УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2004, том 35, № 1, с. 83-101
УДК 612.821.6+615.78
НЕЙРОТРОПНАЯ АКТИВНОСТЬ ОПИОИДНЫХ ПЕПТИДОВ ПИЩЕВОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Р-КАЗОМОРФИНОВ
© 2004 г. В. А. Дубынин, Ю. А. Ивлева, А. А. Каменский
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Биологический ф-т, кафедра физиологии человека и животных
В обзоре приведена история открытия опиоидных пептидов природного происхождения в-казомор-финов (в-к); рассмотрено их образование в желудочно-кишечном тракте при переваривании в-ка-зеинов молока и проникновение в кровь, в первую очередь, новорожденных млекопитающих. Основное внимание уделено нейротропной активности в-к: влиянию на болевую чувствительность, двигательную активность, тревожность, обучение экспериментальных животных. Особо анализируется способность в-к изменять характеристики материнско-детского взаимодействия. Указывается на необходимость учета физиологических эффектов в-к при анализе поведения детенышей и лактирующих самок.
Ключевые слова: опиоидные пептиды, в-казоморфины, анальгезия, тревожность, материнское поведение, детское поведение.
Пептидные регуляторы, как правило, являются веществами эндогенного происхождения. Возникая из белков-предшественников в различных тканях (например в нервной системе), они действуют непосредственно в месте образования, модулируя различные процессы. Кроме того, пептиды могут переноситься кровью и другими жидкими средами, выполняя гормональную функцию [1, 18]. Однако есть и другой путь появления регуля-торных пептидов в организме - их проникновение через желудочно-кишечный тракт. Показано, что даже в норме ди- и трипептиды способны проходить из полости кишечника в кровь. При повреждениях слизистой в результате заболеваний либо стресса в плазму попадают и гораздо более длинные молекулы [6]. Но особенно характерно проникновение внутрь организма пептидов и даже белков пищевого происхождения для новорожденных млекопитающих [11].
Для каждой из таких молекул существует вероятность проявления регуляторных свойств. Эту вероятность особенно важно учитывать в тех случаях, когда речь идет о белках, самой природой предназначенных для питания. Имеются в виду прежде всего казеины молока. Показано, что в результате ферментативной деградации молекул а-, в- и к-казеинов могут образовываться десятки фрагментов, проявляющих иммунномодулирую-щую, нейротропную, антигипертензивную и другие виды физиологической активности [98, 119]. Наиболее известными из них являются опиоидные пептиды - так называемые в-казоморфины [181]. Представленный обзор посвящен, в первую очередь, нейротропным свойствам в-казоморфи-
нов как факторов, регулирующих поведение взрослых и новорожденных млекопитающих.
ОТКРЫТИЕ ß-КАЗОМОРФИНОВ,
ИХ ОПИОИДНЫЕ СВОЙСТВА И СПОСОБНОСТЬ ПРОНИКАТЬ ЧЕРЕЗ РАЗЛИЧНЫЕ БАРЬЕРЫ ОРГАНИЗМА
Исследование фракций гидролизатов казеинов, характеризующихся опиоидной активностью, показало, что активным началом в них являются пептиды, обладающие N-концевым тирозином и гидрофобным "хвостом" из 3-10 аминокислот [44, 76]. Такие пептиды также должны быть устойчивы к действию протеолитических ферментов, поскольку лишь в этом случае могут существовать в организме в течение времени, достаточного для переноса от места введения к рецептору. В наибольшей степени перечисленным условиям удовлетворяют некоторые фрагменты ß-казеинов -ß-казоморфины. Их выделение было осуществлено при поэтапной чистке активной фракции казеинового пептона с тестированием опиоидного действия на каждом шаге (ингибирующее влияние на подвздошную кишку морской свинки). В результате было обнаружено, что пик с наиболее выраженной активностью соответствует гепта-пептиду Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Pro-Ile, названному затем ß-казоморфином^ ф-к-7, bovine ß-casomor-phin); ß-^7 был идентифицирован как фрагмент (60-66) ß-казеина молока коровы.
Почти одновременно было проведено определение первичной структуры ß-казеинов овец и
83
6*
буйволов [138, 148]. Оказалось, что они содержат аналогичные Р-к-7 последовательности в том же положении, что и Р-казеин молока коровы. вгеепЪе^ с соавторами [67] опубликовали структуру Р-казеина человека, в котором в 51-57 положении располагается последовательность Туг-Рго-РНе-Уа1-01и-Рго-11в (человеческий Р-к-7). Эксперименты на препаратах подвздошной кишки подтвердили наличие опиоидной активности у данного соединения [196]. Начинающиеся с Туг-Рго-Рке- и обогащенные пролином последовательности присутствуют также в казеинах верблюда, антилопы, свиньи, тапира, кенгуру [26, 87]. В составе белков молока многих грызунов (крысы, мыши) таких фрагментов не обнаружено. Вместе с тем, Р-казеин морских свинок содержит участок Tyг-Pгo-Phe-Aгg-Aгg-Tгp-Tyг-Tyг-Gly-Pгo [68].
При анализе зависимости между структурой и опиоидной активностью Р-казоморфинов (0-к) на содержащих ц-рецепторы препаратах подвздошной кишки показано, что пентапептид Tyг-Pгo-Phe-Pгo-Gly (Р-к-5) обладает наиболее выраженными опиоидными свойствами; далее в порядке убывания следуют Р-к-4 (Tyг-Pгo-Phe-Pгo), Р-к-6 (Tyг-Pгo-Phe-Pгo-Gly-Pгo) и Р-к-7. Трипептид Tyг-Pгo-Phe и дипептид Tyг-Pгo практически не активны. Не обладают опиоидными свойствами и лишенные ^-концевого тирозина фрагменты Pгo-Phe-Pгo-Gly и Pгo-Phe-Pгo-Gly-Pгo-Ile [43, 76]. Амидирование и введение в состав молекулы ^-аминокислот приводят к резкому усилению опиоидных свойств Р-казоморфинов. Среди ами-дированных аналогов наибольшую активность проявляет тетрапептид Tyr-Pro-Phe-Pro-NH2 - так называемый "морфицептин"; по сравнению с Р-к-5 его опиоидные эффекты оказались в 10 раз выра-женнее [49, 56].
Более детальное изучение опиоидных свойств Р-к позволило выяснить, что они взаимодействуют, прежде всего, с рецепторами ц-типа [42]. Ин-гибирующие сокращения свойства Р-к ослабевали в 5-10 раз при использовании семявыносящего протока мыши (содержит 5-опиоидные рецепторы) [50]. Сходные результаты получены и при использовании тканей головного мозга [42, 49]. Оценка связывания Р-к-7, Р-к-5 и Р-к-4 молока человека также выявила максимальную аффинность к ц-рецепторам, меньшую - к 5-рецепто-рам, низкую - в случае к-рецепторов [93].
Наиболее специфическими среди Р-к ц-агони-стами являются относительно короткие пента- и тетрапептиды, их амидированные и содержащие ^-аминокислоты аналоги [116]. По этой причине некоторые из них (в первую очередь морфицептин) используются как вещества сравнения (ц-се-лективные лиганды) в разнообразных фармакологических эксперментах [80, 195]. С другой сто-
роны, замена Pro2 на dPip позволяет повысить аффинность к 8-рецепторам [101]. Дополнительные возможности в получении соединений с высокой опиоидной активностью открыл синтез циклических аналогов ß-K-4 и ß-K-5. При этом производилась замена Pro2 на основную d-амино-кислоту (d-орнитин, d-лизин) с последующим замыканием цепи между дополнительной аминогруппой 2-го остатка и -COOH группой концевой аминокислоты [166]. В результате происходило резкое повышение аффинности к ц-рецепторам; опиоидная активность циклических ß-^5 оказалась в 100-1000 раз выше, чем у морфина [159]. Созданы также циклические аналоги ß-^5, сохраняющие свойства ц-агонистов и одновременно являющиеся высоко селективными 8-антагонис-тами [165, 167].
Высокая устойчивость ß-казоморфинов к действию пептидаз обусловлена наличием в их молекулах большого количества пролиновых остатков. В результате переваривание ß-казеинов может приводить к "вырезанию" фрагментов различной длины, содержащих ß-к [51, 139]. Sved-berg с соавторами [178] обнаружили ß-^7 в кишечнике взрослых людей после употребления молока. Meisel [120] нашел в кишечнике свиньи при поедании казеина более длинный ß-к-П, обладающий сходной с ß-^5 опиоидной активностью. Предшественник ß-казоморфинов, соответствующий 58-93 фрагменту ß-казеина, определен в желудке телят после питания молоком [164]. Jinsmaa и Yoshikawa [85] показали, что вероятность высвобождения ß-к в кишечнике зависит от генетических вариаций ß-казеина (наличие в 67-м положении гистидина).
Обладая значительной энзиматической стабильностью, ß-казоморфины относительно медленно распадаются в организме. В процессах их деградации ключевую роль играют три фермента: внеклеточная дипептидил пептидаза IV (DP-IV), пост-пролин-разрезающий фермент (PPCE) и пролин-специфическая эндопептидаза (PCE) [46, 72]. Механизмы распада ß-казоморфина-5 и его производных в гомогенатах мозга, печени, в на-тивном мозге детально изучены Stark с соавторами [173-175]. По их данным время полураспада ß-^5 в мозге составляет 5 мин, в печени - менее 1 мин. Замена природных l-аминокислот на d-изо-меры повышает стабильность пептидов более чем на порядок. Еще более стабильны d-произ-водные ß-^5, лишенные ^-концевого тирозина. В связи с этим ß-к и их производные используются как стандартные субстраты при анализе свойств различных пептидаз [32, 163].
Условием развития физиологических эффектов ß-к является их проникновение через кишечный эпителий в кровь. Однако для ß-^5 и морфи-цептина не обнаружено транспорта интактных
молекул через стенку тонкой кишки взрослого кролика, и пептиды подвергались быстрой деградации в просвете кишечника [107]. Вместе с тем ¿А/а2'4-Туг5-Р-к-5-КИ2 (казокефамид) оказался способен к транспорту сквозь кишечную стенку в кровь [184]. Schulte-Frohlinde с соавторами [168] на здоровых добровольцах показано, что при пе-роральном приеме в количестве 8-16 мг казокефамид затем определяется в плазме крови в концентрации до 0.35 рМ/л.
Read с соавторами [146] на кишечнике новорожденных ягнят и поросят наблюдали интенсивный перенос Р-к-7 и морфицептина в кровь в течение 10—15 мин после инфузии. В этом случае проявляет себя уже упомянутая слабость кишечного барьера новорожденных [11]. Показано, что их пищеварение рассчитано на захват и перенос в кровь пептидов и белков молока, способных участвовать в регуляции многих функций организма. На этом механизме основано, в частности, явление пассивного иммунитета [137]. Заключение о возможности проникновения Р-казоморфинов через стенку кишечника подкрепляется, прежде всего, тем, что Р-к-под
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.