УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2007, том 38, № 3, с. 21-39
УДК 612.015
АСИММЕТРИЧНЫЙ ДИМЕТИЛАРГИНИН: МЕТАБОЛИЗМ, АРГИНИНОВЫЙ ПАРАДОКС, ПАТОФИЗИОЛОГИЯ
© 2007 г. М. А. Гилинский
ГУ НИИ физиологии Сибирского Отделения РАМН, г. Новосибирск
В последние годы интенсивно развиваются исследования патофизиологической роли асимметричного диметиларгинина (ЛОМЛ) - эндогенного конкурентного блокатора NO-синтаз. Исследованы пути синтеза и инактивации ЛDMЛ. Предполагается, что ЛВМЛ играет важную роль в осуществлении "аргининового парадокса", согласно которому продукция N0 зависит от уровня экстраклеточного ¿-аргинина, несмотря на его избыток внутри клеток эндотелия. Описана тесная связь увеличения уровня ЛDMЛ в крови с эндотелиальной дисфункцией и, соответственно, с проявлениями атеросклероза, почечной недостаточности, гипертензии и некоторых других патологий. В ряде исследований ЛВМЛ представлен сильным, независимым фактором риска сердечно-сосудистых осложнений. Обсуждаются возможные причины неоднозначности экспериментальных данных и границы доверия к результатам анализа ЛDMЛ в клинике.
Оксид азота (NO) выполняет в организме разнообразные жизненно важные функции. Анализу этих функций посвящены многочисленные отечественные и зарубежные обзоры [3-7, 9, 86, 89, 115]. Рассматриваются различные уровни влияния NO на физиологические процессы. Активность NO проявляется на уровне генетического аппарата [14, 155], центральных регуляторных систем [1, 7] и систем, реализующих периферические функции, такие как регуляция сердечно-сосудистой системы [5], транспорт кислорода [2], ангиогенез [39, 118] и многие другие.
У человека важным результатом влияния NO является формирование в мышечном слое сосудов циклического гуанозинмонофосфата, приводящее к сдвигу концентрации ионов кальция и, как следствие, к расслаблению гладких мышц. NO угнетает пролиферацию клеток гладкой мускулатуры сосудов, снижает активацию тромбоцитов, а также уменьшает адгезию моноцитов и тромбоцитов к стенкам сосудов [3, 37]. NO ограничивает повреждения интимы. Таким образом, NO тормозит развитие атеросклероза и стимулирует ангиогенез [38-40].
Важнейшую роль в продукции NO играет фермент NO-синтаза (NOS), катализирующий превращение L-аргинина в L-цитруллин с выделением NO [131]. Описано три изоформы NO-синтаз: эн-дотелиальная (eNOS), нейрональная (nNOS) и ин-дуцибельная (iNOS). С развитием исследований появляются сообщения об обнаружении различных модификаций этих NOS. Регуляция активности NOS, и соответственно регуляция синтеза NO до конца не изучены. Настоящая работа посвящена роли одного из недавно открытых эндогенных регуляторов синтеза NO - асимметричного диме-
тиларгинина (ЛОМА) в обеспечении деятельности сосудистого эндотелия.
Эндотелиальная дисфункция определяется как дисбаланс между факторами, обеспечивающими процессы гемостаза, миграции клеток крови в сосудистую стенку и сосудистый тонус [3]. Существует и более узко сформулированное определение этой патологии как снижения способности сосудистого эндотелия вызывать вазодилатацию [40]. Все авторы сходятся во мнении, что эндотелиальная дисфункция играет чрезвычайно важную роль в развитии атеросклероза и в создании различных патологических условий, предрасполагающих к атеросклерозу. Более того, существует точка зрения, что конечным звеном, реализующим патогенные влияния многих факторов риска сердечно-сосудистой системы, является дисфункция эндотелиальной цепи: ¿-аргинин -оксид азота. В число таких факторов входят воспаление сосудистой стенки, гиперхолестерине-мия, гипергомоцистеинемия, курение, гипертония, диабет [23, 25, 27, 114, 145], а также почечная недостаточность [79, 167].
Предполагается, что одной из основных причин эндотелиальной дисфункции является снижение биодоступности N0. Это может происходить за счет снижения продукции N0 при пониженной активности вЫОБ и/или активации распада N0 при усилении оксидативного стресса [79]. В последние годы недостаточную активность вЫОБ связывают с увеличенной концентрацией эндогенного конкурентного ингибитора вЫОБ - АОМА в крови.
Эндогенная аминокислота АОМА известна с 70-х годов прошлого века [71]. Но широкие исследования роли АОМА в патогенезе эндотели-
22
гилинскии
h2n ,nh 2 \ //
NH
CH3 I 3 HN .NH \ // NH
H3C-
CH3 I 3 -N yNH
NH
CH3 CH3 I 3 I 3 HN . N \ // NH
H2N COOH
h2n COOH
H2N COOH
H2N COOH
Аргинин Монометиларгинин Асимметричный
диметиларгинин
Симметричный диметиларгинин
Рис. 1. L-аргинин и его метилированные формы.
альной дисфункции и связанных патологий начались лишь после работы Волэнси с соавторами [154]. Авторы обнаружили значительно более высокий уровень ADMA в крови пациентов с почечной недостаточностью в терминальной стадии и предположили, что накопление ADMA приводит к уменьшению синтеза NO. При этом должны были возникать условия, способствующие развитию гипертензии и снижению иммунитета, что и наблюдалось авторами при хронической почечной недостаточности.
Позднее ADMA был классифицирован как "уремический токсин", которому пациенты обязаны многими неприятностями, сопровождающими уремию. На момент подготовки этого обзора опубликовано более 500 работ, посвященных исследованию ADMA. Накопленные данные свидетельствуют, что ADMA не является только "уремическим токсином", но может быть показателем эн-дотелиальной дисфункции и атеросклероза, а также предвестником летальности в некоторых популяциях пациентов [51, 79].
МЕТАБОЛИЗМ ADMA
Стереоспецифическое окисление азота в гуа-нидиновом окончании Z-аргинина под влиянием фермента NO синтазы приводит к превращению последнего в Z-цитруллин с выделением NO [68, 102]. Синтез NO может селективно угнетаться путем конкурентной блокады активных центров NOS эндогенными блокаторами. Обширные данные по синтезу и метаболизму ADMA сведены и детально проанализированы лишь недавно [84]. Эндогенными блокаторами eNOS служат гуани-дин-замещенные аналоги Z-аргинина: (рис. 1) монометиларгинин (MMA), а также ADMA [54]. Внимание исследователей привлекает в основном роль ADMA, поскольку его концентрация в крови на порядок выше, чем MMA, а симметричный диметиларгинин (SDMA) - стереоизомер ADMA не
обладает выраженным эффектом в отношении eNOS [82, 154]. В настоящее время нет данных в пользу образования ADMA непосредственно из свободной аминокислоты Z-аргинина. ADMA возникает в результате посттрансляционного метилирования клеточных белков с последующим их гидролизом (рис. 2).
Катализаторами метилирования аргининовых остатков белков являются протеин-аргинин-ме-тилтрансферазы (PRMT). Только одна из 6 описанных трансфераз - тип I-PRMT, формирует остатки в виде ADMA и MMA. Тип II и тип VI PRMT формируют SDMA [84, 146]. Каким путем регулируется активность PRMT сегодня неясно, хотя в отношении белков, вовлекаемых в синтез РНК, такие исследования проводились [144]. В экспериментах in vitro показано, что активность PRMT может изменяться под влиянием окисленных липопротеинов [28]. Экспрессия PRMT в клетках эндотелия растет (а вместе с ней и уровень ADMA) при деформации (напряжении) сдвига [110]. Отметим, что деформация сдвига сосудистой стенки может играть и противоположную роль, являясь значимым фактором активизации синтеза NO [65].
В организме человека появляется около 300 мкмоль, т.е. около 60 мг ADMA в сутки [11]. С мочой экскретируется только около 50 мкмоль. Остальные 250 мкмоль метаболизируются ферментом диметиларгинин диметиламиногидрола-зой (DDAH). Под влиянием DDAHADMA гидроли-зуется в диметиламин и Z-цитруллин [107]. Из двух типов DDAH (I и II) в эндотелиальных клетках обнаружена DDAH II. Сосуществование eNOS и DDAH в некоторых типах клеток рассматривается как свидетельство активной, специфической регуляции содержания ADMA в клетках, генерирующих NO.
Активность DDAH играет важнейшую роль в регуляции уровня ADMA в крови. В прямых экспериментах аппликация ингибитора DDAH S-2-A-
Сосудистые патологии
Рис. 2. Метаболизм асимметричного диметиларгинина. (По материалам [19, 27] с письменного разрешения автора и журналов).
Метилирование аргининовых остатков белков или полипептидов осуществляется с помощью А-метилтрансфераз, которые в качестве донора метильных групп используют 5-аденозилметионин. После протеолиза этих белков или полипептидов в цитоплазме появляется свободный АОМА. АОМА может также обнаруживаться в плазме циркулирующей крови. Конкурируя с аргинином как субстратом вАОБ, АОМА действует в качестве ингибитора этого фермента. Возникающее в результате этого снижение синтеза оксида азота приводит к дисфункции сосудистого эндотелия и соответственно к атеросклерозу. Удаляется АОМА из организма за счет экскреции с мочой и путем метаболизации ферментом ООАН до цитруллина и диметиламина.
4-(3-метилгуанидин)-бутаноевой кислоты (препарат 4124W, сам по себе не влияющий на NOS) вызывала накопление ADMA и дозозависимую вазо-констрикцию в изолированных сосудистых кольцах in vitro [95]. Вазоконстрикция устранялась аппликацией Z-аргинина. Обнаружено, что пространственная гетерогенность кровообращения в миокарде левого желудочка коррелирует с различиями в экспрессии белков в разных участках миокарда. При этом наиболее яркими в отношении участков с низким и высоким кровоснабжением были различия в экспрессии DDAH [44].
Под влиянием многих факторов активность DDAH может падать, открывая путь к накоплению ADMA. Так, ослабление активности DDAH может быть вызвано гипергликемией [137], ги-пергомоцистеинемией [138], высокими дозами эритропоэтина [125], воспалительными цитоки-нами [160] и другими воздействиями. В регуляции метаболизма ADMA существует и отрицательная обратная связь: DDAH обратимо угнетается при инкубации с донорами NO [83]. Таким образом, при достижении определенного уровня NO в среде активность DDAH падает, концентрация ADMA растет, и дополнительный синтез NO начинает угнетаться.
АРГИНИНОВЫЙ ПАРАДОКС
Интересные идеи о роли ADMA в регуляции синтеза NO были высказаны Богером и коллегами [19, 149]. Как уже говорилось, Z-аргинин является единственным субстратом действия NOS, приводящего к появлению NO [68, 102
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.