Поперечный срез сосуда (вверху слева) и микроструктура эндотелиальной клетки.

Интриги вокруг маленькой молекулы (как работает?)

Говоря о “биохимической кухне” эндотелия, можно перечислить не менее двух десятков (известных только на сегодняшний день) биологически активных веществ, синтезируемых и высвобождающихся в соответствии с функциональными потребностями. Функции эндотелия складываются как баланс регуляторных субстанций, определяющих целостную работу системы кровообращения (табл.1). Среди них факторы, контролирующие сокращение и расслабление мышц сосудистой стенки (т.е. ее тонус); участвующие в свертывании и фибринолизе (т.е. регуляции жидкого состояния крови и ее взаимодействии с сосудистой стенкой);

контролирующие рост клеток (т.е. их восстановление и замещение); регулирующие воспаление (т.е. реакцию на уничтожение и изгнание чужеродного начала).  

Таблица 1. Факторы, синтезируемые в эндотелии и регулирующие его функцию

Факторы сокращения и расслабления сосудистой стенки

КОНСТРИКТОРЫ	ДИЛАТАТОРЫ
Эндотелин Ангиотензин-II  Тромбоксан (TXA2) Простагландин Н2	Оксид азота Эндотелин Простациклин (PGI2) Эндотелиновый фактор деполяризации (EDHF)

Факторы гемостаза и антитромбоза

 

ПРОТРОМБОГЕННЫЕ	АНТИТРОМБОГЕННЫЕ
Тромбоцитарный ростовой фактор (PDGF) Ингибитор активатора плазминогена Фактор Виллебранда (VIII фактор свертывания) Ангиотензин-IV Эндотелин-1	Оксид азота Тканевой активатор плазминогена (TPA) Простациклин (PGI2)

Факторы, влияющие на рост сосудов

 

СТИМУЛЯТОРЫ	ИНГИБИТОРЫ
Эндотелин-1 Ангиотензин-II  Супероксидные радикалы	Оксид азота Простациклин (PGI2) С-натриуретический пептид

Факторы, влияющие на воспаление

 

СТИМУЛЯТОРЫ	ИНГИБИТОРЫ
Фактор некроза опухоли (TNF-alpha) Супероксидные радикалы	Оксид азота

Оксид азота (NO) среди физиологически значимых молекул — самая простая химическая структура, выполняющая однако роль конечной “инстанции” в ряду многих функций эндотелиальных клеток. Оксид азота присутствует во всех эндотелиальных клетках — независимо от размера и функции сосудов. В покое эндотелий постоянно секретирует определенные количества NO, поддерживая тонус артериальных сосудов. Большинство химических факторов, синтезируемых в эндотелии или циркулирующих с кровью, реализуют свое действие через NO.

Синтез NO усиливается при динамическом напряжении мышечных элементов сосуда, сниженном содержании кислорода в ткани, в ответ на выброс в кровь ацетилхолина, гистамина, норадреналина, брадикинина, АТФ и др. Образующиеся в эндотелии вещества находятся в функциональном равновесии с NO как часть системы обратной связи, поддерживающей статус сосудов в норме. Некоторые из них меняют свои физиологические эффекты на противоположные в сосудах с удаленным эндотелием или нарушенным синтезом NO. Такие эксперименты моделируют “механику” возникновения атеросклероза, развития коронароспазма или утолщения (гипертрофии) сосудистой стенки.

Оксид азота как эндотелиальный фактор расслабления был открыт в 1980 г. Р.Фешготтом и И.Завадски. При изучении релаксирующего эффекта ацетилхолина на артериальных гладких мышцах выявлялась некая эндотелиальная субстанция. Вещество синтезировалось из L-аргинина под действием фермента синтаза азота. Различают три ее изоформы, две из которых обнаружены в нервной ткани и в эндотелии; третья — во многих клетках иного типа (например, в почечных канальцах).

Оксид азота тормозит работу сократительного аппарата сосудистых гладкомышечных элементов; при этом активируется фермент гуанилатциклаза и образуется вторичный (скорее, “третичный”) посредник — циклический 3’-5’-гуанозинмонофосфат. NO препятствует адгезии циркулирующих тромбоцитов и лейкоцитов к эндотелию; эта функция сопряжена с простациклином, который препятствует агрегации и адгезии клеток. Синтез NO и соответственно его активность стимулирует брадикинин — полипептид, который образуется в крови под действием ферментов калликреина и XII фактора свертывания крови. Так, спустя почти 20 лет оказывается фактологически утвержденной наша идея о роли калликреин-кининовой системы в регуляции гемо-васкулярного гомеостаза — функционального равновесия реологического статуса крови и тонуса сосудов. Появились новые важные сведения о значении эндотелия и синтезируемых им регуляторных субстанций.

С помощью фармакологических средств выяснилась роль В₂-кининовых рецепторов, находящихся на поверхности эндотелиальных клеток: их блокада тормозит вызываемое брадикинином расслабление сосудистых клеток (вазодилатацию) и высвобождение NO. Активность другого пептида — ангиотензина II, вызывающего сокращение (констрикцию) артериальных сосудов, угнетает оксид азота. И брадикинин, и ангиотензин II связаны с ангиотензин-превращающим ферментом (АПФ) [4]. Сегодня его роль в патологии сердечно-сосудистой системы оценивается весьма высоко: ингибиторы АПФ — одно из самых распространенных средств терапии таких заболеваний.

Сопряженность активности брадикинина с сопрягающими факторами. В₂ — кининовый рецептор, PGI₂ — простациклин, EDHF — эндотелиальный фактор гиперполяризации, цГМФ — циклический гуанозинмонофосфат, цАМФ — циклический аденозинмонофосфат.

Эндотелин: новое имя со старым корнем

В 1988 г. японский исследователь М.Янагасава с коллегами опубликовали в “Nature” статью о новом эндотелиальном пептиде, активно сокращающем сосудистые клетки. Открытый фактор сразу стал предметом интенсивного изучения. Этот пептид, названный эндотелином, — сегодня один из самых популярных в списке биоактивных регуляторов. Только за последние два года ему посвящено 2.5 тыс. публикаций. Такой интерес связан с тем, что, во-первых, эндотелин — вещество с наиболее мощной сосудосуживающей активностью (изменения артериального давления вызываются дозами в 10–12—10–14 моля, т.е. одна миллионная часть миллиграмма!); а во-вторых, пептид образуется в самом большом эндокринном органе — эндотелии.

Эндотелин — крупная полипептидная молекула: 21 аминокислотный остаток, бициклическая структура, связанная сульфгидрильными мостиками. Его неактивный предшественник — “большой эндотелин”, содержащий 38 аминокислот, от которого специальный фермент “отрезает” собственно эндотелин5. В организме присутствуют несколько форм пептида, различающихся небольшими нюансами химического строения, но весьма несхожих по локализации в организме и физиологической активности.

Синтез эндотелина стимулируют тромбин, адреналин, ангиотензин, интерлейкин, клеточные ростовые факторы и др. Создается впечатление высокой сопряженности пептида с регуляторами различного происхождения. В большинстве случаев эндотелин секретируется из эндотелия “внутрь”, к мышечным клеткам, где расположены чувствительные к нему ЕТА-рецепторы. Меньшая часть синтезируемого пептида, взаимодействуя с рецепторами ЕТВ-типа, стимулирует синтез NO. Таким образом, один и тот же фактор регулирует две противоположные сосудистые реакции (сокращение и расслабление), реализуемые различными химическими механизмами.

Рецепторы эндотелина, как, впрочем, рецепторы любой биологически активной субстанции — особое устройство управления физиологическим актом, его ключевой механизм. Активный участок, включающий определенный набор аминокислотных остатков, специфически узнает своего “контрагента” (будь то пептид, гормон, медиатор) и после соединения с ним инициирует цепь трансмембранных реакций, необходимых для реализации физиологического эффекта. Для одного и того же вещества выявлены подтипы рецепторов, несхожие по клеточной локализации и запускающие “сигнальные” биохимические реакции. Налицо биологическая закономерность, когда одно и то же средство (тот же пептид, гормон, медиатор) регулирует различные физиологические процессы (табл.2).  

Таблица 2. Подтипы рецепторов эндотелина-1: локализация, физиологические эффекты и участие вторичных посредников    

РЕЦЕПТОР	ТКАНЬ	ЭФФЕКТ	ПОСРЕДНИКИ
ЕТА ЕТВ2  ЕТА ЕТВ1	гладкая мышца сосуда гладкая мышца сосуда эндотелий эндотелий	констрикция  митогенез (пролиферация) высвобождение NO, PGI2, EDGF высвобождение NO и других факторов	фосфолипаза С инозитолфосфат, диаглицерол фосфолипазы C, D, A2 аденилат-гуанилатциклазы

Огромный интерес к клиническому исследованию эндотелинов носит подчас эмоциональную тональность и нередко выражается в заголовках научных публикаций типа: “Эндотелин-1: курьез ученых или реальный виновник ишемической болезни сердца?”, “Антагонисты рецептора эндотелина: сердечные препараты будущего?”, “Артериальная стенка: новая фармакологическая и терапевтическая мишень”. Эндотелин рассматривается как маркер и “предсказатель” многих сосудистых патологий. Этот пептид оказывается причастным к: ишемической болезни сердца, острому инфаркту миокарда, нарушениям ритма сердца, атеросклеротическим повреждениям сосудов, специфическим сосудистым нарушениям (рестенозу вследствие коронарной ангиопластики), легочной и системной гипертензии, послеродовым сосудистым осложнениям, почечной патологии васкулярного гломерулонефрита, ишемическим повреждениям мозга (субарахноидальной геморрагии), неинфекционным легочным заболеваниям, диабету и др.

Двойной эффект эндотелия. ЕСЕ — эндотелин-превращающий фермент, ЕТВ и ЕТА — подтипы рецепторов, B-ЕТ — большой предшественник эндотелина, NO-S – синтаза оксида азота.

Проблема эндотелиальных дисфункций (почему поломалось?)

Функции эндотелия складываются как баланс противоположно действующих начал: усиление—ослабление сосудистого тонуса, агрегация—дезагрегация клеток крови, увеличение—уменьшение числа сосудистых клеток. В каждом случае результат определяется концентрацией синтезируемых веществ, между которыми существуют строгая зависимость и равновесие.

Впрочем, равновесие своеобразное — асимметричное. Это не два плеча одного коромысла. Речь идет о сложном переплетении регулируемых физиологических эффектов. Здесь работает один из главных принципов биохимии и физиологии — организация противостояния, когда контроль действующего начала осуществляют, к примеру, ингибиторы ферментов, факторы фибринолиза, возбуждение тормозных нейронов и др.

В сосуде с “нормальным” эндотелием баланс всегда сдвинут в сторону поддержания вазодилатации — готовности противостоять усилению тонуса. Оно и понятно: активное начало определяется созданием напряжения в циркуляторной системе, созданием градиента, благодаря которому происходит обмен в тканях. Тому служит множество веществ, синтезируемых в крови, в эндотелии и в мышечных клетках. Поэтому механизм потребного усиления функции — повышения сосудистого тонуса и проницаемости — двойной: активация факторов “про” и ослабление факторов “контра”. Нередко это делается одним поворотом “двузубчатого ключа”: ангиотензин-превращающий фермент стимулирует образование ангиотензина II и разрушает его антипод — брадикинин. Пептид эндотелин, действуя через различные подтипы своего рецептора, приводит к сокращению или, наоборот, релаксации мышечных клеток.

Патологии, связанные с дисфункцией эндотелия, есть продолжение его “добродетелей”. Велик и разнообразен список заболеваний, имеющих эндотелий-зависимое происхождение, в значительной мере совпадающий с негативными эффектами пептида эндотелина. Исходная и развивающаяся “механика” этих болезней связана с нарушением дисбаланса эндотелиальных субстанций — нерегламентируемым усилением роли одних и ослаблением “оппозиционной” работы других. Здесь видится важный и совершенно новый подход: понимание болезни как развивающегося дисбаланса химических регуляторов, т.е. нарушения системы противостояния.