ПРОТЕОЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛЯЦИИ СОСУДИСТОГО ТОНУСА
Долгое время основным регулятором артериального давления (АД) считали симпатический отдел центральной нервной системы, а применение адреноблокаторов и других антиад- ренергических средств было едва ли не единственным способом лечения гипертонической болезни. Лишь в середине XX века, благодаря достижениям в области белковой химии, была установлена важная роль небольших пептидов, вызывающих сужение кровеносных сосудов (ан- гиотензин И) либо их расширение (брадикинин).
Вообще-то история открытия вазоактивных пептидов началась гораздо раньше. Еще на излете XIX века были сделаны наблюдения о том, что почки выделяют в кровоток некую «прессорную субстанцию». Но только лет 40 спустя удалось показать, что она является про- теолитическим ферментом, который вырабатывает прессорный пептид, названный ангиотен- зином. Когда стала возможной расшифровка его структуры, оказалось, что он является октапептидом, который обозначили как ангио- тензин II. Его строение описано в табл. 8-3, как и строение сосудорасширяющего нонапептида, известного под названием брадикинин. Оба они не синтезируются как таковые, а происходят из крупных белковых молекул — ангиотензиноге- на и киншогенов (табл. 8-4). Высвобождение вазоактивных пептидов происходит путем ограниченного протеолиза этих предшественников. Его реализуют соответственные протеиназы - ренин и калликреин (КК), описание которых дано в табл. 8-5. Другие протеиназы производят быструю деградацию возникающих активных продуктов, обеспечивая им короткий век (измеряемый всего лишь десятками секунд). Это означает, что вазоактивные пептиды фактически являются сигнальными молекулами, успевающими оказать лишь краткосрочное воздействие на соответствующие мишени.
Первоначальные представления о взаимной независимости ренин-ангиотензиновой и калликреин-кининовой систем были поколеблены открытием нового фермента, который, как оказалось, связывает их воедино.
Таблица 8-3
Вазоактивные пептиды протеолитической системы регуляции сосудистого тонуса
В 1963 г. Ю.Е. Елисеева и академик В.Н. Орехович из Института биологической и медицинской химии (Москва) опубликовали работу, в которой отметили способность обнаруженной ими новой протеиназы отщеплять дипептидные фрагменты с С-конца различных олигопептидов. Выделив со временем высоко- очищенный препарат, они показали, что этот фермент (названный ими карбоксикатепсином) катализирует такие реакции ограниченного протеолиза, которые приводят к прямо противоположным эффектам в отношении сосудистого тонуса. Одна из них - образование сосудосуживающего пептида (ангиотензин II) из его непосредственного предшественника (ангиотензин I). Другая — протеолитическая инактивация брадикинина, обладающего сильным депрессорным действием.
Таблица 8-4
Предшественники вазоактивных пептидов
Почти одновременно аналогичные результаты опубликовали две другие группы исследователей (Yang H.Y.T., Erdos E.G., 1967-1972; Skeggs L.T. et al„ 1972-1974). Для новой протеиназы утвердилось название ангиотепзин- превращающий фермент (АПФ), а наименования «карбоксикатепсин» и «кининаза II» сохранились в качестве синонимов.
С открытием нового фермента стало очевидным, что ренин-ангиотензиновая и каллик- реин-кининовая системы представляют собой разные ветви единого протеолитического каскада, регулирующего сосудистый тонус путем генерации вазоактивных пептидов разнонаправленного действия. Последовала нарастающая волна работ, показавших, что АПФ играет действительно главенствующую роль в регуляции АД В рамках этих исследований были целенаправленно синтезированы и испытаны различные препараты, способные угнетать АПФ. Наиболее эффективные из них стали «средством номер один» в лечении гипертонической болезни и ряда других сердечно-сосудистых заболеваний. Синтез новых, все более избирательных препаратов продолжается и в настоящее время.
Таблица 8-5
Протеиназы системы вазоактивных пептидов
На рис. 8-10 представлена структура ренин- ангиотензиновой и калликреин-кининовой ветвей как составных частей объединенной протео- литической системы регуляции сосудистого тонуса посредством вазоактивных пептидов.
Решающую роль в инициации выработки ангиотензина II и кининов играют циркулирующие в крови высокомолекулярный кинино- ген (ВМК) и прокалликреин (проКК). Точнее, пусковым событием является сорбция ПроКК на специальном участке молекулы ВМК, предварительно фиксированной (нековалентно) другим своим сайтом на поверхности эндотелия. В возникшем комплексе проКК сохраняет доступной свою зону связывания с фактором ХПа. который и гидролизует в молекуле проКК «стратегическую» связь аргт-илезр/. Образовавшиеся фрагменты удерживаются вместе ди- сульфидной связью, но в меньшем из них раскрывается протеолитический модуль еериново- го типа. Такой путь превращения предшественника в активный КК считается доминирующим.
Однако весомую роль играет и неферментативное активирование молекул проКК, реализуемое независимо от фактора ХНа. Оно происходит благодаря тому, что сама по себе сорбция проКК на молекуле ВМК, связанной с эндотелием, вызывает такую конформацион- ную перестройку этого зимогена, которая обее- обеспечивает спонтанный гидролиз все той же «ранимой» связи аргж-илет и, следовательно, неферментатавную продукцию активной формы фермента.
Из всех реакций, которые способен катализировать КК, две имеют прямое отношение к регуляции сосудистого тонуса. Одна из них заключается в избирательном «выщеплении» брадикинина (либо каллидина или мет-Ьра- дикинина, - см. табл. 8-3) из белковых предшественников — кининогенов (ВМК или НМК; их описание приведено в табл. 8-4). Другая — избирательное расщепление проренина по связи арг66-лей61, преобразующее его в активный ренин. Эта аспартатная протеиназа (табл. 8-5), в свою очередь, отщепляет от ангиотензиноге- на 1Ч-концевой декапептид, названный ангио- тензином 1. Высокую биологическую активность (включая мощный пресеорный эффект) он приобретает после превращения в ангиотен- зин II, которое происходит путем удаления С-концевого ди пептида гли-лей. Эту реакцию осуществляет АПФ, который, вместе с тем, катализирует и реакцию отщепления дипептида фен-арг с С-конца брадикинина и других кининов, что ведет к потере ими биологической активности. Инактивацию ангиотензина II обеспечивают несколько различающихся ферментов, обозначаемых общим названием аи- гиотепзиназы.
Таким образом, главное предназначение объединенных ренин-ангиотензиновой и кал- ликреин-кининовой систем сводится к выработке небольших пептидов, обладающих высокой и очень избирательной биологической активностью и подвергаемых вскоре полной инактивации. В какой-то степени это напоминает систему комплемента, активация которой сопровождается появлением, по меньшей мере, двух «побочных» пептидов, которые ранее (еще до выяснения их структуры и генеза) были известны по их высокой и очень своеобразной биологической активности (анафилатокси- ны). Но только здесь выработка функционально активных пептидов является не попутным результатом, а главным предназначением про- теолитической системы.
Влияние вазоактивных пептидов на кровяное давление обусловлено не только прямым воздействием на тонус сосудистой стенки, но и их участием в регуляции водно-солевого обмена. В частности, ангиотензин II вызывает увеличение объема циркулирующей крови, уменьшая почечную экскрецию Иа+ (а с ним - и воды) и, кроме того, стимулируя поступление в кровь алъдостерона - самого эффективного из минералкортикостероидных гормонов (он усиливает канальцевую реабсорбцию а также способствует выведению ионов К+ и 1ЧН/ почками, слизистой кишечника, слюнными и потовыми железами). Брадикинин же, помимо сосудорасширяющего действия, стимулирует выведение и воды почками и значительно повышает проницаемость капилляров.
Системная регуляция кровообращения — наиболее изученная, но не единственная роль вазоактивных пептидов. В последние годы накапливаются данные о том, что на тканевом уровне они могут участвовать в регулировании таких сложных процессов, как морфогенез и трансформация клеток, развитие воспаления, процессы репарации, гипертрофия миокарда в ответ на физические нагрузки и т.д. В этой связи примечателен тот факт, что молекулы всех калликреинов содержат домены, идентичные определенным факторам роста.
Недавно показано, что многие клетки (эндотелий, кардиомиоциты, фибробласты) обладают рецепторами, взаимодействие с которыми ведет к интернализации почечного проренина с активацией его внутри клеток (в частности, калликреином). Наличие здесь диффундирующего из крови ангиотензиногена и мембраносвязанного АПФ создает возможность локальной генерации ангиотензинов I и II. Полагают, что именно местная (тканевая) активация системы вазоактивных пептидов обеспечивает эффекты (такие как ремоделирование тканей сердца), выходящие за рамки регуляции системного кровообращения.
Обнаружением способности жировой ткани человека синтезировать ангиотензиноген, а также катепсины Ю иС, которые вырабатывают из него ангиотензин II, не только подтверждена необходимость местной продукции вазоактивных пептидов, но и продемонстрирована возможность нерениновой активации ренин- ангиотензиновой системы.
Дальнейшие исследования, несомненно, позволят полнее выявить значение тканевой мобилизации протеолитической системы вазоактивных пептидов и установить механизмы их физиологических эффектов
Запасы питательных веществ в животном организме могут создаваться лишь в форме по- лимеризованной глюкозы (гликоген) и водонерастворимых триглицеридов (жировые депо). Природой не предусмотрено никакого накопления резервных белков и, тем более, аминокислот. Поэтому в обычной ситуации у взрослого человека ежесуточно расщепляется столько же аминокислот, сколько поступает с пищевыми белками, т.е., порядка 100 г.
Некоторые реакции распада а-аминокис- лот затрагивают только общую для них часть молекулы (т.е., содержащую —СООН и а-ами- ногруппу). Совсем иные ферменты реализуют превращения того фрагмента (И), которым одна аминокислота отличается от всех других. Соответственно этому различают общие для них пути метаболизма и пути, специфичные для каждой данной аминокислоты. Кроме того целесообразно специально рассмотреть участие аминокислот в биосинтезе важных небелковых молекул. — таких как гем и азотистые компоненты нуклеиновых кислот (пиримидиновые и пуриновые основания).
