10921 (Эйкозаноиды - общая группа физиологически и фармакологически активных соединений), страница 2

Рис.5. Предполагаемый механизм биосинтеза PGE₂ и PGF_2a из арахидоновой кислоты.

Биосинтез PGE₂ и PGF_2a, представленный на рис.5, начинается с арахидоновой кислоты и катализируется циклооксигеназой (М 70 000) жирных кислот, при этом образуется 15-оксиперокси-9-11-эндопероксид PGG₂. Первая стадия в этой последовательности реакций приводит к потере атома водорода у С-13 с образованием свободного радикала. Эта стадия лимитирует скорость всего процесса. Затем происходят присоединение пероксидного радикала в положения 9 и 11 и образование 8,12 углерод-углеродной связи, которому предшествует изомеризация 11,12-двойной связи в 12,13-двойную связь и присоединение другого пероксидного радикала в положение 15, приводящее к изомеризации 12,13-двойной связи в 13,14-двойную связь. Все эти превращения рассматриваются как процесс одноэлектронного переноса, обозначенный на рисунке изогнутыми стрелками. Первый продукт этой последовательности реакций - это 15-оксиперокси-9,11-эндопероксид PGG₂, существование которого было постулировано за несколько лет до его выделения и идентификации. PGG₂ затем превращается в PGI₂ или PGH₂, вероятно, с помощью реакции пероксидазного типа. PGH₂ является предшественником PGE₂ и PGF_2a в семенных пузырьках и других органах, а также тромбоксана А₂ в тромбоцитах и легких.

Превращение арахидоновой кислоты в PGG₂ блокируется ингибиторами циклооксигеназы жирных кислот. Наиболее известным среди этих ингибиторов являются аспирин (ацетилсалициловая кислота) и ряд других противовоспалительных лекарств (Рис.6). Торможение аспирином обусловлено переносом ацетильного остатка от молекулы аспирина к активному центру фермента с инактивацией последнего; такого рода механизм был предложен в качестве объяснения некоторых известных фармакологических эффектов аспирина.

Рис.6. Молекулярный механизм ингибирования циклооксигеназы ацетилсалициловой кислотой.

Аспирин - препарат, подавляющий основные признаки воспаления. Механизм противовоспалительного действия аспирина стал понятен, когда обнаружили, что он ингибирует циклооксигеназу. Следовательно, он уменьшает синтез медиаторов воспаления и, таким образом, уменьшает воспалительную реакцию. Циклооксигеназа необратимо ингибируется путём ацетилирования серина в положении 530 в активном центре (Рис.6). Однако эффект действия аспирина не очень продолжителен, так как экспрессия гена этого фермента не нарушается и продуцируются новые молекулы фермента. Другие нестероидные противовоспалительные препараты (например, ибупрофен и ацетаминофен) действуют по конкурентному механизму, связываясь в активном центре фермента, и также снижают синтез простагландинов.

Стероидные препараты обладают гораздо более сильным противовоспалительным действием, чем препараты нестероидного ряда. Механизм их действия заключается в индукции синтеза белков - липокортинов (или макрокортинов), которые ингибируют активность фосфолипазы А2 и уменьшают синтез всех типов эйкозаноидов, так

как препятствуют освобождению субстрата для синтеза эйкозаноидов - арахидоновой кислоты (или её аналога).

Использование стероидных противовоспалительных препаратов особенно важно для больных, страдающих бронхиальной астмой. Развитие симптомов этого заболевания (бронхоспазм и экссудация слизи в просвет бронхов) обусловлено, в частности, избыточной продукцией лейкотриенов тучными клетками, лейкоцитами и клетками эпителия бронхов. Приём аспирина у больных, имеющих изоформу липоксигеназы с высокой активностью, может вызвать приступ бронхиальной астмы. Причина "аспириновой" бронхиальной астмы заключается в том, что аспирин и другие нестероидные противовоспалительные препараты ингибируют только циклооксигеназный путь превращений арахидоновой кислоты и, таким образом, увеличивают доступность субстрата для действия липоксигеназы и, соответственно, синтеза лейкотриенов. Стероидные препараты ингибируют использование арахидоновой кислоты и по липоксигеназному и по циклооксигеназному пути, поэтому они не могут вызывать бронхоспазма.

Структура и синтез лейкотриенов

Наличие 3 сопряжённых двойных связей обусловливает название "лейкотриен". Лейкотриены также образуются из эйкозаноевых кислот, однако в их структуре отсутствуют циклы, как у простагландинов, и они имеют 3 сопряжённые двойные связи, хотя общее число двойных связей в молекуле больше (рис.7). Лейкотриены С₄, D₄ и Е₄ имеют заместители в виде трипептида глутатиона, дипептида глицилцистеина или цистеина, соответственно.

Рис.7. Липоксигеназный путь синтеза эикозаноидов.

Синтез лейкотриенов идёт по пути, отличному от пути синтеза простагландинов, и начинается с образования гидроксипероксидов - гидропероксидэйкозатетраеноатов (ГПЭТЕ). Эти вещества или восстанавливаются с образованием гидроксиэйкозатетроеноатов (ГЭТЕ) или превращаются в лейкотриены. ГЭТЕ отличаются по положению гидроксильной группы у 5-го, 12-го или 15-го атома углерода, например: 5-ГЭТЕ, 12-ГЭТЕ.

Липоксигеназы действуют в 5-й, 12-й или 15-й позиции арахидоновой кислоты в зависимости от типа ткани. Например, в тромбоцитах - 12-липоксигеназа, в эозинофилах - 15-липоксигеназа.

Глюкокортикоиды ингибируют синтез всех типов эйкозаноидов, так как ингибируют фосфолипазу А2, и таким образом уменьшают количество субстрата для их синтеза. Аспирин и другие противовоспалительные препараты нестероидного действия ингибируют только циклооксигеназный путь.

Другие типы лейкотриенов образуются из LTА₄, LTВ₄ образуется под действием эпоксидгидролазы в лейкоцитах и клетках эпителия сосудов. Другой путь приводит к образованию группы лейкотриенов: LTC₄, LTD₄, LTE₄. Их синтез начинается с присоединения трипептида глутатиона к 6-му атому углерода с образованием LTС₄ в реакции, катализируемой глутатион-8-трансферазой. В следующей реакции удаляется глутамат, и LTD₄ содержит дипептид глицилцистеин. На последней стадии отщепляется глицин, и LTЕ₄ содержит только цистеин.

Механизмы действия эйкозаноидов, основные биологические эффекты

Эйкозаноиды - гормоны местного действия по ряду признаков:

образуются в различных тканях и органах, а не только в эндокринных железах;

действуют по аутокринному или паракринному механизмам;

концентрация эйкозаноидов в крови меньше, чем необходимо, чтобы вызвать ответ в клетках-мишенях.

Вариабельность картины действия различных простагландинов, описанная выше, позволяет считать, что в тканях-мишенях имеется не один-единственный рецептор, а несколько. Более того, различия в характере действия PGE₁ и PGE₂, а также PG серий Е и F свидетельствуют о том, что небольшие структурные изменения могут иметь большое значение и обусловливать силу и характер ответной реакции. Действие отдельных простагландинов на сокращение матки и желудочно-кишечной мускулатуры, секрецию, транспорт ионов и различные метаболические процессы привлекли внимание к роли Са²⁺ и циклического AMP в механизме действия простагландинов. Однако наблюдаемые противоположные эффекты простагландинов на уровень сАМР в тканях, зависящие от вида изучаемой ткани, и на сопряжение интенсивности потока Са²⁺ со стимуляцией аденилатциклазы в настоящее время дают возможность только для спекулятивных рассуждений по вопросу о молекулярной основе действия простагландинов.

PGE₁ и PGE₂ заметно ускоряют мобилизацию Са²⁺ из костей. Этот эффект вызывается прямым действием простагландинов, независящим от гормона паращитовидных желез, и основан на стимуляции функций остеокластов (клеток, рассасывающих кость). В присутствии антивоспалительных, негормональных лекарств, которые тормозят простагландинсинтетазу, значительно уменьшается количество этих клеток, тогда как простагландпны увеличивают их число и активность. Избыточным образованием простагландинов в злокачественной ткани частично может объясняться гиперкальцемия и остеолиз, наблюдаемые у больных некоторыми видами рака.

Механизмы действия эйкозаноидов

Один и тот же тип эйкозаноида может действовать по паракринному и по аутокринному механизму. Например, ТХА₂, продуцируемый тромбоцитами при их активации, действует на сами тромбоциты, увеличивая их способность к агрегации, и в то же время действует на окружающие ГМК кровеносных сосудов, способствуя их сокращению. Таким образом создаются условия для образования тромба и предотвращения кровотечения в области повреждения сосудов.

Эйкозаноиды действуют на клетки через специальные рецепторы. Некоторые рецепторы эйкозаноидов связаны с аденилатциклазной системой и протеинкиназой А - это рецепторы PGE, PGD, PCI. PGF_2α, ТХА₂ эндоперекиси (ГПЭТЕ) и лейкотриены действуют через механизмы, увеличивающие уровень кальция в цитозоле клеток-мишеней. Во многих клетках эйкозаноиды влияют на степень активации аденилатциклазной системы в ответ на действие других факторов, например гормонов. В этих случаях эйкозаноиды влияют на конформацию G-белков в плазматической мембране клеток. Если эйкозаноид связывается со стимулирующими Gs-белками, то эффект основного стимулирующего агента увеличивается; если с Gi-ингибирующими - эффект снижается. Эйкозаноиды действуют на клетки почти всех тканей организма. Избыточная продукция эйкозаноидов наблюдается при многих заболеваниях.

Роль эйкозаноидов в тромбообразовании

Свёртывание крови можно рассматривать как процесс, который поддерживается в состоянии равновесия противодействующими системами: свёртывания и противосвёртывания. В условиях патологии или при действии фармакологических средств это равновесие может смещаться в ту или другую сторону. В норме клетки эндотелия сосудов продуцируют простациклин I2, который препятствует агрегации тромбоцитов и сужению сосудов. При разрушении клеток эндотелия (например, в результате образования атеросклеротической бляшки) синтез PGI₂ снижается. Тромбоциты контактируют с повреждённой стенкой сосуда, в результате чего активируется фосфолипаза А₂. Это приводит к увеличению секреции ТХ А2, стимулирующего агрегацию тромбоцитов и образование тромба в области повреждения сосуда, что часто приводит к развитию инфаркта.

В норме клетки эндотелия продуцируют PG I₂, который вызывает релаксацию ГМК и ингибирует агрегацию тромбоцитов. Тромбоциты в неактивном состоянии не продуцируют тромбоксаны. В области повреждения стенки сосуда преобладает действие TXА₂, стимулирующего агрегацию тромбоцитов и сокращение стенок сосуда. В результате на повреждённом участке образуется тромб, происходит резкое сужение просвета сосуда. В миокарде это может привести к развитию инфаркта миокарда.

PGI₂ является мощным ингибитором агрегации тромбоцитов, и было показано, что он синтезируется микросомальной фракцией гомогенатов кровеносных сосудов.

PGI₂ обладает двумя важными фармакологическими свойствами, которые обусловливают противодействие PGI₂ тромбоксану А₂; дело в том, что PGI₂ является наиболее мощным из всех известных в настоящее время ингибиторов агрегации тромбоцитов и, кроме того, расширяет сосуды. Предполагается, что в результате соприкосновения тромбоцитов с эндотелием нормальных кровеносных сосудов происходит высвобождение PGG₂, субстрата для образования PGI₂; действие этого механизма способствует предотвращению агрегации тромбоцитов и сужению кровеносных сосудов. Если же тромбоциты вступают в соприкосновение с эндотелием кровеносных сосудов, который имеет разрывы или повреждения вследствие патологических изменений, то из-за недостаточной концентрации фермента, катализирующего образование простацнклина PGI₂, количество последнего снижается; при этом агрегирующее действие тромбоксана А₂, который синтезируется из эндопероксида, должно превалировать над антиагрегирующим действием PGI₂, что приводит к тромбозу и местному спазму сосудов.

Действие на сердечно-сосудистую систему

Внутривенное введение PGE₁ или PGE₂ увеличивает кровоток путем общего расширения сосудов с уменьшением периферического сопротивления. Эти изменения находят отражение в увеличении сердечного выброса, сопровождающегося уменьшением артериального кровяного давления.

При изучении факторов риска инфаркта миокарда было показано, что люди, потребляющие большое количество рыбьего жира, значительно меньше подвержены этому заболеванию, так как у них реже образуются тромбы в сосудах сердца. Оказалось, что на семейства эйкозаиоидов, синтезируемых в организме, влияет состав жирных кислот пищи. Если с пищей поступает больше эйкозапентаеновой кислоты (20: 5, ω-3), в большом количестве содержащейся в рыбьем жире, то эта кислота включается преимущественно в фосфолипиды мембран (вместо арахидоновой) и после действия фосфодипазы А₂ служит основным субстратом для синтеза эйкозаноидов. Это имеет существенное влияние на свёртывание крови. При обычной диете с преобладанием арахидоновой кислоты (20: 4, ω-6) над эйкозапентаеновой действие ТХА₂ уравновешено действием PG I2 и другими простагландинами. В случае диеты с преобладанием ω-3 кислот в клетках эндотелия образуются более сильные ингибиторы тромбообразования (PGI₃, PGE₃, PGD₃), что снижает риск образования тромба и развития инфаркта миокарда.

Действие на водно-электролитный обмен

Все изученные простагландины усиливают ионный поток через эпителиальные мембраны. Введение PGE₁ или PGA₁ в почечную артерию собак увеличивает объем мочи и выделение Na⁺, K⁺ и Сl^-. Напротив, сообщалось, что местное образование PGE₂ в почке подавляет выведение Na+.

Действие на нервную систему

Простагландины присутствуют в нервной ткани и освобождаются при раздражении периферических нервов. Введенные простагландины повышают температуру тела, оказывают седативное и транквилизирующее действие и являются антагонистами противосудорожных препаратов. Простагландины модулируют действие адренергическнх факторов, например норадреналина, и являются антагонистами некоторых эффектов этих катехоламинов.

Действие на желудочно-кишечный тракт

Простагландины тормозят желудочную секрецию, но стимулируют секрецию поджелудочной железы и секрецию слизи в кишечнике, а также заметно усиливают моторику кишечника. Стимулируя кишечную аденилатциклазу, простагландины могут ингибировать поступление Na+ в клетки слизистой оболочки, что сопровождается увеличением секреции Сl^-. Эти эффекты в сочетании с увеличением секреции Н₂О и кишечной моторики являются основанием для развития вызываемой простагландинами диареи.

Влияние на репродуктивную систему

Простагландины, особенно PGF_2a, стимулируют активность матки в период беременности; это нашло практическое применение при вызывании аборта, а именно изгнании плода и плаценты. Что бы вызвать аборт, требуются очень маленькие количества простагландинов, введенных внутривенно или непосредственно в полость матки. Как in vitro, так и in vivo PGF_2a вызывают рассасывание функционирующего желтого тела и могут таким образом облегчать прерывание беременности, снижая уровень прогестерона в плазме крови.

Воздействия на бронхи, трахею и гладкие мышцы

Простагландины серии F вызывают сокращение, а простагландины серии Е раслабление мышц бронхов и трахеи у животных различных видов, в том числе у человека. Как PGE₁ так и PGE₂ являются сильными бронходилятаторами (средствами, расширяющими просвет бронхов и бронхиол) при применении их в аэрозолях как людьми, так и животными, страдающими бронхоспазмами. В противоположность этому PGF_2a вызывает интенсивное сокращение бронхов и бронхоспазм.

Влияние PGF_2a на гладкие мышцы матки было описано выше. В течение ряда лет было известно, что специфический модулятор, названный веществом, сокращающим аорту кролика (rabbit aorta contracting substance (RCS)), выделяется при анафилаксии в легких сенсибилизированных морских свинок. Недавно установили, что это вещество является смесью PGG₂, PGH₂ и тромбоксана А₂, причем большая часть RCS-активности связана именно с тромбоксаном А₂. Согласно существующему мнению, выделение RCS контролируется декапептидом, который стимулирует образование эндопероксидов PG и тромбоксана А₂ путем ускорения освобождения арахидоновой кислоты из легочной ткани. Стероидные противовоспалительные средства блокируют это освобождающее действие и таким образом предотвращают образование эндопероксидов и тромбоксана А₂ в противоположность аспирину и близким к нему негормональным антивоспалительным лекарствам, которые непосредственно ингибируют активность циклооксигеназы.

Воспалительное действие

Основные источники простагландинов в очаге воспаления: тромбоциты, активированные лейкоциты, клетки эндотелия, тучные клетки.

Простагландины участвуют в формировании всех компонентов и многих проявлений воспаления. Наиболее выражено их влияние на: тонус стенок микрососудов (артериол, прекапилляров, капилляров, венул); адгезивно-агрегационные свойства тромбоцитов, лейкоцитов и эритроцитов (поэтому важна роль простагландинов в регуляции кровоснабжения тканей при воспалении, эмиграции в очаг воспаления лейкоцитов и фагоцитоза); образование других медиаторов воспаления; состояние системы гемостаза; проницаемость стенок микроциркуляторного русла; развитие лихорадки.

Эффекты лейкотриенов

Спазмогенное действие (на ГМК стенок сосудов, а также бронхиол и кишечника) не вызывает тахифилаксии, в связи с чем длительность эффекта лей-котриенов весьма велика. Спазм микрососудов, особенно артериол, в очаге воспаления приводит к развитию ишемии.