CC BY
299
МИНЕРАЛКОРТИКОИДНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ И АЛЬДОСТЕРОН
КАРАБАЕВА А.Ж.
Санкт-Петербургского государственного медицинского университета
им. акад. И.П. Павлова; кафедра нефрологии и диализа факультета последипломного обучения
Резюме. В статье дан обзор литературных данных по современным взглядам на ренин-ангиотензин-альдостероновую систему. Описаны физиологические эффекты альдостерона, структура и виды
минералкортикоидных рецепторов. Раскрыты молекулярные основы и фазы механизмов активации и ингибирования эпителиальных и неэпителиальных минералкортикоидных рецепторов. Освещены геномные и негеномные эффекты альдостерона в классических эпителиальных. а также и в неэпителиальных тканях. В работе приведены данные по регуляции альдостероном генов. активных в транспортном эпителии. Также описан механизм реабсорбции ионов натрия через эпителиальные натриевые каналы и механизм секреции ионов калия через низкопроводящие калиевые каналы. Показано. что в результате реализации негеномных (быстрых) эффектов альдостерона развивается эндотелиальная дисфункция и усиление сопротивления резистивных сосудов коры почек. а в результате реализации геномных (медленных) эффектов - гиперэкспрессия мРНК и повышенная продукция противовоспалительных и фиброзирующих факторов.
Ключевые слова, ангиотензин. альдостерон. ангиотензинпревращающий фермент. эпителиальные и неэпителиальные минералкортикоидные рецепторы. глюкокортикоидные рецепторы.
Abstract. Literature data survey on contemporary view to the rennin-angiotonin-aldosterone system has been given. Physiological effects of aldosterone. mineral-corticoid receptors structure and forms were described. Molecular bases and phases of classic and non-classic epithelium tela mineral-corticoid receptors activation and inhibition mechanism have been described. The genomic and non-genomic effects of aldosterone in classical epithelial. and also in the non-epithelial tela traversed.
Data on genes. active in transport epithelium. regulated by aldosterone have been laid out. The mechanism of the reabsorption of sodium ions through the epithelial sodium channels and the mechanism of the secretion of potassium ions through the low-conducting potassium channels have been also described.
It is shown that realization of the aldosterone non-genomic immediate effects sets an endothelial dysfunction and an amplification of the kidneys’ resistive vessels crust impedance. The realization of the genomic (slow) effects sets the hyper expression of the mRNA and increased production of antipyretic and fibrosing factors.
Адрес для корреспонденции: 194100.
г.Санкт-Петербург. ул. Литовская. 8-610. тел. (812) 596 37 23 дом. 8 904 550 18 07 моб.. email, aigul [email protected] - Карабаева Айгуль Жумартовна.
Минералкортикоидный гормон альдостерон является компонентом ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС) организма. Известно. что эффекты РААС осуществляются на тканевом и клеточном уровнях. Обоснованием наличия тканевых (локальных) РААС послужили биохимические доказательства присутствия всех компонентов этой системы (ангиотензиногена. ренина. АПФ. ангиотензина II и ангиотензиновых рецепторов) в различных органах и тканях. включая сердце и почки. Доказано. что именно тканевое содержание ренина и ангиотензина II является гораздо более важным в определении степени активности РААС. нежели их концентрация в плазме периферической крови.
Эти данные позволили сформировать концепцию двухкомпонентной РААС. согласно которой выделяют циркулирующее и локальное звенья. имеющие определённые функциональные различия. Циркулирующее звено РААС как система "быстрого реагирования" обеспечивает кратковременный контроль за состоянием сердечно-сосудистого и почечного гомеостаза. Тканевые компоненты РААС являются системами исключительно длительного регулирования. обеспечивающими тоническое (медленное модулирующее) действие на структуру и функции органов и тканей.
Секретируемые корой надпочечников стероидные гормоны (минералкортикоиды и глюкокортикоиды) оказывают свое действие через связывание нуклеарных рецепторов. действующих как транспортные факторы. которые регулируют экспрессию множества клеточных белков. К глюкокортикоидам относятся кортизон. кортикостерон. 11-дезоксикортизол и 11-дегидрокортикостерон. К минералокортикоидам относятся альдостерон. дезоксикортикостерон. 18-оксикортикостерон; наиболее активным из них является альдостерон.
Альдостерон оказывает свое специфическое действие через минералокортикоидный рецептор (МР). который экспрессируется в клетках эпителия. осуществляющих транспорт натрия (эпителиальные клетки дистального отдела нефрона. дистального отдела толстого кишечника. прямой кишки. слюнных и потовых желез). Этот эффект реализуется действием альдостерона на классические МР. принадлежащие к семейству ядерных рецепторов. к которым также относят тиреоидные рецепторы. рецепторы. активируемые пероксисомальным пролифератором. большую группу рецепторов. лиганды к которым не найдены (так называемые рецепторы-«сироты») и др. [19].
Установлено. что МР существует в а- и b-изоформах. мРНК которых различается вторым экзоном в тканях-мишенях к альдостерону. b-изоформа рецептора осуществляет механизм «обратной регуляции» независимо от уровня
альдостерона в случае положительного баланса натрия. Первая изоформа обладает обратимым действием. что может способствовать усилению глюкокортикоидных влияний. Изоформа второго типа практически полностью защищает клетки от влияния кортикостероидов.
Альдостерон и кортизол имеют одинаковое сродство к МР. При этом уровень циркулирующего кортизола существенно выше (примерно в 100 раз) уровня альдостерона. Кортизол связывает и активизирует МР. которые привержены к концентрации кортизола в порядке. значительно более чувствительном. чем к концентрации альдостерона. Т.е. кортизол сильнее связывает МР [26]. Кроме того. установлено. что кортикостерон имеет в 10 раз больший аффинитет к минералкортикоидным рецепторам. чем к глюкокортикоидным рецепторам. что позволяет даже минимальным концентрациям кортикостероидов практически полностью оккупировать МР. Логично предположить существование механизмов. определяющих селективность альдостерона по отношению к МР и обеспечивающих их связывание и специализированный ответ. И действительно. исследованиями установлено. что в альдостерон-чувствительных тканях имеет место высокая активность фермента 11-бета-гидроксикортикостероиддегидрогеназы 2 типа (11-РГСД 2). МР коэкспрессируются 11-рГСД 2 [24]. метаболизирующей кортизол в кортизон. обладающий низкой активностью в отношении этих рецепторов. Т.о. 11-рГСД 2 защищает МР от связывания кортизолом и позволяет проявиться эффектам минералкортикоидов.
Неэпителиальные МР подразделяются на два типа. первые из которых реализуют негеномные (быстрые) эффекты альдостерона [23]. Они ответственны за развитие эндотелиальной дисфункции и увеличение сопротивления резистивных сосудов коры почек [2].
Вторая группа рецепторов локализуется в цитоплазме и ядрах эндотелиальных клеток. гладкомышечных и мезангиальных клетках почечных клубочков [17]. Стимуляция этих рецепторов опосредует геномные (медленные) эффекты альдостерона - гиперэкспрессию мРНК и повышенную продукцию провоспалительных и фиброзирующих факторов [14].
Активация МР при воздействии альдостерона имеет две фазы: первая -экспрессия сигнальных пептидов (ранняя фаза); вторая - экспрессия непосредственно ионных каналов (поздняя фаза). Продолжительность ранней фазы - 1-6 часов. поздней - 6-24 часов [5. 12].
Многочисленными экспериментальными исследованиями последнего десятилетия открыты МР и в неэпителиальных тканях миокарда. сосудов. гиппокампа. мозжечка. гипофиза и гипоталамуса [18]. Обнаружен локальный синтез альдостерона в эндотелиальных и гладкомышечных клетках сосудов и миокарда. Помимо классических. выявлены эффекты альдостерона на неэпителиальные клетки различных органов. включая сердце и сосуды [8].
В результате взаимодействия МР с альдостероном происходят сложные конформационные изменения с образованием стероид-рецепторного комплекса (СРК). который после активации способен индуцировать специфический
гормональный эффект. Активация включает в себя перестройку структуры комплекса. после чего он приобретает способность транслоцироваться в ядро. В результате активации происходит диссоциация СРК. необходимая для придания рецепторной молекуле более высокого сродства к ядру [1].
Сравнительно недавно изучен ряд молекулярных механизмов. обеспечивающих этот процесс. Установлено. что в неактивном. свободном от лигандов состоянии стероидные рецепторы формируют в цитозоле большие протеиновые гетерокомплексы. В их состав. помимо рецепторов. входит ряд веществ. так называемых шэперонов. к которым относят некоторые heat shoсk протеины (hsp). иммунофиллины и др. белки. ^at shoсk протеины в зависимости от молекулярной массы (Ша) обозначают как hsp 90. hsp 70. hsp 40. Наиболее важную роль в процессе связывания рецепторов с гормонами играют hsp 90 и hsp 70. обеспечивая высокий аффинитет рецепторов к глюкокортикоидам. минералкортикоидам и половым гормонам [5. 10].
Введение вместо hsp 90 мутантных штаммов hsp 82 приводило к значительно меньшему связыванию стероидов. Более того. hsp 90 и hsp 70 осуществляют конформационные изменения СРК. облегчающие их трафик по направлению к ядру [6]. После связывания с лигандами и индукции соответствующих конформационных изменений heat shoсk протеины отсоединяются от СРК. облегчая таким образом транслокацию комплекса в ядро или способствуя образованию димеров с ДНК-связывающими партнерами в ядре клетки с последующей активацией соответствующих генов [11].
К классическим эффектам стимуляции МР относится. в первую очередь. влияние на водно-электролитный баланс - стимуляция реабсорбции натрия и воды и экскреции калия. Эти эффекты опосредуются через ядерные МР. При связывании альдостерона с этим типом МР происходит активация транскрипции ДНК и увеличение экспрессии натриевых. калиевых каналов. Na/K-АТФазы [15]. Активация экспрессии этих генов достигается через увеличение синтеза под влиянием активированных МР ранних регуляторных протеинов. к которым относят плазменную глюкокортикоид-индуцируемую киназу (Sgk) и протеин Кирстена-Раса (K-Ras) [30].
Хотя МР первично активируются как факторы транскрипции. исследования M.Wehling и соавт. показали. что они могут также активироваться «негеномной» (немолекулярной) активацией. вторичным путем. Т.е. получены доказательства того. что активация альдостерона может включать рецепторы. отличные от ядерных МР. Этот эффект связывают с существованием мембранных (неядерных) рецепторов. Воздействие альдостерона на этот тип рецепторов осуществляется через стимуляцию фосфоинозитольного гидролиза. что приводит к активации «быстрых» кальциевых каналов в качестве вторичного посредника и экспрессии протеин-киназы С [3]. Связывание этих мембранных МР опосредует действие альдостерона на кардиомиоциты. эндотелиальные и гладкомышечные клетки сосудов. фибробласты. моноциты. С их стимуляцией связан ряд эффектов альдостерона. важных для формирования сердечно-сосудистых заболеваний и процессов ремоделирования структуры органов.
Критическая роль в мембранных эффектах гормона принадлежит его активирующему влиянию на Na/Н обмен на апикальной мембране. На культуре почечных клеток собак при применении физиологических концентраций альдостерона наблюдался очень быстрый (в пределах 5-10 мин) рост концентрации цитозольного натрия. однако еще раньше (примерно на 2-4 мин) в условиях отсутствия внеклеточного натрия альдостерон индуцировал развитие цинк-чувствительной цитозольной ацидификации. обусловленной усилением протонной проводимости. Это индуцировало активацию Na/Н обмена с обеспечением секреции водорода и реабсорбцией натрия. Одновременная активация альдостероном ацидификации и Na/Н обмена обеспечивает быстрый вход Na+ без значительного изменения цитозольного рН и. вероятно. является одним из механизмов регуляции объема клетки.
Стимуляция Na/Н обмена подавлялась селективным блокатором этилизопропиламилоридом. специфическим ингибитором протеинкиназы С кальфостином и коклюшным токсином. а активация протеинкиназы С форболовыми эфирами. наоборот. воспроизводила эффект альдостерона. Следовательно. негеномное усиление транспорта ионов натрия обусловлено независимой от МР протеин-зависимой стимуляцией протеинкиназы С. cпособствующей активации протонной проводимости цитоплазматической мембраны и Na/Н обмена [1]. Возможно. действие альдостерона реализуется через активацию чувствительных к коклюшному токсину протеинов [28].
Второй механизм стимуляции альдостероном секреции протонов заключается в активации Na/K-АТФазы вставочных клеток собирательных трубок. Вход натрия в клетку - энергозависимый процесс. который опосредован Ш+/К+-АТФазой базолатеральной мембраны [20. 29]. На культуре клеток показано 4-кратное увеличение уровня а-субъединицы эпителиальных натриевых каналов (Е№С). 50-70% повышение максимальной эффективности Na+. К+ насоса и 30% увеличение базального уровня а1-субъединицы Na+/K+-АТФазы при воздействии кортикостероидных гормонов [13].
Альдостерон через взаимодействие с МР на транскрипциональном уровне стимулирует экспрессию мРНК Na /K -АТФазы. что ведет к увеличению Na+/K+ насосов на базолатеральной мембране. На культуре клеток почки крысы альдостерон увеличивал экспрессию мРНК а1. в1 и у - субъединиц Na+/K+-АТФазы. причем этот эффект отсутствовал в условиях инкубации с антагонистом МР RU 26752. что подтверждено исследованиями in vivo. когда 4-дневное введение RU 26752 снижало уровень этих субъединиц фермента [1].
Несмотря на то. что экспрессия всех трех субъединиц Е№С регулируется кортикостероидами тканеспецифическим образом. это не главный механизм управления альдостероном деятельностью амилорид-чувствительных эпителиальных натриевых каналов [21]. Первичный механизм альдостерон-зависимой регуляции заключается в увеличении числа Е№С плазматических мембран или повышение возможности их раскрытия.
«Текучесть» Е№С опосредована протеин-лигазой Need 4-2 [20. 29]. При синдроме Лиддла (псевдоальдостеронизм) или мутациях в- или у- субъединиц Е№С нарушается их взаимодействие с Need 4-2 [7]. Однако альдостерон не
регулирует ген Need 4-2. скорее активация Need 4-2 модулирована фосфорилированием Sgk 1. В то же время в экспериментах in vitro и in vivo показано. что альдостерон вызывает 5-кратное увеличение экспрессии мРНК Sgk в почке и ободочной кишке крысы. Причастность альдостерона к усилению экспрессии мРНК Sgk доказана ослаблением или полной блокадой этого эффекта при применении блокаторов МР [25]. В свою очередь Sgk 1 может регулировать генную экспрессию субъединиц Е№С [4].
Таким образом. увеличение транспортируемого через базолатеральную мембрану натрия происходит как за счет повышения эффективности работы насосов. так и за счет увеличения их количества. По мнению S. Muto и соавт. именно первичное усиление работы Na+. K+ насоса на базолатеральной мембране обусловливает активацию апикальной катионной проводимости [22]. Очевидно. что транскрипционная активация генов а1. в1 и у - субъединиц Na /K -АТФазы в клетках почек через вовлечение МР - один из главных эффектов альдостерона [16].
Эпителиальный ответ на воздействие альдостерона чувствителен к ингибиции фосфатидилинозитол 3-киназой (Р1 3-kinase). это подтверждает необходимость фосфорилирования Sgk 1 для активации Need 4-2 [9].
Активация Sgk 1 через Р1 3-киназный путь может служить звеном активированного альдостероном транспорта натрия другими модуляторами. например. инсулином. Возможно. что альдостерон усиливает активность Р1 3-киназы через усиление экспрессии мономерного G протеина K-Ras [27].
Кроме регуляции реабсорбции ионов Na. альдостерон также влияет на секрецию ионов К. Сравнительно недавно были идентифицированы апикальные низкопроводящие калиевые каналы (ROMK). являющиеся основным путем транспорта K+ через апикальную мембрану. Согласно наблюдениям M.Lu и соавт.. активность ROMK-каналов регулируется уровнем внутриклеточного рН (рШ). Авторы отмечают. что внутриклеточная ацидификация способствует закрытию каналов. сдвиг же рН в щелочную сторону активирует их. Установлено. что рН чувствительность обусловлена четырьмя гистидиновыми остатками. которые локализованы в С-терминали ROMK-каналов. причем мутация каждого из них вызывает снижение рН чувствительности в пределах 20-50%. Возможно. что альдостерон. обусловливая увеличение протонной проводимости с активицией Na/Н обменника и стимуляцией секреции протонов. одновременно обеспечивает активацию калиевых каналов. т.е. оказывает воздействие на апикальную секрецию K+ посредством внутриклеточной регуляции ROMK-каналов [1].
Кроме того. альдостерон также регулирует и базолатеральный вход K+ в клетку через стимуляцию апикальной реабсорбции Na+. поскольку идентифицированы ROMK-каналы апикальной мембраны. активация которых в значительной степени определяется апикальным транспортом Na+.
Вышеприведенные данные показывают. альдостерон оказывает действие как на классические эпителиальные минералкортикоидные рецепторы. так и на неэпителиальные минералкортикоидные рецепторы миокарда. сосудов. почек. центральной нервной системы. Это углубило понимание сложных
патогенетических механизмов развития почечной и кардиоваскулярной патологии и позволяет обосновывать новые подходы в терапии хронической болезни почек. снизить риск развития и прогрессирования почечной и сердечной недостаточности. влиять на процессы ремоделирования миокарда и сосудов.
Литература
1. Зверев. Я. Ф. Современные представления о механизмах почечного действия альдостерона / Я. Ф. Зверев. В. М. Брюханов // Нефрология. - 2001. -Т. 5. № 4. - С. 9-16.
2. Nongenomic vascular action of aldosterone in glomerular microcirculation / S. Arima [et al.] // J. Am. Soc. Nephrol. - 2003. - Vol. 14. N 9. -P. 2255-2253.
3. Booth. E. Aldosterone / E. Booth. J.P. Johnson. J.D. Stockand // Adv. Physiol. Educ. - 2002. - Vol.26. - P. 8-20.
4. Boyd. С. Gene regulation of ENaC subunits by serum and glucocorticoid inducible kinase-1 (SGK1) / С. Boyd. A. Naray-Fejes-Toth // Am. J. Physiol. - 2005. - Vol. 288. - P. F505-F512
5. Cernila. B. Isolation. partial length sequence and expression of steroid inducible hps 70 gene from Rhizopus nigricans. Pflugers / B. Cernila, B. Cresnar. K. Breskvar // Arch. - 2000. - Bd. 439. N 3. - P. R 97-R 99.
6. Defranco. D. B. Role of molecular chaperones in subnuclear trafficking of glucocorticoid receptor / D. B. Defranco // Kidney Int. - 2000. - Vol. 57. N 4. - P. 1241-1249.
7. Diakov. A. Novel pathway of epithelial sodium channel activation involves a serum- and glucocorticoid-inducible kinase consensus motif in the С terminus of the channel’s -subunit / A. Diakov. С. Korbmacher // J. Biol. Chem. -2004. - Vol. 279. - P. 38134-38142.
8. Aldosterone and vascular damage / D. Duprez [et al.] // Curr. Hypertens. Rep. - 2000. - Vol. 2. - P. 327-334.
9. Aldosterone-induced serum and glucocorticoid-induced kinase 1 expression is accompanied by Nedd4-2 phosphorylation and increased Na+ transport in cortical collecting duct cells / S. Y. Flores [et al.] // J. Am. Soc. Nephrol. - 2005. -Vol. 16. - P. 2279-2287
10. The p 23 molecular chaperones act at a late step in intracellular receptor action to differentially affect ligand efficacies / B. С. Freeman [et al.] // Genes. Dev. 2000. - Vol. 14. N 4. - P. 422-434.
11. Heid. S. E. Role of heat shock protein 90 dissociation in mediating agonist-induced activation of the aryl hydrocarbon receptor / S.E. Heid. R. S. Pollenz H. I. Swanson // Moll. Pharmacol. - 2000. - Vol. 57. N 1. - P. 89-92.
12. Time-dependent stimulation by aldosterone of blocker-sensitive ENaCs in A6 epithelia / S. I. Helman [et al.] // Am. J. Physiol. Cell Physiol. - 1998. - Vol. 274. - P. С 947-C 957.
13. Husted. R. F. Mechanisms of inactivation of the action of aldosterone on collecting duct by TGF-beta / R. F. Husted. R. D. Sigmund. J. B. Stokes // Am. J. Physiol. Renal Physiol. - 2000. - Vol. 278. N 3. - Pt 1. - P. F 425-F 433.
14. I. Effect of aldosterone on renal transforming growth factor-beta / Jucknevicius [et al.] // Am. J. Physiol. - 2004. - 286. N 6. - P. F 1059-F 1062.
15. Karin. M. New twists in gene regulation by glucocorticoid receptor: is DNA binding dispensable? / M. Karin // Cell. - 1998. - Vol. 93. - P. 487-490.
16. Kolla. V. Transcriptional regulation of the human Na/K ATPase via the human mineralocorticoid receptor / V. Kolla. G. Litwack // Mol. Cell Biol. - 2000. -Vol. 204. N 1-2. - P. 35-40
17. Komel. L. Colocalisation of 11 b-hydroxysteroid dehydrogenase and mineralocorticoid receptors in cultured vascular smooth muscle cells / L. Komel // Am. J. Hypertens. - 1994. - Vol. 7. N 2. - P. 100-103.
18. Transgenic mouse models to study human mineralocorticoid receptor function in vivo / D. Le Menuet // Kidney Int. - 2000. - Vol. 57. N 4. - P. 12991306.
19. Overview: The nuclear receptor superfamily: The second decade / D. J. Mangelsdorf [et al.] // Cell. - 1995. - Vol. 83. - P. 835-839.
20. SGK1: a rapid aldosterone-induced regulator of renal sodium
reabsorption / J.A. McCormick [et al.] // Physiology. - 2004. - Vol. 20. - P. 134139.
21. Mineralocorticoid effects in the kidney: correlation between ENaC. GILZ and Sgk-1 mRNA expression and urinary excretion of Na+ and K+ / O. G. Mullier [et al.] // J. Am. Soc. Nephrol. - 2003. - Vol. 14. - P. 1107-1115.
22. Na+ pump modulates apical Na+ and K+ conductances in rabbit cortical collecting ducts / S. Muto [et al.] // Am. J. Physiol. - 1999. - Vol. 276. N 1. - Pt. 2. -P. F 143-F 158.
23. Human endothelium: target for aldosterone / H. Oberleithner [et al.] // Hypertension. - 2004. - Vol. 43. N 5. - P. 952-957.
24. Odermatt. A. The intracellular localization of the mineralocorticoid receptor is regulated by 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 / A. Odermatt. P. Arnold. F. J. Frey // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276. - P. 28484-28492.
25. Role of SGK in mineralocorticoid-regulated sodium transport / D. Pearce [et al.] // Kidney Int. - 2000. - Vol. 57. N 4. - P. 1283-1289.
26. Rogerson. F. M. Mineralocorticoid action / F. M. Rogerson. P. J. Fuller // Steroids. - 2000. - Vol. 65. - P. 61-73.
27. Rogerson. F. M. Mineralocorticoid receptor binding. structure and function / F. M. Rogerson. F. E. Brennan. P. J. Fuller // Mol. Cell. Endocrinol. -2004. - Vol. 217. - P. 203-212.
28. Sariban Sohrabi. S. Guanine nucleotide binding protein cultured renal epithelia: studies with pertussis toxin and aldosterone / S. Sariban Sohrabi. M. Svoboda. F. Mies // Am. J. Physiol. - 1999. - Vol. 276. N 1. - Pt. 2 - P. F 10-F 17.
29. Role of sgk 1 in salt and potassium homeostasis / V. Vallon [et al.] // Am. J. Physiol. - 2005. - Vol. 288. - P. R4-R10.
30. Pleiotropic action of aldosterone on epithelia mediated by transcription and posttranscription mechanisms / F. Verrey [et al.] // Kidney Int. - 2000. - Vol. 57. N 4. - P. 1277-1282.
