CC BY
223
ЗАОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ПОСЛЕДИПЛОМНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
© В.Н. ТИТОВ, 2014
УДК 612.018:577.175.722
В.Н. Титов
ИНСУЛИН: ИНИЦИИРОВАНИЕ ПУЛА ИНСУЛИНЗАВИСИМЫХ КЛЕТОК, НАПРАВЛЕННЫЙ ПЕРЕНОС ТРИГЛИЦЕРИДОВ И ПОВЫШЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОКИСЛЕНИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ (ЛЕКЦИЯ)
ФГБУ «Российский кардиологический научно-производственный комплекс» Минздрава РФ, 121552, г. Москва, ул. 3-я Черепковская, д. 15-а
Для обеспечения энергией биологической функции локомоции инсулин (ИНС) сформировал: а) пул филогенетически поздних инсулинзависимых, специализированных клеток; б) высокопроизводительный, векторный вариант переноса насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот (НЖК и МЖК) только к инсулинзависимым клетками; в) новый вариант активного поглощения субстратов для наработки клетками энергии - апоЕ/В-100-рецепторный эндоцитоз; г) превращение всей эндогенно синтезированной пальмитиновой НЖК в олеиновую МЖК; д) замену потенциально малоэффективного пальмитинового варианта формирования in vivo энергии на потенциально высокоэффективный олеиновый вариант метаболизма субстратов для наработки АТФ. Инсулин экспрессировал синтез апоЕ, глюкозного транспортера 4 и стеарил-КоА-десатуразы. Это подтверждает, что синдром резистентности к инсулину - это в первую очередь патология метаболизма ЖК и только во вторую - патология метаболизма глюкозы. Многофункциональные жировые клетки висцеральной, рыхлой соединительной ткани и специализированные адипоциты подкожных жировых депо - это филогенетически, регуляторно и функционально разные клетки. Сформированы они при становлении разных биологических функций: первые при реализации биологической функции трофологии, вторые - биологической функции локомоции. Механизмы обратной связи гипоталамус ^ жировые клетки на уровне организма реализует пептид лептин; гипоталамус ^ адипоциты - пептид адипонектин. Потенциальные возможности митохондрий в синтезе АТФ высоки и ограничение синтеза АТФ обусловлено только количеством субстрата митохондрий ацетил-КоА. Недостаток этот может быть хроническим, как при нарушении функции инсулина и пальмитиновом варианте метаболизма субстратов для наработки клетками энергии. Дефицит ацетил-КоА может быть и острым, как при диабетической коме, когда избыточное количество кетоновый: тел сопровождает выраженный дефицит ацетил-КоА, образованного из глюкозы и ЖК. Не окажется ли эффективным при диабетической, кетоацидотической коме внутривенное введение ацетил-КоА?
Ключевые слова: инсулин; жирные кислоты; адипоциты; митохондрии; пероксисомы. V.N. Titov
INSULIN: INITIATION OF POOL OF INSULIN-DEPENDENT CELLS, TARGETED TRANSFER OF TRIGLYCERIDES AND INCREASE OF KINETIC PARAMETERS OF OXIDATION OF FATTY ACIDS
The Russian cardiologic R&D production complex of Minzdrav of Russia, 121552 Moscow, Russia
The insulin, to provide with energy the biological function of locomotion, formed: a) pool of phylogenetically late insulin-dependent cells; b) highly productive vector variant of transfer of saturated and mono unsaturated fatty acids only to insulin-dependent cells; c) new variant of active absorption of substrates for acquiring energy by cells - apoE/B-100-receptor endocytosis; d) transformation of all endogenically synthesized palmitic saturatedfatty acid in oleic mono saturated fatty acid and e) replacement of potentially ineffective palmitic variant of formation of energy in vivo with potentially high-performance oleic variant of metabolism of substrates for turning out of ATP. The insulin expressed synthesis of apoE glucose carrier 4 and stearyl-KoA-desaturase. These occurrences confirm that syndrome of insulin resistance primarily is the pathology of metabolism of fatty acids and only secondary the pathology metabolism of glucose. The multi-functional fatty cells of visceral areolar tissue and specialized adipocytes of subcutaneous fat depots are phylogenetically, regulatory and functionally different cells. They are formed under development of different biological functions: the first ones under realization of biological function of trophology and second ones under realization of biological function of locomotion. At the level of organism, the mechanisms of hypothalamus-fatty cells feedback are realized by peptide leptin and in case of hypothalamus-adipocytes feedback - peptide adipone^in. The potential possibilities of mitochondria in synthesis of ATP are high and are conditioned only by amount ofsubstrate of mitochondria acetyl-KoA. This shortage can be chronic as in cases of disorder of insulin function and palmitic variant of metabolism of substrates for acquiring energy by cells. The deficiency of acetyl-KoA can be acute as is the case of diabetic coma when surplus amount of ketonic bodies follows the expressed deficiency of acetyl-KoA formed from glucose and fatty acids. Can the intravenous injection of acetyl-KoA be effective under diabetic ketoacidosic coma?
Keywords: insulin, fatty acids, adipocytes, mitochondria, peroxisomes
Для корреспонденции:
Титов Владимир Николаевич, д-р мед. наук, проф., рук. лаб. клин. биохимии липидов.
Адрес: 121552, Москва, ул. Черепковская, 15А. E-mail: vn_titov@mail.ru
Согласно филогенетической теории общей патологии, на всех трех уровнях регуляции метаболизма in vivo, биодоступность для клеток и митохондрий субстратов наработки энергии - жирных кислот (ЖК) и глюкозы «оставляла желать лучшего». Биодоступность
субстратов для митохондрий лимитирующий этап синтеза макроэргических молекул АТФ. На всех ступенях филогенеза клетки стремились формировать более эффективное поглощение субстратов для наработки энергии. В филогенезе последовательно: а) на аутокринном, клеточном уровне регуляции метаболизма; б) в пара-кринно, локально, гуморально регулируемых сообществах клеток, в органах и в) на уровне организма (in vivo) сформировалось и миллионы лет совершенствуется обеспечение клеток субстратами для наработки энергии.
Оно включает: запасание, мобилизацию и перенос к клеткам экзогенных субстратов; активное, рецептор-ное поглощение их клетками и формирование in vivo оптимального, эндогенного субстрата для окисления в митохондриях. На ступенях филогенеза реализация каждой из биологических функций и биологических реакций требует затрат энергии, расхода АТФ. Потребности экспоненциально возрастают при совершенствовании биологических функций и биологических реакций; в наибольшей мере это относится к формированию биологической функции локомоции, движению за счет сокращения поперечно-полосатых миоцитов и действию инсулина.
1. Становление на ступенях филогенеза функции митохондрий и синтеза АТФ
На поздних ступенях филогенеза, при формировании биологической функции локомоции произошло становление системы инсулина, формирование пула филогенетически поздних инсулинзависимых клеток, образование замкнутой системы кровообращения и сердца как центрального насоса. Сердце и артерии эластического типа объединили миллионы разрозненных, локальных перистальтических насосов паракринных СК в единую сосудисто-сердечную систему. Она состоит из филогенетически раннего дистального отдела - миллионов локальных насосов, артериол мышечного типа во всех паракринно регулируемых СК и проксимального отдела - центрального насоса сердца и артерий эластического типа в качестве гидродинамической, буферной системы. Параллельно сформировался пул инсулинзависимых клеток, который составили поперечно-полосатые, скелетные миоциты, кардиомиоциты, адипоциты и пери-портальные гепатоциты.
Биологическая роль инсулина - обеспечение субстратами энергии всех клеток, которые задействованы в реализации биологической функции локомоции. Инсулин призван путем индукции субстратом активировать синтез митохондриями АТФ в существенно большем количестве, чем это было ранее. Необходимо покрыть
потребности всех филогенетически ранних инсулинне-зависимых клеток in vivo и обеспечить их энергией, а также более поздний большой пул инсулинзависимых клеток. Высокие потребности биологической функции локомоции в энергии явились основой того, что метаболизм in vivo до и после становления этой функции, до и после инсулина, характеризуют выраженные количественные различия. Действие инсулина столь эффективно, а увеличение синтеза АТФ (производства энергии) столь значительно, что достигнуть этого возможно только путем совершенствования не только реакций метаболизма, но и физиологических процессов in vivo в целом.
Согласно филогенетической теории общей патологии и приведенному нами методологическому приему биологической субординации, филогенетически поздний регулятор на уровне организма, органично надстраивается над более ранними гуморальными медиаторами в паракринные сообщества (ПС), функционально с ними взаимодействует, но отменить (изменить) действие филогенетически ранних более поздний гуморальный (нервный) регулятор не может. Все это в полной мере относится к инсулину. Гормон не может вмешаться в регуляцию метаболизма глюкозы, который сформировался на миллионы лет раньше; все это время метаболизм глюкозы регулировали (регулируют) индукция субстратом, гипергликемия и глюкагон. Не может инсулин повлиять на биохимические процессы в митохондриях, которые миллионами лет раньше на аутокринном уровне, вероятно путем симбиоза, «приватизировали» клетки. Не в силах инсулин изменить перенос к клеткам ЖК в составе филогенетически ранних липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) и пассивное поглощение клетками ЖК. Не может инсулин повлиять и на филогенетически ранний перенос ЖК в форме неполярных липидов - тригли-церидов (ТГ) и эфиров со спиртом холестерином (ХС) в составе липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и апоВ-100-рецепторное поглощение их клетками.
Не может инсулин сформировать активное поглощение клетками глюкозы, повысить производительность филогенетически ранних глюкозных транспортеров (ГЛЮТ1, ГЛЮТ2 и ГЛЮТ3), повлиять на биохимические реакции синтеза гликогена, на процессы гликолиза, гли-когенолиза и глюконеогенеза. Инсулин не может оказать влияние на гидролиз ТГ пищи в кишечнике и всасывание энтероцитами ЖК в форме неэтерифицицированных ЖК (НЭЖК) и 2-моноацилглицеридов. Инсулин не в силах увеличить перенос НЭЖК в гидрофильной среде, активировать синтез и повысить концентрацию в плазме крови белка-переносчика НЭЖК альбумина. Не может гормон изменить количество ТГ, которое связывает гидрофобными доменами апоВ-100 в составе ЛПНП, и активировать апоВ-100-рецепторный эндоцитоз. Как же в столь стесненных условиях инсулин на поздних ступенях филогенеза все-таки инициирует значительное увеличение в митохондриях синтеза макроэргического АТФ?
О—-Н-0
^ У
О-Н-О'
Рис. 1. Циклическая форма ацетата в воде как наиболее ранний в филогенезе субстрат для окисления в митохондриях и синтеза АТФ.
Цисте и н Витамин В5 АТФ
Рис. 2. Кофермент А; с ним в форме неполярного тиоэфира в клетках проходят все реакции с уксусной кислотой в форме ацетил-КоА и со всеми ЖК в форме ацил-КоА.
Условием, которое невозможно прояснить (можно только предполагать), является знание субстрата, которого в первом, обогащенном Mg2+ мировом океане, ор-ганеллы архибактерий - митохондрии стали окислять первым в синтезе АТФ. Наиболее реально, что этот субстрат - уксусная кислота (ацетат), точнее циклический димер ее в водной среде - диацетат, по сути, кетоновое тело (рис. 1). Если мы расставим все субстраты, которые окисляют миохондрии, в порядке возрастания константы скорости реакции, образуется такая последовательность: ацетат (ацетил-КоА) и кетоновые тела; коротко-цепочечные ЖК С-6-С-10; эндогенно синтезированная га-9 С 18:1 олеиновая мононенасыщенная ЖК (МЖК); экзогенная га-6 С 18:1 олеиновая МЖК; С 16:0 пальмитиновая насыщенная ЖК (НЖК); последняя в перечне субстратов - глюкоза. Заметим, что во внутренней мембране митохондрий функционирует только один переносчик ЖК; это карнитинпальмитоил-ацилтрансфераза, которая переносит в матрикс органелл только филогенетически рано синтезированную in vivo, in situ de novo опять-таки из уксусной кислоты (из ацетата) пальмитиновую (Пальм) НЖК. Кетоновые тела и короткоцепочеч-ные ЖК (< С 10:0) проходят через внутреннюю мембрану митохондрий свободно.
С самых ранних ступеней филогенеза все ЖК, начиная с уксусной кислоты, вступают в биохимические реакции in vivo в форме неполярных липидов при ко-валентном взаимодействии со спиртами. С ранних ступеней филогенеза неполярные формы ЖК спиртами в цитозоле клеток образуются в реакции с коэнзим А при образовании тио-эфирной связи (рис. 2), при образовании активной формы ЖК - ацил-КоА и эфира уксусной кислоты ацетил-КоА. Далее спиртами в реакции образования эфиров ЖК являются карнитин, глицерин, холестерин, сфингозин и очень длинноцепочечный спирт долихол. Так, синтез Пальм НЖК происходит путем последовательного увеличения длины С 4:0 масляной кислоты вплоть до образования С 16:0 Пальм НЖК.
Есть основания полагать, что синтез Пальм НЖК определен тем, что температура первого, обогащенного Mg2+ мирового океана, в котором доминировали архибактерии с митохондриями в цитозоле, составляла 36-42°С. Для воды это изоволюметрический интервал, в котором повышение температуры не сопровождается увеличением ее объема. Из первого мирового океана филогенетически более поздние эукариотические (ядерные) клетки приватизировали митохондрии, в матриксе которых доминируют Mg2+. Из второго, обогащенного К+ мирового
океана, эукариоты приватизировали внутриклеточную среду цитозоль, в котором реально преобладают К+. Из третьего обогащенного Na+ мирового океана эукариоти-ческие клетки приватизировали пул межклеточной среды с составом ионов, который соответствует современной морской воде.
С ранних ступеней филогенеза, с аутокринного уровня регуляции метаболизма митохондрии предпочитают окислять ацетил-КоА, образованный из кетоновых тел и короткоцепочечных ЖК. И только при отсутствии первого и второго, НЭЖК в цитозоле клеток митохондрии окисляют ацетил-КоА, образованный не из ЖК, а из глюкозы, из пирувата. Второй особенностью митохондрий является высокая способность потенциально усиливать синтез АТФ при активации их функции субстратом. Если бы митохондрии этой способностью не обладали, активация инсулином синтеза АТФ пропорционально индукции количеством субстрата была нереальной. Это определено еще и тем, что митохондрии всех животных экзотрофов, в том числе приматов и Homo sapiens, есть завершающий этап биологической функции трофологии (питания), биологических реакций экзотрофии и эндотрофии, в которых индукция субстратом является основным регулятором.
Для целей, которые биология предопределила инсулину, глюкоза - явно неподходящий субстрат, потому что энергетическая ценность ее низкая, активно поглощать глюкозу клетки не могут, депонировать ее в форме гидрофильного полимера гликогена in vivo негде. Поэтому "все внимание инсулин сосредоточил" на регуляции метаболизма ЖК, используя при этом сформированное на ранних ступенях филогенеза «субстратное предпочтение» органелл; митохондрии можно «принудить» окислять глюкозу только в том случае, если лишить их возможности окислять ЖК. Для этого надо понизить содержание в межклеточной среде кетоновых тел, НЭЖК в ассоциации с альбумином, блокировать пассивное и активированное поглощение ЖК клетками; при отсутствии в цитозоле кетоновых тел и НЭЖК митохондрии вынуждены окислять глюкозу, однако как только в цитозоле клеток появятся ЖК, митохондрии тут же остановят окисление ацетил-КоА из глюкозы и начнут окислять ЖК. В чужой монастырь, как известно, со своим уставом не ходят, но митохондрии "пришли", были приватизированы эукариотическими клетками вместе со своим уставом, с геномом. Со временем, естественно, часть белков для митохондрий стала синтезировать рибосомы эндоплазматической сети эука-риотических клеток, однако все специфичные белки «дыхательной цепи», переноса электронов, закодированы в геноме митохондрий, и синтез их осуществляют сами органеллы.
Выраженное усиление обеспечения митохондрий субстратами, которое сформировал инсулин на поздних ступенях филогенеза, происходит только в инсулинза-висимых клетках. Гормон не регулирует филогенетически ранние инсулиннезависимые клетки висцеральной клетчатки сальника, которые не имеют на мембране рецепторов к инсулину, являющемуся единственным гормоном, действие которого реализовано только на уровне организма. В отличие от всех иных гормонов инсулин не регулирует реакции метаболизма на уровне ПС клеток. Есть основания говорить, что резистентность к инсулину (ИР) - это в первую очередь нарушение регуляции метаболизма ЖК и только во вторую - нарушение метаболизма глюкозы; ИР - это только функциональные
нарушения. Что же конкретно сделал инсулин для существенного усиления обеспечения клеток субстратами для наработки энергии, для синтеза митохондриями АТФ в инсулинзависимых клетках?
2. Инсулин и образование инсулинзависимых клеток на поздних ступенях филогенеза
Реализуя данные природой полномочия, инсулин сформировал пул инсулинзависимых клеток; функция их является порой новой и специфичной.
A. Инсулин инициировал образование поперечнополосатых миоцитов, которые гормон «обеспечивает» субстратами для наработки энергии, синтеза митохондриями АТФ в условиях самой интенсивной функции сокращения. Скелетные миоциты непосредственно реализуют биологическую функцию локомоции, функцию трофологии и гомеостаза (поиски пищи), функцию адаптации и косвенно биологическую функцию сохранения вида.
Б. Образованы инсулинзависимые кардиомиоциты; они призваны в реализации биологической функции локомоции обеспечить высокий уровень метаболизма in vivo путем активации биологической реакции кровообращения, биологических функций гомеостаза, трофологии, эндоэкологии и адаптации. В филогенетической сосудисто-сердечной системе при реализации биологической функции локомоции все высокие параметры метаболизма обеспечивает миокард (кардиомиоциты) в системе кровотока.
B. Дифференцированный пул инсулинзависимых адипоцитов предназначен для запасания ЖК в форме ТГ в подкожном жировом депо, мобилизации их в целях реализации биологической функции локомоции. Только в адипоцитах инсулин блокирует гормонозависимую липазу и останавливает гидролиз ТГ; уменьшает (блокирует) освобождение в кровоток НЭЖК; снижает содержание НЭЖК в крови в ассоциации с альбумином; уменьшает пассивное поглощения НЭЖК клетками; усиливает окисление клетками глюкозы; увеличивает пассивное по градиенту концентрации поглощение клетками глюкозы; блокирует гликогенолиз. Инсулин блокирует образование ацетил-КоА из ЖК и активирует образование его из глюкозы, из пирувата, усиливая окисление ацетил-КоА в цикле Кребса. Для реализации биологической функции локомоции инсулин инициирует запасание НЖК + МЖК в форме ТГ только в адипо-цитах подкожной жировой ткани, но не в жировых клетках висцерального депо.
Г. В филогенетически более ранних гепатоцитах инсулин инициирует экспрессию генов, синтез клетками рецепторов к инсулину, глюкозных транспортеров ГЛЮТ4 и формирование пула инсулинзависимых клеток; функция специализированных гепатоцитов становится несколько иной. В перипортальных гепатоцитах инсулин активирует запасание глюкозы в форме полимера гликогена. Иной пул гепатоцитов, вероятно, стал запасать ЖК в форме ТГ, но не так, как это делали все клетки in vivo миллионы лет, а как это свойственно специализированным, инсулинзависимым адипоцитам.
Каждая из клеток, в том числе и жировые клетки рыхлой соединительной ткани (РСТ), в паракринных сообществах в течение миллионов лет в филогенезе запасали ЖК в форме эфиров с трехатомным спиртом глицерином, в форме ТГ. В цитозоле всех клеток ТГ формируют мелкие жировые капли, общая поверхность которых оптимальна для быстрого гидролиза. Каждая из липидных капель окружена монослоем фосфолипидов,
в который встроен перилипин - специфический белок. Функция его соответствует аполипопротеину (апоС-II) в апоВ-100 ЛП. Перилипин обеспечивает доступность гидрофобного субстрата ТГ для гидролиза его гидрофильной гормонозависимой липазой, которая, к тому же, находится в гидрофильной среде цитозоля.
Филогенетически поздние специализированные ади-поциты запасают ЖК в форме ТГ в одной большой капле, которая занимает весь цитозоль. Емкость адипоцита стала больше, общая поверхность липидных капель - меньше; это понизило кинетические параметры липолиза в адипоцитах. До синтеза инсулина наибольшее количество ЖК в форме ТГ запасали инсулиннезависимые жировые клетки РСТ; они располагаются в висцеральных жировых депо, в сальнике и забрюшинной клетчатке. Количество их ограничено в онтогенезе, как и их размеры. Размеры клеток, как и размеры паракринно регулируемых сообществ, ограничены параметрами диффузии гидрофильных гуморальных медиаторов и субстратов в гидрофильной среде, которая является основой пассивного поглощения клетками субстратов. Вместе с тем размеры адипоцитов могут увеличиваться в десятки раз, что, несомненно, нарушает биологическую функцию го-меостаза и эндоэкологии. Депонирование ЖК в форме ТГ в инсулинзависимых адипоцитах происходит в депо подкожной жировой ткани; количество таких клеток в афизиологических условиях может быть очень большим. Можно полагать, что регуляция жировых клеток РСТ висцерального депо, которое не имеет рецепторов к инсулину, происходит двояко: локально - гуморальными медиаторами на уровне ПС клеток и тоже гуморальным путем, но на уровне организма при формировании механизмов обратной связи в системе депо жировой ткани ^ нейросекреторные ядра гипоталамуса.
Механизмы обратной связи в регуляции функции жировых клеток висцерального депо, в филогенезе органично надстроились над ПС клеток. На уровне организма механизмы обратной связи висцерального пула жировых клеток реализует гуморальный медиатор лептин. На уровне ПС клеток, во всех органах in vivo, механизмы обратной связи реализует единый гуморальный медиатор ангиотензин II (АНГ-II). Для адипоцитов подкожной жировой ткани на уровне организма таким гуморальным медиатором для оментального, висцерального пула жировых клеток брюшной полости является адипонектин. Действие лептина и адипонектина реализуют нейросекреторные ядра гипоталамуса, базофилы аденогипофиза и эндокринные железы. Оно направлено на снижение количества депонируемых in vivo НЖК + МЖК несколькими путями, прежде всего путем уменьшения количества субстратов - пищи. Снижение запасания ЖК в висцеральных жировых клетках и адипо-цитах подкожной клетчатки ЖК происходит путем: а) «торможения» чувства голода; реализуют его нейросекреторные ядра гипоталамической области головного мозга, потребление пищи становится меньше (?!); б) увеличения непроизводительных трат субстратов при гуморальной, гормональной активации функции перок-сисом и лизосом в гепатоцитах; в) усиления окисления ЖК в клетках бурой жировой ткани без наработки АТФ; г) разобщения окисления и окислительного фосфорили-рования и окисления части ацетил-КоА без образования АТФ; и как акт отчаяния; д) путем гибели жировых клеток висцерального депо по типу апоптоза (запрограммированная гибель) с развитием биологической реакции воспаления.
Адипоцит как секреторная клетка
Липопротеиновая липаза
Ангиотензин II
X
Ангиотензиноген
Стероиды
Рис. 3. Гуморальные регуляторы, которые секретируют в паракринных сообществах и на уровне организма жировые клетки и адипоциты.
В регуляцию механизмов обратной связи вовлечены нейросекреторные ядра гипоталамуса, базофилы аде-ногипофиза и железы внутренней секреции. Гуморальным медиатором обратной связи инсулинзависимых адипоцитов подкожной жировой ткани адипоциты ^ гипоталамус является филогенетически поздний пептид адипонектин. Он неспецифично регулирует метаболизм на уровне организма. Заметим, что адипоциты - специализированные, инсулинзависимые клетки, запасают субстраты энергии для реализации биологической функции локомоции; филогенетически они были и остаются элементами РСТ. Они готовы реализовать биологическую функцию эндоэкологии, биологическую реакцию воспаления, как только Толл-подобные рецепторы макрофагов выявят в жировой ткани наличие повышенного количества эндогенных флогогенов или экзогенных патогенов, которые Толл-подобные рецепторы иммуно-компетентных клеток определят как «не свои».
Оментальные жировые клетки висцерального депо и адипоциты подкожной жировой клетчатки на всех ступенях филогенеза остаются клетками мезенхимы, клетками РСТ. И инсулиннезависимые жировые клетки сальника, и инсулинзависимые адипоциты подкожного депо имеют мезенхимальное происхождение; они постоянно реализуют биологическую реакцию секреции гуморальных, паракринных медиаторов. Они секретируют:
1) ЖК в форме полярных НЭЖК как субстраты для наработки клетками энергии и трехатомный спирт глицерин;
2) комплекс локальных гуморальных медиаторов, которые являются в филогенезе предшественниками тех гормонов, которые позже, через миллионы лет, стала секретировать система: нейросекреты ядер гипоталамуса ^ тропные гормоны аденогипофиза ^ эндокринные железы ^ гормоны исполнители ^ первичные рецепторы на плазматической мембране клеток. Однако они синтезированы в иных условиях, на миллионы лет раньше полифункциональными мезенхимальными клетками и регулируют метаболизм в рамках отдельных ПС.
Будет неверно сказать, что ранние, локальные гормоны паракринных сообществ идентичны тем, которые на миллионы лет позже при регуляции метаболизма на уровне организма стали секретировать гормоны «цен-
трализованных» эндокринных желез. Преемственность становления в филогенезе регуляции метаболизма и их существенное филогенетическое развитие удается проследить на примере инсулина и инсулино-подобного фактора. И если мы говорим о гормональной активности жировых клеток и адипоцитов, то это отголоски филогенетически ранней паракринной, гуморальной, гормональной регуляции, когда все предшественники гормонов эндокринных желез были синтезированы и регулированы на уровне ПС. Это не новая функция адипоци-тов, а очень хорошо забытая старая;
3) АНГ-II - пептид механизма обратной связи при регуляции функции и метаболизма во всех ПС клеток;
4) лептин и адипонектин как гуморальные медиаторы реализации обратной связи при регуляции метаболизма в пуле висцеральных жировых клеток и пуле подкожных адипоцитов на уровне организма.
Будучи мезенхимальными клетками, регуляторами в паракринных сообществах всех сторон метаболизма, жировые висцеральные клетки и адипоциты подкожных депо секретируют все гуморальные медиаторы, которые характерны для реализации in vivo биологических функций эндоэкологии, биологической реакции воспаления на уровне паракринных сообществ. Одновременно со специфической секрецией НЭЖК и спирта глицерина после гидролиза ТГ гормонозависи-мой липазой они секретируют: а) гуморальный медиатор обратной связи на уровне ПС - АНГ-II; б) гуморальный медиатор обратной связи на уровне организма - лептин и адипонектин; в) комплекс гуморальных медиаторов, характерный для каждой из клеток РСТ и г) предшественники (аналоги ?!) гормональных секретов желез внутренней секреции.
Клетки РСТ на уровне ПС сотни миллионов лет синтезируют и реализуют действие всех гормонов, в том числе и медиаторов обратной связи. ПС - функциональная единица каждого из органов; это функционально и регулятор-но самодостаточная структура; со временем в филогенезе ПС мультиплицировались в органы с локальной, гуморальной регуляцией. И только через миллионы лет при становлении регуляции метаболизма на уровне организма произошло формирование желез внутренней секреции как централизованная репликация той регуляции, которую миллионы лет локально осуществляли ПС клеток.
Мы полагаем, что адипоцитами можно называть не все клетки жировой ткани. Филогенетически поздними, инсулинзависимыми адипоцитами являются те клетки, которые:
• на плазматической мембране имеют рецепторы к инсулину;
• синтезируют и выставляют на мембрану инсулинза-висимые ГЛЮТ4;
• активно раздельно поглощают НЖК + МЖК в составе ЛП очень низкой плотности (ЛПОНП) путем филогенетически более позднего апоЕ/В-100-рецепторного эн-доцитоза, а эссенциальные (ЭС) ненасыщенные (ННЖК) и ЭС полиеновые ЖК (ПНЖК) в составе ЛПНП путем филогенетически более раннего апоВ-100-рецепторного эндоцитоза;
• депонируют в цитозоле ТГ в форме одной большой капли липидов;
Рис. 4. Реализация механизма обратной связи при регуляции на
организма висцерального пула жировой ткани.
aMSH - меланоцитостимулирующий гормон, РОМС - рецепторы к нему.
• регулируют гормоны эндокринных желез на уровне организма при активации их нейросекретами ядер гипоталамуса и тропными гормонами аденогипофиза;
• в качестве медиатора обратной связи (адипоциты ^ гипоталамус) секретируют полипептид адипонектин (рис. 4);
• локализованы в основном в подкожной жировой клетчатке;
• из всех специализированных клеток in vivo филогенетически являются самыми поздними.
Биологическую функцию эндоэкологии, поддержание «чистоты» межклеточной среды в локальном пуле внутрисосудистой среды, в адипоцитах подкожной жировой ткани, утилизацию биологического «мусора» осуществляют оседлые макрофаги в интиме артерий эластического типа.
Гидролиз ТГ в составе адипоцитов активирует филогенетически поздняя глицеролгидролаза адипоцитов, которая филогенетически является поздней: активность ее при гидролизе ТГ в 10 раз выше активности гормонозави-симой липазы в жировых клетках висцеральной ткани.
Адипоциты при увеличении объема не делятся; новые адипоциты могут образовываться из преадипоци-тов; увеличение количества адипоцитов в подкожной жировом депо из ЖК в форме ТГ является гиперпластическим. гиперцеллюлярным.
В противоположность этому филогенетически ранними, висцеральными (оментальными) жировыми клетками обоснованно именовать те, которые:
• на плазматической мембране как филогенетически ранние клетки не имеют рецепторов к инсулину;
• синтезируют и выставляют на мембрану филогенетически более ранние ГЛЮТ3;
• совместно, в составе филогенетически более ранних ЛПНП, столь же более ранним путем активного апоВ-100-рецепторного эндоцито-за поглощают все ЖК: НЖК + МЖК, ННЖК и ПНЖК;
• депонируют ТГ в цитозоле в форме многих мелких капель липидов;
• функциональную активность их регулируют гуморальные медиаторы, локально секретирован-ные клетками РСТ в ПС;
• в качестве гуморального медиатора обратной связи на уровне ПС, как и все иные сообщества in vivo, секретируют АНГ-II, а как гуморальный медиатор обратной связи на уровне висцеральное депо жировой ткани ^ гипоталамус полипептид лептин;
• при индукции избытком субстрата не могут пролиферировать и при достижении биологически критичных размеров погибают по типу запрограммированной гибели клеток, по типу апоптоза.
Филогенетически жировые клетки РСТ являются ранними; при необходимости они готовы реализовать биологическую функцию эндоэкологии, биологическую реакцию воспаления.
Биологическую функцию эндоэкологии, «чистоту» межклеточной среды в висцеральном депо жировой ткани осуществляют клетки РСТ в каждом из паракринно регулирумых СК. уровне Количество филогенетически ранних жировых клеток лимитировано в онтогенезе; локализованы они главным образом в висцеральной жировой клетчатке и количество их не увеличивается; возрастать может только объем жировых клеток, иногда при афизиологическом количестве в них ТГ.
Гидролиз ТГ в адипоцитах осуществляет малоспецифичная, филогенетически ранняя, фенотипически иная гормонозависимая липаза, при которой гидролиз моно-ацилглицеридов осуществляет иной фермент - моноа-цилглицеролгидролаза.
Увеличение объема висцерального жира происходит только за счет увеличения объема жировых клеток, формируя гиперпластическое увеличение массы сальника и забрюшинной клетчатки.
Если среди филогенетически ранних клеток при действии инсулина сформировался пул перипортальных
ЛПВП
Мицеллы НЖК
Предшественники энтероцитов
Клетки РСТ
(предшественники
адипоцитов)
Рис. 5. Ранний в филогенезе перенос всех ЖК в составе ЛПВП в форме полярных липидов и пассивное поглощение их клетками.
РСТ - рыхлая соединительная ткань.
Адипоциты сальника
Рис. 6. Второй вариант переноса к клеткам НЖК+МЖК и ННЖК+ПНЖК в форме эфиров со спиртами глицерином и ХС в ЛПНП; клетки активно поглощают ЛПНП путем апоВ-100-эндоцитоза.
гепатоцитов, которые экспрессируют синтез рецепторов к инсулину и ГЛЮТ4, не исключено, что рецепторы к инсулину стали экспрессировать и часть жировых клеток филогенетически раннего сальника. Таким образом, первое, что сделал инсулин для реализации in vivo биологической функции локомоции - инициировал пул ин-сулинзависимых клеток. И пусть это всего четыре функционально разные клетки, но количественно скелетные миоциты + адипоциты подкожной ткани + кардиомио-циты + перипортальные гепатоциты - это большинство клеток in vivo.
3. Векторный (направленный) перенос ЖК в межклеточной среде к инсулинзависимым клеткам
На ступенях филогенеза в течение миллионов лет система переноса к клеткам и поглощения ими ЖК претерпела последовательно три качественных этапа: первый - функция ЛПВП; второй - функция ЛПНП и более поздний третий этап - перенос ЖК в форме неполярных ТГ в составе ЛПОНП. Энтероциты тонкой кишки синтезировали апоА-I и сформировали ЛПВП для переноса к клеткам ЖК в форме полярных липидов; позже пул апоА-1+ апоА-II ЛПВП стал синтезировать, секретировать и поглощать гепатоциты. АпоА-I ЛПВП от энтероцитов ко всем клеткам переносят все ЖК, включая НЖК + МЖК, ННЖК и ЭС ПНЖК. Способность филогенетически раннего апоА-I связывать липи-ды низкая; апо переносит к клеткам ЖК только в форме полярных фосфолипидов (ФЛ) и диглицеридов; содержание липидов в ЛПВП невелико. Из ЛПВП клетки поглощают все ЖК: НЖК без двойных связей (ДС), МЖК с одной ДС, ННЖК с двумя-тремя ДС (ННЖК) и ПНЖК с четырьмя-шестью ДС. Поглощение клетками ЖК происходит пассивно - путем переэтерификации между ФЛ ЛПВП и ФЛ бислоя плазматической мембраны клеток (рис. 5).
На ступенях филогенеза по мере совершенствования организмов ЛПВП и пассивного поглощения ЖК для клеток in vivo стало явно недостаточно. Поэтому у ранних многоклеточных постепенно произошло формирование активного, рецепторного поглощения ЖК и отработаны иные, филогенетически более поздние и совершенные способы доставки субстратов к клеткам. ЛПНП сформировались в составе нового класса, в кото-
ром: а) апоВ-100 связывает намного большее количество липидов; б) это не полярные ФЛ и диглицериды, а неполярные эфиры НЖК, МЖК и ННЖК со спиртом глицерином в форме ТГ и ЭС ПНЖК в форме эфиров со спиртом ХС; в) клетки поглощают их путем активного апоВ-100-рецепторного эндоцитоза. В переносе ЖК функция спиртов глицерина и ХС является сходной, важной, но вспомогательной; спирты превращают полярные НЭЖК в неполярные ТГ и эфиры ХС. Только в форме неполярных эфиров клетки могут активно поглощать ЖК путем рецепторного эндоцитоза в составе ЛПНП.
На ранних ступенях филогенеза в составе ЛПНП содержание НЖК + МЖК лишь в небольшой мере превышало содержание ННЖК + ПНЖК. В таком же соотношении содержала ЖК и пища при жизни животных в мировом океане. В силу условий внешней среды (низкая температура океана) содержание С 16:0 Пальм НЖК не было больше 15% от всего количества ЖК. Накопление ТГ происходило в жировых клетках оментальной (висцеральной) РСТ: а) в реализации биологической реакции экзотрофии при постпрандиальной гиперлипиде-мии доминировало накопление ЖК в форме неполярных ТГ; б) во время реализации биологической реакции эн-дотрофии при отсутствии пищи происходит мобилизация ЖК и секреция их в межклеточную среду в форме полярных НЭЖК. Они достигают клеток в ассоциации с альбумином, белком переносящим ЖК. Депонированные ТГ в жировых клетках сальника гидролизует гормо-нозависимая липаза; липолиз в каждом ПС, в органе регулирован локально гуморальными медиаторами. Часть НЭЖК, секретированных висцеральными жировыми клетками, поглощают гепатоциты, этерифицируют в ТГ, формируют ЛПНП и секретируют их в кровоток с целью последующего активного, апоВ-100-рецепторного поглощения клетками (рис. 6).
На более поздних ступенях филогенеза при формировании биологической функции локомоции существенно возросла потребность скелетных миоцитов в НЖК + МЖК как субстратах для окисления в митохондриях и
ННЖК ПНЖК
ННЖК ПНЖК
Тонкая кишка
Адипоциты сальника
Рис. 7. Третий в филогенезе вариант переноса НЖК+МЖК в неполярных ТГ в составе ЛПОНП и поглощение их скелетными миоцитами путем апоЕ/В-100-рецепторного эндо-цитоза.
синтеза АТФ. На этих же ступенях филогенеза произошло формирование системы инсулина, биологическая роль инсулина - энергетическое обеспечение биологической функции локомоции. Потребность в ЖК столь велика, что она многократно превысила способности ЛПНП переносить НЖК + МЖК. В филогенезе это обусловило формирование третьего этапа переноса к клеткам ЖК; сформировался новый, последний в филогенезе класс ЛП - ЛПОНП.
На третьем этапе совершенствования переноса к клеткам ЖК в межклеточной среде в составе ЛП образование и функцию ЛПОНП инициировали: а) становление биологической функции локомоции (миграции, перелеты в поисках пищи и продолжения вида) и потребности в субстратах для наработки энергии; б) действие системы инсулина, которому биологией «поручено» обеспечить энергией биологическую функцию локомо-ции; в) синтез нового, филогенетически позднего апо -апоЕ, функционального белка вектора, и г) обеспечение специализированного, направленного переноса субстратов (НЖК+ МЖК) к каждой инсулинзависимой клетке. АпоЕ - динамичный апо с мол. массой 34 кД, который может перемещаться между отдельными классами ЛП; синтезировать его стали клетки разных паракринных СК; ранними в этом синтезе были энтероциты, поздними - гепатоциты. В сравнении с филогенетически ранними апо апоЕ характеризуют низкая способность связывать даже полярные липиды и наличие в первичной структуре нехарактерного для апо домена. Структурно и функционально он предназначен для взаимодействия не с липидами, а с белками, более вероятно с иными апо. АпоЕ является компонентом секретируемых энтероцита-ми хиломикронов и образуемых гепатоцитами ЛПОНП; в составе ЛПНП апоЕ нет. Если при выделении ЛПНП методом иммунопреципитации и проведении ракетного иммуноэлектрофореза удается выявить наличие апоЕ, это означает, что в составе ЛПНП велико содержание пальмитиновых ЛПОНП с физико-химическими свойствами ЛПНП (рис. 7).
Наличие специфического домена - основа того, что на разных ступенях филогенеза апоЕ функционально взаимодействует с апоА-1, апоВ-48 и апоВ-100. До формирования ЛПОНП апоЕ ассоциировался с апоА-1; произошло это в то время, когда у части видов животных спонтанная мутация белка, переносящего эфиры холестерина (ЭХ), - ноль, привела к блокаде перехода ЭС ПНЖК этерифицированных ХС из ЛПВП в ЛПНП. Это сделало невозможным поглощение клетками ЭС ПНЖК в форме ЭХ путем апоВ-100-рецепторного эндоцитоза. В этих условиях у части видов животных апоЕ, взамен апоВ-100-рецепторного поглощения ЭС ПНЖК - эфи-ров ХС в составе ЛПНП путем апоВ-100-эндоцитоза, сформировал альтернативный вариант - апоЕ/А-1-рецепторный эндоцитоз в составе ЛПВП.
При действии инсулина и формировании ЛПОНП, при необходимости существенно повысить производительность переноса НЖК + МЖК, синтез нового апо - апоЕ привел к тому, что: а) в гепатоцитах апоВ-48-рецепторное поглощение хиломикронов заменено на более производительный апоЕ/В-48-эндоцитоз; б) для доставки НЖК+МЖК к инсулинзависимым, поперечнополосатым миоцитам, кардиомиоцитам, адипоцитам и перпортальным гепатоцитам сформирован векторный (направленный) перенос субстратов в составе ЛПОНП, апоЕ обеспечил формирование в ЛПОНП кооперативного апоЕ/В-100 лиганда и активное, рецепторное погло-
щение клетками НЖК + МЖК; в) инсулин в зависимых клетках экспрессировал синтез апоЕ, формирование и выставление на плазматическую мембрану апоЕ/В-100-рецепторов и активное поглощение субстратов для наработки клетками энергии, синтеза АТФ.
В зависимости от особенностей индукции субстратом гепатоциты этерифицируют ЖК пищи спиртом глицерином с образованием пальмитиновых, стеариновых олеиновых, линолевых и линоленовых ТГ. Далее апоВ-100 связывает эти ТГ раздельно с образованием одноименных ЛПОНП. Все секретированные ЛПОНП функционально перегружены ТГ и лигандов на поверхности не имеют. В апоВ-100 ЛП отношение НЖК + МЖК к ННЖК и ЭС ПНЖК составляет 100:10:1. Поскольку 80% всех НЖК + МЖК - это всего две ЖК - пальмитиновая и олеиновая, более 80% всех ЛПОНП это пальмитиновые и олеиновые. После гидролиза функционально избыточного количества ТГ при их оптимальном количестве апоВ-100 формирует активную конформацию и вместе с апоЕ формирует кооперативный апоЕ/В-100-лиганд.
Связывая его апоЕ/В-100-рецепторами, инсулинза-висимые клетки активно поглощают пальмитиновые и олеиновые ЛПОНП путем рецепторного эндоцитоза. Физиологично пальмитиновые и олеиновые ЛПОНП не превращаются в ЛПНП; клетки поглощают их при гидратированной плотности ЛПОНП. Физиологично ЛПНП становятся только линолевые и линоленовые ЛПОНП, которые переносят к клеткам примерно 15% от всего количества ЖК. Когда же мы определяем в плазме крови значительное увеличение содержания ХС-ЛПНП, это на самом деле не ЛПНП, а афизиологические пальмитиновые ЛПОНП с гидратированной плотностью, равной таковой ЛПНП. По сути, в условиях гипертри-глицеридемии достоверно определить ХС-ЛПНП можно только по результатам препаративного ультрацентрифугирования. Применяя прямой метод определения ХС-ЛПНП или метод преципитации, мы во всех случаях при гипертриглицеридемии определяем не ХС-ЛПНП, а ХС пальмитиновых ЛПОНП с плотностью ЛПНП.
При действии статинов наиболее выраженно в течение первых 2 нед происходит снижение уровня не ХС-ЛПНП, а ХС-пальмитиновых ЛПОНП с плотностью, соответствующей таковой ЛПНП. Поэтому в действии статинов можно выделить три последовательных этапа:
а) вначале статины избирательно блокируют синтез специфичного пула спирта ХС только в гепатоци-тах, активируют липолиз, который наиболее нарушен в пальмитиновых ЛПОНП; это инициирует активную конформацию апоВ-100, образование апоВ-100-лиганда
Константы скорости реакции при окислении озоном липофиль-ных субстратов
ЖК и антиоксиданты Константа, л/моль в 1 с
С 16:0 пальмитиновая 6,0 • 10-2
С 18:1 олеиновая 1,0 • 106
С 18:2 линолевая 6,1 • 104
С 18:3 линоленовая 5,6 • 104
С 20:4 арахидоновая 2,4 • 105
а-Токоферол 1,4 • 103
р-Каротин 4,0 • 104
Аскорбиновая кислота 3,3 • 104
Рис. 8. Стеарил-КоА-десатураза и транспортные формы ЖК, эфи-ров ХС и ТГ, формирование ЛПОНП и изоформы ТГ при низкой и высокой ее активности.
ДАГ - диацилглицерол; АХАТ - ацилхолестеролацилтрансфераза; ДГАТ --диглицеролацилтрансфераза.
и рецепторное поглощение ЛПОНП клетками; происходит снижение содержания спирта ХС в пальмитиновых ЛПОНП, реально вплоть до минимального содержания в плазме крови;
б) статины восстанавливают переход ЭС ПНЖК, эте-рифицированных спиртом ХС, из ЛПВП в физиологические линолевые и линоленовые ЛПОНП, превращая их в физиологические ЛПНП; при гипертриглицеридемии афизиологических пальмитиновых ЛПОНП в сыворотке крови бывает в 10 раз больше, чем физиологических линолевых и линоленовых;
в) образованные при действии статинов линолевые и линоленовые ЛПНП с переносимыми ими ЭС ПНЖК в форме эфиров ХС поглощают клетки путем апоВ-100-рецепторного эндоцитоза; на этом этапе статины действительно снижают уровень ХС-ЛПНП. Таким образом, инсулин инициировал: а) формирование отдельного класса ЛП - ЛПОНП; б) специфический вариант направленного переноса и в) избирательное рецептор-ное поглощение субстратов для наработки энергии только инсулинзависимыми клетками.
4. Повышение кинетических параметров окисления ЖК в митохондриях; синтез эндогенных субстратов
Поскольку все животные являются экзотрофами и все субстраты поступают с пищей, возникает вопрос, какая же из двух ЖК - Пальм НЖК или олеиновая МЖК, которые вместе составляют > 80% всего количества НЖК + МЖК, является предпочтительным субстратом для окисления в митохондриях. Резонно спросить, почему среди разнообразия ЖК в цитозоле в форме НЭЖК во внутренней мембране митохондрий функционирует специфический транспортер только для С 16:0 Пальм НЖК - карнитинпальмитоил-ацилтрансфераза. Для ответа на этот вопрос мы ранее при использовании анализатора ДС, при титровании озоном (О3) определили кинетические параметры окисления Пальм, олеиновой, иных ЖК и наиболее известных инактиваторов активных форм О2, растворенных в четыреххлористом углероде. Полученные данные представлены в таблице.
Мы показали, что столь большое различие в константах скорости реакции при окислении О3 не зависит от сложности преодоления Пальм НЖК внутренней мембраны митохондрий. Определено оно различием физико-химических параметров Пальм НЖК, наличием
ДС в цепи экзогенной и эндогенно синтезированной олеиновой МЖК у шести или девяти атомов углерода от СН3-конца. Столь большое различие константы скорости реакции наводит на мысль, что для повышения эффективности функции митохондрий и увеличения количества образуемых в цикле Кребса АТФ желательно выстроить обеспечение их субстратами так, чтобы митохондрии окисляли только олеиновую МЖК и субстратом не была Пальм НЖК.
Пул окисления в миохондриях Пальм НЖК складывается из экзогенной Пальм НЖК животной пищи и эндогенно синтезированной Пальм НЖК из экзогенных углеводов, из глюкозы. Чем больше животной пищи, чем больше в ней Пальм НЖК, тем большее ее количество явится субстратом для митохондрий, обеспечивая низкую константу скорости окисления и синтеза АТФ. На ранних ступенях филогенеза при отсутствии функции локомоции необходимости превращения экзогенной Пальм НЖК в олеиновую не было; филогенетически ранняя пальмитоил-КоА-десатураза превращала С 16:0 Пальм НЖК в С 16:1 пальмито-леиновую МЖК. Потребности в энергии при отсутствии биологической функции локомоции не были столь значительными.
При невозможности in vivo депонировать много углеводов в форме гликогена клетки превращают глюкозу в ее неполярную форму, которой de facto является Пальм НЖК. Согласно биохимическим реакциям, отработанным еще на аутокринном уровне, в цикле Линена син-тетаза ЖК из ацетил-КоА заканчивается Пальм НЖК. Реализуя биологическое предназначение - обеспечение биологической функции локомоции субстратами для наработки энергии, а в конечном счете синтеза АТФ, инсулин, мы полагаем, экспрессировал синтез новых белков и обеспечил превращение всей образованной из глюкозы Пальм НЖК в эндогенную га-9 С 18:1 олеиновую МЖК. Инсулин экспрессировал синтез новых белков, среди которых ГЛЮТ4 и стеарил-КоА-десатураза (СКД). Последняя активирует превращение всей эндогенной Пальм НЖК в олеиновую МЖК. Это обеспечивает максимальную производительность митохондрий в синтезе АТФ и снабжение субстратами энергии всех биологических функций, в том числе и наиболее затратной функции локомоции. Ключевым моментом в действии инсулина in vivo является экспрессия СКД.
Десатуразы ацил-КоА - ферменты эндоплазматиче-ской сети; они катализируют синтез ЖК с одной ДС -МЖК. Это происходит с ЖК пищи (экзогенные НЖК), а также с эндогенными НЖК, которые клетки синтезируют in situ de novo из глюкозы, из ацетил-КоА. Субстратами для КоА-десатуразы являются Пальм и стеариновая НЖК. При действии пальмитоил-КоА-десатуразы из Пальм НЖК образуется ó-7 С 16:1 пальмитолеиновая МЖК; у приматов и человека это минорная ЖК. Филогенетически ранняя пальмитоил-КоА-десатураза - нечувствительна к инсулину; большое количество ó -7 ЖК синтезируют в первую очередь бактерии. Экспрессию СКД осуществляет инсулин, и это филогенетически поздний фермент; функционально он, вероятно, сцеплен с пальмитоил-КоА-элонгазой, которая катализирует превращение С 16:0 Пальм НЖК в С 18:0 стеариновую НЖК. Далее стеариновая МЖК при действии СКД превращается в ó-9 олеиновую МЖК.
СКД состоит из четырех трансмембранных доменов, оба конца ее —N и -С, расположены в цитозоле; в активном центре фермент содержит две молекулы Fe2+, в
первичной структуре - три молекулы гистидина. Молекулярная масса частично очищенного фермента ~ 37 кД. В образовании ДС в цепи задействованы переносчик электронов NADH, флавопротеин, цитохром b редукта-зы, акцептор е- цитохрома b и молекулярный О2 Вместе они образуют ДС между -СН2-группами в цепи атомов углерода. В отличие от кофакторов фермента, которые функционируют длительно, СКД быстро подвергается деградации в микросомах. Синтез белка-фермента, экспрессию его генов, индуцирует: а) количество субстрата - НЖК, углеводов в пище (индукция субстратом) и б) гуморальные, гормональные медиаторы. Индукцию СКД осуществляет субстрат - эндогенная Пальм НЖК и инсулин; проведено клонирование гена СКД у мышей и человека. У человека экспрессированы два гена; несмотря на то что гомологичность первичной структуры де-сатураз достигает 87%, экспрессия их генов происходит раздельно.
Транскрипция генов определена тем, что запасать в цитозоле как ЖК, так и спирт ХС физиологично в форме эфиров с эндогенной олеиновой МЖК. Кроме того, синтез олеиновой МЖК предотвращает явления «липоток-сичности» выраженно гидрофобной Пальм НЖК; она проявляет афизиологическое действие, если длительно находится в цитозоле в форме НЭЖК. Пальм НЖК, кроме высокой гидрофобности, обладает еще и высокой химической активностью. В реакции пальмитоилиро-вания она ковалентно, необратимо взаимодействует с белками, вызывая изменение конформации и потерю ими физиологической активности. При действии СКД в гепатоцитах функционально происходит: а) превращение эндогенной стеариновой НЖК в олеиновую МЖК; б) уменьшение образования пальмитиновых ТГ как пальмитоил-пальмитоил-олеат и пальмитоил-пальмитоил-пальмитат. В пальмитиновых ТГ в позиции sn-2 трехатомного спирта глицерина с вторичной спиртовой группой этерифицирована Пальм н-ЖК. Пальмитиновые ТГ во всех клетках гормонозависимой липазы подвергают гидролизу с низкой константой скорости реакции, запуская пальмитиновый вариант метаболизма субстратов (НЖК) для наработки клетками энергии. В противоположность пальмитиновому варианту метаболизма субстратов инсулин формирует олеиновый вариант метаболизма субстратов для наработки энергии на основе:
а) высокой константы скорости гидролиза всеми липазами in vivo (панкреатическая, постгепариновая, гормонозависимая и липаза высокой физической активности, за исключением липазы раннего постнатального периода) олеиновых ТГ по сравнению с пальмитиновыми;
б) высокой константы скорости гидролиза олеиновых ТГ в составе одноименных ЛПОНП, быстрого формирования активной конформации апоВ-100, образования кооперативного апоЕ/В-100-лиганда и векторного поглощения лигандных ЛПОНП инсулинзависимыми клетками и в) высокой константы скорости реакции окисления олеиновой МЖК клетками и образования в митохондриях АТФ. По сути, действие инсулина направлено на ограничение использования Пальм НЖК как субстрата для наработки клетками энергии, на повышение эффективности функции всего комплекса реакций, которые последовательно задействованы в наработке энергии. Чем активнее функция инсулина in vivo, тем меньшее количество Пальм НЖК окисляют митохондрии, используя эквимольное количество олеиновой МЖК, однако вы-
сокие параметры кинетики позволяют митохондриям за единицу времени окислить большее количество ЖК и синтезировать большее число молекул АТФ.
Если экспрессия СКД и превращение экзогенной глюкозы в олеиновую МЖК - функция инсулина, есть ли in vivo филогенетически более ранние системы, которые снижают количество экзогенной Пальм НЖК. Филогенетически поздний инсулин не оказывает регуляторного влияния на превращения in vivo экзогенной Пальм НЖК. Действительно, с аутокринного уровня функционируют органеллы, которые понижают содержание в цитозоле экзогенной Пальм НЖК. Это пероксисомы, их активность инициируют субстраты, которые на мембране ядра связываются с рецепторами активации пролиферации пероксисом (РАПП) семейства а-, в- и у-рецепторов. Пальм НЖК не является пролифератором пероксисом, с РАПП не связывается и собственное окисление в перок-сисомах не активирует. Пролифераторами пероксисом и активными лигандами для РАПП на мембране ядра являются все афизиологические для приматов и человека ЖК, включая: а) ЖК с нечетным числом атомов С; б) транс-изомеры МЖК; в) конъюгированные ННЖК; г) дикарбоновые кислоты; д) тио-кислоты (липоевая НЖК) и синтетические ЖК с циклическими структурами в цепи фибраты; ж) очень длинноцепочечные ЖК; з) га-3 и га -6 ЭС ПНЖК; и) ЖК с разветвленной цепью атомов углерода. Они, связываясь с РАПП трех разных семейств, способствуют ассоциации с ними Пальм НЖК, активируя в пероксисомах ее окисление.
Окисление экзогенной Пальм НЖК в пероксисомах активируют фибраты, глитазоны, флаваноиды и изо-флавоны, кверцетин. Активаторами РАПП являются все вещества, которые синтезированы из ацетата, из ацетил-КоА, включая и желчные кислоты. Наиболее активным натуральным активатором РАПП являются га-3 ЭС ПНЖК, С 20:5 эйкозапентаеновая и С 22:6 докозагек-саеновая. Менее активно как пролифератор пероксисом действует га -3 С 20:4 арахидоновая ЭС ПНЖК. На основании этого авторы указывают на сходство действия in vivo инсулина и ЭС ПНЖК; так действуют ЭС ПНЖК и у пациентов с синдромом ИР. Филогенетически ранние ЭС ПНЖК, как и филогенетически поздний инсулин, формируют in vivo олеиновый вариант метаболизма субстратов (ЖК) для наработки клетками энергии. Поэтому большинство гипогликемических препаратов, которые используют при лечении синдрома ИР, являются в первую очередь гиполипидемическими, включая и метфор-мин. Это еще одно доказательство того, что сахарный диабет и синдром ИР - это в первую очередь патология метаболизма ЖК и только во вторую - нарушение метаболизма глюкозы. Рассмотрены также взаимоотношения активности СКД с массой тела, синдромом ИР, окружностью талии у пациентов с метаболическим синдромом и начальными стадиями ожирения. Полагают, что в регуляции активности СКД задействован и лептин как пептид обратной связи в регуляции функции висцеральных жировых клеток на уровне организма.
Три изоформы РАПП функционируют в ядре гепато-цитов, клетках почек, миокарде, скелетных миоцитах, адипоцитах, в инсулиннезависимых и инсулинзави-симых клетках. Они активируют синтез семейства ок-сидаз, которые в пероксисомах осуществляют в-, а- и га-окисление субстратов. Это в первую очередь относится к окислению афизиологических экзогенных ЖК в процессе их физиологической оптимизации, а также к катаболизму всего того, что синтезировано из ацетил-КоА.
Экспрессия генов СКД при индукции субстратами пищи начинается через несколько часов после еды и продолжается 12-24 ч. При частичном выпадении функции РАПП снижается чувствительность клеток к инсулину. В итоге повышение активности СКД изменяет состав индивидуальных ТГ в ЛПОНП, повышая содержание олеил-олеил-олеата и олеил-олеил-пальмитата и выраженно снижая содержание пальмитиновых ТГ - пальмитоил-пальмитоил-олеата и пальмитоил-пальмитоил- пальми-тата (рис. 8).
Усиливают окисление экзогенной Пальм НЖК в пе-роксисомах препараты группы глитазонов. По химической структуре они схожи с природным кверцетином и действуют главным образом путем активации окисления в пероксисомах экзогенной Пальм НЖК без образования АТФ. Все тиазолиденидионы, связываясь с РАПП-у на мембране ядра, экспрессируют гены, которые активируют синтез а-, в- и á-оксидаз, окисляющих в пероксисо-мах все афизиологические ЖК и избыточное количество Пальм НЖК до более коротких - менее С 10:0, которые свободно проходят внутреннюю мембрану миохондрий и окисляют до СО2 и Н2О с образованием АТФ.
Функциональная роль экспрессии СКД и превращение Пальм НЖК в олеиновую МЖК признаны всеми; это необходимо для физиологического метаболизма ли-пидов и ЖК, формирования субстратов для наработки клетками энергии, образования олеиновых ТГ и физиологической мобилизации синтеза АТФ. Это происходит независимо от того, что физиологическая, разнообразная растительная пища млекопитающих содержит достаточное количество олеиновой МЖК. Это коррелирует с величиной индекса десатурации, которым является отношением С 18:1/С 18:0 и С 16:1/С 16:0 в печени и жировой ткани.
Каковы же физико-химические различия экзогенной га-6 олеиновой и га-9 эндогенно синтезированной олеиновой МЖК? Казалось бы, невелико различие, однако оно существенно. Как показали физико-химические эксперименты, энергия связи между атомами С в алифатической цепи ЖК разная; чем ближе к обоим концам молекулы, тем она больше. Начиная с С8 энергия связи становится одинаковой и меньшей. Поэтому для гидролиза в цитозоле га-9 олеиновой МЖК на две корот-коцепочечные ЖК энергии надо затратить меньше, чем для гидролиза га-6 экзогенной олеиновой ЖК животной пищи. При этом короткоцепочечные ЖК < С10 свободно проходят через внутреннюю мембрану митохондрий. Это является условием того, что кинетические параметры окисления клетками ЖК являются более высокими для эндогенной олеиновой МЖК по сравнению с экзогенной. Поэтому инсулин столь активно катализирует превращение всей эндогенно образованной Пальм НЖК в олеиновую МЖК. Эти физико-химические данные вынуждают нас пересмотреть биохимические реакции образования кетоновых тел в матриксе митохондрий и вероятную роль эндогенной олеиновой МЖК как основного эндогенного акцептора in vivo активных форм кислорода. В условиях активации биологической функции адаптации, биологической реакции стресса СКД активирует стероидный гормон надпочечников дегидроэпи-андростерон.
Мы полагаем, что дегидроэпиандростерон, СКД и эндогенная олеиновая МЖК формируют эндогенную систему противостояния «окислительному стрессу». Трудно предположить, что за миллионы лет филогенеза in vivo не сформировалась эндогенная система противо-
стояния эндогенно же формируемому, патофизиологическому «окислительному стрессу».
Можно только полагать, что синтез Пальм НЖК являлся необходимым на ранних ступенях филогенеза для синтеза ЖК со столь высокой температурой плавления (63°С). Эта физиологическая особенность филогенеза имеет прямое отношение как к патогенезу сердечнососудистых заболеваний, так и к возникновению синдрома ИР, ожирения, метаболического синдрома и отчасти ЭС (метаболической) артериальной гипертонии. Синтетаза ЖК - 6-членный мультиферментный комплекс с молекулярной массой порядка 500 кД + -SH-КоА; структура комплекса филогенетически ранняя и выраженно консервативна. Синтетаза ЖК осуществляет синтез только Пальм НЖК по единой схеме как у ранних нематод, так и у приматов и человека. В реакции задействованы ацетил-КоА, вынесенные из митохондрий при действии «челночного механизма» 7 молекул малонил-КоА + 7 АТФ; все это задействовано в образовании Пальм н-ЖК.
С возрастом активность СКД снижается; количество Пальм и стеариновой НЖК в клетках возрастает при снижении уровня олеиновой МЖК с нарушением функции в первую очередь митохондрий. Активность СКД (Д-9 десатуразы) в жировой ткани начинает снижаться с 30 лет. Однако не правы те, кто связывают нарушение активности десатураз с синтезом in vivo ННЖК и ЭС ПНЖК. Действие ó-7 и ó-9 десатураз ограничено только субстратами - Пальм НЖК и стеариновой НЖК. Ввести в алифатическую цепь вторую ДС никто из животных не способен; это могут только растения. При высокой гомологичности первичной структуры десату-раз и экспрессии их разными генами, как мы полагаем, сформировались они на разных ступенях филогенеза в рамках разных биологических функций. Пальмитоил-КоА-десатураза образована на ранних ступенях филогенеза в рамках биологической функции трофологии, биологической реакции экзотрофии (внешнее питание).
Функция СКД - филогенетически поздняя, реализована при становлении биологической функции локомо-ции и системы инсулина. Пальмитоил-КоА-десатураза предназначена для превращения в пальмитолеиновую МЖК только эндогенной Пальм НЖК; индукторами ее являются количество субстрата - углеводов в пище и, вероятно, действие дегидроэпиандростерона. СКД в ассоциации с пальмитоил-КоА-элонгазой превращает в олеиновую МЖК только эндогенную Пальм НЖК, которая синтезирована in situ de novo из углеводов, из глюкозы. Происходит это в рамках активируемого инсулином липогенеза - наработки и депонирования субстратов для реализации биологической функции локомоции. Действие инсулина определено тем, что для этерификации ЖК в физиологических ТГ и депонирования их в ади-поцитах, в молекуле ТГ обязательно должна быть этери-фицирована хотя бы одна олеиновая МЖК, лучше две и одна Пальм, идеально - три олеиновые МЖК. Филогенетически ранний метаболизм экзогенной Пальм НЖК и филогенетически поздний, инсулинзависимый синтез олеиновой МЖК из эндогенной Пальм НЖК в клетках являются полностью разобщенными. Это относится как к становлению их на разных ступенях филогенеза, так и к локализации (компартментализации) в разных клеточных органеллах.
Обобщая сказанное, можно заключить, что для обеспечения энергией биологической функции локомоции система ИНС сформировала:
- пул филогенетически поздних инсулинзависимых, специализированных клеток;
- новый, высоко производительный векторный вариант переноса НЖК + МЖК к инсулинзависимым клетками в составе ЛПОНП;
- новый вариант активного поглощения субстратов для наработки клетками энергии - апоЕ/В-100 рецеп-торный эндоцитоз;
- превращение всей эндогенно синтезированной Пальм НЖК в олеиновую МЖК;
- замену потенциально малоэффективного пальмитинового варианта формирования in vivo субстратов энергии на потенциально высокоэффективный олеиновый вариант метаболизма субстратов и наработки АТФ.
В полной мере соглашаясь с аспектами патологического действия длительной гипергликемии, обращаем внимание на то, что при нарушении функции инсулина in vivo развивается потенциальный дефицит энергии. Конечно, пальмитиновый вариант метаболизма субстратов (НЖК) для наработки энергии, синтеза АТФ удовлетворяет все текущие потребности организма, однако в ситуации, когда необходимо быстро увеличить синтез АТФ, сделать это оказывается не столь просто. Конечно, все биохимические превращения Пальм НЖК и олеиновой МЖК в митохондриях в синтезе АТФ являются одними и теми же, однако все кинетические параметры, потенциальные способности олеинового варианта метаболизма ЖК оказываются существенно более высокими. Это существенное ограничение в патофизиологии метаболизма, ведь синтез АТФ надо осуществить здесь и сейчас и пропорционально возросшим запросам in vivo; АТФ нельзя синтезировать заранее или отложить про запас.
Потенциальные возможности митохондрий в синтезе АТФ высоки и ограничение синтеза обусловлено только количеством субстрата, образуемого ацетил-КоА. Этот недостаток может быть хроническим, как при нарушении функции инсулина и при пальмитиновом варианте метаболизма субстратов для наработки клетками энергии. Дефицит ацетил-КоА может быть и острым, как при диабетической коме, когда избыточное количество кетоновых тел сопровождает выраженный дефицит ацетил-КоА, образуемого как из ЖК, так и из глюкозы, из пировиноградной кислоты. Уместен вопрос, не окажется ли эффективным при диабетической, кетоаци-дотической коме внутривенное введение ацетил-КоА. Ацетил-КоА неполярен; это форма тио-эфира ацетата с КоА-SH; он без особого труда преодолеет как плазматическую мембрану клеток, так и внутреннюю мембрану митохондрий. Время покажет, насколько реальна воз-
можнось использования этого предложения в клинике в процессе лечения. Тем не менее внимательно посмотреть на реальность столь тесного объединения функциональных, купируемых изменений при синдроме ИР и структурных нарушений при диабете 1-го и 2-го типа, желательно намного раньше. Вопросы для самоконтроля:
1. Каким путем происходит in vivo депонирование большого количества принятых с пищей углеводов?
2. Каковы происхождение и основные биологические функции митохондрий как клеточных органелл?
3. Каковы в филогенезе основные варианты переноса к клеткам ЖК?
4. Каковы существенные различия жировых клеток висцерального депо и адипоцитов подкожной жировой ткани?
5. Какова роль ЖК в патогенезе синдрома ИР и сахарного диабета?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Балаболкин М.И., Клебанова Е.М., Креминская В.М. Лечение сахарного диабета и его осложнений (руководство для врачей). М.: Медицина; 2005.
2. Титов В.Н. Становление в филогенезе биологической функции локомоции и системы инсулина. Биологические основы действия гормона. Успехи современной биологии. 2012; 132 (1): 52-69.
3. Титов В.Н. Становление в филогенезе, этиология и патогенез синдрома резистентности к инсулину. Отличия от сахарного диабета 2-го типа. Вестник РАМН. 2012; 4: 66-73.
4. Александров А.А. Диабетическое сердце: схватка за митохондрии. Consilium medicum (русская версия). 2003; 5 (9): 509-13.
5. Один В.И. Аутоиммунный сахарный диабет. СПб.: ВмедА; 2003.
REFERENCES
1. Balabolkin M.I., Klebanov E.M., Kreminskaya V.M. Treatment of diabetes and its complications (a guide for doctors). Moscow: Meditsina; 2005 (in Russian).
2. Titov V.N. Formation in the phylogeny of the biological function of locomotion and of insulin. Biological basis of the hormone. Uspekhi sovremennoy biologii. 2012; 132 (1): 52-69 (in Russian).
3. Titov V.N. Formation in the phylogeny, the etiology and pathogenesis of insulin resistance syndrome. Differences from diabetes type. Vestnik RAMN. 2012; 4: 66-73 (in Russian).
4. Aleksandrov А.А. Diabetic heart: Scramble for mitochondria. Consilium medicum. 2003; 5 (9): 509-13 (in Russian).
5. Odin V.I. Autoimmune diabetes. Sankt-Peterburg: MMA; 2003 (in Russian).
Проступила 10.10.13
