УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2009, том 40, № 1, с. 3-15
УДК 577.112.856
АПОПРОТЕИН Е И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ В КЛИНИЧЕСКОЙ ФИЗИОЛОГИИ
© 2009 г. Е. Р. Бойко, А. М. Канева
Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар
Апопротеин Е является структурным компонентом сывороточных липопротеидов и относится к ре-гуляторным апопротеинам. Этот белок участвует в переносе жирных кислот в клетки тканей и транспорте холестерина в печень. В статье рассматриваются роль апопротеина Е в физиологических механизмах метаболизма сывороточных липидов в норме и при патологии, участие в репарации нервных клеток, процессах свободнорадикального окисления. Анализируется полиморфизм гена апопротеина Е человека и связанный с этим риск развития гиперлипидемии. Обсуждаются перспективы и подходы к использованию апопротеина Е в качестве биологического маркера в клинической лабораторной диагностике.
Апопротеины (апо) являются структурными компонентами сывороточных липопротеидов -высокомолекулярных комплексов белков и липидов, в которых полярные липиды (фосфолипиды, свободный холестерин) и белки составляют поверхностный гидрофильный слой, окружающий внутреннюю гидрофобную фазу, состоящую из эстерифицированного холестерина и триглицери-дов (ТГ). В настоящее время идентифицировано свыше 10 апопротеинов. Согласно АВС-номен-клатуре [15], апобелкам присваиваются большие буквы латинского алфавита в порядке уменьшения электрофоретической подвижности на ага-розном геле. Отдельные классы аполипопротеи-нов (апоА, апоВ, апоС и т.д.) представляют собой семейства, состоящие из нескольких индивидуальных белков, обозначаемых с помощью римских цифр - апоА1, апоА11, апоА1У и др. [5]. В зависимости от основной функциональной роли апопротеины условно можно разделить на две группы: транспортные и регуляторные. Транспортные апопротеины - это апоА, апоВ. Основными представителями группы регуляторных апопротеинов являются апопротеины Е (апоЕ) и апоС [77].
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АПОПРОТЕИНА Е: СТРУКТУРА, БИОСИНТЕЗ
АпоЕ представляет собой мономерный глико-протеин с молекулярной массой 34 кДа, содержащий 299 аминокислот [91]. АпоЕ был впервые выделен из липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП) человека [97]. Впоследствии было установлено, что апоЕ также входит в состав несколько других классов липопротеидов плазмы, включая хиломикроны (ХМ), ремнанты ХМ, ли-попротеиды промежуточной плотности (ЛППП) и богатые холестерином подклассы липопроте-
идов высокой плотности (ЛПВП). Кроме того, в минорных количествах данный белок обнаружен в составе ЛПНП - липопротеидов низкой плотности [76].
В настоящее время аминокислотная последовательность апоЕ человека полностью раскрыта. Белок содержит около 11% аргинина, отсюда его второе название "богатый аргинином апопротеин". Структура апоЕ характеризуется высокой степенью упорядоченности, обусловленной, в первую очередь, наличием большого количества а-спиралей (65-70%). На долю Р-складок приходится около 10%, и примерно 18% составляет неупорядоченный клубок [74, 91]. Установлено, что .-концевой участок молекулы апоЕ (1-165 аминокислоты) имеет высокоупорядоченную структуру. Затем, начиная приблизительно с 165 аминокислоты, идет участок беспорядочной структуры, занимающей примерно 35 аминокислотных остатков. Последний участок, представляющий С-концевой участок (202-299 аминокислоты), характеризуется также высокой степенью организованности. Две упорядоченные области молекулы апоЕ, разделенные неупорядоченным участком, проявляют различные физико-химические свойства. Предполагается, что участок .^-концевого домена (140-160 аминокислоты) предназначен для взаимодействия со специфическими апоВ,Е и апоЕ рецепторами на плазматических мембранах клеток [98]. Мутации в этой области приводят к ослаблению или усилению взаимодействия апоЕ с рецепторами [74, 90]. В структуре С-концевого участка апоЕ выделяют идентичные повторы по 22 аминокислотных остатка, которые осуществляют связывание липидов [64]. Синтез апоЕ регулируется геном, расположенным на 19-й хромосоме, на которой находятся также ген апоВ/Е-рецептора [43] и гены апопротеинов С-1 и С-11 [95]. Ранний транскрипт апоЕ представляет собой белок, состоящий из 317 аминокислот с
18 аминокислотной сигнальной последовательностью, которая затем удаляется в процессе трансляции [122]. Секретируется этот белок в высоко гликозилированном виде, однако 80% плазменного пула апоЕ не гликозилировано, причем единственной аминокислотой, к которой присоединяются СО-ОН-группа в процессе гликозилирова-ния, является треонин-194 [116]. Предполагается, что гликозилирование играет как важную роль в механизме секреции апоЕ, так и вносит определенный вклад в гетерогенность сывороточного пула этого белка наряду с формированием его изоформ.
В организме человека апоЕ синтезируется различными типами клеток, однако основным местом его синтеза и секреции являются клетки паренхимы печени, которые секретируют апоЕ в составе ЛПОНП. В печени образуется до 80% апоЕ. Остальная часть циркулирующего в плазме крови апоЕ синтезируется в других периферических тканях, в которых обнаружена мРНК апоЕ: в астроцитах, нервных клетках, зрелых макрофагах, надпочечниках, почках, яичниках, селезенке, мышцах и др. [74, 118]. Согласно исследованиям, проведенным Gregg и др. [51], скорость продукции апоЕ у мужчин в среднем составляет 4.20 мг/кг • день, у женщин - 2.60 мг/кг • день, тогда как время жизни апоЕ составляет 15 ч и 20 ч соответственно. Таким образом, у мужчин по сравнению с женщинами отмечается более короткая продолжительность жизни апоЕ на фоне более высокой скорости его продукции. Катаболизм апоЕ связан в основном с печенью и почками [109], причем высказано предположение, что апоЕ может быть ключевым внутриклеточным переносчиком холестерина и стероидов между субклеточными компартментами [10].
II. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ АПОПРОТЕИНА Е
а) Роль апоЕ в метаболизме сывороточных ли-пидов. Есть доказательства того, что апоЕ появился в филогенезе на миллионы лет позже апоЛ, апой, апоС. В это время уже сложился механизм переноса к клеткам жирных кислот (СЖК) в составе различных классов липопроте-идов [11]. Предполагается, что эволюционно формирование апоЕ в первую очередь было обусловлено совершенствованием переноса и поглощения насыщенных и ненасыщенных СЖК. Именно синтез апоЕ впервые привел к становлению активного рецепторного поглощения клетками СЖК. Таким образом, апоЕ оказывает влияние на процессы липидного обмена путем взаимодействия данного апобелка с апоЕ-рецепторами печени и со специфическими апо5,Е-рецепторами (ЛПНП-рецепторами), расположенными на мембранах гепатоцитов и клеток периферических
тканей [44, 76]. Захват и деградация ремнантов хиломикрон обеспечивается апоЕ-рецепторами, тогда как ЛПОНП, ремнанты ЛПОНП, ЛПНП взаимодействуют с апо5,Е-рецепторами [26]. Тот факт, что синтез апоЕ возможен во многих клетках, скорее всего, обусловлен возникновением дефицита СЖК в клетках как энергетического субстрата [11, 12].
Другой важной функцией апоЕ является его участие в транспорте холестерина. В основе холестерин-транспортной функции апоЕ, по-видимому, лежит его способность связывать холестерин и его эфиры, обнаруженная в опытах "in vitro" [7, 8, 13]. Свойство апоЕ акцептировать холестерин из мембран клеток периферических тканей, в том числе из интимы аорты, и его транспорт в печень обеспечивает один из возможных механизмов ан-тиатерогенного действия ЛПВП [38]. Помимо этого апоЕ способствует расширению ядра ЛПВП, повышая их вместимость по отношению к переносимому холестерину [48, 69]. Также апоЕ активирует лецитин-холестерол-ацилтрансфера-зу (ЛХАТ) в отсутствие апоЛ1, ускоряя обратный транспорт холестерина [18, 29]. Не исключено, что синтез апоЕ активируется при нарушении оттока холестерина, поскольку апоЕ у ряда биологических видов формируют альтернативный для апой-100 вариант рецепторного поглощения эс-сенциальных полиненасыщенных жирных кислот [11]. В целом наряду с обратным транспортом холестерина апоЕ осуществляет перенос холестерина и его эфиров между ЛПОНП и ЛПВП. Установлено, что апоЕ необходим для синтеза и секреции ЛПОНП, ЛПВП и превращения ЛПОНП в ЛПНП [69, 77]. Предполагается его участие в регуляции активности липопротеинлипазы - фермента, гидролизирующего ТГ в плазме крови [92]. Кроме того, апоЕ влияет на процессы всасывания холестерина в кишечнике [68, 120]. В экспериментах на мышах установлено, что при избыточном поступлении холестерина с пищей у контрольных животных уменьшается абсорбция холестерина энтероцитами, тогда как у апоЕ-де-фицитных мышей количество всасывающегося холестерина остается неизменным [96].
б) Роль апоЕ в репарации нервных клеток и сосудистой стенки. Значение апоЕ в организме человека не ограничивается только участием в транспорте и метаболизме липидов. Выявлено, что спинномозговая жидкость содержит апоЕ, причем предполагается, что синтезируется этот белок нервными клетками, поскольку другие классы апобелков в этой жидкости присутствуют в значительно меньшем количестве. В клетках головного мозга отмечено довольно высокое содержание мРНК апоЕ (30% относительно гепатоцитов) [39]. Высказана гипотеза об участии данного белка в регенерации поврежденных периферических нервов, основывающаяся на резком
увеличении (в 100-200 раз) содержания аиоЕ в участках иовреждения нервного ствола. Максимальное содержание аиоЕ в точках регенерации нервных волокон наблюдается через 7-10 сут ио-сле их иеререзки, а возврат к исходному уровню отмечается через 8 нед, когда заканчивается регенерация иоврежденного нерва. Предиолагается, что в этом ироцессе участвуют макрофаги моно-цитарного ироисхождения, которые иродуциру-ют аиоЕ в иовышенных количествах. Поиадая в интерстициальную жидкость, аиобелок соединяясь с лииидами, образует комилексы, сиособные связываться с аио5,Е-рецеиторами. Возможно, что таким образом через рецеиторы шваннов-ские клетки иолучают холестерин, необходимый для иостроения миелина [74]. В астроцитах мозга оиисана эксирессия гена аиоЕ в эксиериментах с моделированием бактериального восиаления, что, ио
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.