Сердечно-сосудистые заболевания. ADMA

Асимметричный диметиларгинин: изменяемый фактор риска сердечно- сосудистых заболеваний.

Список сокращений.

(ADMA) АДМА –асимметричный диметиларгинин

(СCD) CCЗ –сердесно-сосудистые заболевания

(cGMP) цГМФ –циклический гуанозинмонофосфат

(NOS) СОА –синтаза оксида азота

(SDMA) СДМА –симметричный диметиларгинин

(PRMTs) БАМТ –белковые аргинин-N-метилтрансферазы

(DDAH) ДДАГ –диметиларгинин- диметиламиногидролаза

(ACE) АПФ –ангиотензинпревращающий фермент

(HPLC) ВЭЖХ –высокоэффективная жидкостная хроматография (жидкостная хроматография под высоким давлением)

(iNOS) иСОА –индуцибельная форма СОА

(LDL-Cholesterol) ХЛНП- холестерол липопротеидов низкой плотности

Вырабатывающийся в эндотелии релаксационный фактор, оксид азота, обеспечивает (принимает участие\ лежит в основе) унифицированный механизм действия факторов риска развития многих сердечно- сосудистых заболеваний. Оксид азота не может быть измерен напрямую, но ингибитор его образования – асимметричный диметиларгинин –может быть определен. Функции АДМА в модуляции выработки оксида азота способствует активации сердечно-сосудистой функции эндотелия. Существуют недорогие и безопасные способы улучшения ответа на эндотелиальный оксид азота, который можно модифицировать с помощью следующих АДМА ответов. Такое вмешательство обещает значительное снижение заболеваемости от болезней сердца и смертности от них. Определение АДМА в плазме крови в настоящее время является рутинным лабораторным методом оценки.

1. Функции оксида азота

Сердечно-сосудистые заболевания до сих пор остаются на первом месте по смертности в Соединенных Штатах. Наличие этого факта говорит о существовании большего числа изучаемых факторов риска и их вклада в развитие сердечно- сосудистых заболеваний (ССЗ). Выполняя регуляторные функции в клетке, оксид азота (NO) принимает участие в развитии многих хронических дегенеративных расстройств. Основными заболеваниями, в патогенез которых вовлечен NO, являются атеросклеротическая болезнь сердца, диабет второго типа, метаболический синдром (X), болезнь Крона и артриты. Молекула с таким сильным и широким диапазоном физиологической значимости, продуцирующаяся в процессе нормальных регуляторных механизмов клетки, должен иметь механизмы, контролирующие его синтез. Данный обзор нацелен на рассмотрение механизмов контроля синтеза NO посредством эндогенного регулятора АДМА и его отношение к сердечно-сосудистым заболеваниям.

Оксид азота представляет собой газ, размер молекулы которого подобен молекулярному кислороду (О2 ). Фактически конкурентное блокирование захвата кислорода митохондриями – механизм, используемый светлячками для свечения. У человека один из механизмов действия NO является формирования сигнала межклеточного мессенджера – циклического глутатионмонофосфата (цГМФ), и вызывать тем самым клеточные ответы, например, релаксацию гладкой мускулатуры. NO образуется из аминокислоты L- аргинина под действием семейства ферментов – ситнтаз оксида азота – находящихся в эндотнлиальной, нейральной и индуцибельной изоформах.

«NO работает как сигнальная молекула в нервной системе, как оружие для борьбы с инфекциями, как регулятор кровяного давления и препятствует истечению крови из различных органов».

Из обьявления о присуждении в 1998 году Нобелевской Премией по физиологии и медицине Роберту Фрэнсису Ферчготту (Robert Francis Furchgott), Луису Игнарро (Louis J. Ignarro) и Фериду Мураду (Ferid Murad).

2. Оксид азота и сердечно - сосудистая система

В настоящее время хорошо известно, что болезни сердца, возникающие из-за проблем с сосудистой системой и здоровьем сосудов, – это в значительной степени вопрос эндотелиальной функции. У одного взрослого человека приблизительно 100, 000 миль кровеносных сосудов выстланы эндотелиальными клетками, площадь поверхности которых соответствует восьми теннисным кортам [4].

Эндотелиальные клетки отвечают на сигналы дилатации и сокращения. Данный ответ опосредован, во-первых, активацией ферментов синтаз оксида азота в эндотелиальных клетках, что приводит к образованию оксида азота. Этот газ быстро диффундирует в мышечный слой, в котором он запускает образование циклицеского ГМФ, за счет чего происходит сдвиг потока ионов кальция и последующая релаксация гладкомышечных клеток артерий. Этот процесс должен происходить равномерно и постоянно в течение процесса бодрствования и участвовать в регуляции изменения тока крови.

2.1. Благотворное воздействие NO на кровеносные сосуды:

–стимулирует дилатацию и продолжительную релаксацию артерий

–уменьшает адгезию тромбоцитов и макрофагов, снижая тем самым воспалительные каскады

–поддерживает гибкость и эластичность кровеносных сосудов

–осуществляет регуляцию окислительных ферментов, предотвращающих воздействие свободных радикалов

–замедляет рост бляшек

–может обращать процесс образования бляшек, очищая их

2.2. Клиническое значение увеличения продукции NO

–снимает дискомфорт стенокардии и другие симптомы заболевания сердца

–увеличивает время отсутствия боли при физических нагрузках

–снижение эректильной дисфункции

3. Процесс образования оксида азота из L-аргинина

Обычным предшественником NO является аминокислота L-аргинин. Первый модифицирующий фактор –повышение содержания аргинина в плазме, вводя 3 грамма L-аргинина или более [5]. Аргинин не является незаменимым питательным веществом, поскольку он образуется в организме человека как промежуточный продукт в цикле образования мочевины (орнитиновом цикле). Повсеместно встречающаяся аминокислота глутамат трансформируется до цитруллина, который взаимодействует с карбамоилфосфатом (из CO2 и NH3 ), с образованием аргинина. Отсюда можно заметить, что не происходит истощения аргинина, поскольку он способен легко образовываться практически из любого аминокислотного ресурса. Проблема состоит в том, что аргинин также требуется для синтеза почти всех белков организма, а содержание глутамата ограничено. Потребность в аргинине в орнитиновом цикле и при синтезе белков может служить причиной снижения содержания свободного содержание аргинина в плазме ниже уровня, оптимального для синтеза NO.

Показано, что введение L-аргинина усиливает выработку оксида азота и снижает повреждение после баллонной ангиопластики [6]. Передача сигналов вазодилатации осуществляется посредством диффузии NO через эндотелиальный слой в мышечный слой. Однако, поступление аргинина как субстрата к эндотелиальной синтазе оксида азота (СОА) может зависеть от содержания аргинина в гладкомышечных клетках сосудов, которые аффинно захватывают аргинин даже в полимерной форма [7].

Другие модификации действуют на ферментативную активность СОА. Введение 10 мг фолиевой кислоты в день здоровым людям препятствует дисфункции синтазы оксида азота, индуцированной нитроглицерином, и толерантность к нитратам в артериальном кровообращении [8]. Эти результаты указывают на оксидативный стресс как на первопричину снижения активности СОА.

В увеличении содержания NO участвуют:

–увеличение концентрации циркулирующего аргинина

–увеличение физической нагрузки

–снижение АДМА (см. ниже)

–восстановление статуса фолатов

–увеличение содержания фитоэстрогенов

4. Регуляция содержания оксида азота посредством АДМА

Поскольку NO вызывает широкий диапазон клеточных ответов, его выработка должна хорошо регулироваться. Небольшая молекула NO приникает во все окружающие клеточные компартменты и быстро доставляется в соседние клетки. NO превращается в нитрит за 10 секунд или менее, поэтому его концентрация в клетке зависит от скорости его синтеза с помощью фермента СОА. В результате концентрация NO в клетке зависит от регуляции СОА. Первичными факторами, контролирующими активность СОА, являются концентрация субстрата –L- аргинина –и ингибитора СОА –АДМА. Концентрации ферментов также вариабельны; гены, контролирующие индуцибельную форму СОА (иСОА), активируются воспалительными цитокинами.

Если гомоцистеинемия вызвана у человека с помощью орального приема метионина, проявляющаяся в результате вазодилаторная дисфункция зависима от времени количесвенно коррелирует с увеличением содержания АДМА в плазме [9]. Эти результаты поддерживают и дополняют наблюдение, что пациенты с ишемическим инсультом имеют значительно более высокие концентрации АДМА в плазме, чем пациенты контрольной группы [10] и гомоцистеин снижает синтез NO [11].

АДМА вырабатывается в процессе метилирования специфических остатков аргинина определенных клеточных белков. Большая часть белков, которые подвергаются значительному метилированию по остаткам аргинина, обнаружены в ядре [12]. В процессе метилирования образуется монометиларгинин и две формы диметиларгинина, в зависимости от того, расположены ли метильные группы на одном атоме азота (АДМА), или же на двух различных атомах азота боковой цепи. Во втором случае продуктом реакции является симметричный диметиларгинин (СДМА), обладающий существенным ингибирующим действием на СОА. При деградации белков АДМА и другие изомеры высвобождаются.

Значение АДМА

- лучше предотвращает ухудшение функции эндотелия, чем холестерол

- опосредует неблагоприятный ответ на гомоцистеин

- опосредует влияние курения на сердечно-сосудистую систему

- сильно коррелирует с сывороточным уровнем триглицеридов

Лучший индикатор инсулинрезистентности, чем все остальные сигнальные маркеры

5. Механизмы действия АДМА и его влияние на работу сердечно-сосудистой системы.

На данный момент об АДМА известно, что при атеросклерозе наблюдается вазодилатация в ответ на нормальные физиологические стимулы, и это снижение может быть ослаблено с помощью внутривенного введения L-аргинина [13]. Ряд стандартных факторов риска развития заболеваний сердца (курение, гипертензия, гиперлипидемия) связан с уменьшением вазодилатации, но сильнейшую корреляцию может иметь соотношение содержания аргинина к АДМА в плазме [14]. Это соотношение использовалось для оценки баланса стимулирующего и ингибирующего влияния на синтез NO [15]. Выработка в эндотелии оксида азота влияет на поведение циркулирующих Т- лимфоцитов и моноцитов. Адгезия мононуклеарных клеток имеет обратную корреляцию с соотношением L-аргинин/АДМА в плазме, а эффект становится обратным путем восстановления этого соотношения до контрольных уровней с помощью орального приема 14-21 граммов аргинина [16]. Эти изменения приводят к снижению уровня образования атеросклеротических бляшек и снижению риска развития заболеваний сердца.

Возрастают доказательства того, что общеизвестная связь увеличения содержания гомоцистеина с развитием сердечно-сосудистых заболеваний опосредована механизмами с участием АДМА [12]. Гомоцистеин считается важным фактором риска развития болезней сердца. Множественные данные об увеличении содержания гомоцистеина, скомпиллированные в мета-анализе, говорят от том, что снижение общей концентрации гомоцистеина около 3 микромоль/л может снизить риск развития ишемической болезни сердца до 16%, тромбоза глубоких вен- до 25% и инсультов- до 24% [17]. В недавно проведенных исследованиях показано, влияние гомоцистеина н здоровье сердечно-сосудистой системы опосредуется АДМА [8, 10].

Кроме того, ассоциация уровня холестерола липопротеидов низкой плотности (ХЛНП) с увеличением риска развития заболеваний сердца может быть ковариабельна при оксидативной активации синтеза АДМА. Окисленные частицы LDL стимулируют экспрессию ферментов, которые продуцируют АДМА [18]. Эти ферменты обсуждаются ниже.

У пациентов с сахарным диабетом второго типа концентрация АДМА в плазме увеличивается от 1.0 до 2.5 мМоль/л через пять часов после употребления жирной пищи. АДМА может способствовать аномальному ответу тока крови и атеросклерозу при диабете второго типа [19]. При гипертензии скорость экскреции нитритов и нитратов (NOx) с мочой –индекс эндогенной продукции NO –был снижен от 77 до 56 микромоль/л креатинина, а содержание АДМА в плазме возрастало от 1.1 до 2.4, указывая на то, что АДМА ингибрует продукцию NO [20]. АДМА играет важную роль в патогенезе гипертензии, ассоциированной с экспериментальному фокальному и сегментальному гломерулосклерозу [21]. Результаты других наблюдений относительно роли АДМА в развитии почечных расстройств приведены в таблице 3.

6. Выработка и клиренс АДМА

Отношение метилирования к образованию метилированных форм аргинина важно для понимания норм образования АДМА. Это превращение может стимулироваться метионином как главным донором метильных групп с участием ферментов под названием белковые аргинин-N-метилтрансферазы (БАМТ). Многие, если не большинство белков, содержащих АДМА, обнаружены в ядре и взаимодействуют с РНК, осуществляя транскрипционный контроль [22]. Активность БАМТ повышается при введении метионина. В действительности резкое введение метионина человеку вызывает эндотелиальную дисфункцию вследствие увеличения метилирования L-аргининовых остатков эндотелиальных белков, вызывая образование остатков АДМА. При протеолизе свободные АДМА осуществляет понижающую регуляцию СОА [12]. В процессе высвобождения АДМА из метилированных белков при протеолизе двумя принципиальными факторами, контролирующими его уровень, являются почечный клиренс и печеночный метаболизм. Обычно немного больше АДМА подвергается печеночному метаболизму, чем почечной экскреции. Печеночный фермент диметиларгинин-диметиламиногидролаза (ДДАГ) важен для выведения АДМА через превращение его в цитруллин. Более 4 ммоль (больше 1 грамма в день АДМА экстрагируется печенью (количество, в 700 раз большее циркулирующего в крови)) [23]. Существуют некоторые доказательства, что почечный клиренс является другим первичным механизмом контроля концентрации АДМА. АДМА не экскретируется у пациентов с хронической печеночной недостаточностью, концентрация АДМА в их плазме в 2-6 раз выше, чем у людей контрольной группы [24- 26]. Транс-ретиноевая кислота (all-trans retinoic acid, ATRA) повышает экспрессию ДДАГ II, изоформы- предшественника ДДАГ в эндотелиальных клетках, что приводит к увеличению синтеза NO [27]. С другой стороны, повреждение нервов вызывает заметное усиление экспрессии ДДАГ как составной части механизма защиты нервных клеток от воздействия NO [28].

По другом данным, активность БАМТ эндотелиальных клеток человека подвергается положительной регуляции со стороны холестерола липопротеидов низкой плотности отчасти из-за увеличения генной экспрессии БАМТ [18]. Таким образом, обнаружена связь АДМА с холестероловым и гомоцистеиновым факторами риска. Гипергликемия является еще одним фактором, связанным с АДМА. В эндотелиальных клетках человека, содержащих глюкозу в высокой концентрации, наблюдается снижение уровня ДДАГ и накопление АДМА, что может способствовать вазодилататорной дисфункции эндотелия при сахарном диабете [29]. Улучшение гликемического контроля у пациентов с диабетом второго типа приводит к снижению уровня АДМА в плазме. Терапия метформином дает снижение уровня АДМА без одновременной терапии сульфонилмочевиной [30].

Регулирование обратной связи NO –ДДАГ достигается нитрозилированием аминокислотных остатков в активном центре. Это объясняет, почему экспрессия иСОА зачастую приводит к ингибированию конституитивно экспрессирующихся ферментов СОА [31]. Так как средняя концентрация оксида азота повышается, нитрозилирование усиливается, и активность ферментов падает. По другим доказательствам, реактивные формы кислорода ответственны за потерю активности ДДАГ. Например, эндотелиальная дисфункция, вызванная введением метионина, может предотвращаться введением аскорбиновой кислоты [32].

Поскольку сосудистый ответ сильно зависит от выработки NO, важной является оценка взаимодействия терапии гипертензии и терапии гиперхолестеринемии. На плазматическую концентрацию АДМА не влияет терапия статинами, снижающей содержание ХЛНП [33]. C другой стороны, ингибиторы нгиотензинпревращающнго фермента (АПФ) снижают плазматическую концентрацию АДМА от 1.69 до 1.41 мкмоль/л, и этот эффект не зависит от артериального давления [34]. Долгосрочное применение ингибиторов АПФ вызывает снижение уровня АДМА, повышает содержание NOx и уменьшает отношение L-аргинин/АДМА у пациентов с синдромом Х, тем самым улучшая микроваскулярную функцию и снижая ишемию миокарда [33]. Эстрогеновая заместительная терапия оральными конъюгированными эстрогенами снижает концентрацию АДМА в плазме [36].

В некоторых исследованиях смотрели относительную нормализацию гомоцистеина против стимуляции синтеза NO. У пациентов с болезнью окклюзии периферических артерий, у которых наблюдается гиперхолестеринемия и гипергомоцистеинемия, показано улучшение эндотелиально-зависимой вазодилатации при сочетании с терапией витамином В, разработанной для снижения содержания гомоцистеина (фолат- 10 мг; витамин В12- 200 мкг; витамин В6- 20 мг в день). Оральный прием L-аргинина (24 г в день) значительно улучшает эндотелиальную функцию у этих пациентов [37]. NO оказывает стимулирующее влияние на введение аргинина в этом исследовании имело более положительное влияние на данную группу пациентов, чем снижение содержания гомоцистеина. Таким образом, при симптомах гипергомоцистеинемии контролирующим фактором эндотелиальных функций является накопление АДМА, высвобождающегося при введении аргинина. Существуют множественные диетологические и зависимые от питательных веществ этапы контроля синтеза и клиренса АДМА. L-аргинин стимулирует синтез NO, чтобы подавить ингибирующее влияние АДМА. Пища с низким содержанием жира помогает снизить синтез АДМА, осуществляемый БАМТ. Витамин А индуцирует экспрессию ДДАГ, вызывая снижение уровня АДМА. Нормализация повышенного гомоцистеина с помощью витамина В6, В12 и фолиевой кислоты снижает содержание АДМА и аргинина в плазме у пациентов с гипергомоцистеинемией [38]. Кроме того, у пациентов персистентное повышение АДМА может управляться с помощью гормонального вмешательства, например ингибиторами АПФ и заместительной терапией природными эстрогенами. Физические нагрузки оказывают сильное положительное влияние на соотношение L-аргинин/АДМА. Расстояние безболезненной ходьбы (pain-free walking distance) имеет линейную корреляцию со снижением уровня АДМА у больных атеросклерозом [39].

Способы снижения АДМА

- уменьшение физических нагрузок

-снижение оксидативного стресса

-увеличение уровня содержания антиоксидантов

-нормализация уровня фолиевой кислоты, витамина В12 и витамина В6

7. Лабораторная методология:

АДМА был проанализирован методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) [61]. Данный метод занимает много времени и не подходит для поточного клинико-лабораторного анализа. Был разработан простой, чувствительный и быстрый ВЭЖХ-тандемный масс-спектрометрический метод с пределами обнаружения 1 нг/мл [62]. Усовершенствованием этого метода является создание более рутинного способа измерения АДМА.

8. Резюме и заключение

В основе понимания сердечно-сосудистых заболеваний лежит знание механизма образования и действия АДМА. Эндотелиальная функция зависит от тонко устроенных путей регуляции выработки NO. Эта регуляция основана на двух процессах. Первый из них- это образование NO под действием изоформ СОА. Терапевтическое применение нитроглицерина и введение L-аргинина –это способы прямой стимуляции увеличения продукции NO. Усиленное потребление фолиевой кислоты способствует активности СОА. Физические нагрузки стимулируют образование СОА, что связано с другим давно признанным способом изменения образа жизни, улучшающим здоровье сердечно-сосудистой системы.

Второй контролирующий процесс –скорость образования ингибитора NO –АДМА. Фермент, осуществляющий образование АДМА стимулируется высоким содержанием жиров в пище и высокими концентрациями метионина в плазме. Таким образом, активность БАМТ-1 модифицируется с помощью диетологических факторов. ДДАГ –фермент, осуществляющий деградацию АДМА, восприимчив к оксидативному повреждению. Следовательно, антиоксидантная защита влияет на функцию и уровень содержания АДМА. Задача антиоксидантов включает в себя предотвращение влияния таких факторов, такие как курение, индуцированный физической нагрузкой инфаркт миокарда и окисленный холестерол (главным образом связанный с общим холестеролом). Изучение влияние антиоксидантов проводится с использованием очищенных витаминов Е, С и диетической пищи, богатой антиоксидантами.

Уровень содержания АДМА можно снизить, конртролируя процесс воспаления, усиливая антиоксидантную защиту и обеспечивая адекватный функциональный статус питательных веществ, необзодимых для контроля индцирующих факторов, таких как гомоцистеин и метаболический синдром. Употребление макрокоэлементов также влияет на АДМА, особенно жиросодержащая пища, сильно повышающая уровень АДМА. Физические нагрузки оказывают сильное положительное влияние на АДМА соотношение аргинин/АДМА в плазме. Измерение концентрации АДМА в плазме или сыворотке можно использовать для контроля чистого влияния этих множественных факторов, поддерживающих здоровье.

Значительного снижения заболеваемости и смертности можно достичь, снижая концентрацию АДМА у пациентов с высоким содержанием этого ингибитора выработки оксида азота в клетках.

Таблица 1. Тканеспецифические функции оксида азота