Оксид азоту: роль у патогенезі артеріальної гіпертензії. |
|
М.І. Загородний, С.П. Каплінський.
Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця, м. Київ.
Артеріальна гіпертензія – найбільш поширене захворювання серцево-судинної системи, яке охоплює 10–25 % дорослого населення. Ця патологія є головним фактором ризику розвитку ускладнень та смертності в усіх країнах світу [4, 6, 13, 31]. В Україні артеріальну гіпертензію виявляють у більше 10 млн осіб, що потребує детального вивчення усіх патогенетичних механізмів розвитку хвороби та розробки ефективних методів лікування цієї патології [1, 2, 7, 9, 11, 12].
Ендотелій судин відіграє безпосередню роль у стабілізації тонусу судин, дії лікарських засобів, інтегруючи різні механізми: рефлекторні, гуморальні, а також місцеві фактори [10, 17, 23, 46]. Ендотеліоцити синтезують речовини, які, безпосередньо впливаючи на гладеньком'язові клітини судин, викликають або вазодилатацію (оксид азоту, простациклін, епоксиейкозатрієнова кислота), або вазоконстрикцію (простагландин Н2, ендотелін-1). За фізіологічних умов ці фактори перебувають у стані динамічної рівноваги. При артеріальній гіпертензії ця рівновага порушується в бік вазоконстрикторних факторів [8, 47].
Основним гуморальним фактором ендотелію, що відіграє провідну роль у регуляції тонусу судин, є оксид азоту (NO). NO утворюється з амінокислоти L-аргініну за допомогою ферменту NO-синтази (NOS). При розщепленні L-аргініну беруть участь О2 та НАДФ·H. NН2-група L-аргініну перетворюється на NOН-групу, з якої вивільняється NO в процесі утворення L-цитруліну (рис. 1). Запаси L-аргініну поповнюються шляхом надходження його з позаклітинного середовища або внутрішньоклітинного синтезу.
NO має властивість вільно дифундувати через цитоплазматичну мембрану і взаємодіяти з гуанілатциклазою – ферментом, який каталізує перетворення гуанозинтрифосфату в циклічний гуанозинмонофосфат (цГМФ). Останній активує цГМФ-залежну протеїнкіназу G, яка каталізує фосфорилювання кальцієвих та калієвих каналів [34]. Фосфорилювання калієвих каналів викликає виникнення К+-вихідного струму, а фосфорилювання кальцієвих каналів припиняє Са2+- вхідний струм. Внаслідок таких змін іонних струмів зменшується внутрішньоклітинна концентрація кальцію. Коли концентрація кальцію становить менше ніж 500 нмоль, Са2+ не зв'язується з кальмодуліном. Це призводить до від'єднання кальцію від кінази легкого ланцюга міозину – ферменту, що каталізує фосфорилювання легкого ланцюга міозину, викликаючи її інактивацію. Дефосфорилювання легких ланцюгів міозину запобігає їх зв'язуванню з актином, що врешті-решт призводить до розслаблення гладеньком'язових клітин судинної стінки [47]. Крім того, оксид азоту інгібує проліферацію гладеньком'язових клітин [25], синтез ендотеліну-1 [45].
Ключовою ланкою синтезу оксиду азоту є NO-синтаза. На сьогодні ідентифіковано три її ізоформи: нейрональна (nNOS), ендотеліальна (eNOS) та індуцибельна (iNOS). Перші дві є конститутивними ізоформами, тобто рівень їхньої експресії залишається відносно стабільним протягом життя організму. Ці NO-синтази каталізують утворення незначної кількості NO – приблизно нано- та пікомолі. Експресія ж індуцибельної NO-синтази непостійна і змінюється під впливом екзогенних та ендогенних факторів: прозапальні цитокіни, гіпоксія тощо [18, 30, 41]. Індуцибельна NO-синтаза має властивість активувати синтез NO у значних кількостях [22, 33].
Сумарні біологічні ефекти оксиду азоту залежать від його концентрації (рис. 2). В малих концентраціях (піко- та наномолі на літр) NO викликає вазодилатацію, має антиагрегантний вплив, регулює розслаблення міокарда, покращує умови роботи серця. В незначних кількостях NO гальмує експресію цитокінів, молекул адгезії, поглинання кисню і кальцію мітохондріями. У великій концентрації (мікромолі на літр) сприяє некрозу і апоптозу, гальмує відповідь на b-адренергічну стимуляцію та скоротливу функцію міокарда [45].
За умов артеріальної гіпертензії може порушуватися регуляція експресії NO-синтаз вже на етапі транскрипції, оскільки деякі фактори можуть впливати на експресію генів синтаз оксиду азоту через специфічні регуляторні ділянки. Промотори (ділянки ДНК, що лежать перед інформативною частиною гена і виконують роль регуляторів активності експресії) генів NO-синтаз можуть реагувати на численні транскрипційні фактори – естрогени, активуючий протеїн-1, активуючий протеїн-2, фактори NF-1, Sp-1, маючи у своїй структурі специфічні до цих речовин сайти. Промотор ендотеліальної NO-синтази реагує на тиск зсуву через відповідні елементи, яких відомо шість [29, 40].
Важливе значення в патогенезі артеріальної гіпертензії мають алельні поліморфізми (варіації геному, що визначають індивідуальні особливості особи і полягають у наявності точкових змін у генах або тандемних повторів у різних кількостях) генів NOS. Лише у гені ендотеліальної NO-синтази зараз відомо 15 алельних варіантів. Причому поліморфізми виявляють у промоторі (регуляторних ділянках), екзонах (інформативних ділянках) та в інтронах – неінформативних ділянках [3]. Наприклад, заміна тиміну на цитозин у 786-му положенні промотора eNOS призводить до зниження інтенсивності транскрипції відповідного гена. Поліморфізм гена ендотеліальної NO-синтази в 4-му інтроні спостерігають набагато частіше в етнічних слов'ян із есенціальною артеріальною гіпертензією [5].
Інтенсивність експресії NO-синтаз залежить від стадії життєвого циклу, на якій перебуває клітина [36, 43]. У молодих проліферуючих ендотеліоцитах рівень іРНК-синтаз оксиду азоту в 4 рази вищий, ніж у зрілих [43]. Можливо, саме цей факт може мати значення у розвитку схильності до появи артеріальної гіпертензії у літніх людей, в яких процеси проліферації перебувають на значно нижчому рівні порівняно з молодими людьми.
Для свого нормального функціонування білок NO-синтази проходить декілька складних післятрансляційних перетворень [15], суть яких зводиться до приєднання залишків жирних кислот – пальмітинової та міристинової – до певних амінокислотних залишків у молекулі NO-синтази [14, 26]. В експериментах на щурах показано, що якщо заблокувати ці перетворення, то NO-синтаза повністю припиняє функціонувати [26].
У подальшому модифіковані білки NO-синтази направляються до спеціальних колоподібних інвагінацій плазматичної мембрани, які називаються кавеолами (рис. 3). Встановлено, що активність eNOS в кавеолах у 9,4 разу перевищує таку у всій плазматичній мембрані. У кавеолах білок синтази оксиду азоту взаємодіє з кавеолінами – групою білків, які мають відповідну мембранну локалізацію [19, 21]. Кавеолін безпосередньо пригнічує активність усіх ізоформ NO-синтаз за рахунок наявності в його структурі так званого «scaffold»-регіону, який зв'язується зі специфічною ділянкою оксигеназного домену синтази. Мутація в цьому регіоні призводить до того, що кавеолін втрачає здатність пригнічувати активність NOS [24]. При дії певних факторів, наприклад брадикініну, NO-синтаза від'єднується від кавеоліну і переходить у цитозоль [14, 26].
Крім прямої дії на гладеньком'язові клітини, оксид азоту реалізує свій вплив на тонус судин і через автономну нервову систему. NO має двояку роль у регуляції автономного контролю судинного тонусу, в основному пригнічуючи активність симпатичної нервової системи і спричиняючи депресорний вплив. Однак у деяких ділянках центральної нервової системи оксид азоту має симпатоактивуючу та пресорну дію. Так, в експериментах на щурах показано, що внесення інгібітора NO-синтази NG-монометил-l-аргінін (l-NMMA) у ядра заднього гіпоталамусу призводило до підвищення активності симпатичного відділу вегетативної нервової системи і, як наслідок, до підвищення артеріального тиску. При внесенні донорів NO на ці ж ділянки центральної нервової системи спостерігали симпатоінгібіцію та зниження артеріального тиску [27]. В той же час нанесення оксиду азоту на деякі ділянки ядра поодинокого шляху призвело до активації симпатичної нервової системи та підвищення артеріального тиску [42].
В експериментальних умовах внутрішньовенні ін'єкції l-NMMA підвищували артеріальний тиск у щурів за умови денервації синокаротидної зони, що вказує на те, що симпатоактивуючий ефект інгібіторів NO-синтази у цілісному організмі нівелюється барорефлексом [42]. У щурів зі спонтанною артеріальною гіпертензією вже з народження експресія нейрональної NO-синтази підвищена порівняно з нормотензивними щурами-однолітками [27].
В експериментах на щурах зі спонтанною гіпертензією показано, що підвищення експресії NO-синтази, а отже збільшення виділення NO в гіпоталамусі стимулює вивільнення адренокортикотропного гормону гіпофізом. Це у свою чергу активує надниркові залози, секреторна активність яких зростає, що сприяє підвищенню тонусу периферійних судин у щурів зі спонтанною артеріальною гіпертензією. Проте молекулярний механізм впливу NO на клітини гіпоталамусу до кінця не встановлено [27, 38, 44].
У розвитку артеріальної гіпертензії важливим патогенетичним механізмом є підвищена інактивація оксиду азоту [51]. NO швидко взаємодіє із супероксидним аніоном з утворенням пероксинітриту, який вступає в реакцію з тирозином, внаслідок чого утворюється нітротирозин [20]. Останній використовують в імуно-гістохімічних дослідженнях як маркер зв'язування NO реакційно активними іонами кисню. У щурів зі спонтанною артеріальною гіпертензією порівняно із нормотензивними тваринами та у хворих з артеріальною гіпертензією порівняно з людьми, в яких артеріальний тиск реєстрували на фізіологічному рівні, спостерігали підвищену продукцію супероксидного аніону. Це свідчить про постійну швидку інактивацію NO і як наслідок – підвищення тонусу артеріол. Описані вище процеси лежать в основі поняття «оксидантний стрес» [32, 48, 49]. Як доказ можна навести дані про те, що у щурів зі спонтанною артеріальною гіпертензією ендотелійзалежна та ацетилхолін-індукована вазодилатація достовірно знижені, в той час як ацетилхолін-стимульована продукція NO і його концентрація залишалися нормальними. Кількісний імуногістохімічний аналіз препаратів аорти цих тварин показав, що вміст нітротирозину в судинах гіпертензивних щурів у 3 рази вищий, ніж у судинах нормотензивних щурів лінії Wistar [39].
Встановлено, що при оксидантному стресі, крім нітротирозину, утворюється високотоксичний радикал ONOO-. Цей іон активно взаємодіє з великою кількістю речовин, зокрема дезоксирибозою, ліпідами мембран, сульфгідрильними групами білків і спричиняє пряме оксидативне ушкодження тканин [37].
W. Hauser і співавтори [27] припускають, що підвищена експресія індуцибельної NO-синтази та утворення радикалу ONOO- відіграють основну роль у загибелі ендотеліальних та гладеньком'язових клітин у судинах щурів зі спонтанною гіпертензією за умов перебування їх на дієті з підвищеним вмістом солі та жирів. Як аргумент на користь цієї гіпотези наводять дані про те, що при перебуванні щурів зі спонтанною артеріальною гіпертензією на дієті, яка містила надлишок солі, спостерігали такі зміни: підвищення експресії індуцибельної NO-синтази і зменшення експресії ендотеліальної ізоформи (такі зміни в експресії різних ізоформ NO-синтаз призводили до зниження синтезу NO) та підвищення інактивації NO реакційно активними формами кисню. Вміст нітротирозину був у 7,5 разу вищий порівняно зі щурами зі спонтанною гіпертензією на нормальній дієті.
В утворенні супероксидного аніону важливу роль відіграє НАДФ-оксидаза в щурів зі спонтанною артеріальною гіпертензією [16, 35]. Тривале лікування інгібітором НАДФ-оксидази апоцином знижувало артеріальний тиск та утворення супероксидного аніону у щурів зі спонтанною гіпертензією лінії DОСА-salt hypertensive rats [16]. C.H. Kim [50] показав збільшення кількості поліморфноядерних лейкоцитів при перебуванні щурів лінії DОСА-salt hypertensive rats на дієті з підвищеним вмістом солі. Крім того, спостерігали дегрануляцію гранулоцитів та вивільнення ними реакційно активних форм кисню.
Таким чином, серед багатьох чинників розвитку артеріальної гіпертензії суттєве значення має порушення функції ендотелію судин і метаболізму оксиду азоту. Подальші дослідження в цьому напрямку сприятимуть не тільки встановленню механізму розвитку артеріальної гіпертензії, а й розробці нових ефективних препаратів для лікування цього захворювання.
Література
Укркардіо