БИОХИМИЯ, 2015, том 80, вып. 3, с. 439 - 448
УДК 577.15.08
ТАУРИН КАК МОДУЛЯТОР КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЦИТОХРОМА Р450 3А4
© 2015 В.В. Шумянцева1*, А.А. Махова2, Т.В. Булко1, Р. Бернхардт3, А.В. Кузиков1, Е.В. Ших2, В.Г. Кукес2, А.И. Арчаков1
1 Институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича, 119121 Москва, ул. Погодинская, 10; факс: +7(495)245-0857, электронная почта: viktoria.shumyantseva@ibmc.msk.ru
2 Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Минздрава России, 119991 Москва,
ул. Трубецкая, 8, стр. 2 3 Институт биохимии Саарлендского университета, Германия, 66123 Саарбрюккен
Поступила в редакцию 03.10.14 После доработки 25.11.14
Исследовано влияние биологически активного соединения таурина на стабильность и каталитические свойства гемопротеина цитохрома Р450 3А4. Анализ каталитической активности проводили электрохимическими методами (с помощью циклической и квадратно-волновой вольтамперометрии) с использованием иммобилизованного на электроде цитохрома Р450 3А4. Показано, что таурин в диапазоне концентраций 10—70 мкМ стимулирует электрохимическое восстановление цитохрома Р450 3А4, причем при концентрации 50 мкМ электровосстановление максимально (115 ± 3%). Таурин оказывает выраженный эффект ослабления ингибирования итраконазолом изофермента цитохрома Р450 3А4. Показано, что таурин выполняет защитные функции по отношению к гемопротеину, стабилизируя фермент при проведении электролиза при контролируемом напряжении в присутствии субстрата — эритромицина, что выражается в возрастании «остаточной» восстановленной формы гемопротеина (52 ± 5 и 71 ± 8% соответственно).
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: цитохром Р450, антиоксиданты, метаболизм лекарств, биоэлектрохимия, таурин.
Цитохромы Р450 — наиболее важные катализаторы окисления/гидроксилирования как эндогенных, так и экзогенных соединений, участвующие в первой фазе метаболизма лекарственных препаратов. Цитохромы Р450 имеют большую клиническую значимость, а также биотехнологическое применение как потенциальные биореакторы [1—6]. В связи с этим активно развиваются методы анализа активности ферментов, метаболизирующих лекарственные препараты, ведется поиск белков редокс-партнеров, альтернативных доноров электронов, и разрабатываются системы, моделирующие (симулирующие) каталитическую активность цитохромов Р450 в области аналитических и синтетических методов [7—13].
Принятые сокращения: БОАВ — дидодецилдиметил-аммоний бромид, КВВА — квадратно-волновая вольтампе-рометрия, ОБ — диклофенак, ГГЯ — итраконазол, АФК — активные формы кислорода.
* Адресат для корреспонденции.
Важнейшей задачей современной биохимии и медицинской энзимологии является повышение эффективности и безопасности лекарственной терапии на основе изучения активности ключевых ферментов метаболизма лекарственных препаратов. Эта задача может быть решена не только путем поиска новых лекарственных веществ, но и благодаря более рациональному использованию уже существующих лекарственных средств, а также поиску индукторов и ингибиторов биотрансформации лекарственных веществ. Регуляция каталитической активности ферментов может протекать по различным механизмам: встраивание в мембраны, взаимодействие с белками-партнерами, химическая модификация, влияние детергентов, аллостеричес-кие механизмы [14, 15]. Для целенаправленной регуляции биотрансформации лекарственных веществ путем изменения активности системы цитохрома Р450 наиболее пригодны природные регуляторы — витамины и витаминоподобные вещества, которые являются естественными
компонентами внутренней среды, отличаются безвредностью и физиологичностью действия [16-20].
Цитохром Р450 3А4 является наиболее функционально значимым среди цитохромов Р450, т.к. метаболизирует 225 субстратов, из которых 191 вещество является лекарством, а из 97 ингибиторов этой формы 87 соединений являются лекарствами. Цитохром Р450 3А4 участвует в метаболизме более 50% применяемых лекарственных препаратов [1, 5].
В клинической фармакологии хорошо известен факт токсичности большинства применяемых лекарственных препаратов. В связи с этим активно ведется поиск биологически активных веществ, сочетанный прием которых вместе с лекарственными препаратами снижает токсический эффект [16-20]. Ранее авторами было показано, что витамины группы В ингиби-руют электрокаталитическую активность цито-хрома Р450 3А4. В клинических экспериментах наблюдали влияние витаминов группы В на метаболизм нестероидного противовоспалительного препарата диклофенак (вольтарен). Витамины группы В позволяют сократить длительность терапии нестероидным противовоспалительным препаратом диклофенаком и снизить ежедневную потребность в диклофенаке за счет подавления взаимодействия диклофенака с ци-тохромом Р450 3А4 [16, 17].
Важнейшим метаболитом, определяющим состояние клеточного иммунитета, уровень ан-тиоксидантной защиты, детоксикационных возможностей организма, является серосодержащая аминокислота — таурин. Таурин (2-амино-этансульфоновая кислота) является наиболее распространенной из свободных аминокислот в организме человека и играет важную роль в таких биологических процессах, как конъюгация желчных кислот, поддержание гомеостаза кальция, осморегуляция и стабилизация мембран. У людей таурин образуется в гепатоцитах в результате обмена веществ из метионина и цистеина через гипотаурин. Таурин в высокой концентрации содержится в сердечной мышце, центральной нервной системе, лейкоцитах, скелетной мускулатуре. Другие клетки (например, нейтро-филы) содержат очень высокие концентрации таурина благодаря захвату вещества непосредственно из крови, куда таурин поступает как из эндогенных источников, так и из пищи. Биосинтетические способности человека производить таурин ограничены у новорожденных, а также снижаются с возрастом и при некоторых патологических процессах (травмы, сепсис). В таких ситуациях поступление таурина является важным источником этой аминокислоты. Видо-
вую резистентность к туберкулезу связывают с накоплением таурина в кроветворной, лимфо-идной ткани и печени [21]. Таурин относится к органическим осмолитам. Эти вещества накапливаются в клетке без изменения ее гомеостаза, структуры и функции в отличие от электролитов и мочевины, которые могут повреждать клетку, когда накапливаются в ней в больших количествах или возникают выраженные колебания их концентрации.
Таурин широко применяется в медицине: в неврологии для лечения эпилепсии и мышечных дистрофий, в комплексной терапии осложнений сахарного диабета, лечении атеросклероза. В офтальмологии таурин выполняет регенеративную функцию, поддерживает осмотическое равновесие в хрусталике, обеспечивая его прозрачность (недостаток таурина приводит к развитию катаракты), обладает рядом защитных свойств (антиоксидантная защита сетчатки, снятие спазма аккомодации) при воздействии на организм человека неблагоприятных факторов [22]. Таурин способен осуществлять деток-сикацию вредных соединений, что объясняет его защитные эффекты при отравлении некоторыми лекарственными препаратами и ядами. Под действием таурина улучшается печеночный кровоток и уменьшаются проявления цитолити-ческого синдрома. Таурин снижает образование гипохлорной кислоты и гидроксильных радикалов, практически не воздействуя на генерацию супероксид-радикалов, защищает цитохром Р450 2Е1 от окислительного расщепления в присутствии ацетаминофена [23], а также проявляет свойства нейромодулятора и антиоксиданта, модулирует индукцию мРНК, кодирующую цитохром Р450 3А4, в присутствии рифампицина [24].
Таким образом, серосодержащая аминокислота таурин широко применяется в клинической практике как антиоксидант, мембраноста-билизирующее средство, гепатопротектор.
Таурин используется также в составе стандартной комплексной терапии, что подразумевает сочетание нескольких лекарственных препаратов, часто метаболизирующихся одним и тем же изоферментом цитохрома Р450, что приводит к повышению вероятности возникновения взаимодействия лекарственных препаратов на уровне метаболизма.
Взаимодействия могут быть клинически значимыми и приводить к изменению эффективности лекарственных препаратов и/или безопасности их применения. В таком случае природное соединение таурин может быть использовано в качестве модулятора активности системы изофермента цитохрома Р450, что имеет большое значение в биохимических исследова-
ниях механизмов катализа, а также в практической медицине для повышения эффективности и безопасности комплексной фармакотерапии заболеваний.
Электрохимические подходы перспективны для исследования фермент-субстратных взаимодействий вследствие высокой чувствительности [9—11]. Анализ каталитической активности цитохромов Р450 электрохимическими методами не требует белков редокс-партнеров и дорогостоящих доноров электронов ^АБ(Р)Н). В данной работе электрохимическими методами было исследовано влияние таурина на каталитические функции цитохрома Р450 3А4 как наиболее активного участника метаболизма лекарственных препаратов.
Электроаналитические характеристики регистрировали с помощью цикловольтамперо-метрии и вольтамперометрического анализа (квадратно-волновой вольтамперометрии) по вольтамперным параметрам электродов с иммобилизованным цитохромом Р450 3А4 [8—11]. Показано защитное действие таурина (50 мкМ) на цитохром Р450 3А4 при электрохимическом восстановлении, а также выраженный эффект ослабления ингибирования итраконазолом этого фермента.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Электрохимические исследования проводили с помощью потенциостата AUTOLAB 12 («Ме^оИш Аи1о1аЬ», Нидерланды), снабженного программным обеспечением GPES (версия 4.9). Все измерения проводили при комнатной температуре. Электрохимические исследования цитохрома Р450 3А4 проводили в 0,1 М калий-фосфатном буфере, содержавшем 0,05 М №С1, рН 7,4. В работе использовали трехконтактные электроды, полученные методом трафаретной печати (ООО «АвтоКОМ», Россия, http://www.mem-brans.ru), с графитовыми рабочим и вспомогательным электродами (графит фирмы «Acheson», Россия) и хлорсеребряным электродом сравнения. Диаметр рабочего электрода 2 мм
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.