научная статья по теме ОКСИД АЗОТА В ЭНДОТЕЛИИ СОСУДОВ: РЕГУЛЯЦИЯ ПРОДУКЦИИ И МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «ОКСИД АЗОТА В ЭНДОТЕЛИИ СОСУДОВ: РЕГУЛЯЦИЯ ПРОДУКЦИИ И МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2013, том 44, № 4, с. 88-102

УДК 612.143

ОКСИД АЗОТА В ЭНДОТЕЛИИ СОСУДОВ: РЕГУЛЯЦИЯ ПРОДУКЦИИ И МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ

© 2013 г. Д. К. Гайнуллина1, О. О. Кирюхина1, О. С. Тарасова12

1Биологический факультет Московского государственного университета имени

М.В. Ломоносова, Москва 2ГНЦРФ - Институт медико-биологических проблем РАН, Москва Nitric oxide in vascular endothelium: regulation of synthesis and mechanisms of action

В обзоре проведен анализ данных литературы о регуляторной роли NO в кровеносных сосудах. Особое внимание уделено современным представлениям о регуляции экспрессии и активности эндотелиальной NO-синтазы, в том числе с участием микроРНК - нового класса малых регулятор-ных молекул. Рассмотрены физиологические механизмы, активирующие NO-синтазу в эндотелии, и ключевые мишени NO-пути в гладкомышечных клетках сосудов.

Ключевые слова: эндотелий, гладкая мышца, оксид азота, протеинкиназа G, фосфорилирование.

ОСНОВНЫЕ ПУТИ ВЛИЯНИЯ

ЭНДОТЕЛИЯ НА ГЛАДКУЮ МЫШЦУ СОСУДОВ

Эндотелий представляет собой монослой, выстилающий внутреннюю поверхность сосудистого русла. Впервые он был описан в 1847 году Теодором Шванном (Theodor Shwann) как "отчетливо заметная мембрана" ("distinctly perceptible membrane"), однако приобрел свое название позднее, в 1865 году, от Уильяма Гиса (Willem His). В 50-60-е гг. XX в. электронная микроскопия позволила в деталях описать строение эндотелиальных клеток, однако долгие годы эндотелий считался лишь селективно проницаемым атромбогенным барьером между кровью и сосудистой стенкой. Первая работа о роли эндотелия в регуляции сосудистого тонуса была опубликована Фурчготтом и Завадски в 1980 г. [34]. В ней было показано, что ацетилхолин вызывает расслабление кольцевых препаратов аорты кролика только при наличии эндотелия. Затем понадобилось еще семь лет для идентификации фактора, выделяющегося из эндотелия; этим фактором оказался оксид азота (NO) [62]. Столь длительная задержка была связана с тем, что было трудно представить, что такая простая молекула как NO может оказывать мощный эффект на сосудистую систему [13].

Сейчас установлено, что клетки эндотелия продуцируют множество вазоактивных веществ [86]. Кроме оксида азота эндотелиальными факторами, вызывающими расслаблению гладкой мышцы, яв-

ляются простациклин (простагландин /2), и эндо-телиальный гиперполяризующий фактор (ЕВИР). Помимо вазодилятаторных факторов эндотелий продуцирует вазоконстрикторные вещества, к которым относятся многие продукты метаболизма арахидоновой кислоты, пептиды эндотелин-1 и ангиотензин II, супероксид анион. В здоровом организме секреторная активность эндотелия смещена в сторону продукции вазодилятаторных соединений, тогда как при различных сердечнососудистых заболеваниях (системной или легочной гипертензии, ишемии миокарда, сахарном диабете и др.) происходит изменение секреторного фенотипа эндотелия и начинает преобладать его вазоконстрикторное влияние [6, 90].

Активация эндотелиальных клеток в организме может происходить под действием вазоактивных веществ: АТФ и АДФ, брадикинина, кальцито-нин-ген-родственного пептида, субстанции Р, а также под действием механических стимулов, таких как создаваемое током крови напряжение сдвига, или радиальное растяжение/сдавливание сосуда [6; 8; 72; 87]. В нормальных физиологических условиях активацию эндотелий-зависимых сосудорасширительных механизмов связывают, главным образом, с влиянием напряжения сдвига. Фармакологическую активацию эндотелия в эксперименте часто осуществляют при помощи ацетилхолина [34]. Хотя вопрос о функциональной значимости эндотелий-зависимой холинер-гической вазорелаксации остается спорным, есть свидетельства в пользу того, что ацетилхолин может являться пара/аутокринным регулятором

- ° ■ D-NNA -•- L-NNA

-9-8-7-6 Lg [Ацетилхолин] (М)

-7 -6 -5 Lg [Ацетилхолин] (М)

Рис. 1. Вклад NO в эндотелий-зависимое расслабление в сравнительно крупных артериях больше, чем в мелких. На рисунке приведены реакции на ацетилхолин, зарегистрированные в экспериментах на двух артериях крысы: артерии, питающей нежную мышцу бедра (А: артерия m. gracilis, диаметр 200-250 мкм) и подкожной артерии (Б: a. saphena, диаметр около 500 мкм). В присутствии ингибитора NO-синтазы (L-NNA, 100 мкМ) расслабление артерии m. gracilis подавляется лишь наполовину, а расслабление подкожной артерии - полностью. D-NNA - неактивный аналог L-NNA.

функций эндотелия. Так, было показано, что эн-дотелиальные клетки содержат холинацетилазу, ключевой фермент синтеза ацетилхолина, и белок, транспортирующий ацетилхолин в секреторные везикулы [43].

Относительный вклад различных механизмов в реализацию эндотелий-зависимого расслабления сосудов и регуляцию кровотока варьирует в зависимости от пола и вида животного, типа сосудистого русла и размера сосуда [39; 61]. Так, относительный вклад N0 в эндотелий-зависимое расслабление больше в сравнительно крупных резистивных сосудах (рис. 1). Напротив, вклад ЕВИ¥ в значительно большей степени проявляется в дистальных (т.е. небольших) резистивных сосудах, как это было показано при сравнении реакций артерий разных порядков ветвления в брыжейке крысы [39]. Помимо этого, изменение соотношения значимости каждого из механизмов может происходить при развитии и старении организма, а также при различных патологиях [64; 35; 71]. Однако, несмотря на многообразие эндотелий-зависимых регуляторных механизмов, нормальную физиологическую функцию эндотелия обычно связывают с его способностью к секреции N0. В связи с этим наш обзор посвящен рассмотрению основных механизов N0-ергической регуляции тонуса кровеносных сосудов.

СИНТЕЗ ОКСИДА АЗОТА

Оксид азота синтезируется из аминокислоты Х-аргинина [63], при этом суммарное уравнение реакции выглядит следующим образом:

Х-аргинин + 2НАДФН + О2 ^ ^ Х-цитруллин + N0 + 2НАДФ+

Однако в действительности процесс синтеза NO представляет собой сложную цепочку окислительно-восстановительных реакций, требующих участия большого числа кофакторов [48]. Образующийся Х-цитруллин может быть вновь восстановлен до Х-аргинина (см. обзор [13]).

Фермент, синтезирующий оксид азота -NO-синтаза - имеет несколько изоформ [32]. Первые работы, в которых исследовался синтез NO в организме, были сфокусированы на эндотелии, поэтому изначально NO-синтаза была описана как фермент, конститутивно экспрессирующийся в эндотелиальных клетках. Позднее были выделены три изоформы NO-синтазы (NOS): нейро-нальная («NOS или NOS I), индуцибельная (/NOS или NOS II) и эндотелиальная (eNOS или NOS III). Кроме того, иногда описывают четвертую изоформу NOS - митохондриальную. Т.к. гены всех изоформ NO-синтазы структурно сходны, это предполагает наличие общего гена-предшественника [9]. Все изоформы NO-синтазы имеют специфические сайты связывания для множества кофакторов, которые влияют на активность фермента [13]. Продукция NO тремя изоформами NOS существенно различается: /NOS >> «NOS > eNOS [32].

Эндотелиальная изоформа NO-синтазы заякорена на мембранах клетки за счет ковалентного присоединения остатков пальмитиновой [45] и ми-ристиновой кислот [46]. Такая химическая модификация фермента необходима для его фиксации на инвагинациях плазматической мембраны - ка-веолах или на аппарате Гольджи [77]. eNOS таким образом оказывается функционально связанной с рецепторами, что облегчает передачу сигналов и белок-белковые взаимодействия, изменяющие активность фермента [78]. Заякоривание eNOS на плазматической мембране динамически регули-

руется изменением внутриклеточной концентрации Са2+ ([Ca2+];), повышение которой приводит к обратимой транслокации eNOS в цитозоль [65].

Нейрональная изоформа очень сходна с эндоте-лиальной, но имеет чуть больший размер (161 кДа против 133 кДа у eNOS) и специальный домен, который направляет фермент к сайтам связывания в нервных синапсах [9]. Обе описанные изоформы экспрессируются конститутивно и их активация приводит к синтезу сравнительно небольших количеств NO. Активность этих изоформ регулируется [Ca2+],. и фосфорилированием. В отличие от них, iNOS не экспрессируется конститутивно. Индукция экспрессии iNOS происходит в ответ на внешние, в основном провоспалительные, стимулы (например, бактериальный липополисахарид) [13]. Кроме того, iNOS считается в большой степени "Са2+-независимым" ферментом, поскольку повышение [Ca2+]; не влияет на ее активность [82]. В молекулах eNOS и «NOS есть аутоингибитор-ный фрагмент, который препятствует связыванию кальмодулина при низком уровне [Ca2+];. В молекуле iNOS такой аутоингибиторный фрагмент отсутствует, что обеспечивает "Са2+-независимое" функционирование фермента [59; 70]. Регуляция активности iNOS происходит в основном на уровне ее экспрессии.

В сосудистой системе эндотелиальная изофор-ма NOS является наиболее распространенной, а ее роль в организме человека и животных может проявляться как в физиологических условиях, так и при патологических состояниях. Функциональная роль eNOS и ее способность синтезировать оксид азота может определяться как уровнем экспрессии самого фермента в тканях, так и процессами, приводящими к изменению его активности. Изменения активности фермента в ответ на внешние стимулы (за счет увеличения [Ca2+] или фосфорилирования) происходят относительно быстро, тогда как процесс синтеза белка de novo гораздо более длительный по времени и включает в себя несколько стадий, на каждой из которых возможны собственные механизмы регуляции.

РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНОЙ NO-СИНТАЗЫ

Уровень экспрессии eNOS может зависеть от целого ряда физиологических и патологических стимулов, действие которых осуществляется за счет изменений транскрипции гена eNOS (регуляция на транскрипционном уровне) и/или про-цессинга и стабильности мРНК eNOS (регуляция на посттранскрипционном уровне). К стимулам,

увеличивающим транскрипцию гена еК05, относятся напряжение сдвига, трансформирующий фактор роста-в1, эстрогены, Н2О2. Многие из этих и некоторые другие стимулы (напряжение сдвига, трансформирующий фактор роста-в1, фактор роста сосудистого эндотелия) также участвуют в

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.

Показать целиком