УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2009, том 40, № 1, с. 16-26
УДК 591.112.1
МЭ-ХОЛИНОРЕЦЕПТОРЫ В СЕРДЦЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
© 2009 г. Д. В. Абрамочкин, Г. С. Сухова
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
В обзоре рассмотрены доказательства участия М3-холинорецепторов в парасимпатической регуляции сердечной деятельности. Приведены данные молекулярно-биологических и биохимических работ, показывающие присутствие М3-холинорецепторов в миокарде. Описаны результаты физиологических исследований, демонстрирующие изменение конфигурации ПД при активации М3-холино-рецепторов, наличие особого калиевого тока, возникающего при стимуляции М3-рецепторов и другие свидетельства в пользу функциональной значимости М3-рецепторов в миокарде. Особое внимание уделено работам, демонстрирующим кардиопротекторную роль М3-рецепторов. Обзор углубляет представления о молекулярных механизмах парасимпатической регуляции сердца.
Принятые сокращения: АЦХ - ацетилхолин; М - рецепторы - мускариновые рецепторы; ПД -потенциал действия.
ВВЕДЕНИЕ
Из всех воздействий, которым сердце подвергается в организме, парасимпатическая регуляция является, пожалуй, наиболее важным. С давних пор умы многих физиологов были нацелены на изучение гуморальной и нервной регуляции сердца, и особенно парасимпатической регуляции. Еще в 1845 г. братья Вебер открыли эффект замедления работы сердца при раздражении продолговатого мозга, этот эффект пропадал после перерезки вагуса. Медиатор парасимпатической системы АЦХ, выделяемый при раздражении вагуса, стал первым обнаруженным медиатором.
В настоящее время изучение регуляции сердечной деятельности развивается высокими темпами, что в первую очередь связано с остро стоящей перед человечеством проблемой сердечнососудистых заболеваний. Важно отметить, что многие факты говорят о кардиопротекторном значении парасимпатической регуляции сердца. Например, сердце кошки после атропинизации, т.е. блокирования всех парасимпатических влияний, становится многократно более склонным к возникновению фибрилляции желудочков в результате экспериментальной окклюзии коронарной артерии, чем до атропинизации [31]. Нет сомнений в том, что раскрытие механизмов кардио-протекторного действия АЦХ поможет в борьбе с заболеваниями сердца. Поэтому изучение механизмов парасимпатической регуляции сердца является исключительно важной задачей для современной физиологии.
Для понимания парасимпатической регуляции работы сердца необходимо в первую очередь представлять, как основное эффекторное веще-
ство парасимпатической системы АЦХ воздействует на миокард. АЦХ, выделяясь из окончаний аксонов постганглионарных нейронов, действует на кардиомиоциты через М-холинорецепторы. Всего в организме обнаружено 5 типов М-холино-рецепторов (М1-М5), из них в сердце обнаружено 4 (М1-М4), недавно появились первые свидетельства наличия М5-рецепторов [7, 28]. Традиционно считалось, что единственным функционально значимым типом М-холинорецепторов в миокарде является М2. Теперь можно уверенно говорить о том, что в последние годы было доказано значение М3-холинорецепторов в миокарде млекопитающих. Появились также работы, показывающие вероятную роль М3-рецепторов в опосредовании кардиопротекторного действия АЦХ. Цель данной обзорной работы - продемонстрировать современные представления о роли М3-холиноре-цепторов, как посредников воздействия АЦХ на миокард, показать, что несмотря на количественное преобладание в миокарде М2-рецепторов они не являются единственным типом мускариновых рецепторов, ответственным за парасимпатическую регуляцию сердца. Также мы кратко рассмотрим свидетельства за и против наличия в миокарде М1 и М4-холинорецепторов.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
М-холинорецепторы - гликопротеины, состоящие у человека из 460-590 аминокислотных остатков (М1 - 460, М2 - 466, М3 - 590, М4 - 479, М5 - 532 остатка) [13]. Существует сильная гомология между М-рецепторами каждого типа среди разных видов млекопитающих например М2-ре-цептор крысы на 95% гомологичен М2-рецепто-ру человека [4, 13].
Все М-холинорецепторы являются метабо-тропными рецепторами, сопряженными с С-бел-ками. Они представляют собой трансмембранные
белки, состоящие из семи доменов. Внешние части трансмембранных сегментов 3, 5, 6 и 7 образуют карман для связывания с лигандом [4]. При этом особенно важен аминокислотный остаток аспарагина в положении 105, находящийся в ди-стальной N-концевой части 3-го трансмембранного сегмента [6, 7]. Он взаимодействует с положительно заряженным четвертичным азотом в составе лиганда, 2-я и 3-я цитоплазматические цепи рецепторов играют ведущую роль во взаимодействии с G-белками [8], при этом примембранные участки 3-й цепи, а также 4-й трансмембранный сегмент определяют специфичность рецептора по отношению к определенным а-субъединицам G-белков.
Эффекты, возникающие в миокарде при активации того или иного типа М-рецепторов, определяются в первую очередь тем, с каким именно G-белком сопрягаются рецепторы данного типа. По этому признаку M-рецепторы делят на 2 класса: четные (М2, М4) и нечетные (М1, М3, М5). Четные М-рецепторы сопрягаются с Gj-белками. Основной результат активации этих G-белков - ин-гибирование АЦ и, как следствие, снижение уровня цАМФ в клетке, что приводит к изменению активности большого количества ферментов, в первую очередь протеинкиназы А, модуляции работы ионных каналов и т.п. Нечетные М-рецеп-торы, в том числе М3, сопрягаются с Gг-белками, для которых характерна в первую очередь активация фосфолипазы C с помощью а?-субъединицы. PLC расщепляет фосфатидилинозитолтрифосфат на инозитолтрифосфат (IP3) и диацилглицерол (DAG). IP3 связывается с инозитолтрифосфатными рецепторами на мембране саркоплазматического ретикулюма, вызывая выход кальция из последнего. DAG в присутствии ионов кальция вызывает активацию протеинкиназы C, которая фосфорили-рует многочисленные белки, в том числе ионные каналы, изменяя их свойства [7, 9].
Для изучения функциональной роли того или иного типа мускариновых рецепторов необходимо иметь в распоряжении селективные агонисты и антагонисты различных типов этих рецепторов. К сожалению, синтетических агонистов, обладающих достаточно высокой селективностью в отношении какого-либо типа М-рецепторов, до сих пор не существует. Селективных антагонистов синтезировано уже достаточно много. Это - пирен-зепин и телензепин для М1-рецепторов, AF-DX-116, метоктрамин и империалин для М2-рецепторов, HHSiD, 4-DAMP и дарифенацин для М3-рецепто-ров, тропикамид - для М4-рецепторов и некоторые другие. Для всех этих блокаторов характерна селективность только в определенном, не очень широком (около 2 порядков) диапазоне концентраций, при использовании больших концентраций они действуют как неселективные антагонисты. Тем не менее существуют вещества, облада-
ющие очень высокой селективностью, это -некоторые белки, выделенные из яда зеленой мамбы [21], например токсин МТ7 избирательно блокирует М1-рецепторы, а МТ3-М4-рецепторы. Однако использование этих веществ крайне редко из-за трудности их получения.
В настоящее время получено множество доказательств наличия М3-холинорецепторов в миокарде и их функциональной значимости. Рассмотрим сперва молекулярно-биологические и биохимические свидетельства присутствия этих рецепторов в миокарде, а затем остановимся на данных физиологических исследований функций М3-холинорецепторов.
МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
За последние 15 лет был проведен ряд молеку-лярно-биологических исследований, призванных установить, являются ли М2-рецепторы единственным типом холинорецепторов, экспрессиру-емым в миокарде. Методом ЯТ-РСЯ было показано наличие м-РНК всех типов М-рецепторов как в желудочке, так и в предсердии крысы, но 90% всей мРНК М-рецепторов приходилось на М2-ре-цепторы [11]. Ранее Шарма и др. обнаружили тем же методом м-РНК М1-рецепторов в желудочковых кардиомиоцитах крысы [4, 22]. Аналогичные исследования показали наличие м-РНК МЗ-рецеп-торов в предсердии мыши [5], предсердии собаки [38], а также в желудочках и предсердиях человека [16, 27]. В то же время Мейер и др. с помощью метода ЯТ-РСЯ показали наличие в предсердии крысы мРНК исключительно М2-рецепторов [25]. Хувер и др. использовали другой способ для определения мРНК различных М-рецепторов: миокард крысы обрабатывался олигонуклеотидны-ми фрагментами, меченными изотопом 535. Эти фрагменты гибридизовались с соответствующими мРНК различных М-рецепторов. Так были обнаружены мРНК М1, М2 и М4-рецепторов во внутрисердечных ганглиях, но в самом миокарде была найдена только мРНК М2-рецепторов [17]. Аналогичные результаты были получены в опытах с применением того же метода на выделенных кардиомиоцитах и нейронах внутрисердечных ганглиев [15]. Таким образом, данные опыты с ЯТ-РСЯ у разных авторов довольно противоречивы, что не позволяет сделать однозначного вывода об экспрессии не-М2-холинорецепторов в миокарде. Отметим, что по мРНК нельзя точно судить о наличии или отсутствии того или иного типа рецепторов, так как уровень экспрессии рецепторов зависит еще и от выраженности трансляции соответствующих мРНК.
С помощью Вестерн-блоттинга можно, имея специфичные антитела к определенному типу рецепторов, точно установить существование этих
v \ , i
Х'Л h-
\ ? \ \ \
(A)
Рис. 1. Желудочковые кардиомиоциты человека, меченные флуоресцентными антителами к М2 (А) и М3 (Б) холинорецепторам. Из Wang et al. Molecular Pharmacology. 2001. V. 59. P. 1029-1036 [45].
рецепторов в миокарде. Этим методом было показано наличие М2 и М3-рецепторов во фракции мембранных белков миокарда предсердий и желудочков человека [45]. При этом количество М3-рецепторов в желудочковой ткани было в 10 раз большим, чем в предсердной. Наконец, в той же работе с помощью конфокальной микроскопии удалось определить локализацию М2 и М3-рецепторов на поверхности кардиомиоцитов, обработанных флуоресцентными антителами к данным рецепторам (рис. 1). Видно, что М3-ре-цепторы сконцентрированы в основном в зонах вставочных дисков, в то время как М2-рецепторы не обнаруживают четкой локализации.
Не
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.