterminowych korzyściach suplementacji, np. w zakresie przyrostu masy mięśniowej. Potrzebne są dalsze badania oceniające znaczenie kliniczne tych obserwacji.

W publikacjach analizowano również związki GABA z regulacją innych hormonów, w tym testosteronu i insulinopodobnego czynnika wzrostu 1 (IGF-1) [4]. Mechanizmy te zależą od kontekstu biologicznego, dlatego nie należy wyciągać na ich podstawie prostych wniosków dotyczących działania suplementów GABA.

GABA, trzustka i regulacja apetytu

W komórkach beta wysp trzustkowych, które odpowiadają za wydzielanie insuliny, stwierdzono obecność GABA i enzymu GAD. Wskazuje to, że komórki te mogą uczestniczyć w syntezie GABA [4]. Zainteresowanie badaczy budzi również możliwy udział tego związku w regulacji łaknienia.

W doświadczeniach na myszach obserwowano zmiany stężenia GABA w podwzgórzu podczas głodówki [21,22]. Podwzgórze odgrywa istotną rolę w regulacji apetytu i bilansu energetycznego. Według autorów przywołanych badań wzrost stężenia GABA mógł wynikać nie tylko ze zwiększonej syntezy, lecz także z ograniczenia jego rozpadu.

Wyniki badań na zwierzętach pomagają poznawać mechanizmy regulacji apetytu, ale nie wystarczają do potwierdzenia, że podobny efekt występuje u ludzi ani że suplementacja GABA skutecznie reguluje apetyt.

Autoimmunizacja a GABA

GABA jest badany również w kontekście chorób autoimmunologicznych i zaburzeń funkcjonowania układu nerwowego. Jednym z przykładów jest zespół sztywnego człowieka (stiff-person syndrome, SPS), dawniej określany także jako zespół uogólnionej sztywności. Choroba ta może powodować postępującą sztywność mięśni i bolesne skurcze. U części pacjentów stwierdza się przeciwciała przeciwko dekarboksylazie glutaminianu (GAD), enzymowi uczestniczącemu w syntezie GABA [4].

Przeciwciała anty-GAD występują również u wielu osób z cukrzycą typu 1., w której układ odpornościowy niszczy komórki beta trzustki. Obecność tych przeciwciał w różnych chorobach nie oznacza jednak, że mają one identyczne znaczenie w każdym przypadku. Związek między cukrzycą typu 1. a zespołem sztywnego człowieka jest złożony i wymaga odrębnej interpretacji klinicznej [4].

Badacze analizują także potencjalne działanie GABA w zaburzeniach gospodarki glukozowej. W badaniu na myszach karmionych dietą wysokotłuszczową doustne podawanie GABA wiązało się z poprawą tolerancji glukozy i wrażliwości na insulinę oraz ograniczeniem niektórych markerów stanu zapalnego [23]. Są to wyniki przedkliniczne, których nie można bezpośrednio przekładać na zalecenia dotyczące leczenia cukrzycy u ludzi.

Trwają również badania nad możliwym wpływem GABA na procesy immunologiczne i choroby zapalne, w tym kontaktowe zapalenie skóry oraz stwardnienie rozsiane. W literaturze opisano potencjalne mechanizmy neuroprotekcyjne i immunomodulujące, które wymagają dalszej oceny [24,25]. Wyniki wstępnych badań nie stanowią potwierdzenia, że GABA jest skuteczną metodą leczenia tych schorzeń.

GABA — co warto zapamiętać?

GABA jest ważnym neuroprzekaźnikiem hamującym, który uczestniczy w regulacji aktywności układu nerwowego. Naukowcy badają również jego rolę w procesach hormonalnych, regulacji apetytu, funkcjonowaniu trzustki i odpowiedzi immunologicznej.

Warto jednak odróżniać poznane funkcje GABA od potencjalnych zastosowań terapeutycznych. Część opisywanych zależności pochodzi z badań obserwacyjnych lub doświadczeń na zwierzętach. Nie oznacza to automatycznie, że suplementacja GABA przynosi określone korzyści zdrowotne u ludzi.

Poznanie roli GABA w organizmie pomaga lepiej zrozumieć mechanizmy regulacji układu nerwowego. Interpretacja wyników badań i decyzje dotyczące leczenia wymagają jednak uwzględnienia jakości dowodów naukowych oraz indywidualnej sytuacji pacjenta.

Przeczytaj również drugą część artykułu: GABA – fascynujący aminokwas (część 2/2)

Bibliografia

1. Uehara E., Hokazono H., Sasaki T. et al. Effects of GABA on the expression of type I collagen gene in normal human dermal fibroblasts. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry, 2017; 81(2): 376–379.
2. Shelp B.J., Bown A.W., McLean M.D. Metabolism and functions of gamma-aminobutyric acid. Trends in Plant Science, 1999; 4(11): 446–452.
3. Bown A.W., Shelp B.J. Plant GABA: not just a metabolite. Trends in Plant Science, 2016; 21(10): 811–813.
4. Ganong W.F. Fizjologia komórek nerwowych i mięśniowych. W: Fizjologia, pod red. Lewin-Kowalik, PZWL, Warszawa, 2009.
5. Petroff O.A.C. Gamma-aminobutyric acid and glutamate in the human brain. The Neuroscientist, 2002; 8(6): 562–573.
6. Erdo S.L. Peripheral GABAergic mechanisms. Trends in Pharmacological Sciences, 1985; 6: 205–208.
7. Jin Z., Mendu S.K., Birnir B. GABA is an effective immunomodulatory molecule. Amino Acids, 2013; 45: 87–94.
8. Nutt D.J. The role of GABA in the pathophysiology and treatment of anxiety disorders. Psychopharmacology Bulletin, 2003; 37: 133–146.
9. Kendell S.F., Krystal J.H., Sanacora G. GABA and glutamate systems as therapeutic targets in depression and mood disorders. Expert Opinion on Therapeutic Targets, 2005; 9: 153–168.
10. Kugaya A., Sanacora G. Beyond monoamines: glutamatergic function in mood disorders. CNS Spectrums, 2005; 10: 808–819.
11. Krystal J.H., Sanacora G., Blumberg H. et al. Glutamate and GABA systems as targets for novel antidepressant and mood-stabilizing treatments. Molecular Psychiatry, 2002; 7: S71–S80.
12. Treiman D.M. GABAergic mechanisms in epilepsy. Epilepsia, 2001; 42: 8–12.
13. Gottesmann C. GABA mechanisms and sleep. Neuroscience, 2002; 111: 231–239.
14. Lancel M., Steiger A. Sleep and its modulation by drugs that affect GABA-A receptor function. Angewandte Chemie International Edition in English, 1999; 38(19): 2852–2864.
15. Khazipov R. GABAergic synchronization in epilepsy. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 2016; 6(2): a022764.
16. Narvaes R., de Almeida R.M. Aggressive behavior and three neurotransmitters: dopamine, GABA, and serotonin — a review of the last 10 years. Psychology & Neuroscience, 2014; 7(4): 601–607.
17. Miczek K.A. Monoamines, GABA, glutamate and aggression. W: Nelson R.J. (red.), Biology of Aggression. Oxford University Press, 2006.
18. Houtepen L.C., Schür R.R., Wijnen J.P. et al. Acute stress effects on GABA and glutamate levels in the prefrontal cortex: A 7T 1H magnetic resonance spectroscopy study. NeuroImage: Clinical, 2017; 14: 195–200.
19. Powers M.E., Yarrow J.F., McCoy S.C., Borst S.E. Growth hormone isoform responses to GABA ingestion at rest and after exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2008; 40(1): 104–110.
20. Smith T.A. Type A gamma-aminobutyric acid (GABA-A) receptor subunits and benzodiazepine binding: significance to clinical syndromes and their treatment. British Journal of Biomedical Science, 2001; 58: 111–121.
21. Korek E., Krauss H., Piątek J., Chęcińska Z. Regulacja hormonalna łaknienia. Medycyna Ogólna i Nauki o Zdrowiu, 2013; 19(2): 211–217.
22. Delgado T.C. Glutamate and GABA in appetite regulation. Frontiers in Endocrinology, 2013; 4: 103.
23. Tian J., Dang H.N., Yong J. et al. Oral treatment with γ-aminobutyric acid improves glucose tolerance and insulin sensitivity by inhibiting inflammation in high fat diet-fed mice. PLoS ONE, 2011; 6(9): e25338.
24. Stangel M. Neuroprotection and neuroregeneration in multiple sclerosis. Journal of Neurology, 2008; 255(Suppl 6): 77–81.
25. Prud’homme G.J., Glinka Y., Wang Q. Immunological GABAergic interactions and therapeutic applications in autoimmune diseases. Autoimmunity Reviews, 2015; 14(11): 1048–1056.