2. Транспорт холестерина
Прямой транспорт холестерина
Это транспорт холестерина в клетку в составе ЛПНП. Основное место синтеза холестерина – печень, в остальные органы и ткани он поступает в составе ЛПНП. В 1985 году американцы Браун и Гольдстейн за раскрытие механизма захвата ЛПНП клетками получили Нобелевскую премию. Они открыли на поверхности клеток рецепторы, высокоспецифичные к апопротеину В, а это – основной белок ЛПНП.
Поступление холестерина в клетку включает следующие этапы:
1.Связывание ЛПНП с рецепторами.
2.Эндоцитоз комплекса ЛПНП – рецептор в клетку.
3.Расщепление лизосомальными ферментами апоВ до аминокислот, эфиров холестерина до холестерина и жирной кислоты.
4.Возвращение молекулы рецептора на поверхность клетки.
Рецепторы захвата ЛПНП
ЛПНП
апо-В
|
|
синтез ХС |
|
синтез новых |
ГМК-КоА- |
|
рецепторов |
редуктаза |
|
подавляет |
|
ХС |
избыток ХС |
|
мембраны, стероидные |
активирует АХАТ |
|
гормоны, желчные кислоты |
|
|
|
эфиры ХС |
|
Поступивший холестерин клетка использует для построения мембран. Такой рецепторно-опосредованный путь поступления холестерина в клетку предохраняет ее от перегрузки холестерином, т.к.:
1)ингибируется фермент синтеза холестерина – ГМГ-КоА- редуктаза;
2)подавляется синтез рецепторов для ЛПНП.
3)активируется ацил-КоАхолестеринацилтрансфераза (АХАТ), которая переводит свободный холестерин в запасную форму – эфиры холестерина;
Нерегулируемые пути поступления холестерина в клетку:
1)неспецифический эндоцитоз через скэвенджер рецепторы;
2)рецепторный путь с помощью рецепторов, не имеющих высокой специфичности к отдельным апопротеинам;
211
3) путь физико-химического обмена холестерином между мембраной клетки и ЛПНП.
Эти пути транспорта холестерина могут привести к накоплению холестерина в клетке.
Обратный транспорт холестерина
Это транспорт холестерина из клеток периферических тканей (в том числе и из сосудистой стенки) в составе ЛПВП в печень. ЛПВП синтезируются в печени в виде дисков, богатых лецитином и апопротеинами АI, АII ( насцентные ЛПВП). Кроме того, подобные частицы образуются в капиллярах во время липолиза ХМ и ЛПОНП.
Перенос холестерина из клеток на дисковидные частицы ЛПВП (насцентные ЛПВП) происходит по градиенту концентрации. При контакте ЛПВП с клеткой апоАI связывает свободный холестерин мембраны клетки. Фермент лецитинхолестеринацилтрансфераза (ЛХАТ), находящийся на поверхности ЛПВП, присоединяет остаток жирной кислоты из лецитина (в составе ЛПВП) к свободному холестерину. Образуется гидрофобная молекула эфира холестерина, которая перемещается в центр диска ЛПВП. При этом освобождаются участки поверхности апоАI для связывания новых молекул свободного холестерина из мембраны клетки. Вновь происходит эстерификация холестерина, в результате частица ЛПВП из диска превращается в сферическую молекулу и в такой форме захватывается рецепторным путем пе-
ченью. В печени холестерин, поступивший в составе ЛПВП, ис-
пользуется для биосинтеза желчных кислот и в конечном итоге выводится из организма.
Вывод: холестерин в клетку поступает с ЛПНП (прямой тран с- порт), а удаляется с ЛПВП – обратный транспорт холестерина.
3. Биохимия атеросклероза
ХХ-ХХІ века войдут в историю медицины как эпоха эпидемии атеросклероза. Главным проявлением атеросклероза является наличие на стенке сосудов бляшек, затрудняющих кровоток и вызывающих ишемию. Сердечно-сосудистые заболевания, возникающие на почве атеросклероза магистральных артерий, являются основной причиной смертности во всех развитых странах мира.
С момента возникновения термина «атеросклероз» была замечена связь между нарушением обмена холестерина и развитием атеросклероза.
Историческая справка.
Некоторые хронологические вехи в изучении атерогенеза, холестерина и транспорта липидов.
212
Дата |
Исследователи |
|
ок. 1500 |
Постулировано, что у |
Леонардо да Винчи |
|
стариков... сосуды |
|
|
ограничивают прохождение |
|
|
крови |
|
1768 |
Отмечено, что при грудной |
Геберден (Heberden) |
|
жабе сыворотка жирная, как |
|
|
сливки |
|
ок. 1785 |
Интима артерий “изъязвлена |
Скарпа (Scarpa) |
|
и покрыта жиром” |
|
1833 |
Предложен термин “атеро- |
Лобштейн (Lobstein) |
|
склероз” |
|
1905 |
Описана внезапная закупорка |
Геррик (Herrick) |
|
коронарных артерий |
|
|
Воспроизведен атеросклероз у |
Игнатовский |
1908 |
кроликов путем скармливания |
|
|
им молока и яичных желтков |
|
1912 |
Показано, что скармливание |
Стуки (Stuckey) |
|
подсолнечного масла и рыбьего |
|
|
жира не вызывает атероскле- |
|
|
роза |
|
1913 |
Показано, что скармливание |
Аничков и Халатов |
|
чистого холестерина вызывает |
|
|
атеросклероз у кроликов |
|
|
Идентифицирована семейная |
Мюллер (Muller) |
1939 |
гиперхолестери-немия как |
|
|
наследственное заболевание |
|
1950-е |
Расшифрован путь биосинтеза |
Блох (Bloch), |
|
холестерина |
Линен (Lynen) |
1960-е |
Описана гомозиготная и гете- |
Качадурьян, Фред- |
|
розиготная гиперхолестерине- |
риксон |
|
мия |
(K.Hachadurian, |
|
|
Fredrickson) |
213
1973 |
Открыты рецепторы липо- |
Браун, Гольдстейн |
|
протеинов низкой плотности |
(Brown, Goldstein) |
3.1.Холестериновая концепция атеросклероза
−Без холестерина не может быть атеросклероза [Аничков Н. Н.,
1915].
−Холестерин плазмы (сыворотки) крови коррелирует с опасностью развития атеросклероза (20-40-е годы).
−Липопротеины, как переносчики холестерина, являются ответственными за развитие атеросклероза (40-50-е годы).
−ЛПНП и ЛПОНП являются атерогенными, но ЛПВП – ан-
тиатерогенными и защищают организм от атеросклероза (60-70-е го-
ды).
−Модифицированные ЛПНП и ЛПОНП, а также независимая от них фракция ЛП (а) в первую очередь ответственны за развитие атеросклероза (80-90-е годы).
−Без модифицированных атерогенных липопротеинов и макрофагов нет атеросклероза (В.С.Репин, 1995 г.).
Модификация липопротеинов (ЛП) может происходить в ре-
зультате нескольких процессов: 1) протеолиза белковой части ЛП, 2) химической модификации липидов и белков, 3) агрегации ЛП, 4) образования иммунных комплексов. В результате таких модификаций ЛП становятся атерогенными и токсичными, увеличивается захват этих ЛП макрофагами. Свойство макрофагов захватывать модифицированные ЛП (м-лп) связано, по-видимому, с их защитной функцией, направленной на удаление из организма всего чужеродного, т.е. модифицированные липиды считаются чужеродными веществами. Т.о., модификация ЛП - физиологический процесс, способствующий их быстрому удалению из циркуляции и из внесосудистого русла. Рецепторы к модифицированным ЛП (скэвенджер-рецепторы) не снижают своей активности при накоплении ХС в макрофагах, т.е. отсутствует регуляция поглощения ЛП. Значительная часть макрофагов после захвата ими модифицированных ЛП и накопления в них ЭХС трансформируется в пенистые клетки и остается в интиме артерий.
Выявлено, что ИБС часто встречается в странах, у жителей которых среднее содержание ОХС превышает 5,2 ммоль/л (США, Канада, страны Европы). Напротив, у жителей Италии, Греции, Японии, у которых содержание ОХС составляет 3,9-5,2 ммоль/л распространенность ИБС значительно ниже. Таким образом, сделан вывод, что уро в-
214
ни ОХС выше 5,2 ммоль/л следует считать гиперхолестеринемией, при которой вероятность возникновения ИБС наибольшая.
Атеросклероз развивается при нарушении обмена липопротеинов, приводящему к увеличению количества атерогенных липопротеинов – гиперлипопротеинемии (ГЛП).
Выяснение вида нарушений обмена липопротеинов принято приводить в соответствии с классификацией Фредриксена. Согласно этой классификации различают 5 типов ГЛП.
Фенотипирование гиперлипопротеинемий по Фредриксену
Фенотип |
Увеличение |
ТГ |
ХС |
Электрофорез |
|
класса ЛП |
|
|
|
I |
хиломикроны |
↑↑ |
N (↑) |
хиломикроны |
|
|
|
|
|
IIа |
ЛПНП |
N |
↑ |
бета ЛП |
IIb |
ЛПНП, ЛПОНП |
↑ |
↑ |
бета, пребета ЛП |
III |
ЛППП (IDL) |
↑ |
↑ |
широкая бета- |
|
|
|
|
зона |
IV |
ЛПОНП |
↑ |
N (↑) |
пребета ЛП |
V |
ЛПОНП |
↑↑ |
↑ |
хиломикроны |
|
хиломикроны |
|
|
|
Наибольший интерес представляют атерогенные формы - II, III и IV типы ГЛП. Форма II бывает гомозиготной и гетерозиготной. Гомозиготная форма семейной гиперхолестеринемии встречается с частотой 1 случай на 106 человек, концентрация ЛПНП в крови у таких больных превышает норму в 6 раз. Больные погибают от поражения сердечнососудистой системы в 20 лет. Гетерозиготная форма встречается чаще
– 1 случай на 500 человек, концентрация ЛПНП увеличена в 2-3 раза, поражение сердечно-сосудистой системы развивается к 35 годам. IV тип ДЛП связан с возрастными нарушениями обмена липидов, приводящих к накоплению ЛПОНП, развивается к 60 годам.
3.2.Другие гипотезы патогенеза атеросклероза
Внастоящее время рассматривается возможность развития Са2+-
зависимой формы атеросклероза. Показано, что все состояния, про-
текающие с повышением содержания кальция в сосудистой стенке, сопровождаются развитием выраженных атеросклеротических изменений артерий (G. Flecknstein et al. 1995). Препараты, ингибирующие Са2+ каналы, препятствуют образованию новых атеросклеротических бляшек.
215
Возможные механизмы участия кальция в развитии атеросклеро-
за:
1.Регуляция функциональной активности тромбоцитов (агрегация, реакции освобождения).
2.Регуляция функциональной активности эндотелиальных клеток (синтез и освобождение биологически активных веществ) и их проницаемости для макромолекул.
3.Стимуляция пролиферации и миграционной способности гладкомышечных клеток интимы артерий.
4.Стимуляция функциональной способности макрофаговмоноцитов (проникновение в интиму, образование эфиров холестерина, перекисное окисление липидов, разрушение липидов и т.д.).
5.Стимуляция пролиферации интимы и образования матрикса в сосудистой стенке.
6.Участие в развитии некротических изменений в атеросклеротических бляшках.
За последние 10 лет накоплены определенные данные о роли инфекции в развитии атеросклероза и его осложнений. Среди ин-
фекционных агентов, поражающих сосудистую стенку и могущих иметь значение в развитии атеросклероза, называют некоторые виру-
сы, спирохеты, бактерии Helicobacter pylori, chlamidia pneumoniae.
3.3. Механизм образования атеросклеротической бляшки
Процесс развития атеросклеротических поражений сосудов - это результат взаимодействия различных типов клеток и продуцирования ими разнообразных веществ, включая хемоаттрактанты, факторы роста, цитокины, ферменты и оксиданты на фоне нарушения транспорта холестерина.
Почти общепринятыми являются представления, что уже в сосудах молодых людей начинаются события, которые определят, быть или не быть бляшке. Уже в возрасте 10-14 лет в крупных артериях появляются желтоватые возвышения разной площади на довольно гладкой и ровной поверхности внутренней выстилки эндотелия (рис. 1, а). Морфологи дали им название "липидные полоски и точки". Исследования под световым микроскопом выявили довольно однотипную картину: под внешне неповрежденным эндотелием накапливаются макрофаги и видоизмененные гладкомышечные клетки, цитоплазма которых заполнена каплями жира (рис. 1 , 6). У здоровых детей основная часть липидных полосок и точек рассасывается к моменту полового созревания. У детей с наследственной предрасположенностью к раннему атеросклерозу липидные пятна становятся местом роста и прогрессирования бляшек. Повышенное число липидных полосок в сосудах коррели-
216
рует с повышенной чувствительностью сосудов к атеросклерозу. Отсутствие полосок является одним из факторов резистентности к атеросклерозу. Однако темп и тяжесть атеросклероза определяются не числом и местом липидных полосок, а скоростью их дальнейшей трансформации в бляшку.
Рис. 1. Схематическое строение атеросклеротической бляшки артерии: а - строение нормальной артерии на срезе; Э - слой эндотелиальных клеток, покрывающих поверхность сосуда, обращенную к току крови; М - слой медии (средней, мышечной оболочки); А - адвентиция (наружный соединительнотканный чехол артерии); И - интима - пространство между эндотелиальным покровом и базальной мембраной (БМ), которая отделяет субэндотелиальное пространство от мышечного слоя; б - липидная полоска в ЛПНП артерии. Под слоем эндотелия накапливаются макрофаги (МФ) с липидными включениями ЛПНП и мЛПНП; в - стенозирующая бляшка в артерии: МФ - макрофаг с липидными включениями; ГМК - гладкомышечная клетка в интиме; ЭМ - экстрацеллюлярный матрикс; ВЭМ - внутренняя эластическая мембрана.
(Репин В.С. Клеточные механизмы атеросклероза).
Бляшки, сужающие просвет артерий, в случае повышения артериального давления или механических напряжений дают трещины и разрываются (рис. 1, в). Кровь, соприкасаясь с тромбогенной поверхностью ядра бляшки, свертывается, и на верхушке лопнувшей бляшки формируется кровяной сгусток, который перекрывает кровоток и вызывает региональную гибель миокарда (инфаркт). Лопнувшая бляшка с тромбом чаще всего является причиной гибели пациента.
В отличие от стенозирующего (быстро развивающегося) атеросклероза людей молодого и среднего возраста доброкачественный, вяло текущий атеросклероз в пожилом возрасте, редко осложняется появлением стенозирующих бляшек. Бляшки в сосудах пожилых людей в основном растут по длиннику сосудов.
217
Исследования сосудов умерших показали, что стенозирующие атеросклеротические бляшки развиваются лишь в определенных участках аорты, коронарных и сонных артерий. Бляшки чаще всего появляются в зонах разветвлений, сгибов сосудов, местах гемодинамических и механических нагрузок - там, где чаще всего внутренняя клеточная выстилка (эндотелий) сосудов подвергается повреждению и износу. В этих местах прежде всего образуются предшественники бляшек - липидные точки и полоски.
Сейчас хорошо известно, что в инициации атеросклероза может участвовать большое число разнообразных этиологических и патогенетических факторов, действующих как в отдельности, так и в комбина-
ции друг с другом. Однако ключевым звеном в развитии процесса
является образование пенистой клетки.
Рассмотрим механизм возникновения бляшки в условиях повреждения клеток эндотелия. Через поврежденный эндотелий в стенку сосуда проникают тромбоциты, ЛПНП, макрофаги. Тромбоциты секретируют фактор роста, который вызывает пролиферацию гладкомышечных клеток. Гладкомышечные клетки и макрофаги поглощают ЛПНП неспецифическим эндоцитозом. Это приводит к накоплению в них эфиров холестерина. Такие клетки называют пенистыми. Дальнейшая перегрузка клеток холестерином ведет к разрушению клетки. Выпавшие кристаллы эфиров холестерина раздражают соединительную ткань, которая разрастается и образуется бляшка, выступающая в просвет сосуда.
3.4. Схема патогенеза атеросклероза по А.Н. Климову
Роль пищевого холестерина в развитии экспериментального атеросклероза у кроликов была предсказана Н.Н. Аничковым еще в нач а- ле XX века. Гораздо труднее и поныне найти безусловные доказательства роли пищевого холестерина в "эпидемии" атеросклероза в высокоразвитых странах. Ведь биохимики имеют дело лишь со стационарной концентрацией холестерина в плазме крови, которая отражает отношение скоростей притока/оттока холестерина в сосудистой стенке и других органах. Статистика популяционных исследований говорит, что в сосудах человека сохраняется баланс холестерина, когда 75% холестерина находится в частицах ЛПНП (ответственных за приток холестерина к сосудам и органам). Приток 75% "плохих", атерогенных ЛПНП уравновешивается 25% "хороших", антиатерогенных липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Если отношение ЛПНП: ЛПВП сохраняется 3:1, атеросклероз не возникает даже при абсолютно высоких цифрах холестерина в плазме крови. В случае относительного преобладания ЛПНП над ЛПВП в плазме крови в сосудах начинают от-
218
кладываться ЛПНП, что ведет к локальному окислению ЛПНП и накоплению мЛПНП, а также моноцитов, м акрофагов и лимфоцитов. Активированный эндотелий и макрофаги интимы запускают миграцию гладко-мышечных клеток из мышечной оболочки в интиму. Некоторые клоны мышечных клеток быстро пролиферируют. Когда масса клеток в интиме достигнет критического размера, рост бляшки выходит изпод контроля. При малой концентрации антиатерогенных ЛПВП в крови ускоренный атеросклероз возникает даже при абсолютно низком уровне общего холестерина. Вот почему всем людям после 40—50 лет с жалобами на боли в сердце и повышенным риском (имеющим историю сердечно-сосудистых заболеваний в семье и среди ближайших родственников) рекомендуется пройти биохимические исследования в кардиологической клинике.
Академиком Климовым А.Н. предложено в качестве «предсказателя» развития атеросклероза рассчитывать индекс атерогенности (ИА): отношение холестерина атерогенных липопротеинов к холестерину антиатерогенных ЛП
ХС общ – ХС-ЛПВП
ИА = ________________________________,
ХС-ЛПВП
у здоровых людей ИА 3-3,5.
Атеросклероз - схема патогенеза (по А.Н. Климову)
Факторы, способствующие повышению |
|
Факторы, способствующие по- |
||
ЛПНП и ЛПОНП и снижению ЛПВП |
|
вышению проницаемости сосу- |
||
|
|
|
дистой стенки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дислипопротеидемия |
|
Повышение проницаемо- |
атерогенного характера |
|
|
|
сти стенки артерии к ли- |
|
|
||
|
|
|
|
|
попротеидам |
Очаговые поражения эндотелия крупных сосудов
Липопротеидная и липидная инфильтрации стенки артерии
Клеточная пролиферация в сосудистой стенке
Дегенеративные изменения в сосудистой стенке
Очаговый некроз в сосудистой стенке
Регенерация соединительной ткани
Образование фиброзной бляшки не осложненной и осложненной
219
Атеросклероз
аорты, коронарных артерий сердца, церебральных сосудов, мезентеральных сосудов, сосудов нижних конечностей, сосудов почек
4. Факторы, влияющие на уровень липопротеинов у человека
Повышение ЛПНП |
Снижение ЛПНП |
|
Пол (у мужчин выше, чем у женщин в преме- |
|
|
нопаузе, и ниже, чем у женщин в постменопа- |
|
|
узе) |
|
|
Старение |
Новорожденные |
|
Насыщенные жиры в диете |
Полиненасыщенные |
жиры в |
|
диете |
|
Высокое потребление холестерина |
Низкое потребление |
холесте- |
|
рина |
|
Диета с низким содержанием грубых волок- |
Диета с высоким содержанием |
|
нистых продуктов |
грубых волокнистых |
продук- |
|
тов |
|
Потребление алкоголя |
Воздержание от алкоголя |
|
Беременность |
Роды |
|
Ожирение |
Потеря массы тела |
|
Диабет |
Эффективное лечение |
|
Гипотиреоз |
|
|
Болезнь Кушинга |
|
|
Уремия |
|
|
Нефроз |
|
|
Семейные гиперлипидемии |
|
|
Повышение ЛПВП |
Снижение ЛПВП |
Рыба (белок) |
Вегетарианство, углеводная диета |
Физические нагрузки |
Сидячий образ жизни, ожирение |
Эстрогены |
Прогестины, андрогены |
Гипотиреоз |
Эффективное лечение |
бета-агонисты |
бета-блокаторы |
Эффективное лечение |
Диабет |
|
Курение |
220