Крутецкая, Лебедев, Курилова - Механизмы внутриклеточной сигнализации - 2003, страница 8

4.3.2. Метаболизм арахидоновой кислоты Свободная АК легко окисляется с образованием очень широкого спектра биологически активных соединений (эйкозанондов): простагландинов (включая простациклин), тромбоксанов, лейкотриенов, различных гидроксикислаг (Хеег(1еп1ап ег а)., 198б; 1.вребпа, !990). Известны три энзиматических пути окисления АК: с участием мембранно-связанной циклооксигеназы, цитоплазматических липоксигеназ и эпокснгеназ (цитохром-Р-450-подобных ферментов) (1.арейпа, 1990 а; см. обз. Крутецкал, Лебедев, 1995) (рнс.

14). Тип окисления АК определяется набором ферментов, который содержит данная клетка. *НВСИООИ1С Г * сгсмосзи» миР Ф оо самс кв Рясзаас РО -41 за тквв РО1я тхвя н„с,-РО Ы-яяосгяаам 5-ярссзя ом 15.5росгв а. 5-Я'ИЕ а В"Везя 1 ИВ4 стс4 ЕЕЦ4 И-НРЕТЕ а. 1Е.НЕЕЕ 554 «гсросмс» еяассмкмомоамок ам асс Рис. 14. Схема метаболизма арахидоновой кислоты. Циклооксигеназный путь окисления АК.

Циялооксигсназа является гемсодержащим мембраио-связанным ферментом с мол. массой 70 кДа. В фибробластах циклооксигеназв локализована в мембране эндоплазматического РетикУлУма и ЯдеРной оболочке (Рат)ез ег а1.с 1934). Для окисления АК циклооксигеназой необходим молекулярный кислород ()ЧеегИевзап е1 а)., 1986). Другие ЖКс такие как эйкозапентаеновая кислота окисляются пиклооксигеназой хуже, чем АК. Метаболизм АК по циклооксигеназному пути начинается с образования нестабильных промежуточных продуктов„зндопероьсидов, после включения двух атомов кислорода в молекулу АК в половсениял С- 11 и С-15. Дальнейшими пролуктами превращений являются простагланднны (ПГ) н тромбоксаиы 1'ГК)с нестабильные, но имеющие важные биологические свойства соединения, особенно ПГ-1з (простациклин) и ТК-А .

В тромбоцитах крови человека основным продуктом эндопероксидов является ТК-Аз (1.аребпа, 1990; )чогазча ег а1., 1991)— вазоконстриктор, который вызывает сокращение гладких мышц сосудов (сужение сосудов), агрегацию тромбоцитов, а также сужение бронхов (Оаьбея ег а!., 1984; 8(езя, 1989; Еаре6па, 1990; Иохазча е! а!., 199!). Простагландины Г!ь Е и Еы иигибирунп функциональную активность тромбоцитов (Мохагча ег а1., 199! ). В зидотелиальных клетках АК преимущественно окисляется по циклооксигеназному пути. Основным продуктом эидопероксидов в эндотелиальных клетках сосудов является ПГ-1з (1.аребпа, 1990: %!за!!еу ег а1., 1990), который расширяет сосуды, ингнбирует агрегацию тромбоцитов и сужение бронхов (Оач)ея ег а1., 1984; Ьарейпа, !990 а). Простациклин также стимулирует аленилатциклвзу, повышаюшую внугриклеточную концегпрацию цАМФ (Евреев, 1990).

Кроме ПГ-!з в эндотелиальных клетках синтезируются также простагландины Оз, Ез и Е. (%пы!еу ег а1., ! 990). Широко используемыми ингибиторами цнклооксигеназы являются нестероидные противовоспвлительные агенты: индометацин, аспирин, 1- фенил-3-пиразолидиион, анальгин, буталион, амидопирин, нбупрофен и кетопрофен (рис. 15). Установлено, что аспирин избирательно ацетилирует остаток Сер-530 циклооксигеназы, что блокирует доступ АК к субстратсвязывающему участку фермента (Ре йг(п е! а1., 1990).

Предположительное ацетилирование Сер-530 аспирином обусловлено специфическим связыванием салнцилатной группы с этим участком циклооксигенвзы (Ъ'е()я, Магпеп, 1992). Липокенгеиазный путь окислении АК. Липоксигеназы представляют собой цитоплазматические ферменты, катализирующие включение одной молекулы кислорода в АК с образованием гидропероксипроизводных — гидропероксиэйкозатетраеиовых кислот (ГПЭТЕК). Гидропероксигруппа может находиться при 5, 11, 12 или ! 5-м атоме углерода АК (5-ГПЭ'1'ЕК, 11-ГПЭТЕК и т. д.).

Благодаря пероксидазной активности, связанной с липоксигенамми, гидропероксипроизводные АК могут восстанавливаться до гидроксипроизводиых — моногидроксиэйкозатетраеновых кислот (ГЭТЕК). Первой описанной липоксигеназой из тканей млекопитающих была 12-липоксигеназв, хотя наибольшее значение имеет метаболизм АК„ связанный с активностью 5-липоксигеиазы, приводящей к образованию биологически активных лейкотриенов (Оаъ)ея ег а1., 1984; 1.аребпа, 1990; Рогб-Нц!с)ппяоп, !990). Лейкотриены являются медиаторами зз о сн, 'с ~~ ~У" но ггц но Вг н,с Рис. 15. Структура наиболее известных ингибиторов метаболизма ярахидоновой кислоты. а - 4-бромфенацилбромид„о - иордигидрогуаретиковая кислота, в - индометацин, г - аспирин.

Классическими ингибнторами липоксигеназ являгогся иорднгидрогуаретиковая кислота (НДГК) (рис. 15), 3-вмино-1-3- (трифторметил) фенил-2-пирвзолии (Вцг755С) (Тцгк ег а1., 1985; )(мз))с~пал е! а1., 1986), этакриновая кислота, кетоконазол, лонапален, 15- ГЭТЕК (Ма!е е! а1., 1987), фенидон и 5,8,11-эйкозатриииовая кислота (ЭТИК) (Вусяйозчз!ц е! а(., 1992). Обнаружены специфические аллергических и воспалительных процессов.

Эти производные синтезируются в нейтрофилах, эозинофилах, моноцизах, тучных клетках„ макрофвгах и других клетках. яо ингибиторы 5-липоксигеиазы: А-63162, ЪЪ'9-50295 (Нцапй е! а!., !992), 2,3,5-триметил-б-(12-гидрокси-5,10-додекадиинил)-1,4-бензохинон (АА- 861) (УозЫпзо!о е! а!., 1982), фускозид — противовоспалительный агент из морских организмов ()асаЬзап, )асоЬз, !992 а, 1992 Ь). Эффективными блокаторами 5-липоксигеназы также являются флавопоид цирсилиол (г'озЬ!ща!о е! а1., !983), каффеиковая кислота и ее метиловый эфир (КозЬ!Ьага е! а!., 1984). !2-липоксигеназа из тромбоцитов специфически ингибируется флавоноидом байкалейном (бе)г!уа, О!пк(а, 1982).

Эскулегин (6,7-дигидроксикумарин) блокирует 5-липоксигеназу из хлевок мастоцитомы и 12-липоксигеназу из тромбоцитов. 5-липоксигеиаза и 12- липоксигеназа блокируют.ся фенотиазиновыми производными хлорпромазином, флуфеназином и трифлуоперазином (НмпазаЫ, Та(, !985). Наиболее эффективным и специфическим ингибитором 5- и 12- липоксигеназ является госсипол — полифенольное соединение из хлопчазннка. В концентрациях 0,3 и 0,7 мкМ госсипсл вызывает 50'/-нее блокирование 5- и 12-липоксигеназ из лейкемических базофилов крысы. Как и эскулетин, госсипол более избирательно действует на 5- липоксигеназу (Нщпаза!и', Тай ! 985).

5,8,11,!4-эйкозатетраиновая кислота ингибируег 12- и 15-липоксигеназы, а также цитохром 1'-450 (Сардетйа ег а1., 1988). а-Токоферол эффективно блокирует активность 5- и !5- липоксигеназ в опытах !п Н!го и !п т4то (Бакалова и др., 1988). Предполагают, по способность ингибировать липокснгеназу является неотьемлемым свойсгвом фенольных соединений (Пой! е! а1., 1991). Эпоксигеназный путь окисления АК. В мембранах эндоплазматического ретикулума практически всех клеток локализована система монооксигеназного окисления, обладающая смешанными функциями и низкой субстратной специфичностью.

Ее основной компонент цитохром Р-450 (цит. Р-450), названный так за характерный спектр поглощения восстановленного комплекса с СО в области 450 нм, был выделен и подробно изучен в середине 70-х годов (1чеегйетап е! а1., 1986). В клетках некоторых тканей (кора надпочечников) монооксигеиазная система локализована в мембранах митохондрий. В микросомной системе окисления происходит ьщгаболизм практически всех липафильных субстратов: эндогенных соелинений, таких как стероидные гормоны, холестерин, липорастворимые витамины, простагландины и ЖК; автогенных соединений (ксепобиотиков) гидрофобных ядов, лекарств, кигцерогенных веществ, пестицидов, инселтицилов.

Окисление гидрофобных субстратов в микросомах идет по трем основным путям: 1) включение атома кислорода между атомоги водорода и каким-либо другим атомом молекулы субстрата (реакция гидроксилирования); 2) присоединение дополнительного атома кислорода яг по л-связи (эпоксидирование); 3) присоединение атома кислорода к паре свободных электронов. Установлено, что кроме метаболизма по циклооксигеназному и липоксигеназному путям АК и ее продукты могут окисляться с участием цитохром-Р-450-подобных ферментов в основном до эпоксидов !Иеед!епзап е! а1., 1986; 1.арейпа, !990).

Р-450 монооксигеназная сисгема широко распространена в природе. Обнаружено, что у млекопитающих она связана со всеми мембранными фракциями клетки, главным образом с эндоплазматическим ретикулумом и митохондриями. Цитохомы Р-450 относятся к особому суперсемегютву ферментов-монооксигеназ и представляют собой амфипатические белки молекулярной массой 57 кДа !500 аминокислот). Цитохромы Р-450 из эндоплазматического ретикулума являются интегральными мембранными белкамгп заякоренными в мембране с участием одного или двух трансмембранных сегментов, расположенных на гпконце молекулы. Большой каталитический тем-содержаший домен цитохрома Р-450 расположен на цитоплазматической поверхности мембраны эндаплазматического ретнкулума !В!ас)г, 1992), Эффективными блокаторами зпоксигеназ являются антимикотические агенты нмилазольной природы — эконазол, проадифен, клотримазол, миконазол, кетоконазол (Сарг)еч!!а е! а1., !988; Рюше!й, Огеепйагг), 1990).

Одним из наиболее изученных объектов, в котором исследована роль АК и ее продуктов в процессах функционирования клеток, являются макрофаги. 4.ЗЗ. Метаболизм арахндоновой кислоты в макрофагах Макрофаги играют ведущую роль в процессах фагоцитоза, а также вышупают как вспомогательные клетки в других иммунологических реакциях !Адашя, НаппИоп, 1984). Одним из квочевых событий в активации макрофагов является продукция большого количества эйкозаноидов, продуктов метаболизма АК (Бсой е! а!., 1980).

Поэтому именно на примере макрофагов можно более подробно рассмотреть конкретные пути метаболизма и функционирование АК и ее продуктов. Макрофаги, возникающие в ходе дифференцировки из особых клеток-предшественников, которые находятся в костном мозге, заселяют все без исюпочения органы и ткани. Макрофаги являются мигрирующими фагоцитирующими клетками, играошими важную роль в иммунных и воспалительных процессах, главным образом благодаря их способности секретировать биоактивные молекулы !Адагпз, Нап)йоп, 1984.„Наплйоп, Апаша, 1987). Эта функция регулируется различными внешними стимулами, включак~щими матрикс, к которому макрофаги прилипают, и связывание цнтокинав с мембранными рецепторами. Активация макрофагов включает изменение морфологии клеток, реорганизацию цитосьелега, освобождение цнтокинов и секреторных продуктов, усиление пиноцнтоза, хемотаксиса.

респираторного взрыва, ликвгщации мнлробов и опухолевых клеток (Наппйоп, Адашз, 1987). Для выполнения сложных функций мононуклеарных фагоцигов большое значение имеют три типа внутриклеточных структур (Аг!ашз, Нашй!оп, !984). К первому типу структур следует отнести вакуолярную систему, включающую фагосомы, пиносомы, эндосомы, цервнчные/вторичные лизосомы и фаголизосомы (5!е(пшал е! а1., 1983). Даже в резидентных тканевых макрофагах 2 раза в течение часа наблюдается интернализация всей их плазматической мембраны (5ге!пшап ег а1., 1983).

В макрофагах, участвующих в процессах фагоцитоза или воспалительных реакциях, эти реорганизации мембраны существенно увеличиваются (Сопл, 1978). Ко второму типу внутрнклеточных структур относится цитоскелетный аппарат макрофагов (5!оязе1, ! 981). Показано, что система микрофиламентов и микротрубочек участвует в выполнении фагоцитарной и секреторной функции макрофагов, а также в связывании опухолевых клеток (5!оззе(, 1981; 5огпегз ег а!., 1983). Белки цитоскелета (ватин, миозин„акументин и гельзолин) составляют практически 159ь всех белков макрофагов (5!оззе1, 1981).

В то время как количество этих белков может не изменяться при активации макрофагов, функционирование белков цигоскелета может модулироваться при воздействии различных внешних сигналов. Третьей группой внутриклеточных структур, важных для функционирования макрофагов, являются митохондрии (Адагпз, Наш!!гоп, !984). Так, обнаружено, что при воспалительных реакциях макрофаги содержат увеличенное число митохондрий (5ге!птап, Сопл, ! 974). Фагоцитирующие клетки отвечают на воздействие разнообразных а онистов, быстро гнлролизуя мембранные фосфолнпиды, что приводит к генерации большого числа внугриклеточных и экстраклеточных мессенджеров. Связывание агонистов с рецепторами стимулирует ФЛС, каталнзирующую гидролиз фосфоннозитидов, в результате образуются два вторичных посредника 1Рз и РАСС 1Р, вызываез мобилизацию Сам из депо (Веггк!йе, ! 993), а ПАС активирует ПКС (Мзп!хпка, 1988).