Central Action of Botulinum Toxin Type A – is it Possible?

Abstract

Botulinum toxin (BoTx) is a product of gram-positive anaerobic bacteria of the Clostridium genus. At present, seven serotypes (A to G) of BoTx have been identified. Each of them functions as a zinc-dependent endopeptidase that hydrolyzes peptide bonds within soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attaching protein receptors. BoTx affects proteins required for neurotransmitter release through presynaptic membranes. As a result, muscle weakness develops, or complete paralysis of the muscles occurs. These effects are not only limited to striated muscles but also may have impact on smooth muscles and secretory glands. The observation that BoTx can diffuse from the site of administration may indicate the possibility of direct or indirect influence of the toxin on the CNS. Consequently, the question arises: What is the mechanism of the central action of BoTx? Several mechanisms of such action have been proposed. However, recent findings showed that the most probable mechanism responsible for the central effects of BoTx action is its anterograde transport. In this review, we describe and discuss the most important aspects related to BoTx action on the CNS.

Ботуліновий токсин (BoTx) є продуктом життєдіяльності грампозитивних бактерій роду Clostridium. На теперішній час ідентифіковано сім серотипів BoTx (A–G). Всі вони функціонують як цинкзалежні ендопеотидази, що гідролізують пептидні зв’язки з розчинним N-етилмалеімідчутливим фактором, контактуючим з протеїновими рецепторами. BoTx впливає на протеїни, необхідні для вивільнення нейротрансмітерів через пресинаптичні мембрани. Як результат, розвиваються м’язова слабкість або повний параліч м’язів. Такі ефекти не обмежуються поперечносмугастими м’язами, вони виявляються також у гладеньких м’язах та секреторних залозах. Як спостерігалося, BoTx може дифундувати від місця свого введення; це може вказувати на принципову можливість прямих або непрямих впливів токсину на ЦНС. Відповідно, виникає питання: яким є механізм центральної дії BoTx. Було запропоновано декілька гіпотез про механізми такої дії. Результати нещодавніх досліджень, однак, свідчать про те, що найбільш вірогідним механізмом, відповідальним за центральні ефекти BoTx, є його дія на антероградний транспорт. У нашому огляді ми описуємо та обговорюємо найбільш важливі аспекти дії BoTx на ЦНС.