Биохимия пособие Коновалова 2012
.pdf2. Транспорт холестерина
Прямой транспорт холестерина
Это транспорт холестерина в клетку в составе ЛПНП. Основное w-xo синтеза холестерина —печень, в остальные органы и ткани он оступаег в составе ЛПНП. В 1985 году американцы Браун и Гольд штейн за раскрытие механизма захвата ЛПНП клетками получили Но белевскую премию. Они открыли на поверхности клеток рецепторы, усокоспецифичные 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 амино кислот, эфиров холестерина до холестерина и жирной кислоты.
4. Возвращение молекулы рецептора на поверхность клетки.
Рецепторы захвата ЛПНП
Поступивший холестерин клетка использует для построения мембран. Такой рецепторно-опосредованный путь поступления холе стерина 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 высо кой специфичности к отдельным апопротеинам;
211
3) путь физико-химического обмена холестерином между мем браной 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 AI, АН (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 кон такте ЛПВП с клеткой anoAI связывает свободный холестерин мем браны 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 пере мещается в центр диска ЛПВП. При этом освобождаются участки по верхности anoAI для связывания новых молекул свободного холесте рина из мембраны клетки. Вновь происходит эстерификация холесте рина, в результате частица ЛПВП из диска превращается в сфериче скую 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 транс порт), а удаляется с ЛПВП - обратный транспорт холестерина.
3. Биохимия атеросклероза
XX-XXI 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 замече на связь между нарушением обмена холестерина и развитием атеро склероза.
Историческая справка.
Некоторые хронологические вехи в изучении атерогенеза, холестерина и транспорта липидов.
2 1 2
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 и покрыта жиром "
1833 Предложен термин "атеро склероз "
1905 Описана внезапная закупорка коронарных артерий
Воспроизведен атеросклероз у 1908 кроликов путем скармливания им молока и яичных желтков
1912 Показано, что скармливание подсолнечного масла и рыбьего ж ира не вызывает атероскле роза
Скарпа (Scarpa)
Лобштейн (Lobstein)
Геррик (Herrick)
Игнатовский
Стуки (Stuckey)
1913 |
Показано, что скармливание |
Аничков и Халатов |
|
чистого холестерина вызывает |
|
|
атеросклероз у кроликов |
|
|
Идентифицирована семейная |
Мюллер (Muller) |
1939 |
гиперхолестери-немия как на |
|
|
следственное заболевание |
|
1950-е |
Расшифрован путь биосинтеза |
Блох (Bloch), |
|
холестерина |
Линен (Ьупеп) |
213
1960-е |
Описана гомозиготная и гете |
Качадурьян, Фред |
|
розиготная гиперхолестерине |
риксон |
|
мия |
(К.Hachadurian, |
|
|
Fredrickson) |
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 опасно стью развития атеросклероза (20-40-е годы).
-Липопротеины, как переносчики холестерина, являются ответ ственными за развитие атеросклероза (40-50-е годы).
-ЛПНП и ЛПОНП являются атерогенными, но ЛПВП - антиатерогенными 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 атеро склероза (80-90-е годы).
-Без модифицированных атерогенных липопротеинов и макро фагов 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) обра зования иммунных комплексов. В результате таких модификаций ЛП становятся атерогенными и токсичными, увеличивается захват этих ЛП макрофагами. Свойство макрофагов захватывать модифицирован ные ЛП (м-лп) связано, по-видимому, с их защитной функцией, на правленной на удаление из организма всего чужеродного, т.е. модифи цированные липиды считаются чужеродными веществами. Т.о., моди фикация ЛП - физиологический процесс, способствующий их быстро му удалению из циркуляции и из внесосудистого русла. Рецепторы к модифицированным ЛП (скэвенджер-рецепторы) не снижают своей ак тивности 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 кото рых среднее содержание ОХС превышает 5,2 ммоль/л (США, Канада,
214
_паНЬ1 Европы). Напротив, у жителей Италии, Греции, Японии, у косТдУХ содержание ОХС составляет 3,9-5,2 ммоль/л распространен- т°\ть даС значительно ниже. Таким образом, сделан вывод, что уров ни ОХС выше 5,2 ммоль/л следует считать гиперхолестеринемией, при ffxopoii вероятность возникновения ИБС наибольшая.
Атеросклероз развивается при нарушении обмена липопротеи нов приводящему к увеличению количества атерогенных липопротеи нов - гиперлипопротеинемии (ГЛП).
Выяснение вида нарушений обмена липопротеинов принято при водить в соответствии с классификацией Фредриксена. Согласно этой классификации различают 5 типов ГЛП.
Фенотипирование гиперлипопротеинемии по Фредриксену
фенотип |
Увеличение |
т г |
XC |
Электрофорез |
|
|
класса ЛП |
П |
N (T) |
|
|
i |
хиломикроиы |
хиломикроны |
|
||
“На |
ЛПНП |
N |
t |
бета ЛП |
|
ПЬ |
ЛПНП, ЛПОНП |
t |
t |
бета, пребета ЛП |
|
III |
ЛППП (IDL) |
t |
t |
широкая |
бета- |
|
|
t |
N (t) |
зона |
|
IV |
ЛПОНП |
пребета ЛП |
|
||
V |
ЛПОНП |
t t |
t |
хиломикроиы |
|
|
хяломикроны |
|
|
|
|
Наибольший интерес представляют атерогенные формы - II, III и IV типы ГЛП. Форма II бывает гомозиготной и гетерозиготной. Гомо зиготная форма семейной гиперхолестеринемии встречается с частотой 1 случай на 106человек, концентрация ЛПНП в крови у таких больных превышает норму в 6 раз. Бальные погибают от поражения сердечно сосудистой 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, приво дящих к накоплению ЛПОНП, развивается к 60 годам.
3.2.Другие гипотезы патогенеза атеросклероза
Внастоящее время рассматривается возможность развития CaJ+- зависимой формы атеросклероза. Показано, что все состояния, про текающие с повышением содержания кальция в сосудистой стенке, со провождаются развитием выраженных атеросклеротических измене ний артерий (G. Flecknstein et al. 1995). Препараты, ингибирующие
215
Са2+ каналы, препятствуют образованию новых атеросклеротических бляшек.
Возможные механизмы участия кальция в развитии атеросклеро
за:
1.Регуляция функциональной активности тромбоцитов (агрега ция, реакции освобождения).
2.Регуляция функциональной активности эндотелиальных кле ток (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 холестери на, 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 атеросклеро тических 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 рос та, цитокины, ферменты и оксиданты на фоне нарушения транспорта холестерина.
Почти общепринятыми являются представления, что уже в сосу дах молодых людей начинаются события, которые определят, быть или не быть бляшке. Уже в возрасте 10-14 лет в крупных артериях появля ются желтоватые возвышения разной площади на довольно гладкой и ровной поверхности внутренней выстилки эндотелия (рис. 1, а). Мор фологи 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 запол нена каплями жира (рис. 1 , 6). У здоровых детей основная часть ли пидных полосок и точек рассасывается к моменту полового созрева ния. У детей с наследственной предрасположенностью к раннему ате-
216
склерозу липидные пятна становятся местом роста и прогрессирова- Р° бляшек. Повышенное число липидных полосок в сосудах коррели- в с повышенной чувствительностью сосудов к атеросклерозу. От сутствие полосок является одним из факторов резистентности к атеро склерозу- Однако темп и тяжесть атеросклероза определяются не чис лом и местом липидных полосок, а скоростью их дальнейшей транс
формации в бляшку.
Рис. 1. Схематическое строение атеросклеротической бляшки артерии: а - строе ние нормальной артерии на срезе; Э - слой эндотелиальных клеток, покрывающих по верхность сосуда, обращенную к току крови; М - слой медии (средней, мышечной обо лочки); А - адвентиция (наружный соединительнотканный чехол артерии); И - интима - пространство между эндотелиальным покровом и базальной мембраной (БМ), которая от деляет 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 арте риального давления или механических напряжений дают трещины и разрываются (рис. 1, в). Кровь, соприкасаясь с тромбогенной поверх ностью ядра бляшки, свертывается, и на верхушке лопнувшей бляшки формируется кровяной сгусток, который перекрывает кровоток и вы зывает региональную гибель миокарда (инфаркт). Лопнувшая бляшка с тромбом чаще всего является причиной гибели пациента.
В отличие от стенозирующего (быстро развивающегося) атеро склероза людей молодого и среднего возраста доброкачественный, вя ло текущий атеросклероз в пожилом возрасте, редко осложняется по-
217
явлением стенозирующих бляшек. Бляшки в сосудах пожилых людей в основном растут по длиннику сосудов.
Исследования сосудов умерших показали, что стенозирующие атеросклеротические бляшки развиваются лишь в определенных уча стках аорты, коронарных и сонных артерий. Бляшки чаще всего появ ляются в зонах разветвлений, сгибов сосудов, местах гемодинамиче ских и механических нагрузок - там, где чаще всего внутренняя кле точная выстилка (эндотелий) сосудов подвергается повреждению и из носу. В этих местах прежде всего образуются предшественники бля шек - липидные точки и полоски.
Сейчас хорошо известно, что в инициации атеросклероза может участвовать большое число разнообразных этиологических и патогене тических 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 повре ждения клеток эндотелия. Через поврежденный эндотелий в стенку со суда проникают тромбоциты, ЛПНП, макрофаги. Тромбоциты секретируют фактор роста, который вызывает пролиферацию гладкомышеч ных 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. Выпав шие кристаллы эфиров холестерина раздражают соединительную ткань, которая разрастается и образуется бляшка, выступающая в про свет сосуда.
3.4. Схема патогенеза атеросклероза по А.Н. Климову
Роль пищевого холестерина в развитии экспериментального ате росклероза у кроликов была предсказана Н.Н. Аничковым еще в нача ле XX века. Гораздо труднее и поныне найти безусловные доказатель ства роли пищевого холестерина в "эпидемии" атеросклероза в высо коразвитых странах. Ведь биохимики имеют дело лишь со стационар ной концентрацией холестерина в плазме крови, которая отражает от ношение скоростей притока/отгока холестерина в сосудистой стенке и других органах. Статистика популяционных исследований говорит, что в сосудах человека сохраняется баланс холестерина, когда 75% холе стерина находится в частицах ЛПНП (ответственных за приток холе стерина к сосудам и органам). Приток 75% "плохих", атерогенных ЛПНП уравновешивается 25% "хороших", антиатерогенных липопро теинов высокой плотности (ЛПВП). Если отношение ЛПНП: ЛПВП сохраняется 3:1, атеросклероз не возникает даже при абсолютно высо-
218
i
Атеросклероз
аорты, коронарных артерий сердца, цереб ральных 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 дреме- |
|
|
нопаузе, н ниже, чем у женщин в постмено |
|
|
паузе) |
|
|
Старение |
Новорожденные |
|
Насыщенные жиры в диете |
Полиненасыщенные |
жиры в |
|
диете |
|
Высокое потребление холестерина |
Низкое потребление |
холесте |
|
рина |
|
Диета с низким содержанием грубых волокДиета 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 |
-1 |
220