Folate deficiency elimination: basic strategy homocysteine dependent correction of endothelial dysfunction

Full Text

Обмен метионина и гомоцистеина Гомоцистеин является составной частью обменных процессов, которые обеспечивают ряд важнейших для организма функций: перенос метильной группы, востребованной в реакциях метилирования; образование цистеина, глутатиона, гепарина, гепарансульфата и хондроитинсульфата, а также активных фолатов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот [11]. Метионин и гомоцистеин постоянно превращаются друг в друга в замкнутом цикле, работа которого возможна только благодаря поступлению метильных групп из цикла обмена фолатов. Метионин поступает в организм с пищей, он служит источником метильных групп для процессов метилирования – синтеза ряда биологически важных веществ, защиты ДНК от мутаций. Гомоцистеин образуется из метионина после того, как метионин отдает свою метильную группу в реакциях метилирования. Самостоятельной биологической роли гомоцистеин не имеет, он не входит в состав белков, а при накоплении в количествах, превышающих физиологические нормы, становится токсичным. Поэтому в организме существует несколько путей его утилизации, среди которых важную роль играет как раз перенос метильной группы с производных фолатов и превращение в метионин [10]. При дефиците фолатов или нарушении их обмена процесс превращения гомоцистеина в метионин нарушается, и это приводит к тому, что метионин, отработав в реакциях метилирования, превращается в гомоцистеин, а возможности к восстановлению не имеет. При этом гомоцистеин накапливается в избыточных количествах и оказывает токсические эффекты на целый ряд тканей в организме, а метионина, необходимого для большого количества биологически важных процессов, становится недостаточно. Токсическое воздействие на плод Особенно важным представляется способность гомоцистеина беспрепятственно проникать через плаценту и оказывать токсическое влияние на плод. Нарушение плацентации и фетоплацентарного кровообращения может быть причиной репродуктивной недостаточности: невынашивания беременности и гестоза в результате дефектов имплантации плодного яйца и инвазии трофобласта [19]. Доказано, что гипергомоцистеинемия (ГГЦ) на самых ранних стадиях беременности (3–4-й неделе внутриутробного развития) является одной из причин анэнцефалии и незаращения костномозгового канала (spina bifida). Также ГГЦ является причиной развития врожденных пороков сердца и дефектов нижних конечностей [13]. На более поздних стадиях беременности ГГЦ является причиной развития хронической плацентарной недостаточности и хронической внутриутробной гипоксии плода, что приводит к снижению генетически детерминированной массы плода и снижению функциональных резервов всех жизнеобеспечивающих систем новорожденного и развитию целого ряда осложнений периода новорожденности [20]. Эндотелиальная дисфункция В 1969 г. американский патологоанатом K.McCully впервые выдвинул предположение о значимой роли ГГЦ в индукции атеросклероза и сосудистых нарушениях после выполнения аутопсии ребенка с гомоцистеинурией, умершего в 7 нед, где он обнаружил распространенное атеросклеротическое поражение сосудов [40]. Дисфункция эндотелия является одним из важнейших патогенетических механизмов как сердечно-сосудистых заболеваний, так и маточно-плацентарной микроциркуляции. Согласно мнению H.H.Петрищева [1], в широком смысле эндотелиальная дисфункция определяется как: 1) уменьшение образования эндотелиальных факторов; 2) образование конформационно измененных эндотелиальных факторов; 3) нерегулируемое образование эндотелиальных факторов. В физиологических условиях образование атромбогенных субстанций в эндотелии преобладает над образованием тромбогенных. ГГЦ нарушает этот баланс, приводя к формированию дисфункции эндотелия. Основными мишенями патологических эффектов при ГГЦ в эндотелии являются эндотелиальный гиперполяризующий фактор (EDHF) и оксид азота (NO). В серии экспериментальных работ продемонстрировано, что введение гомоцистеина в культуру эндотелиальных клеток ведет к значительному снижению продукции EDHF и донатора NO нитрозотиола [39]. При ГГЦ имеет место разобщение реакции формирования NO, что уменьшает продукцию этого важнейшего вазодилататора и антиагреганта. По данным ряда авторов, при ГГЦ реализуется системный воспалительный ответ за счет повышения экспрессии провоспалительных цитокинов, в частности, ряда хемокинов, изменяющих адгезивные и функциональные свойства лейкоцитов интерлейкина (ИЛ)-6 и ИЛ-8. При ГГЦ показано усиление экспрессии сосудистой клеточной молекулы адгезии (VCAM-1), принимающей важную роль в накоплении мононуклеарных клеток на клетках эндотелия при смене фаз воспаления с острой на хроническую и в развитии мононуклеарной инфильтрации сосудистой стенки при атеросклерозе [26]. При ГГЦ происходит нарушение биодоступности NO за счет увеличенной продукции асимметричного диметиларгинина (АДМА). АДМА является продуктом протеолиза метилированных белков и эндогенным ингибитором NO-синтазы. Повышение АДМА в плазме прямо коррелирует с нарушением эндотелийзависимой вазорелаксации у приматов с индуцированной ГГЦ. Корреляция повышенного уровня АДМА с эндотелиальной дисфункцией была также отмечена в экспериментальных моделях при острой ГГЦ. Длительно протекающая ГГЦ посредством дисбаланса в антиоксидантной системе организма приводит к снижению количества эндотелиальных прогениторных клеток, что снижает регенеративные возможности и пластичность сосудистой стенки [8]. Цитотоксичность Большая часть гомоцистеина находится в связи с белками и в форме дисульфидов. Проникая в клетку, окисленные формы гомоцистеина вновь переходят в гомоцистеин, способный повреждать внутриклеточные структуры. Также имеется немалое количество сведений, что наличие активной тиоловой группы делает гомоцистеин агентом, способным самостоятельно вступать в комплексные взаимоотношения с другими белками организма – происходит так называемое N-гомоцистеинирование этих белков. Данные изменения протеинных комплексов приводят к их конденсации с возможной амилоидогенной конверсией, в результате чего образуются протеинные структуры, обладающие аутоантигенными свойствами и способные вызывать образование аутоантител. Наиболее часто образуются комплексы гомоцистеина с альбумином, гемоглобином, фибронектином, фактором V, аннексином [3]. Высокие титры антител к гомоцистеинизированному альбумину и гемоглобину отмечены у пациентов с коронарной болезнью сердца [37]. Гомоцистеин, гиперактивируя N-метил-D-аспартат (NMDA)-рецепторы миоцитов, в дозо- и времязависимой манере увеличивает экспрессию матриксной металлопротеиназы 9-го типа и ИЛ-1b, вовлеченных в пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток сосудистой стенки, что приводит к снижению компенсаторных возможностей микроциркуляторного русла [23]. Гипергомоцистеин в избыточных концентрациях приводит к угнетению натрий-калиевой аденозинтрифосфатазы (Na-/K-АТФазы) в мембране гладкомышечных клеток сосудов, увеличивает внутриклеточную концентрацию натрия, приводит к электролитным нарушениям, что вызывает вазоконстрикцию и становится существенным элементом порочного круга, лежащего в основе патогенеза как артериальной гипертензии, так и преэклампсии [2, 25]. Клинические и экспериментальные исследования демонстрируют, что при беременности изменяется активность Na-/K-АТФазы и угнетение a1-субъединицы этого фермента приводит к повышению внутриклеточного натрия, что потенцирует вазоспазм при преэклампсии [27]. Снижение активности Na-/K-АТФазы приводит к активации Тх-1-зависимой дифференцировки клеток, блокируя переключения иммунного ответа с типа Тх-1 на тип Тх-2. Преобладание Тх-1-иммунного ответа при беременности приводит к неполноценной инвазии цитотрофобласта, которая заключается в появлении клеток внутрисосудистого цитотрофобласта в просвете эндометриальных сегментов спиральных артерий. При нормальном развитии вторая волна инвазии цитотрофобласта, происходящая за счет миграции клеток внутрисосудистого цитотрофобласта вглубь стенок миометриальных сегментов спиральных артерий, сопровождается разрушением эластомышечных компонентов сосудов. В результате практически полной деструкции мышечных элементов эндо- и миометриальных сегментов спиральных артерий происходят значительное расширение их просвета и исчезновение реакции на воздействие вазопрессорных факторов, что обеспечивает дальнейший прирост маточно-плацентарного кровотока. Однако при ГГЦ за счет дисрегуляции на уровне иммунологического взаимодействия, сосудистого русла и системы гемостаза данный процесс отличается неполноценностью. Таким образом, иммунологические нарушения трансформируются в патологию микроциркуляции в системе маточно-плацентарного кровотока. Считают, что именно недостаточность второй волны инвазии цитотрофобласта в миометриальные сегменты спиральных артерий предшествует гестозу во второй половине беременности [27]. При увеличении концентрации гомоцистеина происходит нарушение вазомоторной, гемостатической и адгезионной функции эндотелия, поэтому ГГЦ может быть одной из причин развития генерализованной микроангиопатии на любом сроке беременности и, как следствие этой дисфункции, во второй половине беременности может проявляться в виде позднего гестоза: нефропатии, преэклампсии и эклампсии [20]. Нейротоксичность Наиболее тяжелые последствия модификации белков при ГГЦ, по данным ряда исследователей, отмечаются в эндоплазматическом ретикулуме, где отмечаются дисрегуляция липидного и углеводного обмена, активация каскада специфичных для данных клеток воспалительных белков, нарушение синтеза. Окисление гомоцистеина приводит не только к образованию гомоцистеина, имеющего прямой цитотоксический эффект, но и инициирует формирование активных кислородных радикалов, что приводит к оксидативному стрессу. Длительно существующая метаболическая дисрегуляция вместе с оксидативным стрессом могут вызывать клеточный апоптоз, что особенно важно для развивающихся (фетальных) тканей и тканей с высоким уровнем метаболизма [38]. Один из метаболитов данной аминокислоты – гомоцистеин-тиолактон, образующийся при участии аминоацил-тРНК-синтазы, – представляет собой высокореактивный тиоэфир. Ацетилируя любую свободную аминогруппу, он обладает способностью образовывать достаточно прочные связи с другими белками организма, изменяя их структуру и функциональные свойства [10]. Кроме прямого повреждения белковых структур, также происходит дополнительное изменение структуры, опосредованное свободнорадикальным окислением [3]. Анализ экспериментальных данных В одном из экспериментальных исследований при соединении гомоцистеина-тиолактона с овечьим прионным протеином образуются нерастворимые белковые комплексы проамилоидной структуры диаметром до 1 мкм, устойчивые к расщеплению протеинкиназы К [5]. В эксперименте на грызунах гомоцистеин-тиолактон демонстрирует нейротоксические свойства, вызывая эпилептические припадки у лабораторных животных и нейродегенеративные изменения, причем токсичность данной конъюгированной аминокислоты напрямую зависит от активности параоксоназы-1 – фермента, относящегося к классу арилдиалкилфосфатаз, осуществляющих гидролиз фосфорорганических соединений (нейротоксинов), способного осуществлять расщепление гомоцистеина-тиолактона [6]. Экспериментальные данные демонстрируют снижение активности Na-/K-АТФазы в гиппокампе при ГГЦ. В противоположность этому гомоцистеин-тиолактон сильно ингибирует активность Na-/K-АТФазы во всех структурах головного мозга, особенно в коре и стволе головного мозга, приводя к электролитным нарушениям и прямому цитотоксическому эффекту в нейронах и глиальных клетках. Электролитные нарушения изменяют способность нейронов генерировать биопотенциалы действия за счет увеличения ригидности ионотранспортных систем клеточных мембран. Биологический смысл данного феномена заключается в снижении способности нейронов передавать информацию. Немецкими учеными в эксперименте были установлены изменения электрофизиологических свойств клеток в культуре нейронов гиппокампа при введении гомоцистеина [24]. Данные изменения объясняют эксайтотоксические и судорожные свойства метаболитов гомоцистеина [7]. В эксперименте на культуре клеток нейробластомы, одной из моделей для изучения развивающейся нейральной ткани, гомоцистеин проявлял выраженные нейротоксические свойства, проявляющиеся в значительном снижении активности клеточной аденозинмонофосфат (АМФ)-активируемой протеинкиназы, ключевого фермента энергетического обмена клеток, которая также опосредованно через фосфорилирование ключевых ферментов метаболизма клеточного цикла участвует в контроле за стабильностью генома. Также отмечался апоптоз нейральных клеток за счет внутриклеточного оксидативного стресса, связанного с повышением активности никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ)-оксидазы [9]. У детей, рожденных от матерей с ГГЦ, наблюдается отставание в умственном и физическом развитии [20]. Активация апоптоза Поскольку гомоцистеин и продукт его аутоокисления – гомоцистеиновая кислота относятся к токсическим структурным аналогам глутамата, вероятной мишенью для их токсического действия являются глутаматные рецепторы, в первую очередь ионотропные NMDA-рецепторы. Глутамат является одним из основных нейромедиаторов в центральной нервной системе, обеспечивающих передачу электрического сигнала в синапсах, которая реализуется через активацию глутаматных рецепторов. В результате экзайтоксического действия глутамата и/или его аналогов (гомоцистеиновой кислоты) посредством гиперактивации изоформы митогенактивируемой протеинкиназы (ERK1/2) запускаются механизмы апоптоза: повышение транспорта Са2+ в клетку, блокирование митохондриального комплекса I, увеличение активности внутриклеточных протеаз, кальмодулинзависимых протеинкиназ, липаз и эндонуклеаз и как результат – фрагментация ДНК и гибель нейрона [25]. ГГЦ относится к числу важных факторов, обусловливающих когнитивные свойства млекопитающих. Хроническая экспериментальная ГГЦ в эксперименте вызывает когнитивные дисфункции, в частности ухудшение памяти у лабораторных животных [21]. Установлено, что пренатальная ГГЦ приводит к окислительному стрессу и активирует апоптоз нейрональных клеток у потомства крыс, а также угнетает экспрессию нейроспецифических адгезивных белков (белок S100B, GFAP, N-CAM), которые играют важную роль в процессах синаптической пластичности в разных структурах мозга [22]. Травмы, нарушения мозгового кровообращения, инфекции, дегенеративные и аутоиммунные процессы в центральной нервной системе сопровождаются как минимум местной воспалительной реакцией, в которой микроглия и астроциты играют далеко не последнюю роль. Активация астроцитов и микроглии, приводящая к экспрессии цитокинов и других факторов, с помощью которых данные элементы потенцируют дальнейшую активацию, является механизмом, предназначенным для защиты нейронов во время ранней фазы повреждения головного мозга, что, с другой стороны, приводит к усилению воспалительной реакции на поздних стадиях указанных патологических процессов [30]. Ca2+-связывающиеся белки типа S100B считаются одним из факторов, модулирующих данные реакции [30]. Белок S100B в основном играют роль нейротрофического фактора, содействуя выживанию нейронов в условиях стресса и росту аксонов [31] и противодействуя стимулирующему влиянию нейротоксинов на секрецию клетками микроглии фактора некроза опухоли-a [32]. Представляет интерес, что трансгенные по S100B мыши характеризуются повышенной восприимчивостью к перинатальной гипоксии-ишемии и внутрижелудочковому введению человеческого b-амилоида [33]. Следует отметить, что протеин S100B также регулирует состояние микротрубочек и промежуточных филаментов 3-го типа [34] и уровень концентрации кальция в цитоплазме [35]. По данным R.Bianchi и соавт., белок S100B оказывает несколько внеклеточных эффектов. Во-первых, S100B вызывает RAGE-зависимую экспрессию и секрецию хемокинов CCL3, CCL5, и CXCL12, которые способствуют миграции микроглии. Во-вторых, S100B также вызывает RAGE-зависимую индукцию рецепторов хемокинов CCR5 и CCR1. Таким образом, концентрация гомоцистеина опосредованно через систему «протеин S100B–RAGE» влияет на экспрессию хемокинов, которые вызывают соответствующие изменения цитоскелета, приводящие к формированию ламеллоподий [36]. Гомоцистеинассоциированные расстройства Генетический полиморфизм генов фолатного цикла и ГГЦ как исход этой аллельной неоднородности значительно увеличивают риск биполярных расстройств. Так, согласно метаанализу J.Muntjewerff и соавт. при наличии ТТ-генотипа вероятность заболевания шизофренией на 36% выше по сравнению с носителями СС-генотипа [17]. Метаанализ O.Peerbooms и соавт. продемонстрировали, что TT-генотип значимо чаще встречается среди пациентов с эндогенными психическими расстройствами (шизофренией, биполярным расстройством и эндогенной депрессией), чем в психически здоровой группе [14]. Другие эпидемиологические исследования включают полиморфизм MTHFR 677TT в список 16 генов, которые являются генетическими факторами риска шизофрении, а MTHFR находится в списке 4 генов, которые имеют «сильную степень эпидемиологической вероятности» в отношении шизофрении [15, 17]. С другой стороны, по данным многочисленных исследований, ГГЦ отмечается гораздо чаще у пациентов с биполярными расстройствами. По данным метаанализа J.Muntjewerff и соавт. превышение уровня гомоцистеина плазмы на 5 мкмоль/л повышает вероятность шизофрении на 70% [17]. B.Regland и соавт. сообщают, что 45% пациентов с шизофренией, которых они обследовали, имеют ГГЦ, не связанную с психофармакотерапией [18]. Повышение уровня фолатов Метафолин®* является легко усваиваемой биологически активной формой фолатов и обладает оптимальной биодоступностью. Метафолин представляет собой биологический эквивалент для снижения уровня гомоцистеина и обусловливает значительно более высокий уровень содержания фолатов в эритроцитах крови, чем прием фолиевой кислоты. В общей популяции 10–12% людей имеют гомозиготный рецессивный вариант дефектного гена, кодирующего синтез метилентетрагидрофолатредуктазы, в связи с чем активность фермента, ответственного за усвоение фолиевой кислоты, у этой группы снижена на 70%. Еще 40–50% людей имеют гетерозиготное носительство дефектного гена. В этой группе активность фермента снижена на 30%. Почти у 50% беременных 40% суточной дозы фолатов не усваивается из пищи. Среди первобеременных группы риска по развитию преэклампсии дефицит фолатов составляет примерно 30% суточной дозировки, а при сочетании с мутациями гена, кодирующего метилентетрагидрофолатредуктазу, возрастает до 60%. В то же время у беременных с умеренной преэклампсией частота мутаций в изучаемом локусе составила 64%, и данные мутации были обнаружены практически у всех пациенток с диагнозом тяжелой преэклампсии. Метафолин позволяет обеспечить достаточное присутствие фолатов в тканях независимо от активности ферментных систем, снизить риск самопроизвольных абортов и преждевременных родов, преждевременной отслойки нормально расположенной плаценты и преэклампсии. Для утилизации данной формы фолата в организме не требуется дополнительных метаболических шагов. Не вызывает сомнений важность разработки дополнительных стратегий, обеспечивающих достаточный уровень потребления фолатов женщинами репродуктивного возраста. На совещании Надзорного комитета по препаратам для репродуктивного здоровья Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов в 2003 г. было выдвинуто предположение о том, что комбинированные оральные контрацептивы (КОК) могут служить обоснованным методом доставки фолатных добавок в организм женщин детородного возраста. Соответствующее предложение было единогласно принято, и с этого момента началась разработка КОК с добавлением активной формы фолиевой кислоты. Применение Ярина Плюс и Джес Плюс способствует значительному росту содержания фолатов в эритроцитах и плазме крови. После 24 нед применения данных контрацептивов у 95% женщин концентрация фолатов в эритроцитах достигла 906 нмоль/л. В ходе многоцентрового рандомизированного двойного слепого исследования с параллельными группами и активным контролем, завершившегося в США в 2012 г., были изучены фолатный статус и концентрация гомоцистеина в плазме крови пациенток в течение 24-недельного приема КОК с Метафолином. Установлено, что у здоровых женщин, нуждающихся в контрацепции, в результате применения КОК с Метафолином клинически значимо повышается содержание фолатов в крови до 63,7±24,3 нмоль/л уже на 8-й неделе. Одновременно снижается уровень гомоцистеина в плазме крови с 7,2±1,1 до 6,9±1,1 мкг/л. Заключение Таким образом, применение контрацептивов, содержащих биологически активный левомефолат кальция, на этапе преконцепции является частью целевого подхода к профилактике осложнений беременности у женщин репродуктивного возраста.

About the authors

N I Tapilskaya

Email: tapnatalia@yandex.ru

S N Gaidukov

References

Supplementary files