Что такое пептиды и биорегуляторы. Роль регуляторных пептидов в деятельности пищеварительного тракта Пептиды и нарушения пигментации кожи

Долгов Г.В., Куликов С.В., Легеза В.И., Малинин В.В., Морозов В.Г., Смирнов В.С., Сосюкин А.Е.

УДК 61.438.1:577.115.05

Под редакцией проф. В.С. Смирнова.

Авторский коллектив:

1. Долгов Г.В. - д.м.н., профессор кафедры акушерства и гинекологии Военно-медицинской академии
2. Куликов С.В. - к.м.н., старший научный сотрудник отдела нейрофармакологии Института экспериментальной медицины РАМН
3. Легеза В.И .- д.м.н., профессор ведущий научный сотрудник кафедры Военно-полевой терапии Военно-медицинской академии
4. Малинин В.В. - д.м.н., начальник отдела Института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН
5. Морозов В.Г. - д.м.н., профессор заместитель директора Института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН
6. Смирнов В.С. - д.м.н., профессор ведущий научный сотрудник кафедры военно-полевой терапии Военно-медицинской академии
7. Сосюкин А.Е. - д.м.н., профессор начальник кафедры военно- полевой терапии Военно-медицинской академии

Введение

Середина прошлого столетия ознаменовалась целым рядом фундаментальных открытий, среди которых одним из важнейших является установление роли пептидов в регуляции физиологических функций организма. Показано, что разнообразные свойства, присущие многих гормонам, зависят не от целостной молекулы белка, а сосредоточены в небольших по размерам олигопептидных цепях. В результате было сформулировано понятие регуляторных пептидов и установлены механизмы их действия. Было убедительно оказано, что эти пептиды, имеющие относительно небольшую длину и молекулярную массу, играют ведущую роль в регуляции большинства физиологических реакций организма и поддержании гомеостаза. Исследованиями группы академика РАМН И.П. Ашмарина доказано, что эти соединения переносят от клетки к клетке определенную информацию, закодированную в виде аминокислотной последовательности.

Первыми были открыты нейропептиды, выделенные, как следует из самого их названия, из нервной системы. В дальнейшем регуляторные пептиды выделены из желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, селезенки, тимуса и других органов. Стало понятно, что система регуляторных пептидов распространена по всему организму. Это представление позволили сформулировать понятие об APUD-системе (англ.: Amine Precursor Uptake and Decarboxilation), нередко называемая еще как рассеянная нейроэндокринная система. Последний термин указывает на то, что эта система действует автономно и контролирует деятельность всех без исключения внутренних органов.

Формирование концепции пептидной регуляции биологических функций организма с самого начала сопровождалось попытками применить полученную информацию для разработки новых высокоэффективных лекарств на основе регуляторных пептидов. Само по себе это направление нельзя назвать особенно новым. Первые попытки применения экстрактов различных органов, которые, по существу, представляют собой смесь белков и олигопептидов предпринимались еще в 19 веке известным французским физиологом Броун-Секаром, предложившим в качестве средства против старости эмульсии из семенных желез собак и морских свинок. Позднее для этой же цели использовали вытяжки из семенников, яичников, селезенки, предстательной и щитовидной желез различных видов животных. По существу, это были первые попытки применить смеси регуляторных пептидов для целей биорегулирующей терапии или профилактики патологических состояний, к числу которых И.И. Мечников относит и преждевременную старость.

Исследования в области органотипических биопрепаратов были возобновлены в 70-х годах прошлого столетия В.Г. Морозовым и В.Х. Хавинсоном , разработавшими оригинальную технологию получения экстрактов органов путем кислотного гидролиза с последующим выделением ацетоном. Таким способом получены экстракты из тимуса , костного мозга, селезенки, коры и белого вещества головного мозга, эпифиза и др., состоящие из комплексов пептидов различной величины, причем олигопептидных состав такого комплекса может изменяться в широких пределах. Иначе говоря, каждый образец такого экстракта является уникальным. Новым этапом в этом направлении было создание лекарственных препаратов на основе монопептидов. Первыми в этом ряду явились препараты, изготовленные на основе тимозина (фрагмента гормона тимуса). В дальнейшем были зарегистрированы препараты семакс, представляющий собой фрагмент молекулы адренокортикотропного гормона, даларгин и дельтаран (фрагменты нейропептидов) и др. Перечисленные выше пептиды состоят из 5-10 аминокислотных остатков и в силу этого обладают достаточной специфичностью . Минимальные из исследованных пептидов состоят только из двух аминокислотных остатков. В результате многолетних исследований показано, что дипептиды , не обладая какой-то определенной специфичностью способны восстанавливать нарушения в системе иммунитета . Именно поэтому эти средства были отнесены к классу тимомиметиков.

Одним из первых препаратов этого класса был Тимоген® – дипептид, состоящий из остатков глютаминовой кислоты и триптофана . Созданный в конце 80-х годов прошлого столетия, Тимоген® быстро завоевал широкую популярность среди клиницистов и больных. Накоплен большой опыт его применения в комплексной терапии различных заболеваний и травм. Широкая палитра результатов, полученных в разное время и разными авторами, требует фундаментального осмысления и обобщения. К сожалению, обобщающих работ по данной проблеме до сих пор не создано. Вышедшая в 2003 году монография В.С. Смирнова и А.Е Сосюкина «Применение Тимогена® в клинической практике», представляет собой краткое практическое руководство по применению Тимогена® в клинике. Тираж книги составил 2000 экз., и полностью разошелся менее чем за полгода. Предлагаемая вниманию читателя монография не простое переиздание, а написанная заново книга, в работе над которой приняли участие ведущие ученые Военно-медицинской академии и Института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН. Хочется верить, что представленные в монографии сведения окажутся полезными как для научного сотрудника, так и для практического врача. Авторы с благодарностью примут все критические замечания, поскольку осознают, что ни одна работа не может быть исчерпывающей, так же как невозможно достижение полного знания.

В управлении пищеварительными функциями принимают участие пептиды и амины, которые продуцируются эндокринными клетками самого пищеварительного тракта. Эти клетки рассеяны в слизистой оболочке и пищеварительных железах и в совокупности составляют диффузную эндокринную систему. Продукты их деятельности называют гастроинтестинальными гормонами, энтерина- ми, регуляторными пептидами пищеварительного тракта. Это не только пептиды, но и амины. Некоторые из них продуцируются и нервными клетками. В первом случае эти биологически активные вещества выступают в роли гормонов (доставляются к органам- мишеням общим и региональным кровотоком) и парагормонов (диффундируют через интерстициальную ткань к рядом или недалеко расположенной клетке). Во втором случае эти вещества играют роль нейротрансмиттеров.
Открыто более 30 регуляторных пептидов пищеварительного тракта, некоторые из них существуют в нескольких изоформах, отличаясь числом аминогрупп и физиологической активностью. Выявлены клетки, продуцирующие данные пептиды и амины (табл. 9.1), а также клетки, в которых образуется не один, а несколько пептидов. Установлено, что один и тот же пептид может образовываться в различных клетках.
Гастроинтестинальные гормоны имеют широкий спектр физиологической активности, влияя на пищеварительные функции и вызывая общие эффекты. В пищеварительном тракте пептиды и амины стимулируют, тормозят, модулируют секрецию, моторику, всасывание, оказывают трофические влияния, в том числе воздействуя на пролиферативные процессы, например изменяют количество глан-

дулоцитов в слизистой оболочке желудка и поджелудочной железе, уменьшая или увеличивая их массу. Каждый из регуляторных пептидов вызывает несколько эффектов, один из которых часто является основным (табл. 9.2). Ряд пептидов выступает в роли ри- лизинг-факторов для других пептидов, которые вызывают изменения пищеварительных функций в таком регуляторном каскаде. Эффекты регуляторных пептидов зависят от их дозы, механизмов, с помощью которых была стимулирована функция.
Сложны сочетанные влияния нескольких регуляторных пептидов, а также пептидов с влияниями автономной (вегетативной) нервной системы.
Регуляторные пептиды относятся к числу «короткоживущих» веществ (период полураспада несколько минут), вызываемые ими эффекты, как правило, значительно длительнее. Концентрация
Таблица 9.1. Типы и локализация эндокринных клеток пищеварительного тракта и образуемые ими продукты

Типы	Образуемые		Место расположения клетки
клеток	продукты	подже-	желудок		кишечник
		ная	фун-	ант-	тонкая	кишка	толстая
			даль- ная часть	ная часть	прокси мальный отдел	дис тальный отдел
ЕС	Серотонин, вещество Р, энкефалин	Мало	+	+	+	+	+
D	Соматостатин	+	+	+	+	Мало	Мало
В РР	Инсулин Панкреатический	+	-		-	-	-
	пептид (ПП)	+	-	-	-	-	-
А	Глюкагон	+	-	-	-	-	-
X	Неизвестны	-	+	-	-	-	-
ECL	Неизвестны (серотонин? гистамин?)	-	+	-	-	-	-
G	Г астрин	-	-	+	+	-	-
ССК	Холецистокинин (ХЦК)	-	-	-	+	Мало	-
S GIP	Секретин Гастроингибирующий		-	-	+	Мало	-
	пептид (ГИП)	-	-	-	+	Мало	-
М	Мотилин	-	-	-	+	Мало	-
N	Нейротензин	-	-	-	Мало	+	Редко
L	Иммунологически подобный глюкаго- ну пептид, глицен- тин				Мало	+	+
GRP VIP	Г астрин-рилизинг- пептид Вазоактивный инте- стиальный пептид (ВИП)		Мало	+	+

Таблица 9.2. Основные эффекты влияния гастроинтестинальных гормонов на пищеварительные функции

Гормоны	Эффекты (наиболее выраженные выделены)
Гастрин	Усиление секреции желудка (соляной кислоты и пепсиногена) и поджелудочной железы, гипертрофия слизистой оболочки желудка, усиление моторики желудка, тонкой и толстой кишки и желчного пузыря
Секретин	Увеличение секреции гидрокарбонатов поджелудочной железой, потенцирование действия холецисто- кинина (ХЦК) на поджелудочную железу, торможение секреции соляной кислоты в желудке и его моторики, усиление желчеобразования, секреции тонкой кишки
Холецистокинин (ХЦК)	Усиление моторики желчного пузыря и секреции ферментов поджелудочной железой, торможение сек-
Гастроингибирующий (желудочный, ингибирующий) пептид (ГИП, или ЖИП) Мотилин	реции соляной кислоты в желудке и его моторики, усиление секреции в нем пепсиногена, моторики тонкой и толстой кишки, расслабление сфинктера печеночно- поджелудочной (ампулы Одди). Угнетение аппетита, гипертрофия поджелудочной железы Глюкозозависимое усиление высвобождения поджелудочной железой инсулина, торможение секреции и моторики желудка путем снижения высвобождения гастрина, усиление кишечной секреции и торможение всасывания электролитов в тонкой кишке Усиление моторики желудка и тонкой кишки, секреции пепсиногена желудком, секреции тонкой кишки
Нейротензин	Торможение секреции соляной кислоты желудком, усиление секреции поджелудочной железы, потенцирование эффектов секретина и ХЦК
Панкреатический пептид (ПП)	Антагонист ХЦК. Торможение секреции ферментов и гидрокарбонатов поджелудочной железой, усиление пролиферации слизистой оболочки тонкой кишки, поджелудочной железы и печени, релаксация желчного
Энтероглюкагон	пузыря, усиление моторики желудка и тонкой кишки Мобилизация углеводов, торможение секреции желудка и поджелудочной железы, моторики желудка и кишечника, пролиферация слизистой оболочки тонкой кишки (индукция гликогенолиза, липолиза, глю- конеогенеза и кетогенеза)
Пептид УУ	Торможение секреции желудка, поджелудочной
Вазоактивный интестинальный пептид (ВИП)	железы (различие эффектов в зависимости от дозы и объекта исследования) Расслабление гладких мышц кровеносных сосудов, желчного пузыря, сфинктеров, торможение секреции желудка, усиление секреции гидрокарбонатов под-
Г астрин-рилизинг-фактор	желудочной железой, кишечной секреции Эффекты гастрина и усиление высвобождения ХЦК (и его эффекты)
Химоденин	Стимуляция секреции поджелудочной железой химотрипсиногена
Субстанция Р	Усиление моторики кишечника, слюноотделения, секреции поджелудочной железы, торможение всасы-
Энкефалин	вания натрия Торможение секреции ферментов поджелудочной железой и желудком

пептидов в крови натощак колеблется в небольших пределах, прием пищи вызывает повышение концентрации ряда пептидов на разное время. Относительное постоянство содержания пептидов крови обеспечивается балансом поступления пептидов в кровоток с их ферментативной деградацией, небольшое количество их выводится из крови в составе секретов и экскретов, связывается белками крови. Деградация полипептидов ведет к образованию более простых олигопептидов, которые обладают большей или меньшей, иногда качественно измененной активностью. Дальнейший гидролиз пептидов приводит к потере их активности. В основном деградация пептидов происходит в почках и печени. Регуляторные пептиды пищеварительного тракта совместно с центральными и периферическими механизмами обеспечивают адаптивный характер и интеграцию пищеварительных функций.

Уже давно не вызывает сомнений значимость белков для практически любого аспекта существования жизни. Однако их «младшие братья» - пептиды - привлекают незаслуженно мало внимания, обычно считаясь биологически не такими уж важными. Нет, никто не забывает про исключительную роль пептидов в эндокринной системе и антибактериальной защите. Однако ещё двадцать лет назад нельзя было и заподозрить, что пептидный «фон», присутствующий во всех тканях и традиционно воспринимаемый как «обломки» функциональных белков, также выполняет свою функцию. «Теневые» пептиды формируют глобальную систему биорегуляции и гомеостаза, - возможно, более древнюю, чем эндокринная и нервная системы.

В начале 2010 года постановлением Президиума РАН директор Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова - Вадим Тихонович Иванов - награждён Большой золотой медалью Российской академии наук имени М.В. Ломоносова - «за выдающийся вклад в развитие биоорганической химии». На общем собрании РАН в мае этого года В.Т. Иванов прочитал лекцию о роли пептидов в качестве универсальных биорегуляторов. По мотивам лекции Иванова написана эта статья.

Белки, как постулировано ещё классиками диалектического материализма, являются основным «рабочим телом» жизни. Недаром даже в школьном учебнике биологии отдельным списком перечисляются функции белков: каталитическая, структурная, защитная, регуляторная, сигнальная, транспортная, запасающая, рецепторная и двигательная. Первые белки описали ещё в XVIII веке - это были альбумин («яичный» белок), фибрин (один из белков крови) и глютен (запасающий белок пшеницы). Центральная роль белков во всей биологии была осознана к концу первой четверти XX века, и с тех пор ни у кого уже не вызывает сомнения, что абсолютно все жизненные процессы протекают с участием этих универсальных «молекул жизни».

Есть у белков и «младшие братья» - пептиды. Отличие между этими двумя классами молекул довольно условное - идентичные по химической природе, они различаются лишь размером (длиной полипептидной цепи): если молекула состоит более чем из 50 аминокислотных остатков - это белок, а если менее - то пептид. Перечисленные выше «классические» функции относятся главным образом к белкам, на долю пептидов же традиционно отводилась роль в эндокринной регуляции: большинство хорошо известных биологических пептидов (а их не так уж много) являются нейрогормонами и нейрорегуляторами. Основные пептиды с известной функцией в человеческом организме - пептиды тахикининового ряда, вазоактивные интестинальные пептиды, панкреатические пептиды, эндогенные опиоиды, кальцитонин и некоторые другие нейрогормоны.

Кроме этого, важную биологическую роль играют антимикробные пептиды , секретируемые как животными, так и растениями (встречаются, например, в семенах или в слизи лягушек), а также антибиотики пептидной природы, о которых ещё будет немного сказано далее.

И вот не так давно (не более тридцати лет назад) обнаружилось, что кроме этих пептидов, обладающих вполне определёнными функциями, ткани живых организмов содержат довольно мощный пептидный «фон», состоящий в основном из фрагментов более крупных функциональных белков. Долгое время считалось, что это не имеет принципиального значения, и что такие пептиды - всего лишь «обломки» рабочих молекул, которые организм ещё не успел «подчистить». Однако в последнее время становится понятно, что этот «фон» играет важную роль в поддержании гомеостаза (тканевого биохимического равновесия) и регуляции множества жизненно важных процессов самого общего характера - таких как рост, дифференциация и восстановление клеток. Не исключено даже, что система биорегуляции на основе пептидов - эволюционный «предшественник» более современных эндокринной и нервной систем.

Однако давайте разбираться по порядку, и, чтобы не утратить исторической перспективы, начнём с короткой экскурсии в историю изучения пептидных веществ в нашей стране.

Историческая справка: пептидная школа в СССР

«Визитной карточкой» Института на долгие годы стал валиномицин - депсипептидный циклический антибиотик из бактерий Streptomyces fulvissimus , - синтез которого осуществила команда под руководством Овчинникова , доказав заодно ошибочность существовавших ранее представлений о структуре этого вещества (рис. 1). Валиномицин оказался ионофором , то есть веществом, селективно увеличивающим проницаемость биологической липидной мембраны для определённого типа ионов. Конформационное исследование валиномицина и его комплексов с ионами калия (а именно их он и переносит через мембрану) позволило сформулировать механизм работы антибиотика . Ион металла, как в браслет, помещается в центр полости, присутствующей в циклической молекуле, и без энергетических затрат переносится через клеточную мембрану, - что и приводит к «обнулению» калиевого трансмембранного потенциала и, в конечном счёте, к гибели микроорганизма.

Рисунок 1. На лабораторном коллоквиуме в Институте химии природных соединений (1965 г.). Структуру циклического антибиотика валиномицина на доске рисует В.Т. Иванов. Депсипептиды, к которым относится и валиномицин, содержат наряду с «классическими» пептидными связями также одну или несколько сложноэфирных групп.

Блестящий пример валиномицина и других ионофоров, плюс шедшие параллельно в США исследования краун-эфиров , также способных к формированию прочных комплексов с ионами металлов, породили по всему миру каскад работ, приведших к становлению контейнерной химии , основанной на концепции «хозяин-гость» . За работы в этой области Дональд Крам, Жан-Мари Лен и Чарльз Педерсен в 1987 году были удостоены Нобелевской премии по химии . Кстати, пространственная структура трансмембранного калиевого канала, полученная уже в XXI веке, показала, что механизм переноса и селективности к иону K + у этого белка принципиально такой же, как и в случае валиномицина, - только в канале координационную сферу иона образуют аминокислотные остатки из субъединиц канала-тетрамера , а в антибиотике это остов самой циклической молекулы-депсипептида.

За огромную работу по исследованию валиномицина и других ионофоров, результаты которой суммированы в монографии «Мембрано-активные комплексоны», Ю. А. Овчинников и В. Т. Иванов - нынешний директор РАН (ИБХ - так сегодня называется институт, созданный Шемякиным) - были в 1987 году удостоены Ленинской премии. А в память о том романтическом периоде в биоорганической химии около входа в ИБХ красуется статуя, изображающая комплекс валиномицина с ионом калия.

«Болгарская простокваша», или как пептиды стимулируют врождённый иммунитет

Пептидные антибиотики - вещь, бесспорно, интересная, однако они по большей части вырабатываются микроорганизмами и действуют на микроорганизмы же, а значит, исследования должны были двигаться дальше - в сторону изучения пептидов животных и человека. Чтобы сделать переход к рассказу о человеческих пептидах более плавным, сначала коротко расскажем о мурамилпептидах - компонентах клеточной стенки бактерий, способных стимулировать врождённый иммунитет у человека.

В 1970-е годы в ИБХ обратился болгарский врач Иван Богданов с просьбой помочь проанализировать препарат, полученный им из продуктов ферментации кисломолочной бактерии Lactobacillus bulgaricus . Дело в том, что он хотел найти действующее начало «чудотворных» болгарских кисломолочных продуктов (в первую очередь, простокваши), якобы играющих роль в знаменитом болгарском долголетии. Роль диеты в долголетии целых народов так и остаётся не до конца доказанной, но вот препарат Богданова вызвал живой интерес, поскольку обладал существенной противоопухолевой активностью. По своему составу этот экстракт представлял собой сложную смесь веществ бактериального происхождения.

В результате исследований обнаружилось, что действующим началом препарата Богданова является элементарное звено клеточной стенки бактерий - глюкозаминил-мурамил-дипептид (ГМДП), - оказывающее на организм человека иммуностимулирующее и противоопухолевое действие. Фактически, этот элемент бактерии представляет для иммунной системы как бы «образ врага», мгновенно запускающий каскад поиска и удаления патогена из организма. Кстати, быстрый ответ - неотъемлемое свойство врождённого иммунитета, в отличие от адаптивной реакции, требующей до нескольких недель, чтобы «развернуться» полностью. На основе ГМДП был создан лекарственный препарат ликопид , применяющийся сейчас для широкого спектра показаний, связанных в основном с иммунодефицитами и инфекционными заражениями - сепсисом, перитонитом, синуситами, эндометритами, туберкулёзом, а также при различных видах лучевой и химеотерапии.

Новые «-омики»: пептидомика - новое направление постгеномных исследований

На этом изыскания «из жизни пептидов» не закончились - на самом деле, история с «простоквашей» и многие другие работы по веществам пептидной природы сообщили толчок для рождения новой отрасли, занимающейся систематическим изучением пептидов, содержащихся в живых клетках и тканевых жидкостях.

В начале 1980-х годов стало понятно, что роль пептидов в биологии сильно недооценена - их функции много шире, чем у всем известных нейрогормонов. Прежде всего, обнаружилось, что пептидов в цитоплазме, межклеточной жидкости и тканевых экстрактах много больше, чем считалось до того - как по массе, так и по числу разновидностей. Более того, состав пептидного «пула» (или «фона») в разных тканях и органах существенно отличается, и эти отличия сохраняются у разных особей. Число «свеженайденных» в тканях человека и животных пептидов в десятки раз превышало количество пептидов «классических» с хорошо изученными функциями. В течение какого-то времени «теневые» пептиды считались просто биохимическим «мусором», оставшимся от деградации более крупных функциональных белков и ещё не «прибранным» организмом, и лишь с начала 1990-х завеса тайны начала приподниматься.

Изучением роли пептидных «пулов» стала заниматься новая дисциплина - пептидомика, - становление которой происходило не в последнюю очередь и в ИБХ. Всем известно, что реализация генетической программы, заложенной в ДНК организмов, начинается с - совокупности хромосом и генов . Изучением организации и работы генома занимается специальная область на стыке молекулярной биологии и биотехнологий - генóмика . Ядро клетки, подобно командному центру, отправляет в цитоплазму послания - матричные РНК (мРНК), являющиеся «слепками» генов. Этот процесс называется транскрипцией , а совокупность всех мРНК, присутствующих в данный момент в цитоплазме и отражающих активность генома, по аналогии назвали транскриптóмом , особенности которого изучает транскриптомика . Сумма всех белковых молекул, которые синтезировали рибосомы, «прочитав» кодирующие белки мРНК, называется протеóмом , и изучает эту «белковую сферу» протеомика .

Эти три «-омики» являются классическими, но если вспомнить о том, что белки имеют ограниченный «срок годности», после чего расщепляются протеазами на фрагменты - то есть на пептиды! - то появляется ещё одна «-омика»: пептидомика . По аналогии, её роль - изучить состав и функции белковых «пулов», существующих в разных тканях и органах, а также объяснить механизмы их образования и разрушения. Пептидóм находится на самом конце информационной цепочки: Генóм → Транскриптóм → Протеóм → Пептидóм. Пептидомика - самая молодая дисциплина из перечисленных: её возраст не превышает 30 лет, а название было предложено только в районе 2000 года. К настоящему моменту экспериментальная пептидомика позволила сформулировать три самых главных закономерности, описывающие поведение совокупности «теневых пептидов» в живых организмах.

Прежде всего, биологические ткани, жидкости и органы содержат большое число пептидов, образующих «пептидные пулы», и роль их далеко не балластная. Эти пулы образуются как из специализированных белков-предшественников, так из белков с иными, своими собственными функциями (ферментов, структурных и транспортных белков и др.).

Во-вторых, состав пептидных пулов устойчиво воспроизводится при нормальных условиях и не обнаруживает индивидуальных отличий. Это значит, что у разных особей пептидóмы мозга, сердца, лёгких, селезёнки и других органов будет примерно совпадать, но между собой эти пулы будут достоверно различаться. У разных видов (по крайней мере, среди млекопитающих) состав аналогичных пулов также весьма схож.

И, наконец, в-третьих, при развитии паталогических процессов, а также в результате стрессов (в том числе, длительного лишения сна) или применения фармакологических препаратов состав пептидных пулов меняется, и иногда довольно сильно. Это может использоваться для диагностики различных патологических состояний, - в частности, такие данные есть для болезней Ходжкина и Альцгеймера.

Точный состав пептидных пулов определить сложно, - прежде всего, потому, что число «участников» существенным образом будет зависеть от концентрации, которую считать значимой. При работе на уровне единиц и десятых долей наномоля (10 −9 М) это несколько сотен пептидов, однако при увеличении чувствительности методик до пикомолей (10 −12 М) число зашкаливает за десятки тысяч. Считать ли такие «минорные» компоненты за самостоятельных «игроков», или же принять, что они не имеют собственной биологической роли и представляют лишь биохимический «шум» - вопрос открытый.

Пептидные пулы - общая черта живых организмов?

Большинство пионерских работ по пептидомике проведены на тканях животных, и во всех случаях были выявлены пептидные пулы определённого и характерного состава - у человека, быка, крысы, мыши, свиньи, суслика, гидры, дрозофилы, саранчи. Но является ли феномен наличия пептидных пулов общим, например, для растений и прокариот? В случае простейших или бактерий выяснить ситуацию ещё предстоит, но вот для растений, видимо, уже можно дать положительный ответ. В частности, для модельного растения - мха Рhyscomitrella patens , геном которого недавно был расшифрован, - было показано, что на каждой стадии развития (у нитчатой формы, протонемы и на стадии зрелой стадии, гаметофоров) в растении присутствует большое число эндогенных пептидов - фрагментов клеточных белков, набор которых индивидуален для каждой формы растения. (Схема экспериментального анализа пептидов из мха показана на рисунке 2.)

Рисунок 2. Схема анализа пептидов мха

Даже если у прокариот не обнаружится ничего похожего, уже можно сделать вывод, что большое число многоклеточных организмов культивирует внутри себя пептидные «пулы». Но для чего они служат и как образуются?

Пептиды: «теневая» система биорегуляции

Механизм образования пептидных пулов проще всего выяснить на культурах клеток, потому что, в отличие от целых тканей и органов, в этом случае появляется уверенность, что пептиды генерируются именно этим типом клеток, а не каким-то другим (или вообще не являются артефактом выделения из тканей). Наиболее подробно в этом смысле изучены эритроциты человека - клетки тем более интересные, что они лишены ядра, а, следовательно, большинство биохимических процессов в них сильно заторможено.

Установлено, что внутри эритроцитов происходит «нарезание» гемоглобиновых α- и β-цепей на серию крупных фрагментов (всего выделено 37 пептидных фрагментов α-глобина и 15 - β-глобина) и, кроме того, эритроциты выделяют в окружающую среду множество более коротких пептидов (рисунок 3). Пептидные пулы образуются и другими культурами клеток (трансформированными миеломоноцитами, клетками эритролейкемии человека и др.), т. е. продукция пептидов культурами клеток - широко распространённый феномен. В большинстве тканей 30–90% всех идентифицированных пептидов являются фрагментами гемоглобина, однако идентифицированы и другие белки, порождающие «каскады» эндогенных пептидов, - альбумин, миелин, иммуноглобулины и др. Для части «теневых» пептидов предшественников пока не найдено.

Даже беглый взгляд на перечень пептидных фрагментов гемоглобина (рис. 3) приводит к выводу, что разнообразие эндогенных пептидов значительно превосходит традиционный набор пептидных гормонов, нейромодуляторов и антибиотиков. Несмотря на множество разрозненных данных об активности отдельных компонентов пептидных пулов, ключевой вопрос о биологической роли пептидных пулов в целом оставался не решённым. Представляет ли основная масса пептидов в пулах просто нейтральные промежуточные продукты разрушения белковых субстратов на пути к аминокислотам, вновь используемым для ресинтеза белков, или эти пептиды играют самостоятельную биологическую роль?

Рисунок 3. Образование пептидов в культуре эритроцитов человека. На чёрном фоне показаны аминокислотные последовательности α- и β-глобина, а на сером - последовательности пептидов, идентифицированных как фрагменты этих белков.

Для ответа на этот вопрос было изучено действие более 300 пептидов - компонентов пептидных пулов тканей млекопитающих - на набор культур опухолевых и нормальных клеток. В результате оказалось, что более 75% этих пептидов оказывают выраженное пролиферативное или антипролиферативное действие хотя бы на одну культуру (то есть, ускоряют или замедляют деление клеток) . Были обнаружены и другие виды биологической активности, более или менее пересекающиеся с активностями гормонов, парагормонов и нейротрансмиттеров. В результате ряда таких работ было сделано несколько выводов:

• компоненты пептидóма участвуют в регуляции нервной, иммунной, эндокринной и других систем организма, причём их действие можно рассматривать как комплексное, - то есть, осуществляемое сразу всем ансамблем пептидов;
• пептидный пул в целом регулирует долговременные процессы («долго» для биохимии - это часы, дни и недели), отвечает за поддержание гомеостаза и регулирует пролиферацию, гибель и дифференцировку составляющих ткань клеток.

По-видимому, один из главных механизмов действия коротких биологических пептидов - работа через рецепторы хорошо известных пептидных нейрогормонов. Сродство «теневых» пептидов к рецепторам очень низкое - в десятки или даже тысячи раз ниже, чем у их «основных» лигандов, но нужно принимать во внимание и тот факт, что концентрация «теневых» пептидов примерно в такое же число раз выше. В результате оказываемый ими эффект может иметь ту же величину, а, учитывая широкий «биологический спектр» пептидного пула, можно сделать вывод об их важности в регуляторных процессах.

В качестве примера действия через «не свои» рецепторы можно привести геморфины - фрагменты гемоглобина, которые действуют на опиоидные рецепторы, аналогично «эндогенным опиатам» - энкефалину и эндорфину . Доказывается это стандартным для биохимии способом: добавление налоксона - антагониста опиоидных рецепторов, используемого в качестве антидота при передозировке морфина, героина или других наркотических анальгетиков, - блокирует действие геморфинов, что и подтверждает их взаимодействие с опиоидными рецепторами.

В то же время, мишени действия большинства «теневых» пептидов неизвестны. По предварительным данным, некоторые из них могут влиять на работу рецепторных каскадов и даже участвовать в «управляемой гибели» клетки - апоптозе .

Кстати, фрагменты более крупных белков, обладающие своей собственной функцией, никак не связанной с функцией «родителя», получили название криптеинов («спрятанные» белки). Криптеины сейчас довольно активно изучаются и выявляются в последовательностях «не секретных» белков в надежде обнаружить у них особые биологические (например, лекарственные) свойства.

Полифункциональный и полиспецифичный «биохимический буфер», который образует пептидный пул, «смягчая» метаболические колебания, позволяет говорить о новой, ранее неизвестной системе регуляции на основе пептидов (см. таблицу 1). Этот механизм дополняет всем известные нервную и эндокринную системы, поддерживая в организме своеобразный гомеостаз и устанавливая равновесие между ростом, дифференцировкой, восстановлением и гибелью клеток. Изменение пептидного «фона» почти наверняка обратит внимание на протекающий патологический процесс, а восстанавливающее и стимулирующее действие многих пептидных веществ, видимо, можно объяснить как раз восстановлением нарушенного равновесия.

Учитывая сказанное, можно даже высказать предположение, что пептидная биорегуляторная система является эволюционным предшественником более совершенных и современных нервной и эндокринной систем. Эффекты, оказываемые пептидным «фоном», могут проявляться уже на уровне отдельной клетки, в то время как невозможно себе представить работу нервной или эндокринной системы в одноклеточном организме.

Таблица 1. Сравнение различных регуляторных систем

Свойство	Регуляторная система
	Нервная	Эндокринная / паракринная	Тканеспецифичные пептидные пулы
«Рабочее тело»	Нейротрансмиттеры	Гормоны	Пептиды - фрагменты функциональных белков
Предшественник		Специфический белковый предшественник	Функциональные белки
«Порождающий» процесс		Сайт-специфическое расщепление	Действие набора клеточных протеаз
Концентрация (нМ/г ткани)	0,001–1.0	0,001–1.0	0,1–100
Тип регуляции	Синаптическая секреция	Внеклеточная секреция	Изменение концентрации в ткани
Механизм действия	Связывание с рецепторами синаптической мембраны	Связывание с рецепторами клеточной мембраны	Связывание с рецепторами «родственных» гормонов
Константа связывания с рецептором (K d , нМ)	1–1000	0,1–10	100–10000
Период активности	Секунды–минуты	Минуты–часы	Часы–дни
Биологическая роль	Передача нервного импульса	Регуляция физиологических процессов в ткани или всём организме	Поддержание тканевого гомеостаза

Будущие приложения пептидомики

Лекарственные препараты, по существу являющиеся вариациями на тему пептидных пулов различных тканей животных, уже достаточно широко представлены на рынке (таблица 2), хотя они и не входят в число «блокбастеров», приносящих концернам максимальные барыши. Основная область их применения - состояния, связанные с дегенерацией или трансформацией клеток и тканей, а также необходимостью регенерации (заживления ран). Однако такие препараты не являются чистыми химическими веществами, а, следовательно, не удовлетворяют требованиям современной доказательной молекулярной медицины . (Дело в том, что современные фармакологические стандарты - такие как Good Clinical Practice - подразумевают проведение клинических испытаний, в которых совершенно чётко было бы доказано действие того или иного лекарственного компонента.)

Таблица 2. Лекарственные препараты, созданные на основе пептидных пулов

Препарат	Источник	Показание
Солкосерил (Швейцария)	Депротеинизированный гемодериват из телячьей крови
Актовегин (Дания)	Пептиды плазмы крови	Заживление ран, трансплантация, ишемия
Вирулизин (Канада)	Экстракт желчного пузыря крупного рогатого скота	Иммунодефициты, онкология
Тимулин (Россия)	Экстракт тимуса крупного рогатого скота	Иммунодефициты
Церебролизин (Австрия), Кортексин (Россия)	Экстракт головного мозга крупного рогатого скота/свиньи	Инсульт, болезнь Альцгеймера
Раверон (Швейцария) Простатилен (Россия)	Экстракт предстательной железы крупного рогатого скота	Простатит, аденома предстательной железы

Одно из перспективных направлений здесь - использование упоминавшейся уже антипролиферативной активности пептидов. Так, в опытах на карциноме молочной железы мышей один из фрагментов гемоглобина (так называемый VV-геморфин-5) удваивал выживаемость животных при совместном применении со стандартным цитостатиком эпирубицином по сравнению с применением одного только эпирубицина (рис. 4). Этот эксперимент даёт основания полагать, что на основе природных пептидных пулов возможно создание вспомогательных и поддерживающих препаратов для онкологической терапии.

Рисунок 4. Средняя продолжительность жизни мышей с карциномой молочной железы при интраперитонеальном введении эпирубицина и комбинированной терапии эпирубицином с VV-геморфином-5. Выживаемость во втором случае была выше в два раза.

Однако разработка и тестирование новых лекарств - чрезвычайно долгий и затратный процесс, осложняемый конкурентной борьбой фармацевтических гигантов . Более близкая перспектива использования пептидных пулов - это диагностика заболеваний и прочих патологических состояний. Выше уже не раз было сказано, что пептидный состав образца сильно зависит от состояния, в котором находился организм - донор ткани. Уже есть примеры использования пептидомного подхода для выявления маркеров тех или иных заболеваний, в том числе - онкологических.

В Институте биоорганической химии разработана методика масс-спектрометрического анализа пептидного профиля образцов крови и выявлены статистически достоверные различия, по которым можно диагностировать рак яичников, колоректальный рак или сифилис (рис. 5). Масс-спектр, отражающий состав пептидного пула образца тканей, в случае больного человека будет иметь характерные отличия, по которым исследователи - а в перспективе и врачи - смогут ставить точный диагноз.

Пептиды, или короткие белки, содержатся во многих продуктах питания — мясе, рыбе, некоторых растениях. Когда мы съедаем кусок мяса, белок расщепляется в процессе пищеварения на короткие пептиды; они всасываются в желудок, тонкий кишечник, попадают в кровь, клетку, затем в ДНК и регулируют активность генов.

Перечисленные препараты желательно периодически применять всем людям после 40 лет для профилактики 1-2 раза в год, после 50 лет — 2-3 раза в год. Остальные препараты — по необходимости.

Как принимать пептиды

Поскольку восстановление функциональной способности клеток происходит постепенно и зависит от уровня существующего их поражения, эффект может наступить как через 1-2 недели после начала приема пептидов, так и через 1-2 месяца. Рекомендуется проведение курса в течение 1-3 месяцев. Важно учитывать, что трехмесячный прием натуральных пептидных биорегуляторов имеет пролонгированное действие, т.е. работает в организме еще порядка 2-3-х месяцев. Полученный эффект удерживается в течение полугода, а каждый следующий курс приема обладает эффектом потенцирования, т.е. эффектом усиления уже полученного.

Поскольку каждый пептидный биорегулятор имеет направленность действия на определенный орган и не влияет никак на другие органы и ткани, одновременный прием препаратов разного действия не только не противопоказан, но зачастую рекомендован (до 6-7 препаратов одновременно).
Пептиды совместимы с любыми лекарственными препаратами и биологическими добавками. На фоне приема пептидов дозы одновременно принимаемых лекарственных препаратов целесообразно постепенно снижать, что положительным образом скажется на организме больного.

Короткие регуляторные пептиды не подвергаются трансформации в желудочно-кишечном тракте, поэтому они могут спокойно, легко и просто применяться в капсулированном виде практически всеми желающими.

Пептиды в ЖКТ распадаются до ди- и три-пептидов. Дальнейший распад до аминокислот происходит в кишечнике. Это означает, что пептиды можно принимать даже без капсулы. Это очень важно, когда человек по каким-то причинам не может глотать капсулы. Это же касается и сильно ослабленных людей или детей, когда дозировку необходимо уменьшить.
Пептидные биорегуляторы можно принимать как в профилактических, так и в терапевтических целях.

Для профилактики нарушения функций различных органов и систем обычно рекомендуется по 2 капсулы 1 раз в день утром натощак в течение 30 дней, 2 раза в год.

В лечебных целях, для коррекции нарушения функций различных органов и систем с целью повышения эффективности комплексного лечения заболеваний рекомендуется по 2 капсулы 2-3 раза в день в течение 30 дней.

Пептидные биорегуляторы представлены в капсулированном виде (натуральные пептиды Цитомаксы и синтезированнные пептиды Цитогены) и в жидком виде.

Эффективность натуральных (ПК) в 2-2,5 раза ниже, чем капсулированных. Поэтому их прием в лечебных целях должен быть более продолжительным (до полугода). Жидкие пептидные комплексы наносятся на внутреннюю поверхность предплечья в проекции хода вен или на запястье и растираются до полного впитывания. Через 7-15 минут происходит связывание пептидов с дендритными клетками, которые осуществляют их дальнейший транспорт до лимфоузлов, где пептиды делают «пересадку» и отправляются с током крови к нужным органам и тканям. Хотя пептиды — это белковые вещества, их молекулярная масса гораздо меньше, чем у белков, поэтому они легко проникают через кожу. Еще больше улучшает проникновение пептидных препаратов их липофилизация, то есть соединение с жировой основой, именно поэтому практически все пептидные комплексы наружного применения имеют в своем составе жирные кислоты.

Не такдавно появилась первая в мировой практике серия пептидных препаратов для сублингвального применения —

Принципиально новый способ применения и наличие в составе каждого из препаратов целого ряда пептидов обеспечивают им максимально быстрое и эффективное действие. Данный препарат, попадая в подъязычное пространство с густой сетью капилляров, способен проникать прямо в кровоток, минуя всасывание через слизистую пищеварительного тракта и метаболическую первичную дезактивацию печени. С учетом непосредственного попадания в системный кровоток, скорость наступления эффекта в несколько раз превышает скорость при приеме препарата перорально.

Линия Revilab SL — это комплексные синтезированные препараты, имеющие в своем составе 3-4 компонента очень коротких цепочек (по 2-3 аминокислоты). По концентрации пептидов — это среднее между капсулированными пептидами и ПК в растворе. По быстроте действия — занимает лидирующую позицию, т.к. всасывается и попадает к цели очень быстро.
Данную линию пептидов имеет смысл вводить в курс на начальном этапе, а затем переходить на натуральные пептиды.

Еще одна инновационная серия — линия мультикомпонентных пептидных препаратов. Линия включает в себя 9 препаратов, каждый из которых содержит целый ряд коротких пептидов, а также антиоксиданты и строительный материал для клеток. Идеальный вариант для тех, кто не любит принимать много препаратов, а предпочитает получить все в одной капсуле.

Действие данных биорегуляторов нового поколения направлено на замедление процессов старения, поддержание нормального уровня обменных процессов, профилактику и коррекцию различных состояний; реабилитацию после тяжелых заболеваний, травм и операций.

Пептиды в косметологии

Пептиды можно включать не только в лекарства, но и в другие продукты. Например, российскими учеными разработана великолепная клеточная косметика с натуральными и синтезированными пептидами, которая оказывает воздействие на глубокие слои кожи.

Внешнее старение кожи зависит от многих факторов: образа жизни, стрессов, солнечного света, механических раздражителей, климатических колебаний, увлечений диетами и т.д. С возрастом кожа обезвоживается, теряет эластичность, становится шероховатой, на ней появляется сеть морщин и глубоких бороздок. Всем нам известно, что процесс естественного старения закономерен и необратим. Противостоять ему невозможно, но его можно замедлить благодаря революционным ингредиентам косметологии — низкомолекулярным пептидам.

Уникальность пептидов состоит в том, что они свободно проходят через роговой слой в дерму до уровня живых клеток и капилляров. Восстановление кожи идет глубоко изнутри и, как результат, — кожа долгое время сохраняет свою свежесть. К пептидной косметике не происходит привыкания — даже если перестать ею пользоваться, кожа просто физиологически будет стареть.

Косметические гиганты создают все новые и новые «чудодейственные» средства. Мы доверчиво покупаем, используем, но чуда не происходит. Мы слепо верим надписям на банках, не подозревая, что зачастую это всего лишь маркетинговый прием.

Например, большинство косметических компаний вовсю производят и рекламируют кремы от морщин с коллагеном в качестве основного ингредиента. Между тем, ученые пришли к выводу, что молекулы коллагена настолько велики, что просто не могут проникнуть в кожу. Они оседают на поверхности эпидермиса, а потом смываются водой. То есть, покупая кремы с коллагеном, мы буквально выкидываем деньги в трубу.

В качестве еще одного популярного активного ингредиента антиэйдж-косметики используется ресвератрол. Он действительно является мощным антиоксидантом и иммуностимулятором, но только в виде микроинъекций. Если втирать его в кожу, чуда не произойдет. Опытным путем было доказано, что на выработку коллагена кремы с ресвератролом практически не влияют.

НПЦРИЗ (ныне Peptides) в соавторстве с учеными Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии разработал уникальную пептидную серию клеточной косметики (на основе натуральных пептидов) и серию (на основе синтезированных пептидов).

В их основу заложена группа пептидных комплексов с различными точками приложения, оказывающих мощное и видимое омолаживающее действие на кожу. В результате применения происходит стимуляция регенерации клеток кожи, кровообращения и микроциркуляции, а также синтеза коллаген-эластинового каркаса кожи. Все это проявляется в лифтинге, а также улучшении текстуры, цвета и влажности кожи.

В настоящее время разработано 16 видов кремов, в т.ч. омолаживающие и для проблемной кожи (с пептидами тимуса), для лица против морщин и для тела против растяжек и рубцов (с пептидами костно-хрящевой ткани), против сосудистых звездочек (с пептидами сосудов), антицеллюлитный (с пептидами печени), для век от отеков и темных кругов (с пептидами поджелудочной железы, сосудов, костно-хрящевой ткани и тимуса), против варикоза (с пептидами сосудов и костно-хрящевой ткани) и др. Все кремы, помимо пептидных комплексов, содержат и другие мощные активные ингредиенты. Важно, что кремы не содержат химических компонентов (консервантов и пр.).

Эффективность действия пептидов доказана в многочисленных экспериментальных и клинических исследованиях. Конечно, чтобы выглядеть прекрасно, одних кремов мало. Нужно омолаживать свой организм и изнутри, применяя время от времени различные комплексы пептидных биорегуляторов и микронутриентов.

Линейка косметических средств с пептидами, помимо кремов, включает в себя также шампунь, маску и бальзам для волос, декоративную косметику, тоники, сыворотки для кожи лица, шеи и области декольте и пр.

Следует учитывать также, что на внешний вид существенно влияет потребляемый сахар.
Из-за процесса под названием «гликация» сахар разрушительно действует на кожу. Избыток сахара увеличивает скорость деградации коллагена, что приводит к морщинам.

Гликацию относят к основным теориям старения, наряду с окислительной и фотостарением.
Гликация – взаимодействие сахаров с белками, в первую очередь коллагена, с образованием поперечных сшивок – это естественный для нашего организма, постоянный необратимый процесс в нашем теле и коже, приводящий к отвердению соединительной ткани.
Продукты гликации – частицы A.G.E. (Advanced Glycation Endproducts) – оседают в клетках, накапливаются в нашем теле и приводят ко множеству негативных эффектов.
В результате гликации кожа теряет тонус и становится тусклой, она обвисает и выглядит старой. Это напрямую связано с образом жизни: снизьте потребление сахара и мучного (что полезно и для нормального веса) и каждый день ухаживайте за кожей!

Для противостояния гликации, торможения деградации белков и возрастных изменений кожи компания разработала антивозрастной препарат с мощным дегликирующим и антиоксидантным эффектом. Действие данного средства основано на стимулировании процесса дегликации, воздействующего на глубинные процессы старения кожи и способствующего разглаживанию морщин и повышению ее упругости. Препарат включает в себя мощный комплекс для борьбы с гликацией — экстракт розмарина, карнозин, таурин, астаксантин и альфа-липоевую кислоту.

Пептиды — панацея от старости?

По словам создателя пептидных препаратов В.Хавинсона, старение во многом зависит от образа жизни: «Никакие препараты не спасут, если человек не обладает набором знаний и правильным поведением — это соблюдение биоритмов, правильное питание, физкультура и прием тех или иных биорегуляторов». Что касается генетической предрасположенности к старению, то от генов, по его словам, мы зависим лишь на 25 процентов.

Ученый утверждает, что пептидные комплексы обладают огромным восстановительным потенциалом. Но возводить их в ранг панацейности, приписывать пептидам несуществующие свойства (скорее всего по коммерческим соображениям) категорически неправильно!

Заботиться о своем здоровье сегодня — означает дать себе шанс жить завтра. Мы сами должны улучшать свой образ жизни — заниматься спортом, отказываться от вредных привычек, лучше питаться. И конечно же, по мере возможности применять пептидные биорегуляторы, способствующие сохранению здоровья и увеличению продолжительности жизни.

Пептидные биорегуляторы, разработанные российскими учеными несколько десятков лет назад, стали доступны широкому потребителю только в 2010 году. Постепенно о них узнает все больше людей во всем мире. Секрет сохранения здоровья и моложавости многих известных политиков, артистов, ученых кроется в применении пептидов. Вот только некоторые из них:
Министр энергетики ОАЭ Шейх Саид,
Президент Белоруссии Лукашенко,
Бывший Президент Казахстана Назарбаев,
Король Таиланда,
летчик-космонавт Г.М. Гречко и его жена Л.К.Гречко,
артисты: В.Леонтьев, Е.Степаненко и Е.Петросян, Л. Измайлов, Т.Повалий, И.Корнелюк, И.Винер (тренер по художественной гимнастике) и многие-многие другие...
Пептидные биорегуляторы применяют спортсмены 2-х олимпийских сборных России — по художественной гимнастике и гребле. Применение препаратов позволяет увеличить стрессоустойчивость наших гимнасток и способствует успехам сборной на международных чемпионатах.

Если в молодости мы можем себе позволить делать профилактику здоровья периодически, когда нам хочется, то с возрастом, к сожалению, такой роскоши у нас нет. И если Вы не хотите завтра быть в таком состоянии, что Ваши близкие измучаются с Вами и будут ждать Вашей кончины с нетерпением, если Вы не хотите умереть среди чужих людей, потому что ничего не помните и все вокруг кажутся Вам чужими на самом деле, Вы должны с сегодняшнего дня принять меры и заботиться даже не столько о себе, сколько о своих близких.

В Библии написано: «Ищите и обрящете». Возможно, Вы нашли свой способ оздоровления и омоложения.

Все в наших руках, и только мы сами можем о себе позаботиться. Никто за нас этого не сделает!

Регуляторные пептиды - биологически активные вещества, синтезируемые различными по происхождению клетками организма и участвующие в регуляции различных функций. Среди них выделяют нейропептиды, которые секретируются нервными клетками и участвуют в осуществлении функций нервной системы. Помимо этого, они обнаружены и за пределами ЦНС в ряде эндокринных желез, а также в других органах и тканях.

В онтогенезе регуляторные пептиды появились значительно раньше «классических» гормонов, т.е. до обособления специализированных эндокринных желез. Это позволяет считать, что в геноме запрограммировано раздельное образование названных групп веществ, а следовательно они являются самостоятельными.

Источниками регуляторных пептидов служат одиночные гормон-продуцирующие клетки, образующие иногда небольшие скопления. Эти клетки рассматривают как начальную форму эндокринных образований. К ним относятся нейросекреторные клетки гипоталамуса, нейроэндокринные (хромаффинные) клетки надпочечников и параганглиев, клетки слизистой оболочки гастро-интестинальной системы, пинеалоциты эпифиза. Установлено, что эти клетки способны декарбоксилировать ароматические кислоты-предшественники нейроаминов, что позволило объединить их в единую систему (Pearse, 1976), получившую название «APUD-система» (по первым буквам английсикх слов Amine Precursor Uptake and Decarboxylating system - система захвата и декарбоксилирования предшественников аминов). Большое число пептидов (вазоактивный интестинальный пептид - ВИП, холецистокинин, гастрин, глюкагон) первоначально было обнаружено в секреторных элементах гастро-интестинального тракта. Другие (субстанция Р, нейротензин, энкефалины, соматостатин) были первоначально найдены в нервной ткани. Следует отметить, что в гастро-интестинальном тракте некоторые пептиды (гастрин, холецистокинин, ВИП и некоторые другие) присутствуют и в нервах, а также и в эндокринных клетках.

Существование этой нейродиффузной эндокринной системы объясняют миграцией клеток из единого источника - нервного гребешка; они включаются в ЦНС и в ткани различных органов, где превращаются в ЦНС-подобные кетки, секретирующие нейроамины (нейромедиаторы) и пептидные гормоны. Это объясняет присутствие нейропептидов в кишечнике и поджелудочной железе, клеток Кульчицкого в бронхах, а также делает понятным возникновение гормонально-активных опухолей легких, кишечника, поджелудочной железы. Апудоциты встречаются также в почках, сердце, лимфатических узлах, костном мозге, эпифизе, плаценте.

Основные группы регуляторных пептидов (по Krieger)

Наиболее распространенной является классификация регуляторных пептидов, включающая следующие группы:

гипоталамические рилизинг-гормоны;

нейрогипофизарные гормоны;

пептиды гипофиза (АКТГ, МСГ, СТГ, ТТГ, пролактин, ЛГ, ФСГ, (3-эндорфин, липотропины);

гастро-интестинальные пептиды;

другие пептиды (ангиотензин, кальцитонин, нейропептид V).

Для ряда пептидов установлены локализация содержащих и клеток и распределение волокон. Описано несколько пептидергических систем мозга, которые разделяют на два основных вида.

Длинные проекционные системы, волокна которых достигают отдаленных областей мозга. Например, тела нейронов семейства проопиомеланокортина расположены в аркуатном ядре гипоталамуса, а их волокна достигают миндалины и околоводопроводного серого вещества среднего мозга.

Короткие проекционные системы: тела нейронов расположены нередко во многих областях мозга и имеют локальное распределение отростков (субстанция Р, энкефалины, холецистокинин, соматостатин).

Многие пептиды присутствуют в периферических нервах. Например, субстанция Р, ВИП, энкефалины, холецистокинин, соматостатин обнаружены в блуждающем, чревном и седалищном нервах. Мозговое вещество надпочечников содержит большое количество препроэнкефалина А (метэнкефалина).

Показано существование нейропептидов и нейротрансмиттеров в одном и том же нейроне: серотонин обнаружен в нейронах продолговатого мозга вместе с веществом Р, допамин вместе с холецистокинином - в нейронах среднего мозга, ацетилхолин и ВИП - в вегетативных ганглиях. О функциональном значении этого сосуществования позволяют судить следующие факторы. Под влиянием ВИП в физиологических концентрациях происходит выраженное увеличение чувствительности к ацетилхолину мускариновых рецепторов в подчелюстной железе котов, а антисыворотка к ВИП частично блокирует вазодилатацию, вызванную стимуляцией парасимпатических нервов.

Синтез регуляторных пептидов

Характерной особенностью синтеза пептидов является их образование путем фрагментации крупной молекулы-предшественника, т.е. в результате так называемого посттрансляционного протеолитического расщепления - процессинга. Синтез предшественника происходит в рибосомах, что подтверждается наличием матричной РНК, кодирующей пептид, а посттрансляционные энзимные модификации с выделением активных пептидов - в аппарате Гольджи. Эти пептиды достигают нервных окончаний благодаря аксональному транспорту.

Активные пептиды, происходящие из одного предшественника, образуют его семейство. Описаны следующие семейства пептидов.

Семейство проопиомеланокортина (ПОМК). Тела нейронов, в которых присутствует этот крупный белок (286 аминокислотных остатков), локализуются в аркуатном ядре гипоталамуса. В зависимости от набора ферментов из ПОМК образуются: в передней доле гипофиза - преимущественно АКТГ, (3-липотропин, Р -эндорфин, в промежуточной - сх-меланостимулирующий гормон и Р -эндорфин. Таким образом, набор ферментов определяет специализацию продукции клетками строго определенных пеп- тидов. Это ферменты катепсин В, трипсин, карбоксипептидаза, аминопептидаза, места их атаки - парные остатки аминокислот.

Семейство церулеина: гастрин, холецистокинин.

Семейство ВИП: секретин, глюкагон.

Семейство аргинин-вазопрессина: вазопрессин, окситоцин.

Кроме того, установлено, что мет-энкефалин и лей-энкефалин имеют предшественников в виде препроэнкефалина А и препроэнкефалина В соответственно. Протеолиз в данном случае - не инактивация, а трансформация активности.

Механизм действия нейропептидов

Характерной особенностью регуляторных пептидов является полифункциональность (по механизму и характеру эффектов) и образование регуляторных цепей (каскадов). В целом механизмы действия пептидов можно разделить на две группы: синаптические и внесинаптические.

1. Синаптические механизмы действия пептидов могут выражаться в нейромедиаторной или нейромодуляторной функции.

Нейромедиатор (пейротрансмиттер) - вещество, которое высвобождается из пресинаптической терминали и действует на следующую - постсинаптическую мембрану, т.е. выполняет передаточную функцию. Установлено, что некоторые пептиды выполняют эту функцию через пептидергические рецепторы, имеющиеся на нейронах (их телах или терминалях). Так, гипоталамический релизинг-гормон лютеинизирующего гормона (люлиберин) в синаптических ганглиях лягушки выделяется при стимуляции нерва посредством кальций-зависимого процесса и вызывает поздний медленный возбуждающий постсинаптический потенциал.

В отличие от «классических» нейротрансмиттеров (норадреналина, допамина, серотонина, ацетилхолина), пептиды, выполняющие передаточную функцию, характеризуются высокой аффинностью рецепторов (что может обеспечить более дистантное действие) и продолжительным (десятки секунд) действием в связи с отсутствием ферментных систем инактивации и обратного депонирования.

Нейромодулятор, в отличие от нейротрансмиттера, не вызывает самостоятельного физиологического эффекта в постсинаптической мембране, но модифицирует реакцию клетки на нейромедиатор. Таким образом, нейромодуляция - не передаточная, а регуляторная функция, которая может осуществляться как на пост-, так и на пресинаптическом уровне.

Виды нейромодуляции:

контроль выделения нейротрансмиттера из терминалей;

регуляция кругооборота нейротрансмиттера;

модификация эффекта «классического» нейротрансмиттера.

2. Внесинаптическое действие пептидов реализуется несколькими путями.

А. Паракринное действие (паракриния) - осуществляется в зонах межклеточного контакта. Например, соматостатин, выделяемый А-клетками островковой ткани поджелудочной железы, выполняет паракринную функцию в контроле секреции инсулина и глюкагона {3- и ос-клетками соответственно, а кальцитонин - в контроле секреции йодсодержащих гормонов щитовидной железой.

Б. Нейроэндокринное действие - осуществляется через выделение пептида в кровяное русло и его влияние на клетку-эффектор. Примерами могут служить соматостатин и другие гипоталамические факторы, выделяемые в медиальной эминенции из некоторых терминалей в портальный кровоток и контролирующие секрецию гипофизарных гормонов.

В. Эндокринное действие. В данном случае пептиды выделяются в общий кровоток и действуют как дистантные регуляторы. Этот механизм включает компоненты, обязательные для «классических» эндокринных функций, - транспортные белки и рецепторы клеток-мишеней. Так установлено, что в качестве переносчиков-стабилизаторов используются: нейрофизины - для вазопрессина и окситоцина, некоторые альбумины и глобулины плазмы - для холецистокинина и гастрина. Что касается рецепции, то существование обособленных рецепторов установлено для опиоидных пептидов, вазопрессина, ВИЛ. В качестве вторичных мессенджеров могут использоваться циклические нуклеотиды, продукты гидролиза фосфоинозитидов, кальций и кальмодулин с последующей активацией протеинкиназы и контролем фосфорилирования белков-регуляторов трансляции и транскрипции. Кроме того, описан механизм интернализации, когда регуляторный пептид вместе с рецептором проникает в клетку посредством механизма, близкого к пиноцитозу, и происходит передача сигнала в геном нейрона.

Для регуляторных пептидов характерно образование сложных цепей или каскадов в результате того, что образующиеся из основного пептида метаболиты тоже функционально активны. Этим объясняют длительность эффектов короткоживущих пептидов.

Функции регуляторных пептидов

1. Боль. Целый ряд пептидов влияет на формирование боли как сложного психофизиологического состояния организма, включающего само болевое ощущение, а также эмоциональные, волевые, двигательные и вегетативные компоненты. При этом пептиды включены как в ноцицептивную, так и в антиноцицептивную систему. Так, вещество Р, соматостатин, ВИП, холецистокинин и ангиотензин обнаружены в первичных сенсорных нейронах, причем вещество Р является нейротрансмиттером, выделяемым определенными классами афферентных нейронов. В то же время, энкефалины, вазопрессин, ангиотензин и родственные опиоидные пептиды обнаружены в нисходящем супраспинальном пути, идущем к задним рогам спинного мозга и оказывающем тормозное действие на ноцицептивные пути (анальгетический эффект).

2. Память, обучение, поведение. Получены данные о том, что фрагменты АКТГ (АКТГ 4-7 и АКТГ 4-10), лишенные гормональных эффектов, и сс-меланостимулирующий гормон улучшают кратковременную память, а вазопрессин вовлечен в формирование долговременной памяти. Введение в мозговые желудочки антител к вазопрессину в течение часа после сеанса обучения вызывает забывание. Кроме того, АКТГ 4-10 улучшает внимание.

Установлено влияние ряда пептидов на пищевое поведение. Примерами могут служить усиление пищевой мотивации под действием опиоидных пептидов и ослабление - под действием холецистокинина, кальцитонина и кортиколиберина.

Опиоидные пептиды оказывают значительное влияние на эмоциональные реакции, являясь эндогенными эйфоригенами.

ВИП оказывает снотворное, гипотензивное и бронхолитическое действие. Тиреолиберин дает психотонизирующий эффект. Люлиберин, кроме выполнения командной функции (стимуляция гонадотропов передней доли гипофиза), регулирует половое и родительское поведение.

3. Вегетативные функции. Целый ряд пептидов участвует в контроле уровня артериального давления. Это ренин-ангиотензиновая система, все компоненты которой присутствуют в мозге, опиоидные пептиды, ВИП, кальцитонин, атриопептид, обладающие сильным натрийуретическим эффектом.

Описаны изменения терморегуляции под действием некоторых пептидов. Так, внутрицентральное введение тиреолиберина и Р -эндорфина вызывает гипертермию, в то время как введение АКТГ и ос-МСГ - гипотермию.

4. Стресс. Заслуживает большого внимания тот факт, что ряд нейропептидов (опиоидные пептиды, пролактин, пептиды эпифиза) относят к антистрессорной системе, поскольку они ограничивают развитие стрессорных реакций. Так, в экспериментах с различными моделями показано, что опиоидные пептиды ограничивают активацию симпатического отдела нервной системы и всех звеньев гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы, предупреждая истощение этих систем, а также нежелательные последствия избытка глюкокортикоидов (угнетение воспалительной реакции и тимико-лимфатической системы, появление язв желудочно-кишечного тракта и др.)- Антигипоталамические факторы эпифиза тормозят образование либеринов и секрецию гормонов передней доли гипофиза. Снижение активации гипоталамуса ограничивает гиперсекрецию вазопрессина, оказывающего повреждающее действие на миокард.

5. Влияние на иммунную систему. Установлены двусторонние связи между системой регуляторных пептидов и иммунной системой. С одной стороны, в настоящее время достаточно изучена способность многих пептидов модулировать иммунные ответы. Известны супрессия синтеза иммуноглобулинов под действием (З-эндорфина, энкефалинов, АКТГ и кортизола; угнетение секреции интерлейкина-1 (ИЛ-1) и развитие лихорадки под влиянием а-меланоцитстимулирующего гормона. Установлено, что вазоактивный интестинальный пептид (ВИЛ) тормозит все функции лимфоцитов и их выход из лимфоузлов, что расценивается как новая форма иммуномодуляции. В то же время, целый ряд пептидов оказывает стимулирующее действие на иммунную систему, вызывая увеличение синтеза иммуноглобулинов и у-интерферона (|3-эндорфин, тиреотропный гормон), усиление активности естественных клеток-киллеров (Р -эндорфин, энкефалины), увеличение пролиферации лимфоцитов и выделение лимфокинов (субстанция Р, пролактин, гормон роста), повышение продукции супероксидных анионов (гормон роста). Описаны рецепторы лимфоцитов к ряду гормонов.

С другой стороны, иммуномедиаторы влияют на обмен и выделение гипоталамических нейротрансмиттеров и рилизинг-гормонов. Так, регуляторный лейкопептид ИЛ-1 способен проникать в мозг через участки повышенной проницаемости гемато-энцефалического барьера и стимулировать секрецию кортикотропин-рилизинг-гормона (в присутствии простагландина) с последующей стимуляцией выделения АКТГ и кортизола, которые тормозят образование ИЛ-1 и иммунный ответ.

Одновременно, через выделение соматостатина, ИЛ-1 угнетает секрецию ТТГ и гормона роста. Таким образом, иммунопептид выполняет роль триггера, который, замыкая механизм обратной связи, предупреждает избыточность иммунного ответа.

Согласно современным представлениям, полный регуляторный круг между нейроэндокринными и иммунными механизмами включает также пептиды, общие для обеих систем. В частности, показана способность гипоталамических нейронов секретировать ИЛ-1. Выделен ответственный за его продукцию ген, экспрессия которого индуцируется бактериальными антигенами и кортикотропином. Описаны нейрональные пути в медиобазальный гипоталамус человека и крысы, содержащие ИЛ-1 и ИЛ-6, а также гипофизарные клетки, выделяющие эти пептиды.

Таким образом, иммуномедиаторы могут регулировать функции передней доли гипофиза через:

эндокринный механизм (циркулирующие в крови лимфокины активированных лимфоцитов);

нейроэндокринные эффекты, реализуемые интерлейкинами гипоталамуса через тубероинфундибулярную портальную систему;

паракринный контроль в самом гипофизе.

С другой стороны, результаты иммунохимических и молекулярных исследований показали, что иммунокомпетентные клетки секретируют многие пептиды и гормоны, связанные с эндокринной и нейрональной активностью: лимфоциты и макрофаги синтезируют АКТГ; лимфоциты - гормон роста, пролактин, ТТГ, энкефалины; мононуклеарные лимфоциты и тучные клетки - ВИП, соматостатин; клетки тимуса - аргинин, вазопрессин, окситоцин, нейрофизин. При этом секретируемые лимфоцитами гипофизарные гормоны регулируются теми же факторами, что и гипофиз. Например, секреция АКТГ лимфоцитами угнетается глюкокортикоидами и стимулируется кортикотропин-рилизинг-гормоном. Предложена концепция, согласно которой выделение лимфоцитами перечисленных гормонов обеспечивает аутокринную и паракринную регуляцию локальной иммунной реакции.

Таким образом, функции трех главных регуляторных систем - нервной, эндокринной и иммунной - интегрированы в сложные регуляторные круги, функционирующие по принципу обратной связи. При этом периферические лимфоциты, если следовать концепции Д. Блэлока (Blalock,1989), обеспечивают чувствительный механизм, посредством которого распознаются некогнитивные стимулы (чужеродные вещества) и мобилизуются нейроэндокринные адаптивные ответы.

Участие регуляторных пептидов в развитии патологии

Поскольку пептидные гормоны составляют полифункциональную систему, участвующую в регуляции многих функций в организме, вполне вероятно их вовлечение в патогенез различных заболеваний. Так, установлено нарушение концентраций пептидов мозга при дегенеративных неврологических заболеваниях неизвестной этиологии: болезнях Альцгеймера (снижение концентрации соматостатина в коре головного мозга) и Гантингтона (снижение концентрации холецистокинина, вещества Р и энкефалинов, повышение содержания соматостатина в базальных ганглиях, а также уменьшение количества рецепторов, связывающих холецистокинин в этих структурах и в коре больших полушарий). Являются ли эти изменения первичными или появляются как следствие развития заболеваний, предстоит выяснить.

Открытие опиоидных пептидов и распределения их рецепторов в различных мозговых структурах, в частности в лимбической системе, привлекло внимание к оценке их значения в патогенезе психических расстройств. Предложена гипотеза существования опиоидной недостаточности у больных шизофренией, в частности невозможности образования у-эндорфина, обладающего нейролептическим действием. Установлено увеличение концентрации атриопептида при застойных явлениях в системе кровообращения, что, возможно, является механизмом компенсации нарушений обмена натрия (его задержки).

Изучение олигопептидных гормонов как регуляторной системы привело к выделению особой группы заболеваний, обусловленных ее патологией, - апудопатий.

Апудопатии - заболевания, связанные с нарушением структуры и функции апудоцитов и выражающиеся в определенных клинических синдромах. Различают первичные апудопатии, обусловленные патологией самих апудоцитов, и вторичные, возникающие как реакция апудоцитов на нарушение гомеостаза организма, вызванное заболеванием, патогенез которого первично не связан с патологией APUD-системы (при инфекционных заболеваниях, опухолевом росте, болезнях нервной системы и т.д.).

Первичные апудопатии могут проявляться в гиперфункции, гипофункции, дисфункции, в образовании апудом - опухолей из клеток APUD-системы. Примерами являются следующие апудомы.

Гастринома - апудома из клеток, продуцирующих гастрин, который, как известно, стимулирует выделение большого количества желудочного сока с высокой кислотностью и переваривающей силой. Поэтому клинически гастринома проявляется развитием ульцерогенного синдрома Золлингера Эллисона.

Кортикотропинома - апудома, развивающаяся из апудобластов желудочно-кишечного тракта и проявляющаяся эктопической гиперпродукцией АКТГ и развитием синдрома Иценко-Кушинга.

Випома - опухоль из клеток, секретирующих вазоактивный интестинальный пептид. Локализуется в двенадцатиперстной кишке или поджелудочной железе. Проявляется развитием водной диареи и обезвоживанием, а также расстройством обмена электролитов.

Соматостатинома - опухоль из клеток кишечника или островковой ткани поджелудочной железы, продуцирующих соматостатин. Соматостатинома обычно развивается как опухоль Д-клеток поджелудочной железы, секретирующих соматостатин. Характеризуется клиническим синдромом, включающим сахарный диабет, желчнокаменную болезнь, гипохлоргидрию, стеаторею и анемию. Диагностируется по повышению концентрации соматостатина в плазме крови.

Применение регуляторных пептидов в медицине

На основе регуляторных пептидов созданы некоторые лекарственные препараты. Так, олигопептиды (короткие пептиды) N-терминального фрагмента АКТГ и МСГ используются для коррекции внимания и запоминания, вазопрессин - для улучшения памяти при травматической и других амнезиях. Широкое применение в лечебной практике имеет отечественный препарат даларгин (аналог лейэнкефалина). Начат коммерческий выпуск сурфагона (аналог люлиберина), предназначенного для коррекции нарушений репродуктивной системы.