Molecular and Neurochemical Evaluation of the Effects of Etizolam on GABA_A Receptors under Normal and Stress Conditions

Summary

The thienobenzodiazepine derivative etizolam (CAS 40054-69-1, 6-(o-chlorophenyl)-8-ethyl-1-methyl-4H-s-triazolo-(3,4-c)thienol (1,4)diazepine) is a potent anxiolytic with a pharmacological profile similar to that of classical benzodiazepines. In order to rationalize the therapeutic use of etizolam, its pharmacodynamics properties on GABA_A receptors were investigated by a comparative study with other ligands on human recombinant GABA_A as well as rat brain native receptors. Etizolam inhibited in a concentration-dependent manner [³H]flunitrazepam (CAS 1622-62-4) binding to rat cortical membranes, with an affinity of 4.5 nmol/l greater than that of alprazolam (CAS 28981-97-7) (7.9 nmol/l). Ethizolam enhanced GABA-induced Clcurrents in oocytes expressing human cloned GABA_A receptors. With α1β2γ2S subunit combination, etizolam produced a 73% increase in GABA-induced currents with an EC₅₀ of 92 nmol/l. At the same receptor type, alprazolam showed a higher degree of potentiation and potency (98%, EC₅₀ 56 nmol/l). At α2β2γ2S or α3β2γ2S subunit constructs, the effects of etizolam were similar to those of alprazolam. Flumazenil (CAS 78755-81-4) completely blocked both etizolam and alprazolam effects on GABA-induced currents. Etizolam, administered i.p., was uneffective in changing ex vivo t-[₃₅S]butylbicyclophosphorothionate ([₃₅S]-TBPS) binding to rat cerebral cortex, whereas alprazolam and abecarnil (CAS 111841-85-1) significantly reduced this parameter. However, etizolam similarly to abecarnil and alprazolam, antagonized isoniazid-induced increase (61%) in [³⁵S]-TBPS binding to rat cortical membranes. Further, etizolam inhibited in a dose-dependent manner basal acetylcholine release from both hippocampus and prefrontal cortex, and reversed foot-shock-induced increase of basal acetylcholine release to a control level. Altogether, these results suggest that etizolam may have a reduced intrinsic activity, at least at specific subpopulations of GABA_A receptors. This property, together with the pharmacokinetic indication of a short-acting drug, may characterize etizolam as a ligand endowed with less side-effects typical of full agonits such as diazepam (CAS 439-14-5) and alprazolam. Finally, given its marked efficacy under conditions of GABAergic deficit, etizolam may represent a possible drug of choice with reduced liability to produce tolerance and dependence after long-term treatment of anxiety and stress syndromes.

Zusammenfassung

Molekulare und neurochemische Evaluierung der Wirkungen von Etizolam auf GABA_A-Rezeptoren unter normalen und Streßbedingungen

Das Thiobenzodiazepin-Derivat Etizolam (CAS 40054-69-1, 6-(o-Chlorphenyl)-8-ethyl-1-methyl-4H-s-triazolo-(3,4-c)thienol( 1,4)diazepin) ist ein starkes Anxiolytikum mit einem pharmakologischen Profil, das dem der klassischen Benzodiazepine entspricht. Zur Bewertung des therapeutischen Nutzens von Etizolam wurden seine pharmakodynamischen Eigenschaften in Beziehung auf GABA_A-Rezeptoren durch eine Vergleichsstudie mit anderen Liganden untersucht, und zwar obwohl in Beziehung auf menschliche rekombinante GABA_A-Rezeptoren wie auf native GABA_A-Rezeptoren aus dem Rattenhirn. Etizolam hemmte dosisabhängig die Bindung von [₃H]Flunitrazepam (CAS 1622-62-4) an die Membranen der Kortexzellen von der Ratte, und zwar mit einer Affinität von 4.5 nmol/l stärker als Alprazolam (CAS 28981-97-7) (7.9 nmol/l). Etizolam verstärkte den GABA-induzierten Chlorid-IonenfluB in Oozyten, die geklonte menschliche GABA_A-Rezeptoren exprimierten. Bei der α1β2γ22S-Untereinheiten-Kombination aus GABA_A-Rezeptoren verursachte Etizolam einen Anstieg des GABA_A-induzierten Ionenflusses urn 73% mit einer EC₅₀ von 92 nmol/l. Am gleichen Rezeptorsubtyp bewirkte Alprazolam eine stärkere GABA_A-Potenzierung bei höherer Wirksamkeit (98%, EC₅₀ 56 nmol/l). Bei α2β2γ22S- oder α3β2γ22S-Untereinheitskonstrukten entsprachen die Wirkungen von Etizolam denen von Alprazolam. Flumazenil (CAS 78755-8 1-4) blockierte sowohl die Wirkungen von Etizolam wie von Alprazolam auf GABA_A-induzierte Ionenströme vollständig. Bei i.p. Gabe hatte Etizolam keine Wirkung auf die Ex-vivo-Bindung von t-[³⁵S]Butylbicyclophosphorthionat ([³⁵S]-TBPS) an Kortexzellmembranen der Ratte, während Alprazolam und Abecarnil (CAS 111841-85-1) diese Bindung signifikant verminderten. Andererseits antagonisierte Etizolam in gleicher Weise wie Abecarnil und Alprazolam den durch Isoniazid verursachten Anstieg (61%) in der Bindung von [³⁵S]-TBPS an Kortexzellen der Ratte. Etizolam hemmte weiterhin in dosisabhängiger Weise die basale Acetylcholin-Freisetzung sowohl vom Hippokampus als such vom präfrontalen Kortex und fiihrte den durch einen Elektro-Fußschock verursachten Anstieg der basalen Acetylcholin-Freisetzung wieder auf das Kontrollniveau zurück. Insgesamt sprechen diese Ergebnisse dafür, daß Etizolam eine reduzierte intrinsische Wirkung hat, jedenfalls in Beziehung auf spezifische Subpopulationen von GABA_A-Rezeptoren. Diese Eigenschaft, zusammen mit den pharmakokinetischen Hinweisen auf eine kurze Wirkungsdauer des Medikaments, spricht dafür, daß Etizolam ein Benzodiazepin-Ligand ist, der weniger Nebenwirkungen besitzt, als sie für volle Agonisten wie Diazepam (CAS 439-14-5) und Alprazolam bekannt sind. Schließlich konnte Etizolam in Hinblick auf seine ausgeprägte Wirksamkeit unter Bedingungen eines GABA-Mangels hier möglicherweise ein Medikament der Wahl sein, mit einem verminderten Risiko zur Entwicklung von Toleranz und Abhängigkeit bei langdauernder Behandlung von Angst- und Streßsymptomen.

Key words

Anxiolytics - Benzodiazepines - CAS 40054-69-1 - Etizolam - GABA_A receptors, partial agonists - Stress