Лейкотриены

Лейкотриены — группа липидных высокоактивных веществ, образующаяся в организме из арахидоновой кислоты, содержащей 20-членную углеродную цепь и четыре двойные связи. Подкласс лейкотриенов, вместе с простаноидами, входит в класс эйкозаноидов. Один из основных эффектов лейкотриенов — бронхоспазм — лежит в основе патогенеза бронхиальной астмы. Впервые эти соединения были выделены из лейкоцитов и характеризовались наличием конъюгированной триеновой структуры. В связи с этим выделенные вещества были названы «лейкотриенами» (ЛТ).В настоящее время идентифицированы ЛТА4, ЛТВ4, ЛТС4, ЛТD4, ЛТE4, ЛТF4. По химическому строению, можно выделить две группы лейкотриенов:1–я группа — «пептидные (цистеиновые) лейкотриены», к ним относят ЛТС4, ЛТD4, ЛТЕ4, ЛТF4; 2-я группа — лейкотриены без пептидов: ЛТА4, ЛТВ4. Лейкотриены образуются из арахидоновой кислоты, которая, в свою очередь, отщепляется от фосфолипидов цитоплазматической мембраны с помощью фермента фосфолипазы A₂.

Синтез лейкотриенов в основном происходит при аллергических реакциях немедленного типа и начинается после связывания антигена с IgE , фиксированным на поверхности клеток. При этом свободная арахидоновая кислота под действием 5-липоксигеназы превращается в лейкотриен A₄ , из которого затем под действием лейкотриен А-гидролазы 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, под действием пептидазы образуется лейкотриен Е₄.

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.

Липоксигеназная ферментная система, катализирующая образование ЛТ, относится к растворимым цитозольным ферментам, она обнаружены в цитоплазме альвеолярных макрофагах, тромбоцитах, тучных клетках и лейкоцитах. Наиболее важным среди ферментов этой системы является 5-липоксигенеза (5-ЛОГ). Активация перечисленных клеток приводит к перемещению 5-ЛОГ к мембране ядерного аппарата и связыванию со специфическим белком — 5-ЛОГ-активирующим протеином (5-ЛОГ-АП). 5-ЛОГ-АП является кофактором при взаимодействии арахидоновой кислоты и 5-ЛОГ. Таким образом, арахидоновая кислота под воздействием комплекса 5-ЛОГ + 5-ЛОГ-АП превращается в нестабильное соединение 5-гидроксипероксиэйкозатетраеновую кислоту (5-HPETE), из которой в свою очередь образуется ЛТА₄. Обе эти реакции катализируются активированной 5-ЛОГ, расположенной на перинуклеарной мембране.

Известно 6 типов лейкотриенов — А, В, С, D, Е и F. Их объединяет — с точки зрения химического строения — наличие карбоксильной группы, общее число атомов углерода в основной цепочке (20) и наличие 4 двойных связей (поэтому после написания названия лейкотриена, указывают индекс 4.

ЛТC₄, ЛТD₄, ЛТE₄ являются основными компонентами МРСА, поэтому, в первую очередь, эта группа лейкотриенов относится к мощным бронхоконстрикторам. Также эти лейкотриены способны повышать тонус гладких мышц ЖКТ, опосредовать экссудацию плазмы и сокращение паренхимы лёгких.

Лейкотриены участвуют в патогенезе бронхиальной астмы. Вместе с гистамином лейкотриены относятся к медиаторам ранней фазы аллергической реакции немедленного типа. В результате действия гистамина возникает мгновенный и кратковременный бронхоспазм, лейкотриены же вызывают отсроченный и более длительный бронхоспазм.

ФОСФОЛИПИДЫ МЕМБРАН

фосфолипаза А₂

Х стероиды

А РАХИДОНОВАЯ КИСЛОТА

ПГ-синтетаза 5-липоксигеназа

аспиринХ

ПРОСТАГЛАНДИНЫ ЛЕЙКОТРИЕНЫ

Н₂ А₄

Е₂ F ₂ I₂А ₂ C₄ → D₄ → E₄

Рис.12. Механизм развития аспирин-индуцированного бронхоспазма

Лейкотриены опосредуют развитие, так называемого, аспиринового бронхоспазма, возникающий при приёме неселективных нестероидных противовоспалительных средств: аспирина, индометацина и др. Аспириновый бронхоспазм порождается следующим образом. Как уже было отмечено, арахидоновая кислота может трансформироваться двумя путями: под влиянием циклооксигеназы она превращается в простаноиды, а под влиянием липоксигеназной ферментной системы в лейкотриены. Циклоксигеназа, которую ингибируют нестероидные противовоспалительные средства, катализирует реакцию превращения арахидоновой кислоты в циклический эндопероксид ПГ H₂. Вследствие ингибирования циклооксигеназы синтез ПГ резко уменьшается, и на этом фоне преобладающими становятся лейкотриены.

Однако, активность фосфолипазы A₂остаётся неизменной, соответственно арахидоновой кислоты отщепляется от фосфолипидов цитоплазматической мембраны столько же, сколько и в норме. Но, если в физиологических условиях арахидоновая кислота равномерно распределялась, поступая на синтез и ПГ и ЛТ, то при ингибировании ЦОГ, она целиком и полностью поступает на синтез лейкотриенов.

Таким образом, при использовании неселективных нестероидных противовоспалительных средств, в тканях человека будет не просто преобладание ЛТ, но они будут синтезироваться интенсивнее, чем в норме. ЛТC₄, ЛТD₄, ЛТE₄ входят в комплекс МРСА, которая порождает бронхоспазм.

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. Лейкотриен В₄ известен как активный хемокинетический и хемотактильный агент. Эти активные липидные биоэффекторы синтезируются в ходе воспалительных реакций и их фармакологическая модуляция может существенно изменять клиническую картину, ассоциированную с различными воспалительными патологиями.

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.

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ФАГОЦИТОЗ И ВОСПАЛЕНИЕ

Под фагоцитозом понимают активное поглощение и разрушение клетками твердых частиц, чуждых для организма. Эти частицы могут быть любой природы: микроорганизмы и вирусы, иммунные комплексы антиген-антитело, простейшие или гельминты, твердые неорганические частицы, попадающие в наш организм в виде пыли и др. Фагоцитозу подвергаются и отмершие клетки и части погибших клеток собственного организма. В любом случае киллерный механизм и последующий механизм деструкции неживых частиц универсален. Фагоциты способны проявлять как цитотоксическое, так и бактерицидное действие. Цитотоксическое действие реализуется экстрацеллюлярными факторами, в то время как бактерицидность обеспечивается, главным образом, внутриклеточными механизмами.

Фагоциты представляют собой клетки с выраженной способностью к фагоцитозу. Для обеспечения резистентности человека особо важное значение имеют полиморфноядерные нейтрофилы, что определяется их количеством и особенностями функции. Полиморфоноядерные нейтрофилы представляют собой основной компонент лейкоцитов крови человека. Ежедневно из костного мозга в кровь выходит примерно 10¹¹ полиморфноядерных нейтрофилов, а при острых инфекциях это количество может возрастать в 10-20 раз, при этом в крови появляются незрелые формы (сдвиг формулы крови влево).

Моноциты периферической крови и, формирующиеся на их основе, тканевые макрофаги образуют, так называемую, «мононуклеарно фагоцитирующую систему – МНС». Основной структурной единицей МНС являются макрофаги – активно фагоцитирующие клетки, содержащие внутриклеточные ферменты для деструкции поглощенного материала и имеющие необходимый аппарат для выработки этих ферментов.

Взаимодействие твердых частиц с поверхностными рецепторами вызывает активацию фагоцитов, заключающуюся в повышении проницаемости цитоплазматической мембраны и перестройке клеточного метаболизма, опосредованной повышением внутриклеточной концентрации ионов кальция, активированием аденилатциклазы и протеинкиназы С. В активированных фагоцитах значительно усиливается окисление глюкозы по гексозо-монофосфатному пути (пентозный цикл) и резко (в десятки раз) усиливается потребление кислорода. Последнее обстоятельство, а также внезапность и скорость, с которой возникают и развиваются эти реакции, послужили основанием для того, чтобы назвать это явление «респираторным» или «дыхательным» взрывом. Это действительно напоминает взрыв, ибо потребление кислорода возрастает уже в первые секунды после стимуляции фагоцита. Следует отметить, что утилизация кислорода не связана с процессами митохондриального окисления, так как не ингибируется цианидами, и направлена, главным образом, на образование активных форм кислорода.

Респираторный взрыв – одно из универсальных проявлений реактивности фагоцитирующих клеток. Основной механизм сводится к активации фагоцитов в результате контакта плазматической мембраны с фагоцитируемым объектом, что стимулирует активность цитоплазматического ферментного комплекса НАДФН-оксидазы, который катализирует перенос электронов с НАДФН на молекулярный кислород с образованием супероксидного анионрадикала. НАДФН-оксидаза представляет собой мультикомпонентную систему, состоящую из мембраносвязанных и цитозольных компонентов (ФАД, цитохром b₅₅₈, убихинон). Фермент локализован на мембране таким образом, что НАДФН-связывающий центр направлен внутрь клетки, а супероксиданион-связывающий центр расположен на внешней стороне мембраны. В результате молекулярный кислород восстанавливается на внутренней поверхности мембраны, а супероксидный анионрадикал продуцируется либо в среду окружающую фагоцит, либо, если плазматическая мембрана образует фагосому, внутрь фагосомы, содержащей фагоцитированный материал (микроорганизмы). Убыль НАДФН по механизму обратной связи стимулирует пентозный цикл (гексозо-монофосфатный путь) окисления глюкозы, восполняющий фонд НАДФН.

Таким образом, биохимическую основу «респираторного» взрыва составляют два сопряженных механизма: 1) окисление НАДФН с образованием супероксидного анионрадикала; 2) восстановление НАДФ в реакциях пентозного цикла:

1 ) НАДФН + О₂ ^{НАДФН- оксидаза}НАДФ + О_2∙ + Н⁺

2 ) глюкозо-6-фосфат + НАДФ ^{пентозный цикл}пентозы + НАДФН

В настоящее время доказано, что стимуляция рецепторов фагоцитов приводит к мобилизации связанного с мембранами Ca²⁺ и увеличением его концентрации в цитоплазме. Мобилизация внутриклеточного кальция является ведущим механизмом в активации НАДФН-оксидазы. Одновременно с мобилизацией внутриклеточного кальция при стимуляции рецепторов происходит включение системы транспорта ионов кальция, расположенной в плазматической мембране.

Важнейшую роль в развитии дыхательного взрыва играет активация протеинкиназы С. Протеинкиназа С может активироваться высокими концентрациями ионов кальция (в отсутствие диацилглицерина), либо - диацилглицерином в присутствии небольших количеств ионов кальция. Протеинкиназа С осуществляет фосфорилирование мембранных белков, что приводит к их активированию, в частности, это относится к НАДФН-оксидазе.

Показано, что в генерации супероксидного анионрадикала определенную роль играет система «ксантин – ксантиноксидаза», которая, преломляясь через аденилатдезаминазную активность, играет компенсаторную роль при дефектах основного гексозомонофосфат-зависимого пути.

Как в среде окружающей фагоцит, так и внутри фагосомы дальнейшее превращение супероксида, примерно, одинаковое. Супероксиданионы дисмутируют с образованием перекиси водорода, дисмутации способствует снижение рН (закисление среды) в очаге воспаления:

О _2∙ + О_2∙ + 2 Н^{+ СОД} Н₂О₂ + О₂

Перекись водорода далее под влиянием ионов двухвалентного железа (донор электронов) распадается с образованием гидроксильного радикала (НО*) – самой агрессивной из всех активных форм кислорода. Гидроксильный радикал инициирует перекисное окисление липидов бактериальной стенки, обеспечивая тем самым, один из механизмов бактерицидности, в деструктивный процесс вовлекаются не только липиды, но и белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

Перекись водорода используется также для образования высокотоксичных гипогалоилодов. Эта реакция катализируется, содержащимися в фагоцитирующих клетках, миелопероксидазой (МПО) и пероксидазой эозинофилов (ЭПО), которые различаются по структуре и субстратной специфичности. Так, основным продуктом МПО является НОСl, в то время как ЭПО катализирует преимущественно образование HOBr, HOI, HOSCN.

Перекись водорода используется также для образования высокотоксичных гипогалоилодов. Эта реакция катализируется, содержащимися в фагоцитирующих клетках, миелопероксидазой (МПО) и пероксидазой эозинофилов (ЭПО), которые различаются по структуре и субстратной специфичности

Рис.13. Образование активных форм кислорода в процессе фагоцитоза (МРО-миелопероксидаза, aG – азурофильная гранула)

Так, основным продуктом МПО является НОСl, в то время как ЭПО катализирует преимущественно образование HOBr, HOI, HOSCN.

МПО представляет собой сложный гемопротеин, содержащий две ковалентно связанные железосодержащие простетические группы. Очищенная МПО имеет интенсивный зеленый цвет. Характерный для гнойных выделений зеленоватый оттенок обусловлен, содержащейся в них, МПО. Первичным продуктом окисления миелопероксидазной системой хлоридов является НОCl- гипохлорная (хлорноватистая) кислота:

Н ₂О₂ + Cl^- + H^{+ МПО} НОCl + Н₂О

Гипогалоиды представляют собой мощные токсины, обладающие чрезвычайной реакционноспособностью в химическом отношении, галогенируя объект либо окисляя его. При взаимодействии с гипогалоидами, в первую очередь, окисляются сульфгидрильные и тиоэфирные группы белков. Гипохлорит может взаимодействовать с биологическими аминами, аминокислотами и белками, продуцируя хлорамины:

НОCl + R-NH₂ → RN-HCl + H₂O

R – CH – COOH + НОCl → R – CH – COOH + Н₂О

| |

NH₂ NHCl

Хлорированию подвергаются как свободные аминокислоты, так и аминокислоты, входящие в структуру белковых молекул, с последующим расщеплением, декарбоксилированием и дезаминированием.

Участие свободнорадикального окисления в процессах фагоцитоза и обезвреживания чужеродных частиц может быть представлено в виде нижеследующей схемы (рис.7).

Система МПО ---Н₂О₂ --- Cl^- хлорирует и пептидные связи в белковых молекулах. Этим объясняются детоксицирующий и бактерицидный эффекты. Известно, что хлорная известь и хлорамины издавна используются в качестве дезинфицирующих средств.

Активированные макрофаги и другие фагоцитирующие клетки продуцируют также и оксид азота – NO*. Оксид азота обладает антимикробной, анитивирусной, противопаразитарной и противоопухолевой активностью. При взаимодействии с супероксидным антионрадикалом образуется пероксинитрит, также обладающий высокой токсичностью:

О*₂^- +NO* → ONOO

Деструкция бактериальных белков в макрофагальной системе усиливается гидролитическим действием тканевых протеаз, активность которых возрастает в результате снятия ингибирующего контроля антипротеаз (альфа-антитрипсин, альфа-макроглобулин и др.). Антипротеазы особенно чувствительны к гипохлорит-ионам и быстро подвергаются окислительной инактивации.

Бактерицидному действию способствует лизоцим, который разрушает полисахариды бактериальной стенки, обеспечивая АФК (гидроксильный радикал, гипохлорит-ион) более свободный доступ к белковым структурам, кроме того, бактериальные полисахариды как многоатомные спирты обладают антиокислительной активностью, поэтому их разрушение усиливает бактерицидный эффект АФК

АКТИВАТОРЫ ФАГОЦИТОВ

(бактерии, вирусы, иммунные комплексы и др.)

активирование

ФАГОЦИТЫ

Активирование пентозного цикла и НАДФН-оксидазы

О*₂^-

N O*

Н ₂О₂ ONOO

Fe²⁺ _МПОCl^-

антипротеазы

Н О* Х ОСl^-

протеазы

б актерии и др. активаторы

продукты деструкции белков, липидов

(хемоатрактанты)

Рис.14. Свободнорадикальные реакции в процессе фагоцитоза

В результате деструкции белков и липидов как самих бактерий, так и тканей окружающих очаг воспаления, образуются продукты, обладающие антигенной и хемоатрактантной способностью. Эти вещества, в свою очередь, активируют фагоциты и усиливают их миграцию в очаг воспаления.

Установлено, что НАДФН-оксидазная активность усиливается лишь в результате контакта с плазматической мембраной, после поглощения и разрушения фагоцитированного объекта, стимулирующий эффект исчезает.

Следует отметить, что в случае незавершенного фагоцитоза, который характеризуется сохранением жизнеспособности объекта внутри фагосомы, повышенная продукция активных форм кислорода продолжается, что представляет реальную опасность как для самого фагоцита, так и для окружающих его клеток и тканей, так как АФК диффундируют в окружающую среду, следствием этого может быть некроз тканей в очаге воспаления с образованием полостей.

Таким образом, пока существует и действует чужеродный фактор, миграция и активация фагоцитов будет постоянно возрастать. Исходом может быть либо уничтожение этого чужеродного фактора, либо гибель организма вследствие подавления или истощения защитных сил. Сложность тактики врача заключается в том, чтобы коррегировать воспалительный процесс таким образом, чтобы ограничить некроз окружающих тканей и в то же время сохранить свободнорадикальную активность на уровне, достаточном для быстрого и полного уничтожения бактерий или других факторов, вызывающих воспалительный процесс.