7. Dopaminwiederaufnahme, Dopaminabbau

Extrazelluläres Dopamin im synaptischen Spalt kann durch Wiederaufnahme in dopaminerge Neuronen oder, nach Aufnahme in Gliazellen, durch MAO oder COMT abgebaut werden. Innerhalb dopaminerger Nervenzellen wird Dopamin, das sich außerhalb von Vesikeln befindet, durch MAO abgebaut.¹ Weiter kann Dopamin durch Sulfatierung oder Glucuronidierung deaktiviert sowie durch Verstoffwechselung in Noradrenalin umgewandelt werden. Schließlich kann Dopamin diffundieren und wird dann mit dem Blut abtransportiert.

• 7.1. Dopaminwiederaufnahme (Recycling)
  • 7.1.1. Dopaminwiederaufnahme durch Dopamintransporter (DAT)
  • 7.1.2. Weitere dopaminerge Einflüsse des DAT
    • 7.1.2.1. Dopaminfreisetzung (Efflux) durch DAT
    • 7.1.2.2. Kanalfunktion der DAT
  • 7.1.4. Dopaminwiederaufnahme durch Noradrenalintransporter (NET)
  • 7.1.5. Dopaminwiederaufnahme durch Plasmamembran Monoamintransporter (PMAT)
  • 7.1.6. Dopaminwiederaufnahme durch Organische Kationentransporter (OCT)
  • 7.1.7. Wiederaufnahme von Dopamin hemmende Stoffe (Wiederaufnahmehemmer)
    • 7.1.7.1. Dopaminwiederaufnahmehemmer
    • 7.1.7.2. Noradrenalinwiederaufnahmehemmer
• 7.2. Dopaminabbau durch Metabolisierung (mittels Enzymen)
  • 7.2.1. Dopaminabbau durch COMT
    • 7.2.1.1. Dopaminabbau in PFC durch NET und COMT, kaum durch DAT; in Striatum durch DAT, kaum durch NET und COMT
    • 7.2.1.2. COMT-Isoformen: soluble und membrangebunden
    • 7.2.1.3. COMT-Genvarianten verändern Dopaminspiegel im PFC
    • 7.2.1.4. Regulation von COMT
      • 7.2.1.4.1. Östrogen verringert COMT und damit den Dopaminabbau durch COMT im PFC
      • 7.2.1.4.2. Hypoxie, Blutgefäßverschlüsse und traumatische Hirnverletzungen erhöhen COMT
      • 7.2.1.4.3. COMT-Inhibitoren
    • 7.2.1.5. COMT-Gentest
  • 7.2.2. Dopaminabbau durch Monoaminoxidase (MAO-A, MAO-B)
    • 7.2.2.1. MAO-A
    • 7.2.2.2. MAO-B
    • 7.2.2.3. MAO und oxidativer Stress
    • 7.2.2.4. Hemmung der MAO
  • 7.2.3. Dopaminabbau durch Dopamin-β-Hydroxylase (DBH) zu Noradrenalin
• 7.3. Dopaminabbau durch Sulfatierung (mittels Sulfotransferasen)
  • 7.3.1. Sulfatierung deaktiviert Dopamin zu Dopaminsulfat
  • 7.3.2. Sulfotransferasen
  • 7.3.3. Sulfotransferasen und Dopamin
  • 7.3.4. Sulfatasen reaktivieren Dopaminsulfat zu Dopamin
  • 7.3.5. Sulfatierung und ADHS
• 7.4. Dopaminabbau durch Glucuronidierung (mittels Glucuronosyltransferasen)
• 7.5. Dopaminentfernung durch Diffusion
• 7.6. Schlussfolgerungen für die Medikamentierung von ADHS
  • 7.6.1. Bindungsaffinität von MPH, AMP, ATX an DAT / NET / SERT
  • 7.6.2. Wirkung von MPH, AMP, ATX auf Dopamin / Noradrenalin je Gehirnregion

7.1. Dopaminwiederaufnahme (Recycling)¶

7.1.1. Dopaminwiederaufnahme durch Dopamintransporter (DAT)¶

Der DAT (auch als DAT1 bezeichnet) ist ein Plasmamembran-Transportprotein, das für die Regulierung der Dauer und Intensität der dopaminergen Signalübertragung verantwortlich ist. Bei ADHS und ASS ist die Funktion des DAT häufig verändert.

DAT nehmen Dopamin aus dem Extrazellulärraum (wieder) auf und transportieren es in die Zelle. Dabei kann es sich um Dopamin handeln, das von der Zelle selbst ausgestoßen wurde (Wiederaufnahme), oder Dopamin, das von benachbarten Zellen stammt.
DAT sitzen in der Nähe der Synapsen. Mit der Wiederaufnahme regulieren die DAT die zeitliche Verfügbarkeit von phasisch oder tonisch frisch ausgestoßenem Dopamin (und schwächer auch Noradrenalin) im synaptischen Spalt bzw. in der präsynaptischen Nervenzelle.² Dies sorgt für die Feinabstimmung der phasischen Natur des Dopaminsignals,³ denn nur wenn der synaptische Spalt schnell wieder von zuvor ausgestoßenem Dopamin befreit ist, ist neu ausgestoßenes (signalcodierendes) Dopamin in der Lage, diese Signale unbeeinträchtigt von aus früheren Ausstößen vorhandenem Dopamin sauber zu übertragen. Durch die Entfernung von Dopamin aus dem synaptischen Spalt moduliert der DAT das Signal-Rausch-Verhältnis der Dopamin-Signalisierung.⁴
Zur Unterscheidung von tonischem und phasischem Dopamin siehe oben unter ⇒ 1.2. Tonisches Dopamin / Phasisches Dopamin.

DAT bewirken den meisten Dopaminabbau im Striatum. Im PFC dagegen sind weniger DAT vorhanden – dort erfolgt der Dopaminabbau maßgeblich durch COMT (60 %) und NET und nur wenig über DAT (15 %).⁵ Im PFC nehmen Noradrenalintransporter (NET) signifikant Dopamin wieder auf.

Die Bindungsaffinität von DAT beträgt für:⁶

• Dopamin 885 / 2140 / 5.200 Km
• Noradrenalin 17.000 Km
  Kleinere Werte bedeuten eine höhere Bindungsaffinität.

DAT unterliegen innerhalb der ersten Lebensmonate einer epigenetischen Veränderung der Expression durch Umwelteinflüsse. Der Dopamintransporter (DAT) transportiert neben Dopamin auch Noradrenalin.⁷ Daneben kann der DAT neurotoxische Verbindungen wie 6-Hydroxydopamin, 1-Methyl-4-Phenylpyridinium oder Umweltchemikalien wie Paraquat transportieren, was ihn zu einem Einfallstor für schädliche Substanzen und einem möglichen Mechanismus für die dopaminerge Neurodegeneration bei Parkinson macht.⁸

Der DAT liegt auf dem Chromosom 5p15.3. Er tritt in verschiedenen Varianten auf, die sich anhand der Anzahl der 40-bp-Wiederholungen (Allel-Repeats) unterscheiden, die von 3 bis 11 Wiederholungen (Repeats, R) reichen. Am häufigsten sind die 10R Variante mit 480 bp mit 70 % und die 9R-Variante mit 440 bp mit 27 % in der kaukasischen und hispanischen Bevölkerung und mit 72 % und 17 % in der afrikanischen Bevölkerung, die dafür mit 12 % deutlich häufiger seltene Allel-Repeat-Varianten zeigte.⁹¹⁰
Während DAT 10R einen erhöhten Dopaminabbau aus dem synaptischen Spalt bewirkt, mithin ein verringertes tonisches (aber unbeeinträchtigtes oder gar erhöhtes phasisches Dopamin), bewirkt DAT 9R einen verringerten Dopaminabbau und mithin ein erhöhtes tonisches und verringertes phasisches Dopamin. DAT 10R wird mit ADHS in Verbindung gebracht, DAT 9R mit Borderline.

Innerhalb eines dopaminergen Neurons werden DAT exprimiert:¹¹

• im terminalen Bereich
• entlang des Axons
• um das Soma und die Dendriten herum (somatodendritischer Bereich)
• vorwiegend perisynaptisch in den intrazellulären Membranen dopaminerger Zellen
• auf den äußeren Plasmamembranen kleiner distaler Dendriten

DAT werden durch eine Vielzahl zellulärer Faktoren dynamisch reguliert.
Ihre Expression in verschiedenen Hirnregionen oder innerhalb einer bestimmten Zelle ist nicht statisch, sondern sehr plastisch.

7.1.2. Weitere dopaminerge Einflüsse des DAT¶

7.1.2.1. Dopaminfreisetzung (Efflux) durch DAT¶

DAT können - mindestens in der Substantia nigra - zudem Dopamin freisetzen. Während der D2-Dopamin-Autorezeptor bei hohem extrazellulärem Dopamin die Freisetzung es herunterreguliert, fördert der DAT bei niedrigem Dopamin die Dopaminfreisetzung. Anders als Methylphenidat, das die Dopaminwiederaufnahme durch DAT hemmt, ist Amphetamin ein Substrat für die DAT, das möglicherweise die Dopaminfreisetzung in der Substantia nigra auslösen kann.¹⁴⁶

AMP und die Droge METH stimulieren auch den Efflux durch DAT,¹⁵ während MPH dies nicht tut.

7.1.2.2. Kanalfunktion der DAT¶

DAT transportieren nicht nur Dopamin, sondern weisen offenbar auch einen Kanalmodus auf, der das Membranpotenzial und die neuronale Funktion direkt moduliert.
Die von DAT verursachten depolarisierenden Ströme resultieren also nicht alleine aus der hohen Dichte und der schnellen Neurotransmitter-Umsatzrate eines klassischen Transporters, sondern auch aus einem echten Kanalverhalten des DAT.¹⁶

7.1.4. Dopaminwiederaufnahme durch Noradrenalintransporter (NET)¶

Der Noradrenalintransporter (NET) ist im PFC häufig und im Striatum selten vertreten, während der DAT im PFC selten und im Striatum häufig ist. Der NET ist etwas affiner zu Dopamin als zu Noradrenalin,¹⁷¹⁸ sodass ein relevanter Teil des Dopaminabbaus / der Dopaminwiederaufnahme im PFC (nicht aber im Striatum) durch den NET erfolgt.
Der Noradrenalintransporter scheint bei ADHS in den Aufmerksamkeitsnetzwerken der rechten Gehirnhemisphäre verringert.¹⁹

Die Bindungsaffinität von NET beträgt für:⁶

• Dopamin 240 / 730 Km
• Noradrenalin 539 / 580 Km
  Kleinere Werte bedeuten eine höhere Bindungsaffinität.

NET-KO-Mäuse (Mäuse ohne Noradrenalintransporter) zeigen keinen effektive Dopaminabbau im PFC.²⁰

Bei der DAT-KO-Maus zeigte sich, dass der NET im Striatum möglicherweise kaum zum Dopaminabbau im Striatum beiträgt. Eine Hemmung von Serotonintransportern, Noradrenalintransportern, MAOA oder COMT veränderte den Dopaminabbau im Striatum der DAT-KO-Maus nicht. Dieser scheint in Abwesenheit von DAT im Striatum eher durch Diffusion zu erfolgen.²¹ Wir fragen uns allerdings, ob der Prozess, mit dem bei der DAT-KO-Maus der DAT deaktiviert wird, nicht auch den NET deaktivieren könnte, da dieser ebenfalls Dopamin aufnimmt.

7.1.5. Dopaminwiederaufnahme durch Plasmamembran Monoamintransporter (PMAT)¶

Dopamin und Noradrenalin werden außer durch den DAT und den NET weiter durch den Plasmamembran Monoamintransporter (PMAT) aufgenommen. Dieser wird auch als human equilibrative nucleoside transporter-4 (hENT4) bezeichnet. Er wird durch das Gen SLC29A4 kodiert. Seine Bindungsaffinität ist niederiger als die von DAT oder NET. Er bindet hochaffin Dopamin und Serotonin sowie, sehr viel schwächer, Noradrenalin, Adrenalin und Histamin.²²

7.1.6. Dopaminwiederaufnahme durch Organische Kationentransporter (OCT)¶

Dopamin (wenn auch schwächer als Noradrenalin) wird aus dem extrazellulären Bereich weiter in geringerem Maße durch die organischen Kationentransporter (OCT1, OCT2, OCT3) aufgenommen. Diese werden auch als Solute carrier family 22 member 1/2/3 oder Extraneuronale Monoamin-Transporter (EMT) bezeichnet. OTC2 und OTC3 finden sich in Nervenzellen und Astrozyten und binden Histamin > Noradrenalin und Adrenalin > Dopamin > Serotonin.²² Die Aufnahme erfolgt nicht wie bei DAT und NET in die präsynaptische Zelle, sondern in Gliazellen. Dort werden Dopamin und Noradrenalin durch COMT zu Methoxytyramin abgebaut.²³

Die kodierenden Gene sind:²⁴

• OCT1: SLC22A1
• OCT2: SLC22A2
• OCT3: SLC22A3

Antagonisten von OCT sind z.B.²³

• Amantadin
• Memantin

7.1.7. Wiederaufnahme von Dopamin hemmende Stoffe (Wiederaufnahmehemmer)¶

7.1.7.1. Dopaminwiederaufnahmehemmer¶

Als Dopaminwiederaufnahmehemmer werden Stoffe bezeichnet, die den Dopamintransporter (DAT) hemmen. Die Bezeichnung benennt mithin den gehemmten Transporter und nicht die bewirkte Hemmung einer Neurotransmitterwiederaufnahme.
Dopaminwiederaufnahmehemmer sind

• Methylphenidat
• Amphetamine
• Bupropion
• Dasotralin
• Amineptin,
• Bromantan
• Difemetorex,
• Difluoropin
• Fencamfamin,
• Lefetamin,
• Levophacetoperan
• Medifoxamin
• Mesocarb
• Nomifensin (Handelsnamen: Alival, Merital, Psyton)
• Pipradrol
• Prolintan
• Pyrovaleron
• Reserpin
• Solriamfetol.
• Vanoxerin (in der Entwicklung)

7.1.7.2. Noradrenalinwiederaufnahmehemmer¶

Als Noradrenalinwiederaufnahmehemmer werden diejenigen Stoffe bezeichnet, die den Noradrenalintransporter (NET) hemmen. Die Bezeichnung richtet sich mithin an dem gehemmten Transporter aus und nicht an der bewirkten Hemmung einer Neurotransmitterwiederaufnahme.
Selektive Noradrenalinwiederaufnahmehemmer (SNRI) sind u.a.

Zur ADHS-Behandlung:

• Atomoxetin (Strattera®, Atomoxe®, Agakalin®, Atomoxetin Generika)

Zur Depressions-Behandlung:

• Reboxetin (Solvex®, Edronax®)
• Viloxazin (Vivalan®; Zulassung wurde vom Hersteller nicht mehr verlängert, Mittel daher nicht mehr erhältlich)

Zur Adipositas-Behandlung:

• Mazindol

Als Skelettmuskelrelaxans:

• Orphenadrin (Norflex®)

Forschung:

• Nisoxetin (nie zugelassen)

7.2. Dopaminabbau durch Metabolisierung (mittels Enzymen)¶

Während Dopamintransporter die Wiederaufnahme von Dopamin aus dem synaptischen Spalt zurück in die sendende Zelle bewirken, wo sie durch VMAT2-Transporter wieder in Vesikel eingelagert werden, wird Dopamin auch durch Umwandlung in andere Stoffe abgebaut. Hier sind vornehmlich COMT und MAO zu nennen.

Metabolisierung ist der biochemische Umbau / Abbau einer Substanz durch körpereigene Enzymsysteme in einen chemisch veränderten Metaboliten.²⁵

7.2.1. Dopaminabbau durch COMT¶

Das Enzym COMT metabolisiert überwiegend Katecholamine (Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin), durch O-Methylierung. Als Methyl-Donor fungiert S-Adenosyl-L-Methionin (SAM).

7.2.1.1. Dopaminabbau in PFC durch NET und COMT, kaum durch DAT; in Striatum durch DAT, kaum durch NET und COMT¶

In nigrostriatalen Neuronen findet sich kein COMT.¹
Im Striatum wird Dopamin daher kaum durch COMT abgebaut. Dafür finden sich im Striatum viele DAT.^26272829
Der PFC hat vergleichsweise wenige Dopamintransporter (DAT), anders als das Striatum.^26272829

Daher benötigt der PFC andere Wege, um Dopamin (das bei Stress im PFC erhöht ist) wieder abzubauen. Hierzu nutzt er neben den NET besonders das Enzym Catechol-O-Methyltransferase (COMT), das Dopamin durch Hinzufügen einer Methylgruppe deaktiviert und das 60 % des Dopaminabbaus im PFC (und nur 15 % des Dopaminabbaus im Striatum) bewirkt. Das weitere wichtige Dopamin-Abbau-Enzym ist Monoaminoxidase B (MAO-B).^30313233

COMT findet sich allerdings vorwiegend in Gliazellen, insbesondere in Mikroglia, und kaum oder gar nicht in Nervenzellen.³⁴ Offenbar wird Dopamin aus dem synaptischen Spalt auch in Gliazellen aufgenommen.¹

COMT metabolisiert neben Dopamin auch Levodopa und hemmt so die Dopamin-Synthese. COMT-Hemmer wie Entacapon, Tolcapon und Opicapon werden in der Therapie von Parkinson eingesetzt.³⁵

COMT wird vom COMT-Gen gesteuert. COMT-Gen-Polymorphismen, die die Aktivität des COMT-Gens beeinflussen, haben daher vornehmlich Einfluss auf den Dopaminspiegel des PFC und kaum auf den Dopaminspiegel in anderen Gehirnregionen.

7.2.1.2. COMT-Isoformen: soluble und membrangebunden¶

Es gibt zwei Isoformen von COMT:¹

• Soluble COMT (freies COMT)
  • frei bewegliche zytoplasmatische Form
  • in Gliazellen
  • in der Peripherie
  • metabolisiert eher exogene Katecholamine
• Mb-COMT (Membrane-bound)
  • membrangebundene Isoform
  • vorherrschend auf der Neuronenmembran
  • höhere Katecholamin-Affinität
  • metabolisiert hauptsächlich dopaminerge und noradrenerge Katecholamine

Während im Striatum der COMT-Dopaminabbau durch membrangebundenes COMT zu erfolgen scheint, könnte im PFC lediglich solubles COMT beteiligt sein. Mb-COMT-Knockout-Mäuse (Mäuse ohne membrangebundenes COMT) zeigen einen erhöhten Dopaminspiegel im Striatum, nicht aber im PFC. Dies deutet darauf hin, dass Mb-COMT im Striatum am Dopaminabbau beteiligt ist, während im PFC möglicherweise lediglich solubles COMT involviert ist.¹²

7.2.1.3. COMT-Genvarianten verändern Dopaminspiegel im PFC¶

Der homozygote Val158Val-Polymorphismus des COMT-Gens bewirkt einen 4 mal schnelleren Dopaminabbau als die homozygote COMT-Met158Met-Variante, die ein inaktiveres COMT und damit einen langsameren Dopaminabbau verursacht.³⁶³⁷ Der Val158Met Polymorphismus liegt hinsichtlich der Katecholaminmetabolisierung zwischen dem schnell abbauenden Val158Val und dem langsam abbauenden Met158Met.
Gesunde COMT-Met158Met-Träger sind

• gegenüber COMT-Val158Val-Trägern (wohl aufgrund des höheren Dopaminspiegels im PFC)
  • geistig leistungsfähiger (effizienter, nicht intelligenter)³⁸
  • mehr Taskwechselprobleme, geringere geistige Flexibilität
    • Träger mindestens eines Met-Allels zeigten größere Taskwechselkosten (d.h. eine geringere kognitive Flexibilität) als Träger des homozygoten Val/Val COMT-Gens. Dies deutet darauf hin, dass niedrige präfrontale Dopaminspiegel mit höherer kognitiver Flexibilität und geringeren Taskwechselproblemen korrelieren.³⁹
  • stressempfindlicher
    • hoher Dopaminspiegel (nur) im PFC bereits im Ruhezustand
    • erheblicher Dopaminanstieg (nur) im PFC schon bei leichtem Stress
  • ängstlicher³⁸⁴⁰
  • erhöhte Verlustaversion⁴⁰ (vergleichbar dem veränderten Verhalten bei ADHS in Bezug auf Bestrafung) und
  • schmerzempfindlicher.⁴¹⁴²³⁷
  • Daneben haben sie eine geringere Anfälligkeit für Psychosen und Schizophrenie bei Cannabis-Missbrauch.⁴³ Dies ist insofern plausibel, als Schizophrenie mit einem erhöhten Dopaminspiegel im Striatum einhergeht,⁴⁴ und erhöhte Dopaminspiegel im PFC den Dopaminspiegel im Striatum verringern.⁴⁵
  • soziale Beeinträchtigungen sind signifikant erhöht,⁴⁰ wobei diese Studie keine direkten Einflüsse des COMT-Gens auf ADHS fand.
  • schnellere Reaktionszeiten im Vergleich zu Val/Val⁴⁶
  • Müller⁴⁷ ordnet Met158Met einem Phänotyp zu, wobei die von Müller zitierte Quelle⁴⁸ sich hierzu nicht verhält:
    • Körperbau
      • schlank bis hager
    • Nahrungsaufnahme
      • können große Mengen verzehren, ohne Gewichtsprobleme
      • bei Frauen bis zum unberechtigten Verdacht einer Anorexia nervosa
    • Leistungsvermögen
      • körperlich
        • überdurchschnittlich
      • geistig
        • überdurchschnittlich
        • gute Fähigkeit, komplexe Sachverhalte zu begreifen und zu erledigen
      • hohe Ausdauer
    • Unruhe
      • Agilität bis Unruhe, Hektik, Rastlosigkeit
      • Erholungsunfähigkeit
        • Yoga, Kontemplation, Meditation sind aversiv
        • sollten auch therapeutisch nicht erwartet werden
      • Entspannung durch körperliche Aktivität
    • Angst und Panik häufiger
    • Aggressivität erhöht
    • schlechte Verlierer
    • Differentialdiagnose
      • Hyperthyreose kann ähnliche Symptome verursachen
• gegenüber COMT-Val158Met-Trägern
  • geringere Emotionalität⁴⁹
  • geringere Extraversion⁴⁹
  • geringeres Novelty seeking⁴⁹
  • geringere Kooperativität, geringerer Altruismus
    • Träger mindestens eines Val-Allels, das für einen starken Dopaminabbau steht, zeigten in einer Studie deutlich höhere Kooperativität und höheren Altruismus als Met/Met-Träger.⁵⁰

Gesunde Val/Val-Träger weisen suboptimal niedrige Dopaminspiegel auf, während Met/Met-Träger im Grundzustand nahezu optimale Dopaminspiegel aufweisen.⁵¹ Val/Val-Träger erreichen durch eine verringerte COMT-Aktivität oder durch einen erhöhten Dopminumsatz im PFC (z.B. akuter Stress) einen optimalen Dopaminspiegel, während diese Veränderungen bei Met/Met-Trägern den gegenteiligen Effekt haben.⁵²

Die Verbindung von geistiger Leistungsfähigkeit und hoher Sensibilität über den COMT-Met158Met-Polymorphismus könnte ein Element sein, das die Korrelation zwischen Hochbegabung und Hochsensibilität erklären könnte.⁵³
COMT-Met158Met ist neben DRD 4 7R und 5HTTPR ein Chance-Risiko-Gen. Chance-Risiko-Gen bestimmen unserer Ansicht nach Performance und Vulnerabilität.
⇒ Wie ADHS entsteht: Gene + Umwelt

COMT Val/Val und DAT 10R in Kombination korrelierten bei 11 bis 15-jährigen Jungen, nicht aber bei Mädchen, mit erhöhter Hyperaktivität und erhöhten ADHS-Symptomen mit 18 Jahren.⁵⁴ Dies erklärt sich daraus, dass COMT VAL/VAL Dopamin im PFC besonders schnell abbaut und DAT 10R für eine starke Dopaminwiederaufnahme aus dem synaptischen Spalt im Striatum stehen, was beides zu einer niedrigen Dopaminwirkungen führt, wie sie bei ADHS typischerweise angenommen wird.
Dies korreliert damit, dass bei ADHS Betroffene mit COMT Val/Val besser auf Stimulanzien ansprechen (die den Dopaminspiegel im PFC erhöhen) als Betroffene mit COMT Met/Met.⁵⁵

Überraschenderweise fand eine andere Studie eine verbesserte Daueraufmerksamkeit bei Kindern mit ADHS, die die Val/Val-Variante trugen. Kinder mit ADHS und der Val/Met oder der Met/Met-Variante zeigten eine signifikant schlechtere Daueraufmerksamkeit als die Normwerte.⁵⁶ Dies wäre eher dann schlüssig, wenn ADHS mit einer dópaminergen Überfunktion im PFC einherginge, da dann ein erhöhter Dopaminabbau den Dopaminspiegel in den Mittelbereich brächte, der mit optimaler kognitivier Fähigkeit einhergeht. Denn Dopaminüberschuss wie Dopaminmangel beeinträchtigen gleichermaßen.⁵⁷ Dies kollidiert jedoch mit der Tatsache, dass Amphetaminmedikamente, die den Dopaminspiegel im PFC erhöhen, bei ADHS die Daueraufmerksamkeit verbessern können. 0,25 mg / kg Amphetamin verbesserte die physiologische Effizienz bei gesunden Val/Val-Genträgern (= erhöhter Dopaminabbau) und verschlechterte sie bei gesunden Met/Met-Genträgern (verlangsamter Dopaminabbau).⁵⁸

Träger des COMT Val/Val-Polymorphismus, der mehr COMT im PFC synthetisiert, was Dopamin schneller abbaut, also zu niedrigeren Dopaminspiegeln im PFC führt, haben möglicherweise geringere tonische und erhöhte phasische Dopaminspiegel in subkortikalen Gehirnregionen.⁵⁹ Diese These ist allerdings nicht unumstritten.⁴⁶
Eine Untersuchung fand bei Met-Trägern signifikant geringere Konnektivität des rechten Crus I/II mit dem linken dlPFC als bei Val/Val-Trägern.⁶⁰

COMT-Met158Met bewirkt niedrigen Dopaminspiegel im PFC und hohen Dopaminspiegel im Striatum.
Im PFC wird Dopamin mittels COMT abgebaut, das Dopamin durch Hinzufügen einer Methylgruppe deaktiviert. COMT bewirkt rund 60 % des Dopaminabbaus im PFC und nur 15 % des Dopaminabbaus im Striatum.^61313233
Mäuse mit einem COMT-Überschuss aufgrund der COMT Met158Val-Genvariante zeigten einen verringerten Dopaminspiegel im PFC. Zugleich war bei ihnen auch der Dopaminspiegel im Striatum erhöht.⁶²

7.2.1.4. Regulation von COMT¶

7.2.1.4.1. Östrogen verringert COMT und damit den Dopaminabbau durch COMT im PFC¶

Östrogen verringert die COMT-Transkription. Dies bewirkt, je nach COMT-Gen-Variante, unterschiedlich starke geschlechtsbezogene und menstruationsabhängige Veränderungen im Dopaminspiegel des PFC.²⁶
COMT-Hemmer (die den Dopaminspiegel erhöhen) verbessern daher (bei Dopaminüberschuss im PFC) vornehmlich die exekutiven Fähigkeiten des PFC, nicht aber die im Striatum angelegten Symptome von Hyperaktivität oder Impulsivität.⁶⁹⁷⁰
Der PFC reagiert bereits auf kleine Verfügbarkeitsverringerungen des Dopamin-Vorstoffes Tyrosin mit einer deutlichen Dopaminabnahme, anders als andere Gehirnbereiche, z.B. das Striatum, das hiervon unbeeinflusst bleibt.⁷¹ Dies ist jedoch lediglich bei Phenylketonurie (PKU) und nicht bei ADHS relevant.
Da Östrogen ein weibliches Geschlechtshormon ist, müsste bei Frauen häufiger ein überhöhter Dopaminspiegel im PFC vorliegen.

7.2.1.4.2. Hypoxie, Blutgefäßverschlüsse und traumatische Hirnverletzungen erhöhen COMT¶

Hypoxie, Blutgefäßverschlüsse und traumatische Hirnverletzungen erhöhen die Expression von COMT in Mikroglia des Hippocampus. Dies scheint ein Kompensationsmechanismus zur Beendigung der übermäßigen Katecholamin-Signalisierung in verletzten Hirnregionen zu sein.⁷²

7.2.1.4.3. COMT-Inhibitoren¶

So wie COMT den Dopaminabbau im PFC fördert und Östrogen durch eine Verringerung von COMT den Dopaminabbau hemmen kann, sollten auch weitere COMT-Inhibitoren den Dopaminabbau im PFC hemmen.
Die Einnahme dieser Medikamente könnte bei ADHS daher hilfreich sein – sofern ein Dopaminmangel im PFC tatsächlich durch eine COMT-Überaktivität ausgelöst wird.

COMT-Inhibitoren sind u.a.:

• Serotonin Hydrochlorid⁷³
• Tolcapone (Ro 40-7592)⁷³
• Opicapone⁷³
• Flopropione (zugleich 5-HT1A-Rezeptor-Antagonist)⁷³
• Entacapone sodium salt⁷³²³

Salsolinol hemmt COMT.⁷⁴ Salsolinol ist ein Tetrahydroisochinolin.

7.2.1.5. COMT-Gentest¶

Ein Gentest kann zeigen, welcher COMT-Polymorphismus vorliegt. Dies kann ein Hinweis sein, ob entsprechende Symptome einer Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses aus einem Dopaminüberschuss oder ein Dopaminmangel im PFC resultieren.
Da jedoch noch weitere Gene Einfluss auf den Dopaminspiegel des PFC haben, ist ein Testergebnis nur einer von mehreren Faktoren. Daher könnte eine Kombination mit einer Testung weiterer Genkandidaten angezeigt sein, die ebenfalls einen Einfluss auf den Dopaminspiegel des PFC haben, z.B. das DAT-Gen oder die 5 Dopaminrezeptoren.
Diese Kenntnisse könnten einen Hinweis geben, ob ein Nonresponding auf Stimulanzien möglicherweise aus einem erhöhten Dopamin- oder Noradrenalinspiegel im PFC resultieren könnte.
Ein COMT-Gentest wird für rund 60 € angeboten (Stand 2019). Ob eine Testung mehrerer Gene zusammen günstiger ist, ist uns nicht bekannt.

7.2.2. Dopaminabbau durch Monoaminoxidase (MAO-A, MAO-B)¶

Dopamin wird durch beide Isoenzyme der MAO, MAO-A und MAO-B, abgebaut. Beim Menschen überwiegt (innerhalb des Abbaus durch MAO) in vivo der Abbau durch MAO-A, da kaum Dopamin in Astrozyten gelangt, wo es durch MAO-B abgebaut werden könnte.

7.2.2.1. MAO-A¶

MAO-A tritt hauptsächlich in nigrostriatalen dopaminergen Axon-Terminalen auf.⁷⁵
MAO-A baut verschiedene Monoamine ab:⁷⁵

• Dopamin²³
  • Ratten:
    • im Cortex 60 % des Dopaminabbaus durch MAO-A, 40 % durch MAO-B⁷⁶⁷⁷
    • im Striatum:⁷⁸
      • MAO-A, aber nicht MAO-B, trägt hauptsächlich zum striatalen Dopaminabbau bei Ratten bei
      • MAO-B, aber nicht MAO-A, ist für astrozytäre GABA-vermittelte tonische inhibitorische Ströme im Striatum der Ratte verantwortlich
      • MAO-B vermittelt GABA-Synthese, dessen Hochregulierung motorische Parkinson-Symptome verursachen kann, sodass MAO-B-Hemmer auf diese Weise Parkinson-Symptome ansprechen könnte
  • Menschen:
    • in vitro im Cortex 30 % durch MAO-A, 70 % durch MAO-B⁷⁹
    • aber: es gibt kaum DAT in Astrozyten, sodass in vivo nur wenig Dopamin in diese gelangt, wo es durch MAO-B abgebaut werden könnte⁷⁵
    • Menschen mit unterschiedlichen MAO-A-Genvarianten zeigen unterschiedliche Symptome, die mit Dopamin im Zusammenhang stehen, bei unterschiedlichen MAO-B-Genvarianten dagegen kaum
• Adrenalin
• Noradrenalin
• Melatonin
• Serotonin

7.2.2.2. MAO-B¶

MAO-B findet sich in Astrozyten und serotonergen Neuronen,⁷⁵ in histaminergen Neuronen sowie außerhalb des Nervensystems in Blutplättchen und Lymphozyten.⁸⁰
MAO-B steuert den Abbau von⁷⁵

• Phenylethylamin
• Benzylamin
• Dopamin
  • bei Ratten:
    • im Cortex 40 % durch MAO-B, 60 % durch MAO-A⁷⁶⁷⁷
    • im Striatum: kein MAO-B⁷⁸
      • MAO-A, aber nicht MAO-B, trägt hauptsächlich zum striatalen Dopaminabbau bei Ratten bei
      • MAO-B, aber nicht MAO-A, ist für astrozytäre GABA-vermittelte tonische inhibitorische Ströme im Striatum der Ratte verantwortlich
      • MAO-B vermittelt GABA-Synthese, dessen Hochregulierung motorische Parkinson-Symptome verursachen kann, sodass MAO-B-Hemmer auf diese Weise Parkinson-Symptome ansprechen könnte
  • bei Menschen:
    • in vitro im Cortex 70 % durch MAO-B, 30 % durch MAO-A⁷⁹
      • aber: es gibt kaum DAT in Astrozyten, sodass in vivo nur wenig Dopamin in diese gelangt, wo es durch MAO-B abgebaut werden könnte⁷⁵
      • andererseits: Astrozyten können (wie Mikroglia) Dopamin selbst synthetisieren und metabolisieren.⁸¹ Astrozyten und Mikroglia stehen in direktem Kontakt mit dopaminergen Nervenzellen. Möglicherweise wirken Gliazellen in gesunden wie in pathologischen Zuständen bei der Aufrechterhaltung des Dopaminspiegels im Gehirn mit. Astrozyten sind allerdings nicht in der Lage, von ihnen aufgenommenes L-DOPA in Dopamin umzuwandeln.
  • Bei Parkinson-Betroffenen ist MAO-B im Gehirn hochreguliert
    • dadurch übermäßiger DA-Abbau, der zum Entstehen von Parkinson beiträgt
    • irreversible MAO-B-Inhibitoren (Selegilin, Rasagilin) sind bei Parkinson (begrenzt) wirksam
    • eine MAO-B-Hemmung verhindert auch die Bildung und Weitergabe von α-Synuclein-Aggregaten⁸²
  • im Alter nimmt MAO-B zu⁸³

7.2.2.3. MAO und oxidativer Stress¶

Diese Darstellung beruht auf Meiser et al.¹

Bei der oxidativen Desaminierung von Katecholaminen durch MAO entsteht Wasserstoffperoxid. Wasserstoffperoxid erzeugt in katecholaminergen oder Katecholamin abbauenden Zellen oxidativen Stress.
Alle Katecholamine - auch Dopamin - sind anfällig für eine Oxidation an ihrem elektronenreichen Katechol-Teil. Eine enzymatische Oxidation kann neben MAO weiterhin durch

• Cyclooxygenasen (COX, Prostaglandin-H-Synthase)
• Tyrosinase und
• andere Enzyme
  erfolgen.

Mit Sauerstoff als Elektronenakzeptor erzeugen diese Reaktionen Superoxid-Radikalanionen (OO-⋅2).
Bei der enzymatischen Oxidation von Dopamin oder L-Dopa, spontan oder durch Metallkatalyse (Fe 3+), entstehen hochreaktive elektronenarme Orthochinone (DOPA-Chinon und Dopamin-Chinon). DOPA-Chinon und Dopamin-Chinon reagieren leicht mit Nukleophilen. Chinone wie auch ROS können unspezifisch mit vielen zellulären Komponenten reagieren und deren Funktionalität verändern, was potenziell neurodegenerativ ist.

7.2.2.4. Hemmung der MAO¶

Eine Hemmung der MAO führt mittelbar zu einer Hemmung des Abbaus von Dopamin, Noradrenalin, Serotonin sowie Adrenalin und erhöht damit diese Neurotransmitter.

MAO-Hemmer sind:⁸⁴

• Rasagilin
• Selegilin
• Safinamid
• Tranylcypromin
• Phenelzin
• Moclobemid
• Isocarboxazid
• Salsolinol⁷⁴ Salsolinol ist ein Alkaloid und Tetrahydroisochinolin.
  Schokolade (Kakao) enthält erhebliche Mengen der Alkaloide Salsonisol (bis zu 2,5 mg) (1-Methyl-6,7-dihydroxy-tetrahydroisochinolin) und Salsolin (1-Methyl-6,-methoxy-7-hydroxy-Tetrahydroisochinolin).⁸⁵
• Lazabemid (Entwicklung eingestellt)
• Harmalin (Indolalkaloid, keine Verwendung als Arzneistoff)

7.2.3. Dopaminabbau durch Dopamin-β-Hydroxylase (DBH) zu Noradrenalin¶

Dopamin-β-Hydroxylase ist eine kupferabhängige Mono-Oxygenase, ein Enzym, das Dopamin in Noradrenalin umwandelt.
DBH-Polymorphismen sind assoziiert mit:⁸⁶

• ADHS
• Parkinson
• Alzheimer
• Schizophrenie

Dopamin- und Noradrenalinspiegel sind bei Störungen des Kupfer-Stoffwechsels verändert. Säuglinge mit Menkes Disease, die durch einen ATP7A-Gendefekt verursacht wird, weisen einen ausgeprägten Kupfer-Mangel im Gehirn auf. Die gestörte Kupfer-Versorgung des ZNS geht bei diesen Patienten mit höheren Dopamin- und niedrigeren Noradrenalinspiegeln im Gehirn und im Plasma einher, was bei der klinischen Diagnose der Krankheit verwendet wird. Es wird angenommen, dass die Veränderung des Katecholaminspiegels durch den Verlust des Kupfer-Einbaus in die Dopamin-β-Hydroxylase und damit durch deren verminderte Aktivität verursacht wird. Die Wiederherstellung der ATP7A-Expression im Mausmodell der Menkes Disease korrigiert das Dopamin-Noradrenalin-Verhältnis, insbesondere wenn sie mit zusätzlichen Kupfer-Injektionen einhergeht.⁸⁷
ATP7A wurde bislang jedoch nicht als Genkandidat für ADHS identifiziert.

Salsolinol hemmt die Dopamin-β-Hydroxylase.⁷⁴
Bleomycin ist ein potenter Inhibitor der Dopamin-β-Hydroxylase.⁸⁸

7.3. Dopaminabbau durch Sulfatierung (mittels Sulfotransferasen)¶

7.3.1. Sulfatierung deaktiviert Dopamin zu Dopaminsulfat¶

Die Sulfatierung von Dopamin bewirkt einen Abbau des aktiven Dopamins zum inaktiven Dopaminsulfat.
Die Sulfatierung von Dopamin sowie anderen Katecholaminen und Bioaminen dient zu ihrer Modulation und zu ihrem Transport.
Sie ist beim Menschen sehr viel ausgeprägter und wichtiger als bei Nagetieren.⁸⁹ Die Sulfokonjugation ist die wichtigste Form der Dopamin-Inaktivierung im menschlichen Serum, während bei Ratten die Glucuronidierung überwiegt. So ist bei Nagetieren kein Ortholog von SULT1A3 bekannt.⁹⁰
Das menschliche Plasmadopaminsulfat stammt hauptsächlich aus der Sulfokonjugation von Dopamin, das im Magen-Darm-Trakt aus L-DOPA synthetisiert wird. Sowohl ernährungsbedingte als auch endogene Faktoren wirken sich auf das Plasmadopaminsulfat aus. Es scheint eine enzymatische Darm-Blut-Schranke zur Entgiftung von exogenem Dopamin und zur Begrenzung der autokrinen/parakrinen Effekte von endogenem Dopamin zu existieren, das in einem “dritten Katecholaminsystem” gebildet wird.⁹¹

Der Dopaminsulfat-Serumspiegel (ca. 5 ng/ml) ist 10 bis 15 Mal so hoch wie die Werte von freiem Dopamin (0,3 ng/ml), Noradrenalin (0,2 ng/ml) oder Adrenalin (0,05 ng/ml). Dopaminsulfat ist mit Routine-Analyseverfahren nicht nachweisbar ist und erfordert spezielle Extraktionsverfahren.⁹² Nach erster Mahlzeit nach Fasten erhöht sich der Dopaminsulfat-Serumspiegel auf das 50-fache. Nahrungsaufnahme scheint die periphere Dopaminsynthese und/oder die Dopamin-Sulfokonjugation im Magen-Darm-Trakt zu stimulieren.⁹²

7.3.2. Sulfotransferasen¶

Die Sulfatierungsreaktion wird durch Sulfotransferasen (SULT) katalysiert. Die Sulfatierung spielt eine wichtige Rolle bei der Homöostase und Regulierung von Katecholaminen, Steroiden und Jodthyroninen sowie bei der Entgiftung von Xenobiotika. Es gibt zwei SULT-Enzym-Superfamilien:⁹²

• SULT1 (Phenol-Sulfotransferasen oder PST)
  • besteht aus 6 homodimeren Enzymen
  • SULT1A3
    • hat eine hohe Spezifität sowohl für Katecholamine als auch für Katecholöstrogene [29]
    • Eine einzige Aminosäuresubstitution (Glu 146) verleiht dem Enzym eine höhere Affinität für DA als für NE oder Epi [34].
    • hoher Spiegel in
      • Magen-Darm-Trakt
    • mäßiger Spiegel in
      • Leber
      • Lunge
      • Bauchspeicheldrüse
      • Blutplättchen
• SULT2 (Steroid-Sulfotransferasen)

SULT kommen in einer Vielzahl menschlicher Gewebe vor:

• Leber
• Darm
• Gehirn (PST)⁹³
  • hohe Spiegel:
    • temporaler Kortex
    • frontaler Kortex
  • niedrige Spiegel (ca. 1/10):
    • Parietallappen
    • Okzipitallappen
    • Amygdala
    • Hypothalamus
    • Hippocampus
  • niedrigste Spiegel:
    • Nucleus accumbens
    • Nucleus caudatus
    • Substantia nigra

7.3.3. Sulfotransferasen und Dopamin¶

PST scheint ein wichtiger Regulator der Dopamin-Speicherung und des Dopamin-Stoffwechsels zu sein.
L-Dopa veränderte PST bei Parkinson-Patienten:⁹²

• stark verringert in
  • Hypothalamus
  • frontaler Kortex
  • temporaler Kortex
  • Amygdala
  • okzipitaler Kortex
  • parietaler Kortex
• schwach verringert in
  • Hippocampus
  • Nucleus accumbens
  • Putamen
  • Substantia nigra
• unverändert im
  • Meynert-Kern (Nucleus basalis)
• verdoppelt im
  • Nucleus caudatus

7.3.4. Sulfatasen reaktivieren Dopaminsulfat zu Dopamin¶

Sulfokonjugation ist durch Sulfatasen reversibel (anders Glucuronidierung; diese ist irreversibel).⁹⁴
Sulfatasen wandeln das biologisch inaktive Dopaminsulfat in ein nicht konjugiertes, aktives Dopamin um.
Bislang sind 17 Sulfatasen beim Menschen bekannt. Diese befinden sich überwiegend im Lysosomen.

• Arylsulfatasen
  • Arylsulfatase A (ARSA)
  • Arylsulfatase B (ARSB)
  • Arylsulfatase C (Estron/Dehydroepiandrosteron-Sulfatase; Steroid-Sulfatase, STS)
  • Arylsulfatasen Dbis K
• Iduronat-2-Sulfatase

7.3.5. Sulfatierung und ADHS¶

Arylsulfatase C (STS) steht mit Unaufmerksamkeit, Kognitionsproblemen und weiteren ADHS-Symptomen in Verbindung.^95969798

Arylsulfatase C (STS, Steroidsulfatase) spaltet Sulfatgruppen von Steroidhormonen ab, was deren biologische Aktivität verändert. Dies betrifft auch Dehydroepiandrosteronsulfat (DHEAS).
Sulfatierte und nicht sulfatierte Steroide können GABA-A- und NMDA-Rezeptoren im Gehirn beeinflussen.⁹⁹ Sowohl DHEAS als auch seine nichtsulfatierte Form DHEA hemmen den GABA-A-Rezeptor und aktivieren den NMDA-Rezeptor.¹⁰⁰
Mehr zu DHEA unter DHEA im Kapitel Neurologische Aspekte / Hormone bei ADHS.

7.4. Dopaminabbau durch Glucuronidierung (mittels Glucuronosyltransferasen)¶

UDP-Glucuronosyltransferasen (UGTs) sind an der Entgiftung von Xenobiotika beteiligt. Sie tragen damit zum Schutz des Organismus vor gefährlichen Chemikalien bei. Die Entgiftung findet in der Leber statt. Der Mensch verfügt über 19 UGT-Isoformen, die in drei Unterfamilien unterteilt sind: UGT1A, UGT2A und UGT2B.
Im Gehirn werden UGTs hauptsächlich in Endothelzellen und Astrozyten der Blut-Hirn-Schranke exprimiert, sind aber auch in Hirnregionen ohne Blut-Hirn-Schranke zu finden, wie dem Zirkumventrikel, der Zirbeldrüse, der Hypophyse und dem neuro-olfaktorischen Gewebe.¹⁰¹ Neben ihrer Schlüsselrolle als Entgiftungsbarriere sind UGTs auch an der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts von endogenen Verbindungen wie Steroiden oder DA beteiligt. Nur die UGT-Isoform UGT1A10 ist beim Menschen in der Lage. die Glucuronidierung von Dopamin in nennenswertem Umfang zu katalysieren. Dabei entstehen Dopamin-4-O-Glucuronid sowie Dopamin-3-O-Glucuronid. UGT1A10 findet sich beim Menschen jedoch nicht im Gehirn, sondern lediglich die Isoformen 1A, 2A, 2B und 3A. Daher sind UGTs nach aktuellem Kenntnisstand nicht in den Dopaminstoffwechsel im menschlichen Gehirn involviert.¹⁰²

7.5. Dopaminentfernung durch Diffusion¶

Bei der DAT-KO-Maus veränderte eine Hemmung von Serotonintransportern, Noradrenalintransportern, MAO-A oder COMT den Dopaminabbau im Striatum nicht. Dieser scheint in Abwesenheit von DAT im Striatum eher durch Diffusion zu erfolgen.²¹

7.6. Schlussfolgerungen für die Medikamentierung von ADHS¶

7.6.1. Bindungsaffinität von MPH, AMP, ATX an DAT / NET / SERT¶

Die Wirkstoffe Methylphenidat (MPH), d-Amphetamin (d-AMP), l-Amphetamin (l-AMP) und Atomoxetin (ATX) binden mit unterschiedlicher Affinität an Dopamintransporter (DAT), Noradrenalintransporter (NET) und Serotonintransporter (SERT). Die Bindung bewirkt eine Hemmung der Aktivität der jeweiligen Transporter.⁶
Der Noradrenalintransporter ist - neben COMT - für den meisten Dopaminabbau im PFC verantwortlich, während der DAT diesen maßgeblich im Striatum regelt.

Bindungsaffinität: stärker bei kleinerer Zahl (KD = Ki)	DAT	NET	SERT
MPH	34 - 200	339	> 10.000
d-AMP (Elvanse, Attentin)	34 - 41	23,3 - 38,9	3.830 - 11.000
l-AMP	138	30,1	57.000
ATX	1451 - 1600	2,6 - 5	48 - 77

7.6.2. Wirkung von MPH, AMP, ATX auf Dopamin / Noradrenalin je Gehirnregion¶

Die Wirkstoffe Methylphenidat (MPH), Amphetamin (AMP) und Atomoxetin (ATX) verändern extrazelluläres Dopamin (DA) und Noradrenalin (NE) in verschiedenen Gehirnregionen unterschiedlich stark. Tabelle basierend auf Madras,⁶ modifiziert.

	PFC	Striatum	Nucleus accumbens
MPH	DA + NE (+)	DA + NE +/- 0	DA + NE +/- 0
AMP	DA + NE +	DA + NE +/- 0	DA + NE +/- 0
ATX	DA + NE +	DA +/- 0 NE +/- 0	DA +/- 0 NE +/- 0

Hinweis: Der NET bindet DA stärker als NE (nur im PFC), der DAT DA sehr viel stärker als NE.