CC BY
170
ЗАОЧНАЯ АКАДЕМИЯ ПОСЛЕДИПЛОМНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
© коллектив авторов, 2014 УДК 577.1
В.Н. титов, В.А. Амелюшкина, т.А. Рожкова
КОНФОРМАЦИЯ апоВ-100 В ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИ И ФУНКЦИОНАЛЬНО РАЗНЫХ ЛИПОПРОТЕИНАХ НИЗКОЙ И ОЧЕНЬ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ. АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ ФЕНОТИПОВ ГИПЕРЛИПОПРОТЕИНЕМИИ
ФГБУ «Российский кардиологический научно-производственный комплекс» Минздрава России, 121552, Москва, ул. 3-я Черепковская, 15а
Нарушение поглощения клетками трех классов липопротеинов (ЛП) - хиломикронов (ХМ), ЛП низкой (ЛПНП) и очень низкой (ЛПОНП) плотности формирует при электрофорезе 6 фенотипов гиперлипопротеинемии (ГЛП). В филогенезе клетки последовательно поглощают ЛП путем апоЕ/В-48-, апоВ-100- и апоЕ/В-100-рецепторного эндоцитоза. Домен-лиганд в ЛПОНП формируется, когда апоВ-100 принимает активную конформацию «деформированный бислой апобелок - липид»; в ассоциации с доменом апоЕ формируется ароЕ/В-100-лиганд. Иная активная конформация апоВ-100 в ЛПНП - глобула с липидами в «кармане» формирует апоВ-100-лиганд. В крови образуются 9 субклассов ЛП: пре- и постлигандные ХМ, ЛПНП и ЛПОНП. Лигандные ЛП связывают рецепторы мембраны и поглощают клетки; пре-ХМ, пре-ЛПНП и пре-ЛПОНП, как и пост-ХМ, пост-ЛПОНП и пост-ЛПНП, остаются в крови. Субклассы ЛП и формируют на электрофореграмме 6 фенотипов гиперлипопротеинемии (ГЛП): фенотип I- это пре-ХМ + пре-ЛПОНП, фенотип 11а - пост-ЛПНП, фенотип 11б- пре-ЛПОНП + пре-ЛПНП, фенотип (тип) III - пост-ХМ + пре-ЛПОНП + пост-ЛПОНП, фенотип IV- пре-ЛПОНП, фенотип (тип) V - пре-ХМ + пост-ХМ + пре-ЛПОНП + пост-ЛПОНП. Формирование при электрофорезе первичных фенотипов и вторичных типов ГЛП происходит по единому алгоритму. Физиологично основную массу пальмитиновых и олеиновых ЛПОНП поглощают клетки; они не превращаются в ЛПНП. Только линолевые и линоленовые ЛПОНП, которых в крови немного, сформированные при связывании апоВ-100 одноименных триглицеридов (ТГ), физиологично приобретают плотность ЛПНП. При повышенном содержании в плазме крови ТГ основная масса ЛПНП и ХС-ЛПНП - это афизиологические пальмитиновые ЛПОНП с гидрати-рованной плотностью ЛПНП. Причина ГЛП фенотипа III - генотип е2/е2 апоЕ, ГЛП фенотипа V - генотип е4/е4 и, вероятно, токсичное ингибирование активности (синтеза) филогенетически поздней стеарил-КоА-десатуразы-2.
Ключевые слова: гиперлипопротеинемия, электрофорез липопротеинов, конформация апоВ-100, апоЕ и жирные кислоты
V.N. Titov, V.A. Amelyushkina, T.A. Rojkova
the conformation of apob-100 in phylogenetically and functionally different lipoproteins of low and very low density: algorithm of formation of phenotypes of hyper lipoproteinimia (A lecture)
The Russian cardiologic R&D production complex of Minzdrav of Russia, 121552 Moscow, Russia
The cells' malabsorption of three classes of lipoproteins - chylomicrons and lipoproteins of low and very low density, - form under electrophoresis six phenotypes of hyperlipoproteinemia. In phylogenesis, cells absorb lipoproteins in a consecutive way by apoE/B-48, apoB-100 and apoE/B-100 receptor endocytosis. The domain-ligand in lipoproteins of very low density is forming when apoB-100 takes active conformation "deformed bilayer apoprotein-lipid" in association with domain apoE apoE/B-100 ligand is formed. Another active conformation apoB-100 in domain is globule with lipids in "pocket" forming apoB-100 ligand. In blood 9 subclasses are formed: pre-ligand and post-ligand chylomicrons, lipoproteins with low density and lipoproteins with very low density. The ligand lipoproteins bind receptors of membrane and absorb cells. Both pre-chylomicrons, pre-lipoproteins with low density, pre-lipoproteins with very low density and post-chylomicrons, post-lipoproteins with low density, post-lipoproteins with very low density remain in blood. The sub-classes of lipoproteins form at electrophoregram 6phenotypes of hyperlipoproteinemia: phenotype I - pre-chylomicrons + pre-lipoproteins with very low density; phenotype IIa - post-lipoproteins with low density; phenotype IIb - pre-lipoproteins with very low density; phenotype III - post-chylomicrons + pre-lipoproteins with very low density; phenotype IV - pre-lipoproteins with very low density; phenotype V - pre-chylomicrons + post-chylomicrons + pre-lipoproteins with very low density + post-lipoproteins with very low density. The formation under electrophoresis of primary phenotypes and secondary types of hyperlipoproteinemia occurs according single algorithm. In a physiological sense, the major mass of palmitic and oleic lipoproteins with very low density absorb cells without transformation into lipoproteins with low density. Only linoleic and linolenic lipoproteins with very low density which are formed after binding of apoB-100 of triglycerides the same name and which are not much in blood acquire density of lipoproteins with low density physiologically. Under high content of triglycerides in blood main mass of lipoproteins with low density consists of aphysiologic palmitic lipoproteins with very low density with hydrated density lipoproteins with low density. the cause of hyperlipoproteinemia ofphenotype III is genotype e2\e2 apoE; hyperlipoproteinemia ofphenotype V - genotype e4/e4 and probably toxic inhibition of activity (synthesis) phylogenetically late stearil-KoA-desaturase-2.
Keywords: hyperlipoproteinemia, electrophoresis, lipoproteins, conformation apoB-100, apoE and fatty acids
Для корреспонденции:
Титов Владимир Николаевич, д-р мед. наук, проф., рук. лаб. клин. биохимии липидов
Адрес: 121552, Москва, ул. 3-я Черепковская, 14А
E-mail: [email protected]
Непонимание единства патогенеза метаболических пандемий, включая атеросклероз, синдром резистентности к инсулину (инсулинорезистентность - ИР), эссенциальную артериальную (метаболическую) гипертонию, ожирение, метаболический синдром и неалкогольную жировую болезнь печени, обусловлено тем, что в медицине в настоящее время отсутствует современная теория общей патологии. Эти заболевания объединяет то, что при них часто происходят нарушения обмена липидов в форме гипертриглицери-демии. Гуморальная теория К. Рокитанского (1824 г.) и клеточная теория Р. Вирхова (1846 г.) при верности многих их положений современными признать уже трудно. Необходима новая теория, которая объединила бы все результаты, наработанные экспериментаторами и клиницистами на протяжении XX века, в том числе в области медицинской химии и клинической биохимии. Современная теория патологии уже в XXI веке призвана объединить всю информацию, которую дают возможность получать современные методы физико-химических и биологических исследований, методические приемы геномики, протеомики, мета-боломики и липидомики. Новая теория призвана обосновать единый алгоритм патогенеза столь, казалось бы, разных по этологии заболеваний. Только в этом случае мы поймем биологическую, патогенетическую роль и диагностическое значение столь часто определяемых и обсуждаемых нами отклонений результатов неспецифичных биохимических тестов, которые характерны для метаболических пандемий.
1. Функциональное значение конформации, пространственной, стерической формы белка
В геноме животных и человека запрограммирован синтез существенно меньшего числа протеинов, чем реально присутствует в цитозоле клеток, в локальных и едином пуле межклеточной среды in vivo. Причиной является посттрансляционная модификация - формирование вторичной, третичной и четвертичной структуры белка, которая происходит in vivo в клетках при участии ферментов и затраты энергии в форме АТФ. Многие сформированные на рибосомах белки и пептиды претерпевают структурные изменения в результате посттрансляционных модификаций, т. е. во время или после завершения их синтеза. Описано более 100 подобных модификаций белков in vivo. Функциональное значение многих подобных превращений (модификаций) не выяснено; некоторые из реакций являются спонтанными и, видимо, функционального значения не имеют. Однако есть и важные для клеток модифика-
ции; в таких ситуациях посттрансляционная модификация является активной и ее регулируют ферменты; реакции модификации чаще происходят в канальцах эндоплазматической сети, в аппарате Гольджи (рис. 1). В этих внутриклеточных органеллах, к примеру, реакции гликирования добавляют к протеинам цепи моно-, полисахаридов, а также М-ацетилглюкозамина, образуются гликопротеины; агентами гликирования часто являются гликотоксины - глиоксаль и метилглиоксаль. Многие ковалентные модификации белков протекают в цитозоле: гликирование альбумина (АЛБ) и гемоглобина; некоторые ковалентные модификации являются стабильными и функционально необходимы для активности белка. Это относится к ковалентному присоединению коферментов: биотин, липоевая (тиоктовая) жирная кислота (ЖК) в реакции пальмитоилирования (присоединение пальмитиновой - Пальм ЖК) и пири-доксальфосфат.
Конформация - это пространственная стерическая форма молекул белка, сворачивание полипетидной цепи в структуру, которая часто обладает специфичной биологической активностью. Совершение молекулой конформации является одной из ключевых проблем химии белка, биохимии, медицинской и клинической биохимии. До недавнего времени господствовала точка зрения, согласно которой последовательность аминокислотных остатков - первичная структура полипептида содержит всю информацию, необходимую для сворачивания молекулы в биологически активную структуру (фолдинг протеинов). По мере накопления данных стало ясно, что фолдинг белков в клетке определяют и белки-помощники, отдельное семейство молекул -белки-шапероны (в частности, белки теплового шока). Это позволяет по-иному рассмотреть взаимосвязь пространственной структуры (конформации) и первичной структуры белка.
1. Конформация молекулы белка приводит к тому, что гидрофобные аминокислотные остатки сосредоточиваются в основном на одной стороне а-спиралей и Р-складчатых структур, образуя гидрофобные кластеры.
2. Гидрофобные кластеры, которые сформировали элементы вторичной структуры, взаимодействуя между собой, образуют гидрофобное ядро, которое и обеспечивает глобулярные свойства белка.
Рис. 1. Внутриклеточные органеллы (органоиды) эукариоти-ческой клетки.
Рис. 2. Сопоставление первичной, вторичной, третичной и четвертичной структуры молекул белка.
Первичная структура Вторичная Третичная Четвертичная структура
(цепочка аминокислот) структура структура (клубок белков)
(а-спираль)
3. Элементы вторичной структуры (а- и Р-цепи) занимают в макромолекуле определенные положения в пространстве относительно друг друга; это и определяет третичную упаковку белка.
4. Большинство боковых групп глобулярного белка плотно упакованы, что ограничивает их внутримолекулярную подвижность и придает третичной структуре белка определенную жесткость (рис. 2).
Для понимания механизма формирования функционально активных форм молекул белков, их конфор-мации важно выяснить взаимосвязи разных уровней структурной организации молекул белка и роль активных, стабильных конформаций молекулы, которые являются промежуточными между глобулярной (жесткой) и полностью развернутой (ламеллярной) конформация-ми. Функционально значимыми, активными конформа-циями при разворачивании (сворачивании) протеинов являются не начальные и не конечные, а промежуточные, термодинамически стабильные состояния. Особенностями структуры промежуточных конформаций является высокое содержание функциональных групп вторичной структуры, сохранение гидрофобного ядра и отсутствие жесткой упаковки боковых групп с увеличением их подвижности в молекуле. Это позволяет воде проникать вглубь молекулы белка, не нарушая гидрофобного ядра, или формировать гидрофобное ядро молекулы апобелка, в частности из неполярных липи-дов, в гидрофильном окружении.
К промежуточной конформации глобулярных белков относятся так называемые "предшественники расплавленной глобулы"; это полипептидные цепи с функциональными группами вторичной структуры, но без гидрофобного ядра. Для этого состояния характерны большие размеры молекулы по сравнению с исходным состоянием (рис. 3). Элементы вторичной структуры стабилизируют в молекуле как "краткие" взаимодействия, так и длительные - гидрофобные и электростатические силы, как и наличие в пептидах и белках дисульфидных связей последние формируют
четвертичную структуру белка из нескольких полипептидов. Неясным остается формирование структуры в выраженно гидрофобных доменах, которые связывают разные по гидрофобности неполярные липиды - неэ-терифицированные ЖК (НЭЖК), триглицериды (ТГ) и эссенциальные полиеновые ЖК (ЭСПНЖК), этери-фицированные спиртом холестерином (ХС). Домены белка в состоянии "расплавленной глобулы" часто взаимодействуют с иными протеинами; они формируют межмолекулярные взаимодействия и образуют новые домены, формируя, в частности, кооперативные активные домены-лиганды.
Сворачивание глобулярных белков in vitro (фолдинг молекул) проходит через этапы промежуточных кон-формационных состояний. Это играет важную роль в физиологических процессах, обеспечивая взаимодействие белков с доменами белков фолдинга с шаперо-нами. Это же происходит при связывании лигандов со специфичными рецепторами на плазматической мембране клеток. Частичное (полное) отсутствие плотной упаковки молекул белка в промежуточных состояниях
I f f
а-Спираль Р-Структура Беспорядочный
клубок
Рис. 3. Элементы вторичной структуры белка: а-спиральные цепи, Р-складчатость и «предшественники расплавленной глобулы».
клиническая лабораторная диагностика, № 1, 2014
делает их менее устойчивыми к протеолизу. Эта зависимость в большей мере проявляется при определении структуры липопротеинов (ЛП) как липид-транспортных макромолекул, особенно для апоВ-48 и апоВ-100. Липиды с разной гидрофобностью играют важную роль в поддержании третичной структуры апоВ-100 и создании поверхностного электрического заряда липопротеинов низкой плотности (ЛПНП). Это дает основание полагать, что наиболее существенные физиологические свойства аполипопротеина В (изо-форм апоВ-100 и апоВ-48) в составе ЛПНП и ЛП очень низкой плотности (ЛПОНП) определяет и специфичность взаимодействия их с рецепторами на мембране клеток. Аффинность взаимодействия лиганд - рецептор определена соотношением липид/белок, электростатическими силами и конгруэнтностью поверхности белков, конформацией апоВ-100 при взаимодействии белок - белок. Естественно, что при связывании с каждым из рецепторов конформация апоВ-100 является разной.
Белки - наибольший и сложный класс антигенов, на которые реагирует биологическая функция адаптации, биологические реакции врожденного и приобретенного иммунитета, функция толл-подобных рецепторов и реакция по типу "свой - не свой". Антигенная детерминанта или эпитоп - участок молекулы антигена, оказывающий иммуногенное действие, с которым связывается специфичное антитело. Понятие антигенной детерминанты вызывает ряд вопросов, которые касаются молекулярной природы этого домена. С одной стороны, логично, что эпитоп (антиген) располагается на поверхности глобулы белка. Это необходимо для первичного распознавания афизиологи-ческой, антигенной детерминанты теми структурами, толл-подобными рецепторами, которые далее запускают биологическую реакцию иммунного ответа. С другой стороны, антитела могут быть образованы in vivo и к участкам молекулы антигена, которые скрыты во внутренних областях молекулы, поскольку содержат гидрофобные остатки аминокислот, для которых прямой контакт с водной средой кровотока энергетически нежелателен.
Несмотря на то что установлена первичная структура апоВ-100, выявлены варианты генетических аномалий, третичная структура белка, как и апоВ-100 ЛП, основана на постулатах, предположениях и математическом моделировании. Не осталось ни одного физико-химического метода, который не был бы применен
А
Рис. 4. Нарушение формы эритроцита при серповидно-клеточной анемии в результате изменения конформации молекулы гемоглобина S.
для выяснения структуры апоВ-100 ЛПНП. В этой ситуации мы предлагаем всю накопленную информацию рассмотреть по-иному, используя для этого биологическую функцию интеллекта. Понятия "иммуногенность" и "антигенность", по сути, не одно и те же. Иммуногенность - способность эпитопа вызывать иммунный ответ, тогда как антигенность - это способность эпи-топа быть опознанным эффекторами биологической реакции иммунного ответа - антителами и иммуноком-петентными клетками. Вся поверхность глобулярных доменов макромолекулы, которая физиологично не соприкасается с гидрофильной средой межклеточной среды, может быть потенциально иммуногенной. При этом эпитопы доменов, которые погружены вглубь молекулы, находятся на поверхности молекулы, но экранированы гидрофобной субстанцией (неполярными липидами), являются потенциально активными имму-ногенными доменами.
Антигенные детерминанты протеинов разделяют на две категории - стабильные (структурные) и конфор-мационные (нестабильные). Первые детерминанты являются стабильными участками полипептидной цепи; конформационные состоят из прилегающих, поверхностно расположенных аминокислотных остатков, которые не имеют ковалентных связей, являются лабильными и при изменении физико-химических условий могут быть разнесены по длине полипептидной цепи на значительные расстояния. Антигенность детерминант обоих типов весьма чувствительна к изменениям в структуре молекулы, в том числе и стерической, пространственной ее форме. При этом непрерывные детерминанты часто оказываются конформационно зависимыми; антитела "узнают" такие детерминанты только в нативной кон-формации, которая одна из многих обеспечивает комплементарное соответствие поверхности антигена и антитела.
Все антигенные детерминанты - это структурные образования на поверхности макромолекул белка. Антигенная детерминанта может состоять из аминокислотных остатков, которые располагаются далеко друг от друга по длине полипептидной цепи, но сведены вместе в результате трехмерного свертывания белка с образованием активного, конформационного эпитопа. Наглядным клиническим примером нарушения конформации белка является серповидно-клеточная анемия. Происходит это при генетически обусловленном синтезе афизиологического гемоглобина Б. По сравнению с первичной структурой гемоглобина А в афизио-логической молекуле гемоглобина Б происходит только одно замещение (субституция) гидрофильного остатка Ь-глутаминовой кислоты в 6-й позиции Р-цепи глобина на гидрофобный остаток Ь-валина. В результате такой замены растворимость гемоглобина Б резко снижается и молекула белка не в состоянии принять конформа-цию глобулы. В этой ситуации эритроциту приходится приспосабливаться к вытянутой молекуле гемоглобина и изменять форму клетки (рис. 4).
2. Моноклональные антитела и выяснение конформации апоВ-100 в ЛПНП и ЛПОНП
В силу своей специфичности моноклональные антитела в отличие от поликлональных чувствительны к замене аминокислотных остатков и изменению кон-формации молекулы. Замена одного аминокислотного остатка в антигенной детерминанте белка уменьшает связывание моноклональных антител более чем в 50 раз; чувствительность поликлональных антител на порядок ниже. Моноклональные антитела могут быть
Рис. 5. Сопоставление ЛП в плазме крови при разделении методом препаративного ультрацентрифугирования (а) в разные сроки после еды с данными электрофореза в геле ага-розы (б).
столь специфичны для определенной пространственной организации антигена, что перестают реагировать с антигеном после минимальных изменений его структуры. Потеря одной водородной связи, которая стабилизирует комплекс антиген - антитело, способна снизить константу связывания на несколько порядков (в десятки раз).
Нарушения поглощения клетками ЛПНП путем апоВ-100-рецепторного эндоцитоза по причине непринятия молекулой апоВ-100 физиологической конформа-ции, не образования активной формы апо и отсутствия на поверхности ЛП апоЕ/В-100 лиганда формально можно рассматривать как "болезнь конформации". Физиологическая, активная конформация белка является всегда промежуточной, динамичной. Именно в момент конформации, в частности транспортных протеинов при действии разных факторов, быстро формируется иная, третичная или четвертичная, пространственная форма молекулы с выставлением на поверхность белка иных остатков аминокислот, химических радикалов, формирование доменов, лигандов и рецепторов. В филогенетически раннем переносе эссенциальных ненасыщенных ЖК (ННЖК) и ЭСПНЖК в составе ЛПНП, а позже насыщенных ЖК (НЖК) + мононенасыщенных ЖК (МЖК) в ЛПОНП гепатоциты секретируют ЛПОНП, конформация апоВ-100 в которых является неактивной. В гепатоцитах апоВ-100 связывает в ЛПОНП количество ТГ, которое больше оптимального. При этом гепатоциты секретируют в кровоток прелигандные (безлигандные) пальмитиновые, олеиновые, линолевые и линоленовые ЛПОНП.
В крови в пальмитиновых и олеиновых ЛПОНП в процессе гидролиза ТГ при действии постгепариновой липопротеинлипазы (ЛПЛ) и кофактора апоС-11 уменьшается количество ТГ. НЭЖК, освобожденные при гидролизе, связывает АЛБ; полярные диглицери-ды спонтанно переходят в полярные по структуре ЛП высокой плотности (ЛПВП) (рис. 5). Когда в ассоциации с апоВ-100 остается оптимальное количество ТГ, стерическая форме апоВ-100 резко меняется, принимая активную конформацию; активные домены апоВ-100 ассоциируются с подобными же доменами апоЕ; происходит формирование кооперативного апоЕ/В-100-лиганда и его выставление на поверхность пальмитиновых и олеиновых ЛПОНП. Связывая лиганды апоЕ/В-100-рецепторами на плазматической мембране,
все инсулинзависимые клетки поглощают пальмитиновые и олеиновые ЛПОНП.
В составе филогенетически ранних ЛПНП нет апоЕ, которая являются компонентом только филогенетически поздних, инсулинзависимых ЛПОНП. При гидролизе линолевых и линоленовых ТГ и в условиях перехода в ЛПНП из состава ЛПВП ЭСПНЖК, этерифици-рованных спиртом ХС, апоВ-100 формирует иную, чем в ЛПОНП, активную конформацию и выставляет на поверхность ЛПНП апоВ-100-лиганд. Лигандные ЛПНП своими рецепторами связывают все клетки, поглощая их путем апоВ-100-рецепторного эндоцитоза. АпоЕ/В-100 ЛПОНП и апоВ-100 ЛПНП, хотя и сформированы апоВ-100, являются существенно разными.
1. Филогенетически ранние апоВ-100 ЛПНП переносят к клеткам главным образом ННЖК в форме линолевых и линоленовых ТГ и ЭСПНЖК в форме эфиров со спиртом ХС; предназначены они для построения структур клеточных мембран. Филогенетически более поздние апоВ-100 ЛПОНП переносят к клеткам НЖК и МЖК в форме пальмитиновых и олеиновых ТГ - субстратов для наработки клетками (скелетными миоцитами) энергии (синтеза АТФ) при реализации всех биологических функций, в первую очередь биологической функции локомо-ции.
2. В ЛПНП динамичным апо является только апоС-III, кофактор печеночной ЛПЛ; динамичные апо в ЛПОНП - это апоС-II, кофактор постгепариновой ЛПЛ, который из ЛПНП перемещается в ЛПВП, и филогенетически поздний апоЕ. Это единственный апо, который синтезируют не гепатоциты, а периферические клетки in vivo. Только апоЕ в первичной структуре апо имеет домен для взаимодействия белок - белок (апо - апо).
3. В кровоток гепатоциты секретируют ЛПОНП во много раз больше, чем ЛПНП. При одинаковом числе молекул ТГ, связанных апоВ-100 в каждом из ЛП, более низкая гидратированная плотность ЛПОНП, что определяют более короткие цепи ЖК в пальмитиновых и олеиновых ТГ по сравнению с линолевыми и линоле-новыми ТГ и переход в ЛПНП из ЛПВП более гидрофобных ЭСПНЖК, этерифицированных спиртом ХС. Чем больше гепатоциты синтезируют пальмитиновых ЛПОНП, тем гидратированная плотность ЛПОНП ниже и размеры меньше. Все переносимые апоВ-100 ЛП к клеткам НЖК+МЖК, ННЖК и ЭСПНЖК количественно соотносятся как 100:10:1.
4. ЛПНП путем апоВ-100-рецепторного эндоцито-за поглощают все клетки in vivo; ЛПОНП поглощают в основном инсулинзависимые клетки путем апоЕ/В-100-эндоцитоза: поперечно-полосатые скелетные миоциты, кардиомиоциты, адипоциты и перипортальные гепато-циты.
5. Врожденная патология ЛПНП встречается редко -это семейная гиперхолестеринемия, гиперлипопротеине-мия (ГЛП) фенотипа Па. Генетически обусловленная патология ЛПОНП (постгепариновая ЛПЛ, кофактор апоС-II, афизиологические фенотипы апоЕ) встречается намного чаще, формируя ГЛП фенотипов I, Пб, III, IV и V.
6. В физиологических условиях пальмитиновые и олеиновые ЛПОНП не превращаются в ЛПНП; все ли-гандные ЛПОНП поглощают клетки путем апоЕ/В-100 рецепторного эндоцитоза. Линолевые и линоленовые ЛПНП физиологично становятся ЛПНП в ходе гидролиза линолевых и линоленовых ТГ и при переходе в них ЭСПНЖК, этерифицированных спиртом ХС, из ЛПВП.
HYDRAGEL LIPO + Lp(a) 15/30 sebia
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
■•мм ' т М л
•«в— в т ■ в..
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Рис. 6. Серийное проведение электрофореза ЛП в геле агаро-зы в углубленной диагностике ГЛП с разделением фракций ХМ, пре-Р-ЛП, Р-ЛП и и а-ЛП.
7. Постгепариновая ЛПЛ и ее кофактор апоС-II с наиболее высокой константой скорости реакции ги-дролизуют в ЛПОНП олеиновые ТГ. Если в ЛПОНП преобладают пальмитиновые ЛПОНП (пальмитиновые ТГ не являются оптимальным субстратом для постгепариновой ЛПЛ), но их существенно больше, чем линолевых и линоленовых ЛПНП, они анормально долго циркулируют в крови. За это время в пальмитиновые афизиологические ЛПОНП вместо физиологических линолевых и линоленовых ЛПНП переходят ЭСПНЖК из ЛПВП. Пальмитиновые ЛПОНП при этом приобретают гидратированную плотность ЛПНП. Наиболее часто именно афизиологические, пальмитиновые по составу ЖК, но с гидратированной плотностью, равной таковой ЛПНП, определяют величину ХС-ЛПНП.
8. Во всех случаях гипертриглицеридемия в клинике - патология инсулинзависимых ЛПОНП, накопление в крови афизиологических, чаще пальмитиновых, ЛПОНП с гидратированной плотностью ЛПНП. Ретенция в крови пальмитиновых ЛПОНП с плотностью ЛПНП является основной причиной высокого уровня ХС-ЛПНП. Высокий уровень ХС-ЛПНП, за исключением семейной гиперхолестеринемии фенотипа 11а, это патология филогенетически поздних, инсулинзависимых пальмитиновых ЛПОНП и результат медленного, физиологического гидролиза постгепариновой ЛПЛ пальмитиновых ТГ (рис. 6).
9. При формировании in vivo синдрома ИР, гипертриглицеридемия наиболее часто опережает гипергликемию; при этом ИР - это ранний симптомом атеросклероза - дефицита в клетках ЭСПНЖК по причине снижения их биодоступности для клеток при нарушенном формировании в кровотоке лигандных ЛПНП.
3. Прелигандные, лигандные и постлигандные ХМ, ЛПНП и ЛПОНП в плазме крови
При избытке в пище Пальм НЖК и пальмитиновых ЛПОНП в крови, при физиологически медленном гидролизе пальмитиновых ТГ апоВ-100 в ЛПОНП не принимает активную конформацию - "деформированного бислоя белок - липид"; апоВ-100, не имея активной конформации, не взаимодействует с доменами апоЕ и
не формирует апоЕ/В-100-лиганд; отсутствие лиган-да делает невозможным связывание пальмитиновых ЛПОНП с апоЕ/В-100-рецепторами на мембране ин-сулинзависимых клеток и поглощения пальмитиновых ЛПОНП, которые приобрели плотность ЛПНП, не происходит. Пальмитиновые ЛПОНП формируют в крови гипертриглицеридемию, повышение уровня спирта ХС в плазме крови и возрастание содержания ХС-ЛПНП. Безлигандные (пре- и постлигандные) ЛПОНП в крови становятся биологическим "мусором"; они подлежат "выносу" из кровотока в локальный пул рыхлой соединительной ткани (РСТ), для утилизации оседлыми макрофагами; пул РСТ располагается в интиме артерий эластического и смешанного типа.
Гидролиз пальмитиновых ТГ в афизиологических ЛПНП продолжает иной фермент - печеночная ЛПЛ и ее кофактор апоС-III. Происходит это в условиях, когда в ЛПОНП из ЛПВП осуществляется переход ЭСПНЖК, этерифицированных спиртом ХС. В плазме крови повышается активность печеночной ЛПЛ и концентрация апоС-III; однако выраженного гидролиза пальмитиновых ТГ в одноименных ЛПНП не происходит. Для филогенетически ранней печеночной ЛПЛ оптимальным субстратом являются линолевые и линоленовые ТГ и ЖК с двумя, тремя двойными связями, а не пальмитиновые ТГ. И, несмотря на компенсаторное увеличение экспрессии печеночной ЛПЛ и увеличенное содержание апоС-III, уровень ТГ в плазме крови остается афизиоло-гически высоким.
Относительно функциональной роли апоС-III в превращениях в крови линолевых и линоленовых ННЖК в форме неполярных эфиров со спиртом глицерином (в форме ТГ) и ЭСПНЖК в неполярной форме эфиров со спиртом ХС мнение авторов неоднозначно. Согласно филогенетической теории общей патологии, система ЛПНП в филогенезе сформировалась ранее ЛПОНП. Это первая in vivo система ЛП, в которой перенос ЖК впервые происходит в форме неполярных ТГ и эфиров со спиртом ХС и клетки впервые поглощают все ЖК (НЖК + МЖК + ННЖК + ПНЖК) в форме неполярных липидов путем апоВ-100-рецепторного эндоцитоза. Более поздний перенос НЖК и МЖК в ЛПОНП, согласно единой технологии становления в филогенезе функциональных систем, сформировался по образу и подобию ЛПНП.
В составе ЛПОНП гидролиз пальмитиновых и олеиновых ТГ в одноименных ЛПОНП активируют постгепариновая ЛПЛ и кофактор апоС-II; при липолизе происходит формирование активной конформации апоВ-100 в форме "деформированного бислоя белок - липид"; на поверхности ЛПоНп формируется апоЕ/В-100-лиганд; инсулинзависимые клетки связывают лигандные пальмитиновые и олеиновые ЛПОНП своими рецепторами и поглощают их. Реально полагать, что в филогенетически более ранних ЛПНП все происходит подобным же образом.
В составе ЛПНП гидролиз линолевых и линолено-вых ТГ в одноименных ЛПОНП и ЛПНП активируют печеночная ЛПЛ и кофактор апоС-III; в процессе не очень активного липолиза и активного перехода в состав ЛПНП гидрофобных ЭСПНЖК в форме эфи-ров ХС из ЛПВП формируется активная конформация апоВ-100 в форме глобулы белка с липидами внутри ("карман" с липидами); на поверхности ЛПНП формируется апоВ-100-лиганд, и все клетки связывают лигандные ЛПНП рецепторами и поглощают путем апоВ-100-эндоцитоза.
ХМ (3 пре-p а
i 1 1 ¡f
i
■
i
1
: f® • ж
1 li 1
: II • н Ü!
- е
!
I тип lia тип llb тип
III тип
IV тип
V тип Норма
+ е
Место старта
Рис. 7. Схема фенотипирования ГЛП на основании электрофореза в геле агарозы.
-е - катод; +е - анод. Справа - фенотипы ГЛП и спектр ЛП в физиологических условиях (норма).
Если в филогенетически поздних и, вероятно, менее устоявшихся ЛПОНП при генетически обусловленных "ошибках метаболизма" нарушается липолиз и формирование лиганда, компенсаторно происходит активация филогенетически ранней системы ЛПНП. Речь идет о функционально близких системах при наличии сходного субстрата для переноса, гидролиза, формирования лиганда и поглощения клетками ЖК в форме неполярных липидов. Активность печеночной ЛПЛ повышается, концентрация апоС-111 увеличивается, но уровень ТГ в плазме крови снижается мало. При действии печеночной ЛПЛ медленно продолжается гидролиз ТГ в пальмитиновых по составу ЖК ЛПНП в условиях перехода в них ЭСПНЖК, этерифицированных спиртом ХС, из состава ЛПВП.
Постепенно пальмитиновые по составу ЖК ЛПОНП превращаются в самые малые с высокой гидратиро-ванной плотностью ЛПНП, которые всеми признаны наиболее "атерогенными". Напомним, что молекула ЭС в форме эфиров со спиртом ХС по сравнению с молекулой ТГ является более гидрофобной и размеры ее на треть меньше. Так в реакции патологической компенсации увеличивается в крови количество постли-гандных (безлигандных) пальмитиновых ЛПНП. Чем больше в пище Пальм НЖК, тем большее количество малых, плотных, "атерогенных" ЛПНП циркулирует в крови и в конечном итоге формирует атероматоз в интиме артерий эластического и смешанного (мышечно-эластического) типа. Малые, плотные пальмитиновые ЛПНП, богатые ЭСПНЖК в форме эфиров ХС и с малым содержанием ТГ, формируют в интиме артерий поражение по типу атероматоза с образованием плоских, больших по площади, не склонных к разрыву бляшек. Однако в одном из 10 случаев формирования тромбоза коронарных артерий причиной его является эрозия некротизированных масс в центре атероматоз-ной, плоской бляшки и контакт тромбоцитов даже с
кристаллами спирта холестерина моногидрата.
С нашими филогенетическими представлениями не согласуется мнение авторов, которые рассматривают апоС-IlI как белок, который ингибирует не только гидролиз ТГ в ЛПОНП, но и образование ЛПОНП в аппарате эндоплазматической цепи гепатоцитов. Происходит это ингибирование при поедании афизиологи-ческого количества пищи с целью предотвратить перегрузку клеток избыточным количеством ЖК. Однако мала вероятность того, что в организме экзотрофов формируются механизмы, которые блокируют пути переноса к клеткам ЖК как субстратов для обеспечения энергией всех биологических функций in vivo, в том числе и наиболее емкую по затратам энергии функцию локомоции. Мы полагаем, что в организме экзотрофов, которые абсолютно зависимы от поступления субстратов извне, биологически не могут формироваться ингибиторы на путях поглощения пищи, субстратов для наработки энергии.
Вероятно, организм каждый прием пищи оценивает как последний; у него нет информации о том, будет ли вообще следующий прием пищи; и каждый раз физиологическое усвоение пищи происходит оптимально. И чем большее количество пищи поступает за один прием, тем большая доля ее будет усвоена при активации всех гуморальных механизмов. И только после поглощения поступивших с пищей ЖК гепатоциты и адипоци-ты in vivo начинают разбираться со съеденным, проводя оптимизацию экзогенных ЖК. В процессе оптимизации гепатоциты окисляют все афизиологические ЖК, которыми являются трансформы МЖК, ЖК с нечетным числом атомов углерода, с разветвленной цепью, дикар-боновые ЖК, ЖК с циклическими радикалами в цепи (фибраты), очень длинноцепочечные ЖК (более 24 атомов С) и избыток в пище Пальм НЖК.
Специфичные органеллы гепатоцитов-пероксисо-мы, мы полагаем, исполняют в клетке в отношении всего, что синтезировано из ацетата, из уксусной кислоты, те же функции, которые в отношении протеинов исполняют лизосомы. Если в лизосомах доминируют гидролазы, в пероксисомах реализованы оксидазы, которые одновременно активируют реакции a-, Р- и ю-окисления. Бета-оксидазы пероксисом окисляют большее или меньшее количество экзогенной Пальм НЖК без образования АТФ при выделении калорий тепла. Однако для этого поступившие с пищей ЭСПНЖК активируют на мембране ядра гепатоци-тов рецепторы активации пролиферации пероксисом. Худыми являются те люди, у которых генетически предопределена высокая активность пероксисом; они постоянно сжигают определенную (?!) часть поступающей с пищей Пальм НЖК. Однако сама Пальм НЖК (ни экзогенная, ни эндогенно синтезированная) быть лигандом, связываться и инициировать рецепторы активации пролиферации пероксисом не может. Клетки приматов и человека могут синтезировать из ацетата только олеиновую МЖК; они не могут синтезировать ни линолевую, ни линоленовую, ни ПНЖК. Месте с тем полагают, что клетки приматов и человека все-таки способны синтезировать некоторое количество ПНЖК путем окисления в пероксисомах очень длин-ноцепочечных С 24 и С 26 ННЖК.
Согласно рекомендациям ВОЗ, при фенотипирова-нии ГЛП мы используем спектры электрофореза ЛП, которые много лет назад отработаны под руководством Д. Фредриксона На схеме не приведена фракция a-ЛП (ЛПВП), поскольку в классификации фенотипов ГЛП
ХМ пре ХМ пост ЛПОНП пре ЛПОНП пост ЛПНП пре ЛПНП пост
1
На
116
III
IV
V
Рис. 8. Схема формирования фенотипов (типов) ГЛП исходя из функциональной гетерогенности ХМ, ЛПОНП и ЛПНП, наличия в крови пре- и постлигандных ЛП.
а-ЛП не задействованы, к тому же при всех фенотипах ГЛП процентное содержание а-ЛП ЛПНП является стабильным. Фенотипирование проводят на основании всего трех фракций ЛП: ХМ, ЛПОНП и ЛПНП, точнее ХМ, пре-Р-ЛП и Р-ЛП. Как же наличие столь незначительного количества исходных величин (всего 3) позволяет дифференцировать в 2 раза большее количество афизиологических изменений, которые требуют разных лечебных воздействий для их нормализации? Какими же путями формируются эти, строго говоря, картинки, которые позволяют достоверно дифференцировать столь большое число афизиологических процессов?
Согласно мнению Д. Фредриксона, электрофорез ЛП в геле агарозы позволяет провести фенотипирование наследственных форм патологии синтеза ТГ, формирования ЛПОНП, переноса их в межклеточной среде и рецептор-ного поглощения клетками ЛП. Однако трудно полагать, что формирование одного типа ГЛП может происходить по-разному при врожденных дефектах метаболизма (первичной структуры протеинов) и при действии патогенетических факторов, которые сформировались не на ступенях филогенеза, а индивидуально в онтогенезе при патологическом процессе in vivo (рис. 7).
4. Единый алгоритм формирования фенотипов ГЛП
Каким же образом 3 класса ЛП при ультрацентрифугировании, 3 фракции ЛП при электрофорезе (ХМ, пре-Р-ЛП и Р-ЛП) формируют в 2 раза большее количество типов (фенотипов) ГЛП? Для понимания этого мы предлагаем принять во внимание следующее.
1. Единые превращения, которые претерпевают в кровотоке все ЛПОНП (пальмитиновые, олеиновые, ли-нолевые и линоленовые), которые секретировали гепа-тоциты, все ЛПНП, которые образуются в крови физиологически из линолевых и линоленовых ЛПОНП, и все ХМ, которые секретируют в кровоток филогенетически ранние энтероциты.
2. Единые принципы поглощения ХМ, ЛПОНП и ЛПНП путем активного, рецепторного эндоцитоза; последовательно это апоЕ/В-48 поглощение ХМ только ге-патоцитами, апоЕ/В-100-рецепторное поглощение пальмитиновых и олеиновых ЛПОНП инсулинзависимыми клетками и апоВ-100-поглощение всех физиологических линолевых и линоленовых ЛПНП, а также пальмитиновых олеиновых ЛПНП всеми клетками.
3. Единые нарушения, активного, рецепторно-го эндоцитоза при неоптимальных свойствах ТГ как
субстратов липолиза, в первую очередь пальмитиновых ТГ; врожденно низкая активность постгепариновой ЛПЛ и кофактора апоС-II при гидролизе ТГ в ХМ, пальмитиновых и олеиновых ТГ в одноименных ЛПОНП.
4. Последовательное превращение ХМ, ЛПОНП и ЛПНП в кровотоке в 3 формы: прелигандные (пре-) ХМ, ЛПОНП и ЛПНП, лигандные формы трех ЛП и постли-гандные (пост-) формы ЛП.
Теоретически в краткие (длительные) промежутки времени в кровотоке, в норме и при патологии могут циркулировать девять приведенных выше вариантов ЛП. В физиологических условиях, при динамичном формировании активной конформации апоВ-100 и превращении ЛП лигандные ХМ, ЛПОНП и ЛПНП быстро связывают апоЕ/В-48-, апоЕ/В-100- и апоВ-100-рецепторы и поглощают клетки, выводя ЛП из кровотока. В крови физиологично нет или возможности для образования пост-ЛП.
Как же формируются различия электрофореграмм ЛП в геле агарозы, основа для диагностики фенотипов (типов) ГЛП? В афизиологических условиях в кровотоке циркулируют:
• пре-ХМ, если имеется генетический дефект в первичной структуре постгепариновой ЛПЛ или кофактора апоС-II и существенно чаще при преобладании в составе ХМ пальмитиновых ТГ, которые являются неоптимальным (плохим) субстратом для гидролиза их постгепариновой ЛПЛ (ГЛП фенотипа I);
• пост-ХМ, когда физиологические лигандные ХМ не поглощают клетки по причине низкого связывания рецепторов с лигандами при патологии апоЕ/В-48-рецептора (ГЛП фенотипа III);
• пре-ЛПОНП при низкой активности липолиза, недостаточной экспрессии постгепариновой ЛПЛ или неоптимальном субстрате в пальмитиновых ЛПОНП -преобладание пальмитиновых ТГ (ГЛП фенотипа Пб);
• пост-ЛПОНП при сниженной (низкой) аффинности апоЕ (2/2)/В-100-рецептора к апоЕ/В-100-лиганду (ГЛП фенотипа III);
• пре-ЛПНП при перегрузке субстратом, при переедании и неоптимальной экспрессии постгепариновой и печеночной ЛПЛ, кофакторов апоС-II и апоС-III или при преобладании в ЛПНП пальмитиновых ЛПОНП с плотностью ЛПНП (ГЛП фенотипа IV);
• пост-ЛПНП при половине физиологического количества или отсутствии на мембране клеток апоВ-100-рецепторов и невозможности поглощения клетками ли-гандных ЛПНП с переносимыми ими ЭСПНЖК (ГЛП фенотипа Па).
Исходя из изложенного:
• ГЛП фенотипа I (семейная гиперхиломикронемия) - накопление в плазме крови пре-ХМ + пре-ЛПОНП;
• ГЛП фенотипа Па (семейная гиперхолестеринемия) накопление пост-ЛПНП;
• ГЛП фенотипа Пб (семейная комбинированная гиперлипидемия) - накопление в плазме крови пре-ЛПОНП + пре-ЛПНП;
• ГЛП фенотипа III (семейная дисбеталипопроте-немия - накопление в плазме крови пост-ХМ + пре-ЛПНОП + пре-ЛПОНП;
• ГЛП фенотипа IV (алиментарная гипертриглицери-демия) - накопление пре-ЛПОНП;
• ГЛП фенотипа V (наследственная гипертриглице-ридемия) - накопление в плазме крови пре-ХМ + пост-ХМ + пре-ЛПОНП + пост-ЛПОНП (рис. 8).
При фенотипе Е2/2 и ГЛП фенотипа III взаимодей-
Рис. 9. Гетерогенность Р-ЛП при электрофорезе - наличие фракции ЛП(а) между Р-ЛП и а-фракцией ЛП (позиция 4).
ствие апоЕ лиганд - рецептор не превышает 2% величины физиологического фенотипа Е3/3. Это приводит как к блокаде апоЕ/В-48-эндоцитоза гепатоцитами ли-гандных ХМ, так и к поглощению всеми клетками НЖК, МЖК и ННЖК ЛПОНП путем апоЕ/В-100-эндоцитоза при накоплении пост-ХМ. Результатом этого является формирование широкой полосы пре^-ЛП и типичного спектра апоВ-100 ЛП. При фенотипе Е2/2 поглощение клетками лигандных ЛПОНП происходит существенно медленнее, чем при Е3/3. Пациенты с фенотипом апоЕ2/2 и нормолипидемией имеют более длительную гипертриглицеридемию после приема пищи и нагрузки жирами в силу замедления клиренса ХМ и накопления пост-ХМ и пост-ЛПОНП.
Основу ГЛП фенотипа (типа) III составляет аллель е2 и генотип е2/е2. В то же время только 5% пациентов с выявленным генотипом е2/е2 имеют явную ГЛП III типа. Обследование семей пробандов с ГЛП III типа показало, что нарушение поглощения клетками ЖК в форме ХМ не всегда определено только е2/е2. Однако у всех членов семьи апоЕ/В-100-рецепторы клеток менее активно связывали ЛПОНП; это указывает на то, что генотип е2/е2 и ГЛП типа III не являются строго детерминированными. Не исключено, что формирование ГЛП типа III происходит в условиях, когда на генотип е2/2 наслаиваются иные генетические факторы, которые формируют семейную комбинированную ГЛП или семейную гипертриглицеридемию; примером такого сочетания является полиморфизм апоЕ как Е3/Е4, дефект первичной структуры постгепариновой ЛПЛ или апоС-II или избыток в пище Пальм НЖК. Электрофорез в геле агарозы позволяет выделить и фракцию ЛП(а) (рис. 9).
Широкая полоса пре^-ЛП - нарушение активного поглощения клетками ЛПОНП и накопление пост-ЛПОНП может быть не только первичным, но и вторичным. Широкую фракцию преß- можно выявить при гормональных нарушениях - гипотиреоз, гипоэстрогенемия, низкая секреция инсулина (ИНС); при действии экзогенных факторов -усиленная индукция субстратом (переедание), алкоголизм;
Рис. 10. Электрофорез ЛП в геле агарозы при ГЛП фенотипа III (позиции 3 и 4) и фенотипа V (позиции 1 и 2). При широкой пре-Р-фракции видна фракция ß-ЛП; при ГЛП фенотипа V она неразличима.
в результате побочного действия лекарств и токсичных воздействий. При вторичной ГЛП типа III в условиях адекватной дието- и заместительной терапии широкой полосы пре^-фракции может не быть. Однако при фенотипе Е2/2, даже в условиях нормолипидемии, в спектре ЛП широкая полоса пре-ß сохраняется (рис. 10).
ГЛП фенотипа III является патологией НЖК и МЖК и поглощения ЖК только инсулинзависимыми клетками. Анализ пре^-ЛП выявляет их неоднородность: широкая полоса пре^-ЛП бывает гомогенная, однако может разделяться на две части - анодную и катодную. Гетерогенность широкой фракции пре^-ЛП, мы полагаем, есть следствие одновременной блокады апоЕ/В-48- и апоЕ/В-100-эндоцитоза и накопление в крови пост-ХМ и пост-ЛПОНП. Различия ЛП, которые при этом формируются в крови, определяют особенности проявления семейной формы ГЛП типа III; это касается, в частности, морфологических особенностей ксан-том. Морфологическое различие богатых ТГ ксантом
Рис. 11. Тубулоэруптивные ксантомы у пациента с ГЛП фенотипа III, сформированные из избыточного количества в крови афизиологических постлигандных ЛПОНП.
Рис.12. Пальмарные (ладонные) ксантомы (а) и эруптивные ксантомы на ладонях при IV (V) типе ГЛП (б).
определено тем, что они формируются при блокаде апоЕ/В-48- и апоЕ/В-100-эндоцитоза и при блокаде апоВ-100-эндоцитоза. В первом случае фагоциты формируют ксантомы из пост-ХМ и пост-ЛПОНП, а во втором - из пост-ЛПНП.
Различие двух видов ксантом (содержания в них ТГ) сводится к следующему: ксантомы, сформированные из пост-ЛПНП, - это эруптивные ксантомы; паль-марные ксантомы - это более плотные, плоские, слабо окрашены; ксантомы из пост-ХМ и пост-ЛПОНП (ту-булоэруптивные ксантомы) мягкие, объемные, могут иметь ярко желтый или даже оранжевый цвет - присутствие каротина. Оседлые макрофаги, поглощая пост-ЛПНП, формируют пальмарные ксантомы, по большей части они состоят из ЭСПНЖК, этерифицированных спиртом ХС. Тубулоэруптивные ксантомы, которые сформированы оседлыми макрофагами из пост-ХМ, содержат все экзогенные коротко-, средне- и длинноце-почечные НЖК, МЖК и ННЖК; оранжевый цвет ксан-том обусловлен присутствием в постлигандных ХМ каротиноидов (рис. 11).
Функционально ксантомы - это структуры, сходные с атероматозными бляшками; это подчеркивает их выраженные физико-химические различия. Существенно меньше они похожи на липидные пятна, которые формируют оседлые (резидентные) макрофаги, фагоци-
тируя НЖК и МЖК в форме ТГ в составе лигандных ЛПОНП. Липидные пятна быстро образуются и быстро подвергаются регрессии; все оседлые макрофаги имеют нейтральные гидролазы для липолиза депонированных ТГ. Это приводит к резорбции ранее сформированных липидных пятен. Липидные пятна в интиме артерий эластического и смешанного типа - это функциональный липоидоз макрофагов, временная функциональная перегрузки их ТГ - субстратами для наработки энергии; к атероматозу они отношения не имеют. Формирование липидных пятен не сопровождает активация биологической реакции воспаления.
Основу патогенеза атеросклероза, мы полагаем, составляет блокада апоВ-100-эндоцитоза и поглощения клетками ЭСПНЖК в форме эфиров со спиртом ХС. Если субстратом липидных пятен являются НЖК и МЖК в форме ТГ, то субстрат атером - это ЭСПНЖК этери-фицированные спиртом ХС, преимущественно С 20:4 Арахи ПНЖК. Атеромы практически не подвергаются обратному развитию (регрессии), поскольку лизосо-мы фагоцитов не имеют кислой гидролазы; только она может гидролизовать ЭСПНЖК, этерифицированные спиртом ЭХ.
При ГЛП типа III накопление в крови пост-ЛПОНП слабо коррелирует с атеросклерозом. ГЛП типа III не рассматривают как атерогенного, хотя при фенотипе Е2/2 формирование ксантом усиленное; ГЛП типа III и нарушенное поглощение клетками н-ЖК являются только достоверным фактором риска атеросклероза. Действие фенотипа Е2/2 как фактора риска состоит в том, что нарушение поглощения клетками НЖК и МЖК в составе лигандных ЛПОНП блокирует далее поглощение и ЭСПНЖК в лигандных ЛПНП. При этом ЭСПНЖК оказываются не в цитозоле клеток, а в интиме артерий, формируя атероматоз.
Значимым фактором риска ГЛП является и аллель е4. Наиболее высокий уровень ХС в плазме крови, ХС-ЛПНП и апоВ-100 отмечен при фенотипах Е4/4 и Е4/3; более низкие уровни ХС-ЛПНП характерны для Е3/2, Е4/2 и Е2/2. У больных, которые перенесли инфаркт миокарда наиболее часто выявляют фенотипы Е3/2 и Е4/2. Полагают, что аллель е4 является более строгим фактором риска атеросклероза по сравнению с е2. Наименее часто аллель е4 встречается в популяции японцев, у которых редко развивается атеросклероз, атероматоз интимы артерий и низка частота острого коронарного синдрома. Достоверное снижение частоты аллеля е4 у мужчин старше 80 лет указывает на то, что носители его редко доживают до такого возраста. Это дает основание полагать, что синтез аллеля е2 нарушает поглощение клетками только НЖК и МЖК, в то время как аллель е4 приводит к сочетанному нарушению поглощения клетками как НЖК + МЖК, так и ЭСПНЖК в форме эфиров со спиртом ХС.
В филогенезе синтез апоЕ в биологической функции локомоции предопределен необходимостью ре-цепторного поглощения клетками больших количеств НЖК и МЖК как субстрата для наработки энергии. Экспрессия синтеза апоЕ продиктована столь серьезными биологическими обстоятельствами, что они путем реализации биологической функции адаптации сформировали новые рецепторные механизмы. Этими обстоятельствами в первую очередь является: выход животных на сушу; формирование теплокровных организмов; чередование в биологической функции трофологии периодов гиперфагии в биологической реакции экзотрофии и периодов голодания при эндо-
трофии; становление функции локомоции - длительного перемещения в пространстве при сокращении поперечнополосатых скелетных миоцитов.
Сочетанное действие гипергликемии и гиперинсули-немии в филогенезе все-таки не сформировало активное поглощение клетками глюкозы (ГЛЮ); видимо, это и невозможно. ИНС понижает гипергликемию в межклеточной среде путем блокады липолиза и снижения содержания в плазме крови НЭЖК; лишая скелетные миоциты возможности поглощать из межклеточной среды НЭЖК, ИНС вынуждает их поглощать ГЛЮ. Мы полагаем, что в филогенезе становление функции ИНС и апоЕ происходило одновременно и взаимосвязано. Действительно, только апоЕ способен сформировать эффективное поглощения клетками эндогенных НЖК и МЖК, синтезированных из ГЛЮ, и только путем апоЕ/В-100-рецепторного эндоцитоза. Поэтому при блокаде поглощения клетками ЛПОНП возможно развитие не только ГЛП, но и гипергликемии. Это в полной мере проявляется у больных с семейной комбинированной ГЛП. Это позволяет понять, почему гипертриглицеридемия часто предшествует гипергликемии.
Гипергликемия, ИНС и фенотип апоЕ Е3/Е3 являются функциональными синергистами. Они последовательно и в филогенезе сочетанно обеспечивают поглощение клетками ГЛЮ путем активированного эндоцитоза при действии глюкозных транспортеров (ГЛЮТ) для окисления ее в митохондриях при синтезе АТФ, одновременно и синтеза гликогена. Большую часть ГЛЮ, поглощенной после еды, инсулинзависимые гепатоциты реализуют в синтезе in situ de novo Пальм НЖК и далее олеиновой МЖК с целью депонирования в адипоцитах. При этом апоЕ/В-100-рецепторное поглощение клетками НЖК + МЖК в форме пальмитиновых и олеиновых ТГ в составе одноименных ЛПОНП является функциональным продолжением поглощения клетками ГЛЮ, которое только активировано (неактивно) на ступенях филогенеза сформировали ГЛЮТ1-ГЛЮТ4.
При действии ИНС, при становлении биологической функции локомоции, функции скелетных миоцитов количество субстратов, которые использованы в синтезе АТФ, и количество энергии, которое затрачено в реализации новой биологической функции, возросли на порядок. Происходит это при отсутствии возможности увеличения концентрации в межклеточной среде гидрофобных субстратов и продуктов реакции. Определено это тем, что ИНС in vivo формирует значительно более высокие кинетические параметры метаболизма. Возможно, столь выраженное повышение синтеза в митохондриях АТФ в реализации биологической функции локомоции является частью биологического действия ИНС. Мы полагаем, что функциональная роль ИНС в реализации биологической функции локомоции состоит в замене физиологического, но потенциально мало эффективного, кинетически медленного пальмитинового варианта метаболизма ЖК in vivo как субстратов для наработки энергии (синтеза АТФ) на более интенсивный и эффективный олеиновый вариант метаболизма. Для этого ИНС экспресси-рует синтез филогенетически поздней стеарил-КоА-десатуразы-2; последняя инициирует превращение всей синтезированной из ГЛЮ С 16:0 Пальм НЖК в С 18:1 олеиновую МЖК. Промежуточным этапом этой реакции является активность пальмитоилэлонгазы и синтез С 18:0 стеариновой НЖК. Согласно нашим данным, константа окисления озоном олеиновой МЖК на несколько порядков выше, чем Пальм НЖК. В этих
условиях митохондрии в единицу времени могут образовать в несколько раз больше ацетил-КоА, при метаболизме которого в цикле Кребса синтезировать соответственно большее количество АТФ, чем при образовании ацетил-КоА из Пальм н-ЖК. Полагаем, что потенциальные возможности синтеза АТФ в цикле Кребса лимитированы в первую очередь доступностью субстрата - ацетил-КоА. При диабетическом ке-тоацидозе доступность субстрата для синтеза АТФ является крайне ограниченной; образование ацетил-КоА лимитировано как из ГЛЮ, так и из НЭЖК. Основные проблемы, которые формируются in vivo при диабете, являются энергетическими; в момент возросшей потребности нет потенциала быстро и пропорционально усилить синтез АТФ. Сахарный диабет - хронический потенциальный дефицит наработки in vivo энергии, синтеза АТФ.
ГЛП фенотипа (типа) V является врожденной патологией, более вероятно, моногенной. При этом экспрессии генов и синтеза протеинов in vivo достаточно для реализации биологической функции трофологии (питания) в условиях физиологической индукции субстратом как по количеству, так и по составу ЖК. При этом важно не только то, много ли н-ЖК содержит съеденная пища, имеются ли токсичные ингредиенты или добавки, но и то, какой in vivo вариант метаболизма субстратов для наработки энергии физиологический -малоэффективный пальмитиновый или высокоэффективный олеиновый. Описаны разные этиологические факторы, способные инициировать ГЛП фенотипа V. Для развития ГЛП фенотипа V достаточно афизиоло-гической индукции специфичным субстратом (пивом) в течение нескольких дней. Можно рассматривать это как индукцию избытком субстрата при фенотипе Е4/ Е4. Возможно, афизиологичное влияние оказывают большое количество короткоцепочечных ЖК, токсичные продукты брожения пива или пищевые добавки. В течение ряда лет для устойчивого состояния пены в пиво в Скандинавии добавляли соли кадмия. Последние оказывают на гепатоциты выраженное токсическое действие.
Создается впечатление, что формирование ГЛП фенотипа V происходит на фоне врожденного дефекта поглощения клетками НЖК + МЖК (генотип е4/ е4) при одновременном действии афизиологичной нагрузки углеводами и токсическом действии компонентов пищи (или гормонов) - ингибировании синтеза в гепатоцитах ферментов биохимических реакций переноса к клеткам ЖК. ГЛП фенотипа V это может быть патология и углеводов, и тех ЖК, в которые они превращаются in vivo. В условиях злоупотребления пивом, действия иных экзогенных, токсичных компонентов пищи, при низкой экспрессии синтеза в гепатоцитах белка стеарил-КоА-десатуразы-2, более частом наличии генотипа е4/е4 апоЕ и действия гормонов развивается ГЛП типа V. В условиях синдрома ИР и невозможности усилить активность стеарил-КоА-десатуразы-2 всю синтезированную из экзогенной ГЛЮ Пальм НЖК гепатоциты этерифицируют в пальмитиновые и олеиновые ТГ и структурируют в одноименные ЛПОНП. Возрастает и количество Пальм и стераиновой н-ЖК, этерифицированных в sn-2 стеариновых ТГ и стеариновой НЖК в составе линоленовых и линоленовых ТГ в одноименных ЛПОНП и ЛПНП.
Мы полагаем, что наличие генотипа е4/е4, нарушение первичной структуры и экспрессии апоЕ, низ-
кая аффинность апоЕ/В-48- и апоЕ/В-100-рецепторов по отношению к одноименным лигандам, ингибиро-вание токсинами в гепатоцитах синтеза и активности стеарил-КоА-десатуразы-2 могут быть основой того, что все биохимические превращения секретирован-ных в кровь энтероцитами пре-ХМ и гепатоцитами пре-ЛПОНП оказываются нарушенными. У большинства пациентов с генотипом е4/е4 имеющихся возможностей поглощения клетками ЛП при физиологической индукции субстратом (физиологичном питании) достаточно; однако потенциальных возможностей активировать этот процесс за пределами физиологии нет. Полагаем, что все изложенное послужит пониманию филогенетических механизмов формирования гиперлипопротеинемий и диагностических возможностей, которые предоставляет элек-трофоретическое разделение ЛП и фенотипирование ГЛП. Постепенно придет понимание того, что новая филогенетическая теория общей патологии помогает существенно продвинуться в понимании регуляции метаболизма.
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем состоит филогенетическое и функциональное различие ЛПНП и ЛПОНП?
2. Что такое конформация и фолдинг белка и каково их функциональное значение?
3. Каковы биологические основы фенотипирования гиперлипопротеинемий?
4. Каково диагностическое значение фенотипирова-ния ГЛП?
5. Какие типы ГЛП формируются при семейной ги-перхолестернемии, при аллеле е2 и е4?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Титов В.Н., Амелюшкина В.А. Электрофорез белков плазмы крови. М.: Оптимум Пресс; 1994: 62.
2. Титов В.Н. Атеросклероз как патология эссенциальных полие-новых жирных кислот. Биологические основы атерогенеза. М.: Фонд "Клиника XXI века"; 2002: 495.
3. Титов В.Н. Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и ли-попротеинов. М.; Тверь: ООО "Издательство Триада"; 2008: 272.
4. Титов В.Н. Филогенетическая теория общей патологии. Патогенез метаболических пандемий. Сахарный диабет. М.: ИНФРА-М; 2013: 335.
5. Титов В.Н. Теория гуморальной патологии К. Рокитанского, целлюлярная патология Р. Вирхова и новая филогенетическая теория становления болезни. Этиология и патогенез "метаболических пандемий. Клиническая медицина. 2013; 91 (4): 4-11.
REFERENCES
1. Titov V.N., Amelyushkina VA. Electrophoresis plasma proteins. M.: Optimum Media; 1994: 62 (in Russian).
2. Titov V.N. Atherosclerosis as a pathology of essential polyene fatty acids. Biological basis of atherogenesis. M.: Fund «Clinic of the XXI century»; 2002: 495 (in Russian).
3. Titov V.N. The clinical biochemistry of fatty acids, lipids and lipoproteins. Moscow; Tver: LLC «Publishing Triad»; 2008: 272 (in Russian).
4. Titov V.N. phylogenetic theory of general pathology. The pathogen-esis of metabolic pandemics. Diabetes. M.: INFRA-M; 2013: 335 (in Russian).
5. Titiov V.N. The theory of humoral pathology K. Rokitansky, cellular pathology and R. Virhova new phylogenetic theory of the formation of the disease. The etiology and pathogenesis. Klinicheskaya mediteina. 2013; 91 (4): 4-11 (in Russian).
Поступила 05.03.13
УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ!
С 1 сентября на сайте Научной Электронной Библиотеки www.elibrary.ru открыта подписка на электронную версию нашего журнала на 2013 г., а также на другие журналы издательства «Медицина» на 2014 год. Также Вы можете оформить подписку на архивные номера или на отдельную заинтересовавшую Вас статью из любого номера журнала, начиная с 2012 г.
