АТФ как мессенджер и мессенджер как мишень

48
ë êå ëê ³ö í³ ³¿ ÷, íî³ã ëä ÿî äñ èë ,³ í
ä æ
î âå è
ííè
ÿ
¹ 3 (119) / êâ³òåíü / 2008
АТФ как мессенджер и мессенджер
как мишень терапевтического
воздействия
В.А. КОЗЛОВСКИЙ, зам. директора по научной работе, научный сотрудник ГНИИФИС,
В.И. ШМАЛИЙ, к. мед. н., ассистент кафедры госпитальной терапии № 2
/Винницкий национальный медицинский университет им. Н.И. Пирогова/
Ключевые слова: АТФ, АТФ-ФОРТЕ®, пуриновые рецепторы, мессенджер, ишемия
О
бщеизвестно, что основным источником аккумуляции энергии в клетках
является аденозинтриф о сф о р н а я к и с л ота
(АТФ), а препараты АТФ традиционно
относят к средствам, влияющим на
метаболизм, в частности, миокарда,
класcифицируя их как «метаболические средства» [1, 2, 12]. Однако, такое
утверждение не совсем адекватно
отражает механизм воздействия препаратов АТФ, равно как и их эффективность, которая зависит, прежде всего,
от того, с какой конкретно целью их
применяют.
В начале 1970-х годов была сформулирована гипотеза о медиаторной
роли АТФ [13, 14]. Показано, что адениновые нуклеотиды и АТФ способны
регулировать многие внутриклеточные процессы посредством влияния
на специфические — пуриновые (Р) —
рецепторы [13–15]. В этой связи интерес к изучению действия АТФ связан с
тем, что при гипоксии проявляются ее
ранее неизвестные свойства — эндогенного внутриклеточного и межклеточного регулятора функций
клетки [5, 18]. В основе защитного действия АТФ лежит не восполнение пула
макроэргических фосфатов, а влияние
на путь передачи рецепторного сигнала. Это сопровождается изменением
генной экспрессии и усилением активности ряда ферментативных комплексов, что и определяет метаболизм
клетки в целом [20, 22].
К настоящему времени накоплен
обширный фактический материал, свидетельствующий о том, что пуриновые
рецепторы могут представлять собой
мишень для фармакологического воз-
действия и, следовательно, для создания лекарств принципиально нового механизма действия [1–4, 8, 9, 16].
Этот механизм зависит от того, с каким рецептором взаимодействует молекула
АТФ, от степени и длительности взаимодействия. Следующим принципиальным
моментом для понимания эффектов АТФ является внутрисинаптическая ко-медиация
месседжеров, поскольку физиологический ответ клетки является результатом суммарного влияния на ее рецепторный аппарат [14].
Сейчас установлено, что во всех синапсах автономной нервной системы наравне с
известным всем норадреналином медиаторами выступают АТФ и нейропептид Y, которые
оказывают одновременное влияние на клетку, однако значительно отличаются по направленности, скорости развития и затухания эффекта. На гладкомышечные клетки они воздействуют однонаправлено, обеспечивая тонус кровеносных сосудов, принимая участие
в регуляции артериального давления. Самый быстродействующий медиатор — АТФ, затем
идут норадреналин и нейропептид Y. Воздействие на кардиомиоциты проявляется антагонизмом АТФ и норадреналина. Конечный ответ клетки будет зависеть от того, какой
стимул окажется сильнее. Многообразие синаптических медиаторов обеспечивает реализацию важнейшей для организма адаптационно-трофической функции симпатической
части автономной нервной системы, которая модулирует функциональную активность
того или иного органа — рецепцию, проведение возбуждения, медиацию, сокращение,
секрецию и др. и приспосабливает его к потребностям организма. Таким образом, АТФ
можно рассматривать наравне с адреналином как медиатор и стресс-адаптивное вещество. Одной из составляющих рецепции, направленной на обеспечение адаптационных
механизмов, является пуринергическая медиация, названная так вследствие того, что при
стимуляции пресинаптических терминалей выделяются АТФ и конечные продукты ее
деградации — аденозин и инозин — пуриновые продукты распада. Эту составляющую
адаптационных процессов следует рассматривать как стресс-лимитирующую. Местом
локализации АТФ как медиатора служат пресинаптические терминалы эффекторных
нейронов метасимпатической части автономной нервной системы. Последовательность
деградации является важнейшей системой реализации принципа «биологической обратной связи» клетки и организма в целом, поскольку продукты деградации могут оказывать
разнонаправленное влияние на рецептор, вызывая «up» или «down» регуляцию.
После выделения в синаптическую щель АТФ взаимодействует с пуринорецепторами постсинаптической
мембраны двух типов. Пуринорецепторы первого типа
(Р1) более чувствительны к аденозину, пуринорецепторы второго типа (Р2) — к АТФ [13, 14, 19].
Для дальнейшего обсуждения вопроса скажем
несколько слов о номенклатуре и субклассификации
пуринорецепторов.
Первое разделение пуринорецепторов на Р1 и
Р2 типы основывалось на следующем критерии:
нуклеозиды, такие как аденозин, активируют
Р1-пуринорецепторы, в то время как АТФ стимулиру-
Р
Р
êå
ë
ëê
³ö
í ³÷
¿í
, ³î ãäëîÿñäëè³, ä íæ îå âí èí íÿ è
ет Р2-пуринорецепторы, а метилксантины (кофеин, теофиллин) являются селективными антагонистами Р1-пуринорецепторов. Также Р1-пуринорецепторы связаны с
аденилатциклазой, а активация Р2-пуринорецепторов может приводить к выработке простагландинов [13,14].
Р1-рецепторы. В 1979 году Van Calker с сотрудниками показали, что аденозиновые, Р1 – пуринорецепторы можно подразделить на две группы. Рецепторы одной
из них обладали очень высоким сродством к аденозину. При взаимодействии аденозина с этой группой рецепторов наблюдалось ингибирование аденилатциклазы
и, следовательно, уменьшался уровень внутриклеточного цАМФ. Этот класс рецепторов был назван А1-рецепторами (или Ri-рецепторами). Аденозиновые рецепторы,
относящиеся ко второй группе, имели более низкое сродство к аденозину. Активация
этого типа рецепторов приводила к стимуляции аценилатциклазы. Эти рецепторы
Ван Колкер назвал А2- рецепторами (Ra). Были обнаружены также и мощные антагонисты для А1 - R-N6-фенилизопропиладенозин (R-PIA). Для А2 более сильным
антагонистом был 5’-N-этилкарбоксамидаденозин (NЕСА). Также существуют работы,
в которых описываются аденозиновые рецепторы, не связанные с аденилатциклазой.
Эти пуринорецепторы было предложено назвать А3.
Р2-рецепторы. Накопленные фармакологические доказательства, как-то: тип
ответа, порядок активности агонистов, десенситизация, вызываемая АТФ и ее структурными аналогами, послужили основой для первого субделения Р2-пуринорецепторов. В 1985 году Бернсток и Кеннеди [13, 20] указали на неоднородность
популяции Р2- пуринорецепторов.
Так как порядок активности лигандов может зависеть от скорости их гидролиза
до неактивных соединений, которая может значительно различаться в зависимости
от ткани, более четким доказательством для подразделения Р2-рецепторов на подтипы служит наличие селективных блокаторов. Сейчас известны селективные антагонисты как для Р2х, так и Р2у-рецепторов. Для Р2х мАТФ (десенситизирующее
действие), арилазидаминопропионил АТФ (АНАПП3), пиридоксалфосфат-6-азофенил2’,4’- дисульфидная кислота (PPADS), сурамин и другие; для Р2 у пуринорецепторов –
реактив голубой 2, сурамин.
В 1986 году Гордон предложил выделить из класса Р2 пуринорецепторов еще
два подтипа Р2t и Р2z. Первый рецептор располагается в тромбоцитах и управляет
их агрегацией. Он, в отличие от всех остальных подтипов P2-рецепторов, активируется АДФ, и блокируется АТФ и аденозином, таким образом, оба эти соединения
оказывают мощное антиагрегантное действие, механизм которого аналогичен действию клопидогреля.
Вышеизложенное является констатацией того факта, что пора пересмотреть
взгляды на АТФ как только на источник энергии.
Учитывая универсальность молекулы АТФ, трудно переоценить ее биологическую
значимость как регулятора жизнедеятельности клетки. Внутри клетки она отвечает
за энергетику, в том числе и через локализованные внутри клетки рецепторы к АТФ,
где АТФ блокирует чувствительные калиевые каналы, распадаясь до аденозина и
попадая наружу, влияет на калиевые каналы, активируя их. Таким образом, происходит «обратная связь» между количеством энергии и возможностями клетки.
Этот принцип в полной мере реализуется применительно к регуляции коронарного кровотока.
Сердце обладает способностью захватывать и удерживать адреналин, приносимый кровью. Действие адреналина суммируется с влиянием на сердце норадреналина, который образуется в окончаниях симпатических нервов. Катехоламины стимулируют обменные процессы в сердце, повышают расход энергии и тем самым
увеличивают потребность миокарда в кислороде [4, 5]. Интенсивность обменных
процессов в миокарде значительно меняется при различных состояниях организма.
Тонус коронарных сосудов, а, следовательно, их просвет обеспечивает приспособление коронарного кровотока к энергетическим потребностям сердца. Имеется тесная
зависимость коронарного кровообращения от величины артериального давления в
аорте. Наилучшие условия для коронарного кровообращения создаются при артериальном давлении у взрослого человека, равном 14,7–18,7 кПа (110–140 мм рт. ст.).
Увеличение частоты сердечных сокращений усиливает кровоток в коронарных сосудах только в том случае, когда одновременно интенсивно протекают обменные процессы в миокарде. Таким образом, при повышении уровня обменных процессов в
¹ 3 (119) / êâ³òåíü / 2008
миокарде и потребления кислорода
сердцем, всегда (по крайней мере, в
норме) усиливается коронарный кровоток. Когда же в связи с уменьшенной
работой сердца обменные процессы в
миокарде протекают на низком уровне, коронарное кровообращение значительно снижается. К внекардиальным факторам относятся механизмы
нейрогуморальной регуляции коронарного кровотока. Венечные сосуды
иннервируются симпатическими и
блуждающим нервами. При возбуждении симпатических нервов, как правило, наблюдается увеличение коронарного кровотока. Большую роль в регуляции коронарного кровотока играют
гуморальные факторы. Адреналин,
норадреналин, гистамин в дозах, не
влияющих на работу сердца и величину артериального давления, способствуют расширению венечных артерий
и увеличению коронарного кровотока.
Гормон задней доли гипофиза — вазопрессин — повышает сопротивление
в русле венечных артерий и уменьшает коронарный кровоток. Ацетилхолин
сужает просвет коронарных сосудов и,
следовательно, уменьшает коронарное кровообращение. АТФ и аденозин
являются сильнейшими регуляторами
коронарного кровотока, увеличивая
кровоток в системе венечных сосудов
в 3 раза [5, 17–19].
Эффекты АТФ при заболеваниях
сердечно-сосудистой системы чаще
всего связывают с продуктом ее деградации аденозином, который, активируя
Р1-рецепторы, способен оказывать
отрицательное ино- и хронотропное
влияние на сердце, производя за счет
этого купирующий эффект при реципрокной АВ-узловой тахикардии [5, 20].
Значение активации пуриновых рецепторов в ограничении зоны инфаркта
миокарда (ИМ) подтверждено в клинических исследованиях (AMISTAD, 1999;
AMISTAD-II, 2005). Исследование
AMISTAD-II показало, что использование аденозина в дозе 70 мкг/кг/мин. в
дополнение к реперфузионной терапии значительно (на 57%) уменьшает
размеры ИМ. Отмечен слабый тренд в
сторону достижения конечных точек
(смертность), что, по мнению авторов,
связано с недостаточным объемом
исследования.
Однако и собственно АТФ способна оказывать антиаритмическое, гипотензивное и противосудорожное дей-
49
50
¹ 3 (119) / êâ³òåíü / 2008
ствие, особенно в условиях эклампсии
[15, 17–20, 23]. Механизм действия
больших доз экзогенной АТФ связывают с влиянием на специфические АТФчувствительные калиевые каналы (К (АТФ)
каналы) [19]. Открытие этих каналов
вызывает гиперполяризацию клеток
гладкой мускулатуры сосудов, которая
блокирует затем вход кальция через
кальциевые каналы, приводя к вазодилатации. Причем расширению в
большей степени подвергаются артериолы мелкого калибра, что способствует улучшению микроциркуляции.
АТФ не только устраняет артериолоспазм, но и уменьшает высвобождение норадреналина [19]. Управляемая
гипотония при внутривенном введении АТФ сопровождается снижением
давления в легочной артерии, центрального венозного давления, потребления кислорода, увеличением портального и внутриорганного кровотока. Кроме гипотензивного действия,
АТФ стимулирует образование циклического АМФ, приводящего к дилатации коронарных сосудов. Естественно,
что уменьшение постнагрузки в сочетании с улучшением миокардиального
кровотока должны приводить к увеличению производительности сердца.
Об этом свидетельствуют положительные изменения сердечного индекса
(СИ) и показателя работы сердца.
Однако длительность эффекта, к сожалению, ограничена скоростью дезаминирования (в среднем, 60-120 с).
Сравнительный анализ гемодинамических эффектов АТФ и нитропруссида
натрия показывает, что первый препарат вызывает значительно большее
увеличение СИ, что позволяет считать
его выбор более рациональным при
критических состояниях, сопровождающихся гипокинезией миокарда.
Снижение показателя работы сердца
на фоне увеличения сердечного
выброса свидетельствует о снижении
постнагрузки и оптимизации функции
сердечно-сосудистой системы [19,
22].
В экспериментах на крысах показано,
что, в отличие от нитропруссида натрия
и ганлиоблокаторов, применение АТФ не
сопровождается феноменом тахифилаксии [6, 7, 10].
Широкое применение АТФ как
лекарственного препарата затруднено
в силу невозможности его приема
внутрь, поскольку препарат быстро
ë êå ëê ³ö í³ ³¿ ÷, íî³ã ëä ÿî äñ èë ,³ í
ä æ
î âå è
ííè
ÿ
разрушается [9], а также из-за необходимости тщательного врачебного контроля
показателей гемодинамики при парентеральном введении [11]. Учитывая непродолжительность эффектов АТФ, сложности, связанные с путем введения, особый интерес
для клинической практики представляют препараты, стабильные при пероральном
способе введения.
Исследования показали, что АТФ как метаболический субстрат требует присутствия ионов магния как ко-фактора [9, 13, 14].
В опытах in vitro и in vivo было показано, что магний оказывает определяющее
влияние на биологическую активность АТФ, препятствуя ее разрушению путем
ингибирования процессов дезаминирования и дефосфорилирования тканями [21].
В связи с этим, следует обратить внимание на препарат, содержащий аденозин-5трифосфато-Mg(II)-гистидинат — АТФ-ФОРТЕ®, который можно применять перорально (сублингвально).
Благодаря стабилизационной сфере в своей структуре и экранированию аминной
группировки аминокислотой гистидином [6, 9], молекула устойчива к влиянию дезаминаз, вследствие чего пролонгируются эффекты препарата, сохраняется его активность при пероральном введении, усиливается антигипоксическая и цитопротекторная активность [2, 3, 6, 7]. АТФ-ФОРТЕ® имеет тропность к пуриновым рецепторам в
миокарде, влияя преимущественно на рецепторы 1-го типа.
Установлено, что применение стабильных аналогов АТФ (АТФ-ФОРТЕ®), полученных путем модификации ее молекулы, сопровождается модуляцией пуриновых
рецепторов [9,10], что представляет несомненный клинический интерес при ишемической болезни сердца, синдроме ишемии / реперфузии сердца [1–3, 6, 7, 20, 21].
В условиях дефицита кислорода особенное значение имеет сохранение рецепторной функции клетки, так как при ее нарушении большинство лекарственных препаратов теряют точку приложения своего лечебного действия и становятся неэффективными. Это определяет необходимость применять в таких условиях препараты, восстанавливающие чувствительность рецепторов к лекарственным веществам. Роль
сенситизатора рецептора в синапсе выполняет АТФ [14]. Однако, сама по себе АТФ в
течение 30 сек. распадается. Поэтому стабильные аналоги АТФ (АТФ-ФОРТЕ®) могут
выступать в качестве модуляторов и, таким образом, усиливать действие других препаратов, взаимодействующих с рецепторами, особенно β-блокаторов и сердечных
гликозидов [10, 19, 20]. Следует отметить значение рецепторной медиации в условиях
активирования фосфолипазы С при ишемии. В данном случае, сама фосфолипаза С
является месседжером, опосредующим защитный эффект пуриновой медиации [20].
В завершение хотелось бы остановиться на перспективах применения пуринергических веществ.
В первую очередь — это нейропротекция, поскольку доказано участие пуриновых рецепторов в ограничении зоны повреждения мозга в экспериментальных
условиях [16,19,22]; во-вторых — это влияние на систему иммунитета, поскольку
дезаминаза пуриновых нуклеотидов, как и сами нуклеотиды, представляет мишень
для иммуномодуляторов (например, изопринозин, дипиридамол) [13]; в-третьих —
это геронтопротекция, поскольку пуриновая медиация напрямую сопряжена с экспрессией семейства белков теплового шока, играющих значительную роль в дифференцировке клеток и реакциях клеточного цикла [3].
Следующий аспект, где может оказаться перспективным применение стабильных
форм АТФ (АТФ-ФОРТЕ®), — акушерство и офтальмология, поскольку пуриновая
медиация широко представлена в матке и сетчатке глаза.
Р
Р
êå
ë
ëê
³ö
í ³÷
¿í
, ³î ãäëîÿñäëè³, ä íæ îå âí èí íÿ è
¹ 3 (119) / êâ³òåíü / 2008
Валеологическое применение АТФ-ФОРТЕ® и его влияние на нуклеотидный обмен обосновано актопротекторной активностью, которая присуща модуляторам пуриновых рецепторов [10].
Возможно, что дальнейшее расширение знаний о пуриновой медиации приведет к новым терапевтическим стратегиям в лечении патологических состояний.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
Амосова Е.Н. Метаболическая терапия повреждений миокарда, обусловленного ишемией. Новый подход к лечению ишемической
болезни сердца и сердечной недостаточности // Український кардіологічний журнал. — 2000. — №4. — С. 86—92.
Амосова Е.Н., Береза Н.В., Потапкова И.В. Влияние комплексной терапии с включением АТФ-ЛОНГ на диастолическую функцию
левого желудочка у больных ишемической болезнью сердца в покое и при изометрической нагрузке // Лікарська справа. —
2002. — № 3-4. — С. 48—50.
Асанов Э.О. Эффективность препарата АТФ-ЛОНГ в коррекции гипоксических нарушений у больных хроническим обструктивным
бронхитом пожилого возраста // Врач.дело. — 2002. — № 8. — С. 424—428.
Волынцева В.А. К механизму действия экзогенной АТФ на сердечно-сосудистую систему // Актуальные вопросы обмена
веществ. — Материалы 3-й конференции по вопросам физиологии обмена веществ в организме человека и животных. —
Вильнюс. — 1987. — С. 64—65.
Дарбинян Т.М., Черников В.С., Апасов К.Т. Функции сердца при экзогенном введении аденозинтрифосфорной кислоты //
Анестезиология и реаниматология. — 1992. — № 5-6. — С. 64—69.
Кутняк В.П. Структурно-функциональное состояние сарколеммы каридомиоцитов под воздействием координационного соединения магния с гистидином и фосфокреатином при экспериментальной ишемии миокарда // Український кардіологічний журнал. —
1997. — № 6. — С. 38—42.
Кутняк В.П. Влияние координационных соединений магния, аминокислот, макрофосфатов на течение хронической экспериментальной недостаточности // Новые технологии получения и применения биологически активных веществ (Тезисы докладов). —
Симферополь: Изд-во. КНЦ. — 2002. — с. 160.
Липкан Г.Н., Мхитарян Л.С., Кутняк В.П. «АТФ-ЛОНГ» - представитель нового класса кардиотропных препаратов // Журнал практичного лікаря. — 1999. — № 4. — С. 56—59.
Манорик П.А. Координационные соединения биометаллов с макроэргическими фосфатами в биологии и медицине. — К.: Наук.
думка, 1994. — 350 с.
Мороз В.М., Липницкий Т.Н., Кутняк В.П. и др. Изучение и сравнительная оценка актопротекторной активности АТФ-ЛОНГ в эксперименте // Врач.дело. — 2002. — № 7. — С. 99—101.
Нестеров Ю.А., Кисилев А.Г. Купирование наджелудочковой пароксизмальной тахикардии внутривенным введением АТФ // Клин.
медицина. — 1989. — № 3. — С. 87—88.
Чекман И.С., Горчакова Н.А., Французова С.Б., Минцер В.О. Кардиопротекторы — клинико-физиологические аспекты // Укр. мед.
журн. — 2003. — № 6 (38). — С. 18—25.
Burnstock, G., Kennedy, C.(1985) Is there a basis for distinguishing two types of P2 purinoceptor? // Gen.Pharmacol. — 16: 433-440.
Burnstock, G. (1990) Co-transmission. // Arch. Int. Pharmacodyn. — 304: 7—33
Catinella F., Canningham J., Knopp E. et al. Preservation of myocardial ATP // Chest, 1983, 83, 4, 650—654.
16. Meldrum DR, Ayala A, Chaudry IH. Energetics of lymphocyte «burn-out» following hemorrhage and resuscitation: Adjuvant treatment
with ATP-MgCl2 restores energetics and decreases lethality. // J Surg Res. 53: 55-61, 1994.
Nanto S., Kitakaze M., Takano Y. et al. Intracoronary administration of adenosine triphosphate increases myocardial adenosine levels and
coronary blood flow in man // Jap. Circ. J. — 1997. — Vol. 61. — P. 836—842.
Pelleg A. Cardiac cellular electrophysiologic action of adenosine and adenosinetryphosphate // Amer. Heart J. — 1985. — Vol. 110. — N
3. — P. 688—693.
Pelleg A., Belhassen B., Ilia R., Laniado S. Copmparative electrophysiologic effects of adenosine triphosphate and adenosine in the canine
heart: influence of atropine, propranolol, vagotomy, dipyridamole and aminophylline// Am.J.Cardiol. — 1985. — Vol.55, N 5. — P. 571—576.
Podrasky E., Xu D., Liang B.A. A novel phospholipase-C and cAMP-independent positive inotropic medanis via a P2-purinoreceptor //
Amer. J. Physiology. — 1997. — Vol. 273, № 5, Pt 2. — P. 2380—2387.
Robinson D.A., Wang P., Chaudry J.H. Administration of ATP-MgCl2 after trauma haemorrhage and resuscitation restores the depressed
cardiac performance // J. Surg. Res. — 1997. — Vol. 69, № 1. — P. 159—165.
Ward H.B., Cyr J.A., Cogordan J.A., et al. Recovery of adenine nucleotide levels after global myocardial ischemia in dogs // Surgery. —
1984. — Vol. 96, N2. — P. 248—253.
Ying-Sheng Zheng, Bolut M.O., Xiling Long et al. Extracellular ATP inhibits adrenergic agonist-induced hypertrophy of neonatal cardiac
myocytes // Circ. Res. — 1996. — Vol. 78. — P. 525—535.
Резюме
АТФ як месенджер і месенджер як мішень терапевтичного впливу
В.А. Козловський, В.І Шмалій
У статті висвітлена роль АТФ як ко-медіатора в синапсах автономної нервової системи, його взаємодія з
пуриновими рецепторами. Описано вплив АТФ на коронарний кровообіг, ефекти від його застосування при серцевосудинних захворюваннях. Наведені дані щодо ефективності застосування модифікованих препаратів АТФ (АТФФОРТЕ®) та перспективи використання лікарських засобів, які впливають на пуринові рецептори.
Ключові слова: АТФ, АТФ-ФОРТЕ®, пуринові рецептори, месенджер, ішемія
Summary
ATP as the Messenger and Messenger as the Target for Therapy
V.A. Kozlovdkyj, V.I. Shmalij
The authors thoroughly analyze the role of adenosine triphosphoric acid (ATP) as co-mediator in synopses of autonomic
nervous system and its interaction with purine receptors. The impact of ATP on coronary circulation and its effect on treatment of cardiovascular diseases are being described. Also, research data on modified ATP drugs (ATP FORTE®) are being
quoted and explained in the article, as well as prospects for further direction of medications, which have effects on purine
receptors.
Key words: ATP, ATP FORTE®, purine receptors, messenger, ischemia
51