УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2004, том 35, № 3, с. 20-36
УДК 612.816.7:577.353
МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ОКСИДОМ АЗОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И СОКРАТИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ГЛАДКИХ МЫШЦ
© 2004 г. И. В. Ковалев, М. Б. Баскаков, Л. В. Капилевич, М. А. Медведев
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
Оксид азота (N0) и его роль в обеспечении межклеточной и внутриклеточной сигнализации находятся в центре внимания исследователей последних лет. N0, обеспечивая кроме сигнальных еще и цитопротекторные и цитотоксические функции, становится одной из центральных молекул в поддержании баланса между физиологическими и патофизиологическими процессами. Таким образом, выяснение механизмов, используемых биологическими системами с участием N0 в физиологических процессах и патофизиологических реакциях, является актуальной задачей современной биологии и медицины.
В результате проведенных исследований установлена относительная роль электро- и фармако-ме-ханического сопряжения гладкомышечных клеток (ГМК) в механизмах действия оксида азота. Авторами показано, что активации входа ионов кальция биологически активными веществами усиливала релаксирующий эффект N0 и опосредована потенциал-зависимыми и потенциал-нечувствительными внутриклеточными механизмами перераспределения ионов кальция, относительный вклад которых обуславливал направленность изменений электрогенеза и сокращений в данном конкретном типе гладкой мышцы.
Обнаружено, что потенциал-зависимые эффекты оксида азота связаны с угнетением кальциевой и/или натриевой и модуляцией кальций-зависимой и АТФ-чувствительной компонент калиевой проводимости мембраны ГМК. Потенциал-независимый контроль N0 механического напряжения гладких мышц во многом опосредован модуляцией С-киназной ветви кальциевой сигнальной системы ГМК, соотношением внутриклеточных концентраций циклических нуклеотидов (цГМФ/цАМФ) и оперированием №+, К+-2С1- котранспорта. Направленность сократительных реакций N0 определяться базальными механизмами, используемыми протеинкиназой С в процессах оперирования в ГМК.
ВВЕДЕНИЕ
Изменение концентрации свободных ионов кальция (Ca2+) в цитоплазме играет главенствующую роль в цикле сокращение-расслабление гладкомышечных клеток (ГМК) [4, 23, 30, 39, 40, 48, 59, 88, 93, 94, 118, 126, 127, 143]. Этот процесс контролируется многочисленными гормонами, медиаторами и другими физиологически (ФАВ) и биологически активными веществами (БАВ), реализующими свое влияние на гладкомышечные клетки через систему вторичных посредников-мессенджеров [3-7, 10-12, 19, 22, 35, 36, 93, 105, 107, 115, 125-129, 141, 143].
Среди ФАВ, влияющих на состояние ГМК, особое положение занимает оксид азота (NO), миогенные функции которого стали отождествлять с эндотелий- и эпителий-релаксирующим фактором (ЭРФ) сосудов и воздухоносных путей [5, 10-12, 24, 27, 36, 49, 50, 54, 65, 88, 101]. И хотя природа и механизмы действия ЭРФ продолжают интенсивно изучаться, в настоящее время большинством исследователей он идентифицируется с оксидом азота, продуктом NO-синтаз (NOS) [5, 10-12, 25, 27, 29, 31, 32, 54, 65, 73, 81, 82, 101, 102, 134, 136].
В дальнейшем важная роль NO в обеспечении межклеточной и внутриклеточной сигнализации получила множество экспериментальных подтверждений, а R. Furchgott, L. Ignarro and F. Murad, открывшие сигнальные функции оксида азота, были удостоены в 1998 г. Нобелевской премии.
К настоящему времени показана экспрессия генов NO-синтаз не только в эндотелии сосудов и эпителии воздухоносных путей, но и в различных мышечных и немышечных структурах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) [27, 47, 100] и матки [55, 75, 139]. Оказалось, что оксид азота способствует нормальному процессу имплантации яйцеклетки, и его концентрация в тканях миометрия достигает максимального значения непосредственно перед родами [75, 139].
Ряд полученных данных свидетельствует о том, что N0 в качестве первичного посредника может обеспечивать не только локальную, но и дистантную регуляцию гладкомышечных органов. Так, было обнаружено, что оксид азота является нейро-трансмиттером в некоторых центральных и периферических синапсах [27, 29, 77, 128]. Например, в органах ЖКТ и репродуктивной системы стимуляция нитрооксидэргической иннервации угнетает спонтанную активность
ГМК тонкого кишечника, матки и фаллопиевых труб [29, 54, 139].
Оксиду азота, кроме сигнальных, также присущи цитопротекторные и цитотоксические функции [24, 25, 27, 136]. К настоящему времени накоплено большое количество данных об участии N0 в развитии патологических процессов и, в частности, бронхиальной астмы и гипертонической болезни [5, 10-12, 82, 135, 136]. Такое сочетание деструктивных и защитных эффектов позволяет считать эту молекулу одной из наиболее важных в регуляции физиологических и патофизиологических процессов во многих тканях.
Феноменология влияния оксида азота и его доноров, нитросоединений, на сократительную функцию ГМК достаточно хорошо известна. Во всех исследованных типах гладких мышц они уменьшали механическое напряжение, угнетали спонтанную активность и снижали величину сократительных ответов на действие ФАВ и БАВ [5, 10-12, 14-21, 28, 35, 36, 44, 62, 65, 69, 96-100, 136, 138-142].
Менее полно исследовано действие оксида азота на электрические свойства ГМК, и практически отсутствуют сведения о его влиянии на сопряжение возбуждения-сокращения в гладких мышцах. Имеются данные о действии на потенциал-зависимую, кальций-активируемую и АТФ-чувст-вительную компоненты калиевой проводимости мембраны ГМК [5, 8, 10-21, 51, 79, 89, 100, 122, 142], но вклад каждой из них в изменения элект-рогенеза до сих пор не ясен. Малоизученными остаются механизмы влияния N0 на эффективность оперирования основных внутриклеточных сигнальных систем гладких мышц: кальмодулин-зависимой и С-киназной ветвей кальциевой и цАМФ-опосредованной. В этой связи возникает необходимость изучения основных закономерностей и особенностей реализации сигнальной функции N0 в различных типах гладких мышц.
1. РАСТВОРИМАЯ ФРАКЦИЯ ГУАНИЛАТЦИКЛАЗЫ -ОСНОВНАЯ ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ МИШЕНЬ
ОКСИДА АЗОТА И ЕГО ДОНОРОВ, НИТРОСЕДИНЕНИЙ, В ГЛАДКИХ МЫШЦАХ
Как и в большинстве клеток, эффекты оксида азота в ГМК обусловлены активацией цитозоль-ного фермента - растворимой фракции гуанилат-циклазы (ГЦ), субстратом для которой служит гу-анозинтрифосфат (ГТФ), преобразующийся в присутствии ионов М§2+ или Мп2+ в циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) [25, 31, 32, 34, 69]. Эта форма ГЦ представляет собой гем-содержа-щий гетеродимер, состоящий из двух субъединиц: большой -а (ах или а2, ММ равна 80 кД) и малой -в (Рх или в2, Мм = 72 кД). Несмотря на то, что
каждая из субъединиц фермента обладает каталитическим доменом, только в виде димера (а1/р1 или а2/в1) ГЦ обладает каталитической активностью и чувствительностью к нитросоединениям [31, 34, 69]. Связь гема с белковой молекулой ГЦ достаточно неустойчива и может нарушаться при понижении рН или некоторых способах очистки и выделения фермента [31, 34, 69], что может приводить к нарушению ее экзо- и эндогенной регуляции как эндогенным оксидом азота, так и нит-росоединениями, образующими свободно-радикальную группу N0 и получившими по этой причине статус "доноров" [5, 10-21, 25, 31, 34, 73, 81, 82].
Эффект доноров N0 обусловлен отщеплением от них содержащей азот группы (денитрацией) в результате либо деятельности ферментов при метаболизме органических нитратов, например нитроглицерина [11, 32, 131], либо спонтанно, как в случае с неорганическим нитратом - нитропруссидом натрия. Известно, что последний содержит оксид азота в виде катиона нитрозония (Na2[FeN0+(CN)5), который взаимодействует с Fe2+ гема и образует комплекс нитрозил-гем, являющийся истинным активатором ГЦ в результате конформационного отведения ионов железа из порфиринового кольца [24]. Именно оно, пространственно лишенное Fe2+, воспроизводит структуру сильнейшего активатора растворимой фракции гуанилатциклазы, протопорфирина IX. Такая способность за счет спонтанного высвобождения оксида азота активировать ГЦ оставляет нитропруссид натрия в ряду наиболее часто используемых нитросединений для изучения N0-зависимыx реакций [5, 10-21, 31, 32, 34, 64, 65, 69, 142].
В роли ингибиторов растворимой фракции ГЦ чаще всего используют метиленовый синий; 1Н-[1, 2, 4]охаШа7о1о [4, 3-а]дшпохаНп-1-опе (ООО); (рИепу1ашто)-5, 8-дшпоНпеёюпе (ЬУ 83583). Считается, что если при их применении угнетается изучаемый процесс, можно предположить его цГМФ-зависимые механизмы развития [5, 10-12, 14-21, 25, 31, 32, 34, 69, 77, 89, 142].
Таким образом, оксид азота либо его доноры, активируя ГЦ и используя в качестве вторичного посредника цГМФ, с помощью соответствующих протеинкиназ (ПКС) могут осуществлять фос-форилирующее активирование либо дезактивирование целого ряда внутриклеточных процессов на уровне эффекторных систем. Предполагается, что при этом ПК-С исполняет роль системного антагониста метаболизма Са2+, определяющего уровень электрической и сократительной активности ГМК [4, 5, 10-12, 14-21, 31, 85, 96, 97, 132, 139, 140].
Хотя представленная точка зрения общепринята, сомнения в необходимости самостоятельного оперирования цГМФ/ПК-С в качестве внутрикле-
точной сигнальной системы остаются. В первую очередь, они могут быть обусловлены взаимодействием NO с другими сигнальными системами и/или системами, хотя и не имеющими общепринятый статус таковых, но претендующих на него в ближайшем будущем. Например, появились сведения о влиянии оксида азота на активность тиро-зиновых-, Rho- и MAP-киназ [52, 53, 59-62, 123], хотя еще не получено однозначного ответа об их роли в регуляции электрической и сократительной активности гладких мышц. Обращает на себя внимание обязательность участия С-киназной ветви (ПК-С) кальциевой сигнальной системы в процессе их инициации [7, 52, 53, 59-62, 66, 67, 83, 102, 103, 118, 121, 123, 134, 144].
Все выше перечисленное заставило нас провести сравнительные исследования цГМФ-зависи-мых механизмов влияния оксида азота на электрические и сократительные свойства гладких мышц, исходно различающих
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.