ССС БХ л № 3 – 4 - 5

Лекция 3. Механизм действия биологических активных веществ на кардиомиоциты и гладкомышечные клетки.

3.1.Классификация, структура, синтез и распад эйкозаноидов.

3.2.Простагландины группы Е и F. Механизм действия на сердце и сосуды.

З.З.Простациклин и тромбоксан. Механизм действия на гладкомышечные клетки.

3.4. Лейкотриены

Эйкозаноиды

Эйкозаноиды большая группа медиаторов, обладающих широким спектром биологической активности. Предшественником эйкозаноидов является арахидоновая кислота (20:4) — полиненасыщенная жирная кислота, входящая в состав фосфолипидов плазматических мембран.

Биосинтез. Эйкозаноиды образуются почти во всех клетках организма. Биосинтез начинается с гидролиза фосфолипидов плазматической мембраны под действием фосфолипазы А₂ [1]. Активность этого фермента строго контролируется гормонами и другими биорегуляторами, сопряженными с G-белками. Свободная арахидоновая кислота также является биологически активным соединением. Однако гораздо большее значение имеют ее метаболиты: простагландины, простациклины, тромбоксаны и лейкотриены, которые носят групповое название эйкозаноиды (от греч. eikosi — 20).

К эйкозаноидам ведут два главных пути биосинтеза. Первый инициируется простагландин-синтазой, обладающей свойствами циклооксигеназы и пероксидазы [2], второй — липоксигеназой [3].

Простагландин-синтаза [2] катализирует двухстадийную реакцию превращения арахидоновой кислоты в простагландин Н₂. Последующие реакции, катализируемые различными ферментами, приводят к образованию простагландинов, простациклинов и тромбоксанов.

Окисление полиеновых кислот при участии липоксигеназы приводит к образованию гидроперокси- и гидроксипроизводных жирных кислот, из которых путем дегидратации и за счет различных реакций переноса образуются лейкотриены. На схеме приведены структурные формулы отдельных представителей разных групп эйкозаноидов.

Биологическая активность эйкозаноидов. Эйкозаноиды обладают чрезвычайно разносторонней физиологической активностью. Они служат вторичными мессенджерами гидрофильных гормонов, контролируют сокращение гладко мышечной ткани (кровеносных сосудов, бронхов, матки), принимают участие в высвобождении продуктов внутриклеточного синтеза (гормонов, HCl, мукоидов), оказывают влияние на метаболизм костной ткани, периферическую нервную систему, иммунную систему, передвижение и агрегацию клеток (лейкоцитов и тромбоцитов), являются эффективными лигандами болевых рецепторов.

Эйкозаноиды действуют как локальные биорегуляторы путем связывания с мембранными рецепторами в непосредственной близости от места их синтеза как на синтезирующие их клетки (аутокринное действие), так и на соседние клетки (паракринное действие). В некоторых случаях их действие опосредовано цАМФ и цГМФ.

Метаболизм. Эйкозаноиды инактивируются в течение нескольких секунд в результате восстановления двойных связей и окисления гидроксигрупп. Благодаря быстрому разрушению длительность действия эйкозаноидов ограничена.

НПВС являются специфическими ингибиторами простагландин-синтазы. Они необратимо инактивируют фермент путем ацилирования остатка серина вблизи активного центра, перекрывая тем самым подход субстрата к активному центру. Этим объясняется болеутоляющее, жаропонижающее и противовоспалительное действие подобных препаратов. В желудке такие препараты подавляют биосинтез простагландинов, которые стимулируют выделение мукоидов, защищающих слизистую оболочку от действия протеолитических ферментов. Поэтому продолжительный прием ацетилсалициловой кислоты может вызвать ульцерогенный эффект.

Роль арахидоновой кислоты

Обсуждая роль тромбоцитов в патогенезе артериального тромбоза, необходимо упомянуть о 2 прямо противоположных по своему действию на тромбоциты и гладкую мускулатуру веществах: тромбоксане А₂ и простациклине. Оба соединения -J конечные продукты метаболизма арахидоновой кислоты.

Арахидоновая кислота — предшественник всех классов про­стагландинов (PG). Синтез арахидоновой кислоты в организме осуществляется из фосфолипидов под действием фосфолипазы. Основной источник арахидоновой кислоты — ненасыщенные жирные кислоты, поступающие в организм с пищей. Превра­щение арахидоновой кислоты в организме осуществляется под действием 2 ферментов: липооксигеназы и циклооксигеназы. ПоМ действием циклооксигеназы из арахидоновой кислоты образуют­ся циклические эндоперекиси PGG2 и Н2, которые в дальнейшем превращаются в тромбоксан А2 и простациклин, PGD2, Е₂, F_2a/ Тромбоксан А2, образующийся под действием фермента тромбоксансинтетазы, — нестабильное соединение (t1/2 составляет около 30 с), он быстро превращается в стабильный продукт тромбоксан В2. Тромбоксан А2 образуется в тромбоцитах и выделяется в кровоток в процессе реакции освобождения, ордгкЛ было установлено, что небольшие количества тромбоксана А2> образуются в эндотелии внутренней оболочки аорты, а также в фибробластах легочной ткани, микросомах радужной оболоч­ки глаза, в перфузируемой почке, пупочной артерии, плаценте; в малых количествах он образуется практически во всех сосудах человека. Тромбоксан А₂ — мощный проагрегант и вазоконстриктор.

Простагландины

Простагландины образуются из ненасыщенных жирных кис­лот. Количество ненасыщенных связей в молекуле простагланди­нов обозначают цифрой, стоящей справа внизу от названия: ПГ^ ПГ2, ПГ3. Их подразделяют также на группы: А — ненасыщен­ные кетоны, Е — оксикетоны, F — 1,3-диолы.

Биосинтез простагландинов начинается с отщепления ара­хидоновой кислоты от мембранного фосфолипида или диацил-глицерина. Эту реакцию катализирует фосфолипаза А2, липаза моноацилглицерина или липаза триглицеридов.

Циклооксигеназа при участии О2 преобразует арахидоновую кислоту в эндоперекись, из которой образуется целое семейство простагландинов (рис. 3.11).

Эндоперекиси, образующиеся в процессе биосинтеза проста­гландинов, обладают высокой биологической активностью в опы­тах in vitro, но едва ли влияют на клетки in vivo, так как очень неустойчивы — период их полужизни равен менее 1 с. Простагландин-синтетазный комплекс представляет собой по­лиферментную систему, функционирующую на мембранах эн-доплазматического ретикулума. Образующиеся простагландины проникают в плазматическую мембрану клетки. Они могут выхо­дить из клетки и через межклеточное пространство переноситься на соседние клетки или проникать в кровь и лимфу.

Лимитирующим этапом в биосинтезе простагландинов явля­ется высвобождение арахидоновой кислоты, которое происходит при повышении в цитоплазме клетки ионов Са²⁺ или цАМФ. Благодаря этому все гормоны и нейромедиаторы, активирующие аденилатциклазу или повышающие концентрацию Са²⁺ в клетке, могут стимулировать синтез простагландинов. Другой причиной образования простагландинов под действием многих гормонов и факторов роста является то, что эти биологически активные вещества стимулируют образование диацилглицерина — источ­ника арахидоновой кислоты.

Простагландины группы Е могут активировать аденилатцик-лазу, a F — увеличивать проницаемость мембран для Са²⁺. Поскольку цАМФ и Са²⁺ стимулируют синтез простагландинов, замыкается положительная обратная связь в синтезе этих спе­цифических регуляторов.

Во многих тканях кортизол тормозит высвобождение арахи­доновой кислоты, тем самым подавляя образование простаглан­динов. Именно этим принято объяснять противовоспалительное действие глюкокортикоидов. Простагландин Ei является мощным пирогеном. Подавлением синтеза этого простагландина объяс няют терапевтическое действие аспирина, который ингибирует циклооксигеназу, вызывая ее ацетилирование.

Период полужизни простагландинов составляет 1-20 с. У че­ловека и большинства млекопитающих основной путь инак­тивации простагландинов — это окисление 15-гидроксигруппы до соответствующего кетона. Данную реакцию катализирует 15-гидрокси-простагландин-дегидрогеназа — фермент, который есть практически во всех тканях, но в наибольшем количестве содержится в легких. Окисление ОН-группы в положении 15 приводит к инактивации молекулы, поэтому кровь, прошедшая через легкие, полностью лишена биологически активных проста­гландинов.

Дальнейшая деградация простагландинов происходит путем восстановления двойной связи (в положении 13-14), р-окисления СООН-конца и со-окисления СНз-конца молекулы. После этого образуется 16-углеродная дикарбоновая кислота, которая выво­дится из организма.

Простациклин образуется в эндотелиальных клетках сосудов под действием фермента простациклинсинтетазы. 1\/2 составля­ет 2-3 мин. Простациклин имеет несколько стабильных мета­болитов, основной из которых — 6-KeToPGFi_a. Полагают, что его содержание отражает содержание простациклина в плазме крови. Простациклин — мощный системный вазодилататор и ан-тиагрегант. Последнее обусловлено активацией в мембране тром­боцитов аденилатциклазного механизма, приводящего к увели­чению в тромбоцитах содержания цАМФ, уменьшению свобод­ного цитоплазматического кальция и снижению агрегационной способности тромбоцитов. Простациклин — вещество, образую­щееся in situ. Импульсом к образованию простациклина эндоте-лиальными клетками могут быть повреждение целостности эн­дотелия, а также появление в кровотоке тромбина. При адгезии тромбоцитов к месту поврежденного сосуда из них выделяется тромбоксан, одновременно с этим из эндотелиальных клеток вы­деляется простациклин, ограничивая или предотвращая процесс тромбообразования.

Известно, что серозные оболочки, в том числе и перикард, образуют простациклиноподобные субстанции, причем проста­циклин, содержащийся в перикардиальной жидкости, способен влиять на коронарный кровоток. С возрастом при развитии атеросклероза синтез простациклина сосудистой стенкой снижа­ется.

ТРОМБОКСАН

С появлением исследований Монкада и Вейна, посвященных метаболитам арахидоновой кислоты, в начале 70-х годов начался период активного изучения роли тромбоксана и простациклина в патогенезе коронарного спазма и тромбоза. В конце 70-х и 80-х годах была опубликована серия исследований, посвященных ро­ли дисбаланса в соотношении тромбоксан/простациклин в пато­генезе коронарного тромбоза и спазма. Результаты показали, чт« у больных стенокардией во время ишемии миокарда, вызванной стимуляцией предсердий, в крови, оттекающей непосредственно от миокарда, повышается содержание тромбоксана В₂. Кроме того, было показано, что при отсутствии различий в покое у здо-| ровых и больных стенокардией в содержании тромбоксана и 6-KeToPGFi_a по реакции на физическую нагрузку больные ИБС отличаются от здоровых преобладанием выброса тромбоксана и снижением выброса простациклина. Эти данные позволили группе исследователей во главе с Мехта выдвинуть гипотеза о роли дисбаланса в соотношении тромбоксан/простациклин в изменении сосудистого тонуса и происхождении ишемии миокарда. В дальнейшем появились данные о повышении содержания тромбоксана в крови, оттекающей непосредственно от миокарда (из коронарного синуса), у больных нестабильной стенокардией (Хирш и соавт., 1981) и во время индуцированной ишемии миокарда (Леви и соавт., 1980). Огромный интерес вызывали работы Мехта и соавт. (1984), Робертсона и соавт. (1981, 1983), продемонстрировавшие нарастание содержания тромбоксана В₂ в крови коронарного синуса во время спонтанных приступов у больных с вазоспастической формой стенокардии.' По мнению авторов, увеличение содержания тромбоксана определяло коронарный тонус и способствовало возникновению и усугублению ишемии. Высказывалась гипотеза, что происхожде­ние приступов вазоспастической стенокардии может быть связа­но с активацией тромбоцитов, выбросом тромбоксана и быстрым образованием тромбоцитарного тромба в месте спазма коронар­ной артерии. Однако последующие исследования, проведенные у больных со спонтанной ишемией миокарда и взятием крови из коронарного синуса за несколько минут до возникновения¹ приступа стенокардии, показали, что увеличение концентрации* тромбоксана в момент приступа вторично по отношению к спазму и ишемии миокарда, а кроме того, угнетение синтеза тромбок- сана с помощью аспирина, индометацина не уменьшало частоту эпизодов ишемии у больных вазоспастической стенокардией.

Лейкотриены являются медиаторами аллергических и воспалительных процессов. Лейкоциты являются одним из главных источников лейкотриенов. При окислительном метаболизме AA под действием фермента 5-липоксигеназы образуется нестабильное соединение - лейкотриен A . Это промежуточное соединение является субстратом для двух различных ферментов: лейкотриен А-гидролазы и лейкотриен С4-синтазы , дающих LTB4 и LTС . Далее под действием глутаминил-трансферазы LTС4 превращается в лейкотриен LTD . Затем лейкотриен LTD4 под действием пептидазы превращается в лейкотриен LTE . Лейкотриены могут быть подразделены на два класса в зависимости от их химической структуры и биологической активности

Лейкотриены образуются в результате окислительного метаболизма арахидоновой кислоты путем действия 5-липоксигеназы ( EC 1.13.11.34 ), которая приводит к нестабильному лейкотриену А₄ , содержащему аллильный эпоксид.

Этот промежуточный лейкотриен служит субстратом для двух различных специфических ферментов: лейкотриен А₄-гидролазы и лейкотриен С₄-синтазы , которые катализируют образование лейкотриена В₄ и цистеинил-лейкотриенов соответственно.

Название "лейкотриены" отражает их происхождение из клеток (лейкоциты - один из главных источников), а также наличие в структуре триеновой системы [ Samuelsson, В., Borgeat, P., ea., 1979 ].

Лейкотриены могут быть подразделены на два класса в зависимости от их химической структуры и биологической активности:

а) цистеинил-лейкотриены , а именно лейкотриен C4 , лейкотриен D4 и лейкотриен Е4 , содержащие различные аминокислотные остатки, и

б) лейкотриен В4 - дигидроксикислоту

Лейкотриены С4 и D4 являются активными контрактильными агентами гладкой мускулатуры дыхательных путей и сосудов, кроме того, они могут вызывать секрецию слизи и усиливать плазматическую эксудацию прямым воздействием на эндотелиальные клетки .

С другой стороны, лейкотриен В4 известен как активный хемокинетический и хемотактильный агент . Ряд опубликованных данных подчеркивает потенциальную роль лейкотриенов в воспалительных процессах , характерных для астмы и других патологических состояний. Эти активные липидные биоэффекторы синтезируются в ходе воспалительных реакций и их фармакологическая модуляция может существенно изменять клиническую картину, ассоциированную с различными воспалительными патологиями.

Синтез лейкотриенов в основном происходит при аллергических реакциях немедленного типа и начинается после связывания антигена с IgE , фиксированными на поверхности этих клеток. При этом свободная арахидоновая кислота под действием 5-липоксигеназы превращается в лейкотриен A4 , из которого затем образуется лейкотриен В4 . При конъюгации лейкотриена В4 с глутатионом образуется лейкотриен С4 . В дальнейшем лейкотриен С4 превращается в лейкотриен D4 , из которого, в свою очередь, образуется лейкотриен Е4 ( рис. 2.3 ).

Лейкотриен В4 - первый стабильный продукт липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты . Он вырабатывается тучными клетками , базофилами , нейтрофилами , лимфоцитами и моноцитами . Это основной фактор активации и хемотаксиса лейкоцитов в аллергических реакциях немедленного типа.

Лейкотриены С4, D4 и Е4 раньше объединяли под названием "медленно реагирующая субстанция анафилаксии", поскольку их высвобождение приводит к медленно нарастающему стойкому сокращению гладких мышц бронхов и ЖКТ. Ингаляция лейкотриенов С4 , D4 и Е4 , как и вдыхание гистамина , приводит к бронхоспазму. Однако лейкотриены вызывают этот эффект в 1000 раз меньшей концентрации. В отличие от гистамина , который действует преимущественно на мелкие бронхи, лейкотриены действуют и на крупные бронхи. Лейкотриены С4, D4 и Е4 стимулируют сокращение гладких мышц бронхов, секрецию слизи и повышают проницаемость сосудов.

• * * *

Биологическое действие Cys-LTs осуществляется через специфические мембранные рецепторы. Рецептор Cys-LT1 и рецептор Cys-LT2 были охарактеризованы фармакологически (см. обзор [ Metters, K.M. 1995 ]).

Антагонисты рецепторов, разработанные на основе структуры LTD4, в основном блокируют эффекты, опосредованные Cys-LT1-рецептором, который, по-видимому, ответствен за сокращение изолированных бронхов человека.

Активация Cys-LT#1-рецептора, как полагают, связана с двумя типами G-белков (чувствительных и нечувствительных к действию коклюшного токсина) и вызывает мобилизацию внутриклеточного кальция различными способами [ Chan, C.C., Ecclestone, P., ea., 1994 , Howard, S., Chan-Yeung, M., ea., 1992 ].

/ / / / ЛЕЙКОТРИЕНЫ (LT), производные полиеновых кислот, содержащие в молекуле три сопряженные двойные связи, а также (наряду с др. заместителями) гидроксигруппу в положении 5 или эпоксигруппу в положении 5,6; выполняют ф-ции прир. биорегуляторов. Известно 6 типов лейкотриены - А, В, С, D, Е и F (см. ф-лы I-III, Glu - остаток глутаминовой кислоты, Gly - глицина).

Внутри каждого типа различают три серии лейкотриены, отличающиеся числом двойных связей (обозначают цифрами 3,4, 5 или 6 в ниж. индексе - в зависимости от числа двойных связей). Большинство лейкотриены - нестабильные соед., и, как правило, их можно охарактеризовать только в виде производных. Так, для метилового эфира LTA₄ т. плейкотриены 28-32 °С, [a]_D²⁰ -27° (гексан). Все лейкотриены имеют характерный УФ спектр с тремя максимумами поглощения, например для спектра LTB₄ в метаноле l_макс 260 (e 3,8.10⁴), 270,5 (e 5,0.10⁴) и 281 нм (e 3,9.10⁴), для LTC₄ l_макс 270 (e 3,2.10⁴), 280 (с 4,0.10⁴) и 290 нм (e 3,1.10⁴) В организме животных обнаружены структурные изомеры лейкотриены - т. наз. липотриeны (см., например, ф-лу IV). В отличие от лейкотриены они содержат гидроксигруппу в положении 15 или эпоксигруппу в положении 14, 15. Принципиально новый класс метаболитов эйкозаполиеновых кислот, родственных лейкотриены, - липоксины, имеющие в молекуле 4 сопряженные двойные связи и 3 гидроксигруппы (V-VI). Серосодержащиe (пептидные) лейкотриены (LTC₄ и др.) образуются в разлейкотриены нормальных и трансформированных клетках млекопитающих (лейкоцитах, моноцитах, макрофагах, в базофилах крыс, больных лейкемией и др.). Более широко распространены лейкотриены типов А и В. Они найдены не только у животных, но и в некоторых растениях, например картофеле. лейкотриены не накапливаются в тканях, а синтезируются в ответ на определенные стимулы. Они участвуют в воспалит. реакциях и являются медиаторами анафилаксии (аллергической реакции немедленного типа, развивающейся в ответ на присутствие аллергена). Для пептидных лейкотриены более характерно миотропное действие (сокращение гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта, бронхов, паренхимы легких, кровеносных сосудов). LTB₄ проявляет выраженное лейкотропное действие - вызывает агрегацию, хемотаксис (направленное движение) и хемокинезис (повышение подвижности) лейкоцитов - и является активным ионофором для Са²⁺. Установлено, что в ряде случаев физиолейкотриены действие лейкотриены опосредовано их взаимодействием со специфич. рецепторами. Липоксины стимулируют хемотаксис лейкоцитов и агрегацию тромбоцитов. Биосинтез лейкотриены, липотриенов и липоксинов осуществляется через промежут. реакционноспособные гидропероксиды (соотв. через 5- или 15-гидропероксиэйкозаполиеновые и 5,15-дигидропероксиэйкозаполиеновые кислоты), которые образуются в результате окисления эйкозаполиеновых кислот при участии 5- или (и) 15-лилооксигеназ. Моногидропероксиэйкозаполиеновые кислоты далее превращаются в нестабильный эпоксид типа А, из которого образуются лейкотриены др. типов. Осн. путь катаболизма лейкотриены - их w-окисление с образованием 20-гидрокси- и 20-нор-19-карбоксипроизводных. В лаб. условиях лейкотриены получают из полиеновых кислот с использованием ферментативных реакций или синтезируют с помощью реакции Виттига, осуществляя конденсацию углеводородного и карбоксилсодержащего фрагментов. Для количеств. определения лейкотриены обычно используют высокоэффективную жидкостную хроматографию и радиоиммунный анализ (используются меченные радиоактивными атомами антигены). Вследствие важной роли лейкотриены в патогенезе таких заболеваний, как бронхиальная астма, проводится интенсивный поиск лек. ср-в, блокирующих биосинтез лейкотриены или их рецепторов. Лит.: Будницкая Е, В., "Успехи биологической химии", 1985, т. 26, с. 269-77; Евстигнеева Р. П.. Мягкова Г. И.. "Успехи химии". 1986. т. 55. в. 5. с. 843-78; Современные направления в органическом синтезе, пер. с англейкотриены, М.. 1986, с. 12-28; Leukotrienes and other lipoxygenase products, ed. by P. Samuelsson, R. Paoletti, N. Y.. 1982; Schewc Т., Rapoport S. M., Kuhn H., в сб.: Advances in enzymology and related areas of molecular biology, v. 58. 1986, p. 191-272; Kuhn H. [a. o.], "Europ. J. Biochem.". 1987, v. 169, № 3, p. 593-601. В. В. Безуглов. В. 3. Ланкин.

Лекция 4. Биологически активные пептиды и гормоны сердца.

4.1.Кинин-калликреиновая система. Синтез, распад, механизм действия кининов на сосуды.

4.2.Ренин-ангиотензиновая система. Синтез, распад, механизм действия ангиотензина II на сосуды.

4.3.0бшая характеристика гормонов сердца.