УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2009, том 40, № 3, с. 68-88
УДК 612.592:612.822.3:591.543:591.481:591.044:591.112
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ И КАРДИОТРОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПЕПТИДОВ КИОТОРФИНА И НЕОКИОТОРФИНА В ОПЫТАХ НА ЗИМОСПЯЩИХ И НЕЗИМОСПЯЩИХ ЖИВОТНЫХ
© 2009 г. Д. А. Игнатьев1*, Г. С. Сухова2, А. Е. Ляшков2
1 Институт биофизики клетки РАН, Пущино 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
В обзоре рассматриваются особенности физиологических эффектов киоторфина (КТ) и неокио-торфина (НКТ), обнаруженных в мозге зимоспящего суслика и претендующих на роль эндогенных регуляторов в механизмах гибернации. Введение НКТ сусликам не влияло на вхождение в спячку, но пробуждало животных после их полного оцепенения. Инъекция КТ при провокации пробуждения сусликов в середине баута спячки уменьшала скорость нарастания частоты сердцебиений, поддерживая состояние гипотермии; в конце баута это свойство КТ не проявлялось. Инъекция НКТ мышам, предварительно охлажденным до 17-18°С, ускоряла их выход из гипотермии, аналогичная инъекция КТ вызывала прогрессирующую гипотермию животных. Введение пептидов интактным крысам и мышам не было эффективным. НКТ проявил способность модулировать кардиотропные эффекты нуклеотидов, также входящих в состав биологически активных фракций тканей зимоспя-щих сусликов. Применение КТ и НКТ при охлаждении крыс модифицировало чувствительность сердечно-сосудистой системы к адреналину и АМФ, проявляющееся и на следующие сутки после охлаждения.
Зимняя спячка (гибернация, от лат. ЫЬегпит -зимний) - одно из проявлений естественного ги-побиоза, позволяющего ряду видов животных в течение многих месяцев переживать неблагоприятные условия среды. Во время спячки все системы организма гибернанта, включая и ЦНС, перестраиваются на экономный режим работы. Интересными особенностями обладает сердечнососудистая система. Сердце зимоспящего суслика способно выполнять свои функции при температуре тела 1-2°С , хотя частота сердцебиений при этом снижается в десятки-сотни раз. Сердечная деятельность у гибернантов очень устойчива. У них не бывает фибрилляций даже в экстремальных условиях, тогда как у незимоспящих животных при восстановлении сердечной деятельности после остановки миокарда они, как правило, возникают.
Контроль за обеспечением процессов перестройки организма гибернантов при погружении в спячку и при пробуждении помимо нервной системы осуществляется эндогенными биологически активными веществами, содержащимися в крови и в тканях животных. Это медиаторы центральной и периферической нервной системы, гормоны гипофиза, щитовидной железы и надпочечников, пептиды, нуклеотиды, стероиды и др. Пептидэргическая система регуляции является одной из древнейших и служит средством химического кодирования активности мозга, обеспе-
чивающей направленное поведение животного в целом [2, 8]. К началу наших исследований был известен довольно большой ряд пептидов, претендующих на роль регуляторов в механизмах спячки - это опиоиды, энкефалины, бомбезин, холецистокинин, тиролеберин, соматостатин, нейротензин, динорфин, кальцитонин, кортико-тропин и др. [26, 28, 30, 41, 43, 49, 53, 63 и др.]. В 80-х годах XX в. поиск и изучение свойств эндогенных регуляторов, имеющих отношение к гибернации, были начаты и в России. Из тканей суслика Citellus undulatus (c 1995 г. новое родовое название - Spermophilus undulatus) были выделены и установлены структуры более 30 коротких пептидов (2-6 аминокислотных остатков), инъекция которых незимоспящим животным влияла на поведение, терморегуляцию, метаболизм, биоэлектрическую активность мозга, сердечную деятельность, ионные токи клеточных мембран и т.д. [4, 6, 7, 11-16, 20, 22, 23, 28, 33, 34, 36, 40, 42, 44, 50, 51, 61].
Зимняя спячка протекает в виде последовательности циклов, так называемых баутов (от англ. bout), периодически прерываемых относительно кратковременными пробуждениями. Длительность баутов, например у суслика S. undulatus, составляет от нескольких дней в начале сезона гибернации до 2-3 недель в последующем. Выход из спячки - весьма активный процесс, в ходе которого, например, частота сердцебиений
(ЧС) возрастает за 2-3 ч в десятки-сотни раз, что объясняет наличие в тканях зимоспящих биологически активных веществ не только ингибирую-щей, но и активирующей направленности действия.
К настоящему времени из обнаруженных в тканях зимоспящего суслика пептидов наиболее изучены физиологические свойства киоторфи-на (КТ) и неокиоторфина (НКТ). Особый интерес вызывает способность КТ и НКТ изменять не только выраженность, но и направленность своих влияний в зависимости от температуры и состояния животных, которая проявилась в опытах и на гибернантах, и на незимоспящих. Отмечено модулирующее влияние этих пептидов на кардиотропные эффекты других составляющих фракций, выделенных из тканей гибер-нантов, обладающих самостоятельной ингиби-рующей активностью, а также способность модифицировать чувствительность сердечнососудистой системы животных к нейромедиато-рам и нуклеотидам [19, 20]. Складывается представление, что КТ и НКТ играют определенную роль в механизмах зимней спячки, протекание которой обеспечивается регуляторным взаимодействием множества биологически активных соединений.
В настоящей статье представлен обзор результатов, основанных на естественных физиологических механизмах исследований физиологических свойств КТ и НКТ, выполненных авторами на зимоспящих и незимоспящих животных, которые могут быть полезны при разработке новых подходов к получению состояния искусственного гипобиоза у обычных теплокровных.
Исходно киоторфин [Tyr-Arg] и неокиоторфин [Thr-Ser-Lys-Tyr-Arg] были выделены японскими исследователями из тканей головного мозга быка [40, 55, 57-59, 61]. Впоследствии КТ был обнаружен также в мозге крыс, мышей, морских свинок, кроликов [56, 59]. Наибольшее содержание КТ отмечено в гипоталамусе и нижней части ствола мозга; в меньших количествах - в мозжечке и стриатуме [61, 62]. Неокиоторфин был обнаружен в тканях легкого [65], сердца [32], а также в мозге суслика [6, 51, 52, 63].
На начало наших исследований данных о возможном участии этих пептидов в механизмах природных гипометаболических состояний не имелось. Неокиоторфин был известен как слабый анальгетик, действие которого сопоставимо с эффектом лей-энкефалина, но в отличие от последнего не блокируется налоксоном [58]. Из физиологических эффектов КТ можно было отметить релизинг мет-энкефалина [57].
Суммарная фракция 1-2 кБ (Ф1-2) головного мозга суслика, из которой были выделены эти
пептиды, оказывала на изолированные препараты миокарда отрицательное хроно- и ионотроп-ное влияние (кролики, кошки, крысы, лягушки). В пейсмекерных структурах снижалась скорость медленной диастолической деполяризации, что ведет к снижению частоты сердцебиений; в предсердии и желудочке наблюдали ускорение реполяризации и исчезновение плато потенциала действия (ПД) [23, 24]. Форма ПД при тестировании Ф1-2 на кардиомиоцитах лягушки принимала вид, характерный для зимоспящих: уменьшалось плато, замедлялась фаза реполяризации, падала амплитуда [18, 23, 24]. Трансформация ПД обусловливалась замедлением Са2+-входя-щего тока и возрастанием К+-тока, что использовали в качестве теста при дальнейшем разделении фракции. Были локализованы гомогенные области и выделен ряд коротких пептидов. В отличие от "ингибиторов", например КТ или ББ, блокирующих потенциалзависимые трансмембранные Са2+-токи, НКТ стимулировал этот процесс [63, 41].
Разнонаправленные влияния КТ и НКТ проявились и на уровне целого организма, причем эффекты этих пептидов в значительной степени зависели от температуры и состояния животных. Они преимущественно выявлялись у животных с измененным физиологическим статусом и отсутствовали при нормальном состоянии. В опытах на лягушках аппликация НКТ на продолговатый мозг (2-20 мкг в изотоническом растворе КаС1, 0.2 мл) или введение этого пептида в лимфатические мешки (10-3-10-4 г/кг) повышала на 20-30% ритм возникновения моторных дыхательных залпов. Наиболее выраженные эффекты наблюдали в опытах с редким нерегулярным ритмом дыхания, вызванным кровопотерей; в этом случае частота дыхания после введения НКТ возрастала в 2-3 раза [22]. Внутрибрюшинное введение НКТ улучшало прогноз крыс в постреанимационный период после 12-минутной остановки сердца [26]. Предварительная перфузия НКТ ускоряла восстановление сердечной деятельности во время ре-перфузии после остановки изолированного сердца при гипотермии; наблюдались спад контрактуры миокарда и восстановление диастолического давления [5].
При внутрибрюшинном введении КТ не влиял на терморегуляцию крыс, находившихся в термонейтральной и жаркой среде; при действии же холода за счет угнетения теплопродукции КТ ускорял снижение температуры животных [4]. Неокиоторфин, напротив, не влиял на терморегуляцию крыс в холодной и жаркой среде в условиях максимального ее напряжения; в термонейтральной же среде, когда отключены компенсаторные механизмы, инъекция НКТ кратковременно повышала температуру живот-
J_I_I_I_I_L
0 1 2 3 4 5
Рис. 1. Влияние на частоту сердцебиений крыс инъекции НКТ в обычной модификации (пунктир) и аналога [D-Ser1]-НК^, устойчивого к протеолизу (линия). По оси абсцисс - время после инъекции, ч; по оси ординат - ЧС, уд/мин. * р < 0, 05; (п = 5).
ных [4]. При введении НКТ в желудочки мозга крыс при температуре среды 28°С отмечено повышение температуры животных, вызванное снижением теплоотдачи, при 18°С этот эффект ослаблялся [43]. Краткосрочность активирующих эффектов НКТ [Thr-Ser-Lys-Tyr-Arg], видимо, обусловлена его гидролизом в условиях теплокровного организма с помощью ангеотензин-конвертирующего энзима, в результате чего образуется дипептид киоторфин [Туг-А^], обладающий иными свойствами [38]. В пользу этого
предположения свидетельствует и тот факт, что в наших опытах внутрибрюшинное введение крысам аналога [Б^г2]-НкТ, устойчивого к протеолизу, на 3-4 ч повышало частоту сердцебиений животных [14, 22] (см. рис. 1).
Разнонаправленный характер ингибирую-щих и активирующих влияний КТ и НКТ наглядн
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.