БИОХИМИЧЕСКОЕ  ЗНАЧЕНИЕ  ОКСИДА  АЗОТА  (II)

Шустов  Валерий  Валерьевич

студент  2  курса,  кафедра  медицинской  химии  НГМУ, 
РФ,  г.  Новосибирск

Е-mail:  shustov_valeriy@mail.ru

Суменкова  Дина  Валерьевна

научный  руководитель,  д-р  биол.  наук,  доцент,

кафедра  медицинской  химии  НГМУ, 
РФ,  г.  Новосибирск

Е-mail:  dinasumenkova@mail.ru

Монооксид  азота  является  уникальной  сигнальной  молекулой,  модулирующей  множество  физиологических  процессов  и  является  одним  из  важнейших  биорегулятoрных  медиаторов  в  живом  организме.  Данное  вещество  представляет  собой  мoнoмерный  парамагнитный  газ  без  цвета  с  температурой  плавления  -163,7  °C  и  температурой  кипения  -151,7  °C.  Молекула  NO  может  легко  образовывать  ковалентные  связи,  так  как  представляет  собой  простой  радикал,  из-за  такого  молекулярного  строения  время  жизни  данной  молекулы  в  организме  человека  составляет  около  5–6  секунд,  после  чего  он  при  участии  кислорода  и  воды  превращается  в  нитраты  и  нитриты.  Нейтральность  молекулы,  небольшие  размеры,  а  также  хорошая  растворимость  в  воде  и  липидах  обеспечивают  этому  веществу  легкую  проницаемость  через  мембраны  клеток  и  внутриклеточные  структуры  [5]. 

В  организме  существуют  два  пути  биосинтеза  оксида  азота.  Первый  путь  –  это  нитроксидсинтазный.  Образование  NO  из  L-аргинина  в  присутствии  O₂  при  участии  группы  ферментов,  так  называемых  –  нитроксидсинтаз.  Второй  путь  образования  NO  –  это  нитритредуктазный.  Он  представляет  собой  образование  NO  в  результате  восстановления  ионов  нитратов  и  нитритов,  когда  в  организме  не  хватает  O_2,  за  счет  активации  нитритредуктазных  систем,  связанных  с  гемсодержащими  белками:  гемоглобином,  миоглобином,  цитохромоксидазой  и  цитохром  Р-450.  Оба  механизма  связаны  между  собой  и  являются  компонентами  цикла  оксида  азота  [1;  5].

Рассмотрим  более  подробно  образование  оксида  азота  в  результате  окисления  аминокислоты  L-аргинина  с  образованием  другой  аминокислоты  L-цитруллина  под  влиянием  фермента  NO-синтазы  (NOS).  Фермент  назван  синтазой,  а  не  синтетазой,  так  как  для  его  работы  не  требуется  энергия  АТФ.

На  сегодняшний  день  известно  о  нескольких  формах  NO-синтаз:  1)  нейрональная  NOS  (nNOS  или  NOS-1)  –  впервые  найдена  в  клетках-нейронах,  где  оксид  азота,  синтезируемый  nNOS,  работает  как  нейротрансмиттер;  2)  макрофагальная  NOS  (iNOS  или  NOS2)  –  экспрессируется  макрофагами,  стимулируя  иммунитет  организма,  то  есть  синтез  NO  как  агента  против  микробов;  3)  эндотелиальная  NOS  (eNOSилиNOS-3)  генерирует  NO,  который  снижает  артериальное  давление,  а  также  способен  подавлять  способность  к  склеиванию  тромбоцитов  [1].

Как  нам  известно  все  виды  NO-синтазы  катализируют  реакцию  синтеза  оксида  азота,  но  каждая  обладает  своими  чертами  как  местоположением  работы,  скорости  катализируемой  реакции  и  механизмах  регуляции,  так  и  в  биологическом  значении  для  организма,  поэтому  все  изоформы  данной  синтазы  делят  на  конститутивные  (включает  NOS-1иNOS-3)  и  индуцибельную  (NOS-2)  [5]. 

Дальнейшая  судьба  монооксида  азота  может  быть  такой:  в  организме  при  генерации  супероксидных  радикалов  при  одновременном  синтезе  NO  может  образовываться  цитотоксический  продукт.  Это  может  быть  опасно  тем,  что  эти  агенты  легко  вступают  в  реакцию  с  высокой  скоростью  с  образованием  аниона  пероксинитрита  (ONOO¯):

NO  +  O2¯→  ONOO¯

При  физиологических  (нейтральных)  значениях  рН  этот  анион  протонируется  и  быстро  (в  течение  нескольких  секунд)  распадается:

ONOO¯+  H+  →  OH¯+  NO2

Тем  не  менее,  даже  за  такое  короткое  время  протонированная  форма  пероксинитрита,  как  очень  сильный  окислитель,  может  оказать  значительное  отрицательное  воздействие  на  клеточные  компоненты  [1].

Считают,  что  именно  пероксинитрит  выступает  в  качестве  основного  цитотоксического/цитостатического  агента,  продуцируемого  макрофагами  и  направляемого  на  клетки-мишени.  Его  появление,  по-видимому,  определяет  и  цитотоксическое  действие  повышенных  концентраций  NO  в  неиммунокомпетентных  клетках  и  тканях  при  различных  патологиях.  Накоплению  пероксинитрита  в  них  способствует  активация  iNOS  и  супероксида,  характерная  для  различных  патологий  [6].

Итак,  мы  узнали  о  биосинтезе  оксида  азота,  теперь  рассмотрим  каковы  же  его  функции  в  организме.  Гиперпродукция  оксида  азота  в  фагоцитах  существенно  влияет  на  процесс  обезвреживания  возбудителей  инфекционных  заболеваний.  Оксид  азота  вызывает  гибель  очень  многих  типов  патогенных  микроорганизмов  (вирусы,  бактерии,  грибы,  простейшие)  или  останавливает  их  рост.  В  реализации  этой  программы  выделены  два  феномена:

1.  апоптическая  гибель  клеток-носителей,  ограничивающая  благоприятную  среду  для  размножения  микроорганизмов  и  дессиминацию  инфекционного  процесса;

2.  выделение  токсичных  для  патогена  субстанций.

В  основе  антимикробного  действия  лежит  способность  реактивных  промежуточных  продуктов  оксида  азота  вызывать  нитрозилирование  и  дезаминирование  белков,  окислительное  повреждение  и  нарушение  системы  репарации  ДНК  [7].

Как  выясняется  воспалительная  реакция  в  большинстве  случаев  является  исходом  многих  инфекционных  заболеваний.  Кроме  того,  что  оксид  азота  может  собственно  действовать  на  микроб,  он  также  участвует  в  самих  механизмах  воспаления.  Начальная  ступень  воспаления  прежде  всего  характеризуется  увеличением  синтеза  таких  веществ,  как  гистамин,  брадикинин,  простагландин  и  лейкотриен. 

Путем  использования  избирательных  или  неизбирательных  ингибиторов  NOS  установлено,  что  на  данном  этапе  происходит  стимуляция  продукции  оксида  азота  с  помощью  NOS,  находящихся  в  чувствительных  нервах.  Параллельно  этому  увеличивается  продукция  оксида  азота  посредством  эндотелиальной  изоформы  NOS.  В  эндотелиальных  клетках  кровеносных  сосудов  NO  активирует  растворимую  гуанилатциклазу,  в  следствии  этого  усиливается  синтез  цГМФ.  Это  вещество  в  свою  очередь  способно  вызывать  релаксацию  гладкомышечных  клеток  сосудов,  что  приведет  к  увеличению  сосудистой  проницаемости  [4;  7].

Изоформы  NOS  имеют  отношение  к  продукции  оксида  азота  на  ранней  стадии  воспаления.  В  развитие  поздней  стадии  воспаления  вносит  вклад  только  оксид  азота,  продуцируемый  iNOS,  локализованный  в  лейкоцитах  [7].

Выработанный  эндотелиальной  NOS  оксид  азота  проникает  в  клетки  гладкой  мускулатуры  сосудов,  где  активирует  растворимую  гуанилатциклазу.  В  свою  очередь,  выработанный  после  индукции  гуанилатциклазы  цГМФ  вызывает  релаксацию  сосудов.  Синтезированный  в  клетках  эндотелия  оксид  азота  участвует  в  регуляции  сосудистого  тонуса.  Путем  образования  эндогенного  оксида  азота  действуют  широко  применяемые  лекарства  –  нитроглицерин,  нитропруссид,  нитросорбид  и  др.  [1].

Будучи  включенным  в  механизм  воспаления,  оксид  азота  выполняет  как  противоспалительную,  так  и  провоспалительную  роль.  Это  связано  с  тем,  что  развитие  воспаления  детерминировано  генерацией  оксида  азота,  синтезируемого  при  участии  индуцибельной  NOS.  В  то  же  время  NO-синтаза  контролирует  биосинтез  ИЛ-4,  ИЛ-11  и  ИЛ-13,  которые  относятся  к  ингибиторам  воспалительной  реакции.  В  этом  смысле  оксид  азота  является  «подлинным»  регулятором  воспаления.

Представление  о  двойственной  роли  оксида  азота  в  воспалительной  реакции  (NO-парадокс)  основываются  на  результатах,  полученных  на  различных  экспериментальных  моделях,  включая  опыты  животных,  лишенных  кодирующего  iNOS  генов.  Главное  звено  в  патогенезе  гриппа  –  поражение  кровеносной  системы,  главным  образом  микроциркуляторного  русла.  Нарушение  микроциркуляции,  обусловленное  поражением  сосудов,  может  быть  следствием  избыточной  продукции  оксида  азота.

Сепсис  и  септический  шок  вызываются  бактериальной  инфекцией  и  представляют  собой  острый  воспалительный  ответ.  Показано,  что  оксид  азота  играет  решающую  роль  в  развитии  септического  шока.  Для  воспроизведения  септического  шока  экспериментальным  животным  вводят  бактериальный  эндотоксин.  Предполагается,  что  подавление  продукции  оксида  азота  с  помощью  ингибиторов  NOS  может  использоваться  в  поиске  способов  лечения  этого  состояния.  К  сожалению,  выполненные  эксперименты  пока  дают  противоречивые  результаты,  и  только  при  испытании  селективного  ингибитора  iNOS  удалось  наблюдать  уменьшение  смертности  мышей,  зараженных  патогенными  бактериями  [7].

При  исследовании  уровня  оксида  азота  у  больных  гриппом  было  установлено,  что  интенсивность  образования  оксида  азота  возрастает  в  период  реактивации  инфекционного  процесса,  а  в  период  стихания  клинических  проявлений  на  фоне  терапии  уровень  оксида  азота  несколько  снижается,  но  не  возвращается  к  уровню  нормальных  значений.  Вероятно,  причиной  гиперпродукции  оксида  азота  является  повышение  индуцибельной  NO-синтазы  в  ответ  на  присутствие  инфекционного  агента  с  целью  его  обезвреживания  [2;  3].

В  заключение  хочется  сказать,  что  оксид  азота  играет  немаловажную  роль  в  процессах  обеспечения  антибактериальной  защиты  организма  от  различных  патогенных  микроорганизмов.  Но,  помимо  этого,  оксид  азота  оказывает  и  отрицательную  роль  на  организм,  вызывая  в  ходе  бактериальной  инфекции  острый  воспалительный  ответ.

Адекватная  коррекция  острых  воспалительных  и  инфекционных  процессов  ингибиторами  нитроксидсинтазы  имеет  принципиальное  значение,  поскольку  оксид  азота  может  опосредованно  влиять  на  развитие  ряда  хронических  воспалительных  и  аутоиммунных  заболеваний,  таких  как  ревматические  болезни,  бронхиальная  астма,  гломерулонефрит,  хронические  гепатиты,  рассеянный  склероз,  псориаз,  дерматиты  [4].

Следует  также  учитывать,  что  NO-радикалы  ингибируют  пролиферацию  лимфоцитов,  благодаря  чему  высокий  уровень  их  генерации  макрофагами  при  некоторых  инфекциях  может  быть  причиной  иммуносупрессии.

Изучение  роли  оксида  азота  как  медиатора  воспаления  находится  на  начальном  этапе.  Целесообразность  исследований  в  этом  направлении  совершенно  очевидна,  поскольку  формирование  целостных  представлений  о  нитроксидзависимых  механизмах  антиинфекционной  резистентности  организма  имеет  принципиальное  значение  для  разработки  новых  подходов  к  лечению  инфекционных  болезней  [4;  6].

Список  литературы:

1. Андронов  Е.В.,  Киричук  В.Ф.  Роль  оксида  азота  в  регуляции  микроциркуляторного  звена  системы  гемостаза  //  Саратовский  научно-медицинский  Журнал  №  3  (17)  –  2007  –  июль-сентябрь  С.  41–44.
2. Ванин  А.Ф.  Оксид  азота  в  биомедицинских  исследованиях  //  Вестн.  РАМН.  –  2006.  –  №  4.  –  С.  3–5.
3. Плехова  Н.Г.,  Сомова  Л.М.  Физиологическая  роль  оксида  азота  при  инфекционном  процессе  //  Успехи  физиологических  наук.  2012.  –  С.  62–81.
4. Проскурякова  С.Д.,  Бикетов  С.И.,  Скворцов  В.Г.  Оксид  азота  в  механизмах  патогенеза  внутриклеточных  инфекций  //  Иммунология.  2007.  –  С.  9–20.
5. Рогачиков  А.И.,  Шаханов  А.В.  Выдыхаемый  оксид  азота  как  дополнительный  диагностический  инструмент  в  амбулаторной  практике  //  Журнал  «Земский  врач»  –  №  1  (25)  –  2015  –  С.  32–36.
6. Симонова  О.В.,  Немцов  Б.Ф.  Показатели  стабильных  метаболитов  оксида  азота  в  сыворотке  крови  и  мочи  у  больных  ревматоидным  артритом  и  их  динамика  под  влиянием  базисной  терапии  //  Сибирский  медицинский  журнал,  –  2007  –  ,№  7,  –  С.  32–33.
7. Сомова  Л.М.,  Плехова  Н.Г.  Оксид  азота  как  медиатор  воспаления  //  Вестник  ДВО  РАН.  –  2006.  –  №  2  –  С.  77–80.