2006
АТЕРОСКЛЕРОЗ
Научно-практический журнал
Т.2, № 1
ОКИСЛЕННЫЕ И СТРУКТУРНО-МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЛИПОПРОТЕИНЫ
НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ ПРИ АТЕРОСКЛЕРОЗЕ
Ю.И. Рагино, Ю.П. Никитин
Научно-исследовательский институт терапии СО РАМН, Новосибирск
Изучены окисленно- и структурно-модифицированные липопротеины низкой плотности
(ЛНП) при атеросклерозе и некоторых основных факторах его риска. При клинически выраженном
коронарном атеросклерозе и при его факторах риска, таких как гиперлипидемия,
артериальная гипертензия и сахарный диабет, обнаружены практически сходные потенциально
атерогенные изменения ЛНП, свидетельствующие об их окислительной и структурной модификации.
Полученные результаты подтверждают патогенетически ключевую роль модифицированных
ЛНП при атеросклерозе.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из главных морфологических характеристик
атеросклероза является локальное
накоп ление значительного количества липидов,
глав ным образом эфиров холестерина (ХС), в
стенке артерий, в частности, в “пенистых клет -
ках”. Появление этих клеток, имеющих мас -
сив ные включения эфиров ХС в цитоплаз ме,
является своеобразным маркером атеросклеротического
процесса. Большая роль в возникно
вении и развитии атеросклероза придается
модифи цированным липопротеинам низкой
плотности (ЛНП), которые имеют низкое
сродст во к апо-В,Е-рецепторам клеток, но активно
захватываются скэвенджер-рецепторами
макрофагов (МФ) [1]. Скэвенджер-рецептор, в
отличие от “классического” апо-В,Е-рецептора,
не регулируется в зависимости от содержания
ХС в клетке. Напротив, модифицированные
ЛНП индуцируют экспрессию скэвенджеррецеп
торов в МФ [2]. Таким образом, постоянный
эндоцитоз ХС-богатых модифицированных
ЛНП через скэвенджер-рецепторы МФ приводит
к избыточному накоплению ХС в МФ и
трансформации их в пенистые клетки [3]. Из
всех видов модифицированных ЛНП наиболее
атерогенными являются окисленные ЛНП (окЛНП)
и мелкие плотные ЛНП (мпЛНП).
В патогенезе атеросклероза большое признание
получила концепция ключевой роли
окЛНП как инициаторов, провокаторов и индукторов
атерогенеза в сосудистой стенке [4–6].
Эта концепция базируется на следующих экспериментальных
результатах, полученных в исследованиях
in vivo и in vitro. ЛНП, экстрагируемые
из атеросклеротических бляшек человека
и животных, имеют физические и биологические
свойства, подобные свойствам окисленных
in vitro ЛНП, и проявляют способность к повышенному
взаимодействию со скэвенджер-рецепторами
МФ [7]. Обнаружено, что некоторая
часть ЛНП в крови больных атеросклерозом
проявляет свойства окЛНП, которые являются
иммуногенными частицами, и антитела против
окЛНП взаимодействуют с эпитопами ЛНП, полученных
из атеросклеротических бляшек [8, 9].
Некоторые антиоксиданты, такие как пробукол,
оказывают положительный эффект при экспериментальном
атеросклерозе, способствуя уменьшению
его проявлений [10]. Stenbrecher U.P.
[11] было показано, что культивируемые эндотелиальные
клетки сосудов, гладкомышечные
клетки и МФ способны вызывать окислительную
модификацию ЛНП и что окЛНП обладают
цитотоксическими и моноцит-хемотоксическими
свойствами.
Окислительная модификация ЛНП является
многоступенчатым процессом и включает в
себя следующие события [4]: образование липоперекисей;
фрагментацию окисленных жирных
кислот, в результате которой образуются токсические
низкомолекулярные продукты (альдегиды,
спирты, кетоны и алканы); образование
лизолецитина из лецитина; фрагментацию апо-В
альдегидами, подобными малоновому диальдегиду
(МДА) и последующую модификацию этого
полипептида; окисление ХС до оксистеролов
(7-кетохолестерола, 5,6-эпоксихолестерола, 7-Воксихолестерола
и др.); образование различных
цитотоксических липидов как из жирных кис3
Стр.1
Атеросклероз • 2006 № 1
лот, так и из ХС; увеличение ЛНП в размерах
в результате гидролиза неполярного ядра этих
частиц, представленного эфирами ХС; снижение
содержания ХС и изменение липид-белкового
взаимодействия между апо-В и однослойной
мембраной частицы ЛНП; модификация
лизиновых остатков полипептидной цепи апоВ
альдегидами и кетонами, появляющимися в
результате распада гидроперекисей; снижение
взаимодействия частиц ЛНП с апо-В, Е-рецептором
к ЛНП в результате модификации апо-В.
Свободнорадикальное окисление ЛНП приводит
к изменению их химического состава и свойств,
что характеризуется снижением содержания
свободных полиненасыщенных жирных кислот
(ПНЖК), исчезновением антиоксидантов
и значительным повышением содержания продуктов
окисления, которых в свежевыделенных
нативных ЛНП мало. ОкЛНП имеют отрицательный
заряд и высокое сродство к скэвинджер-рецепторам
МФ [12]. В целом эта окислительная
модификация зависит как от наличия
двухвалентных ионов Сu2+ и Fe2+ [13], так и от
способности сосудистых клеток – клеток эндотелия,
моноцитов, МФ и гладкомышечных клеток
– окислять ЛНП [2, 11]. В экспериментах
на клеточных культурах все эти клетки способны
осуществлять клеточно-зависимую окислительную
модификацию ЛНП, но особую роль в
этой модификации играют МФ, которые могут
активно продуцировать супероксиданион, ОНрадикал,
Н2О2, гидроперекиси и NO-радикалы.
Этот тип клеток является наиболее вероятным
индуктором окисления ЛНП [1, 14].
На начальных этапах окисления ЛНП появляются
частицы, в которых повышено содержание
продуктов перекисного окисления липидов
(ПОЛ), снижен уровень антиоксидантов, нарушено
сродство ЛНП к апо-В,Е-рецепторам, в
то же время их способность взаимодействовать
со скэвенджер-рецепторами макрофагов слаба.
Такие ЛНП, обладая цитотоксичностью, выступают
в качестве инициаторов воспалительного
процесса. Их называют “минимально” окисленными
ЛНП [15]. Появление “минимально” или
“среднеокисленных” ЛНП рассматривают как
фактор, инициирующий возникновение и развитие
атеросклероза [1, 6, 15].
Обычно для оценки окислительной модификации
ЛНП in vivo используется определение
уровня содержания продуктов ПОЛ (гидроперекисей
липидов, оксистеролов, диенов и др.)
в выделенных ЛНП. С другой стороны, одним
из информативных показателей “предрасположенности”
ЛНП к окислительной модификации
является исследование их резистентности
к окислению in vitro в присутствии ионов металлов
переменной валентности. Этот показатель
отражает как прооксидантную возможность
4
ЛНП (содержание в них ПНЖК, гидроперекисей
липидов) [16], так и их антиоксидантный
потенциал (содержание α-токоферола, γ-токоферола,
ретинола и других антиоксидантов)
[13]. Информация об изменении химических и
физических свойств ЛНП в процессе окисления
в основном получена с использованием моделей
окисления нативных ЛНП in vitro в присутствии
ионов Cu2+ или Fe2+. Концентрационные и временные
характеристики этих изменений в процессе
инкубации ЛНП in vitro с катализаторами
окисления в настоящее время подробно изучены
[13]. В целом процесс окисления ЛНП обычно
делят на три последовательные фазы. В первую
фазу – лаг-фазу – в ЛНП истощаются запасы в
первую очередь α-токоферола и в послед нюю –
β-каротина. Минимальная липидная пероксидация
этой фазы объясняется хорошей защитой
ПНЖК эндогенными антиоксидантами. Анализ
содержания основных антиоксидантов в ЛНП
свидетельствует о наличии широкого спектра
жирорастворимых антиоксидантов. Основным
антиоксидантом в них считается α-токоферол,
так как только он содержится во всех липопротеиновых
частицах (в среднем на частицу приходится
около 6 молекул α-токоферола) [17]. Более
того, при Cu2+-индуцированном окислении
ЛНП накопление в них продуктов ПОЛ наблюдается
только после полного исчезновения αтокоферола,
концентрация которого падает значительно
быстрее, чем γ-токоферола, ликопена,
β-каротина, криптоксантина и др. [18]. Вторая
фаза – фаза распространения окисления, во
время которой ПНЖК быстро окисляются с
образованием липидных гидроперекисей. После
начала липидной пероксидации концентрации
МДА и других продуктов ПОЛ начинают увеличиваться
параллельно множественным повреждениям
ЛНП под воздействием ионов Cu2+ или
Fe2+. ЛНП в основном содержат ПНЖК, такие
как линолевая кислота (С-18:2), составляющая
примерно 90 % общего состава ПНЖК, и арахидоновая
кислота (С-20:4). Окисленные in vitro
ЛНП имеют сниженное содержание фосфолипидов
и ЭХС, более высокую плотность частиц
[19]. Скорость образования и распада гидроперекисей
липидов в ЛНП зависит от отношения
Cu2+/ЛНП, так как каждая частица ЛНП имеет
17 одинаковых медьсвязывающих участков [20].
Диаметр частиц ЛНП возрастает на 50 % после
24 ч окисления, происходит окислительная
деформация апоВ-100. Во время длительного
окисления ЛНП свободнорадикальная цепочечная
реакция распространяется медленно и
на ХС, но только после того, как ПНЖК уже
окислительно разрушены. Если увеличить концентрацию
ЛНП, то продолжительное их окисление
in vitro приводит к частичной агрегации
частиц ЛНП [19, 21]. Третья фаза – фаза разло
Стр.2
Ю.И. Рагино, Ю.П. Никитин
жения. Она начинается тогда, когда большинство
ПНЖК (около 70–80 %) окислилось и концентрация
липидных пероксидов начинает
па дать. Пик нарастания липидных пероксидов
(мак симальная скорость окисления) приходится
на границу второй и третьей фаз [13].
ЛНП гетерогенны, и внутри их плотностного
градиента (1,019–1,063 г/мл) есть субпопуляции
частиц, различных как по физико-химическим,
так и по биологическим свойствам. Под действием
липопротеинлипазы (ЛПЛ) на поверхности
сосудистого эндотелия происходит гидролиз
триглицеридов (ТГ) липопротеинов очень низкой
плотности (ЛОНП), которые превращаются
вначале в меньшие по размеру и обогащенные
ХС, липопротеины промежуточной плотности
(ЛПП), а затем в ЛНП. Крупные частицы
ЛОНП практически не превращаются в ЛНП
по тому, что их ремнанты содержат много апо-Е
и удаляются из кровотока через апо-Е-рецепторы
или апо-В,Е-рецепторы, к которым они
имеют большее сродство, чем ЛНП. Мелкие
частицы ЛОНП, напротив, содержат мало апоЕ
(1–2 молекулы на частицу), медленно элиминируются
этим рецепторным путем, длительно
циркулируют в крови, подвергаясь процессам
липолитической деградации, и, в конечном счете,
превращаются в субфракции ЛНП. Таким
образом, именно мелкие частицы ЛОНП являются
истинными предшественниками ЛНП и их
субфракций [22]. Возможна и прямая секреция
частиц ЛНП печенью. Об этом свидетельствовали
кинетические исследования по изучению
метаболизма апо-В во фракциях ЛОНП и ЛНП.
Обнаружено, что при некоторых условиях и у
человека, и у животных пул апо-В ЛНП превышает
таковой ЛОНП, что позволило высказать
предположение о дополнительных путях образования
ЛНП и их субфракций. Апо-В,Е-рецепторы
также имеют отношение к образованию
субфракций ЛНП. При недостаточной рецепторной
активности нарушается захват клетками
не только ЛНП, но и ЛПП, что приводит к
удлинению времени их циркуляции в крови и
обогащению эфирами ХС, в том числе и за счет
переноса эфиров ХС с липопротеинов высокой
плотности (ЛВП), и превращением их в процессе
дальнейшей липолитической деградации
в субфракции ЛНП. Таким образом, существует
несколько механизмов образования субфракций
ЛНП: при липолитической деградации ЛОНП;
путем прямой секреции ЛНП клетками печени;
при недостаточности апо-В,Е-рецепторов – за
счет возросшей доли трансформации ЛПП в
ЛНП [22].
Субфракции ЛНП отличаются по содержанию
липидов и белков, а также по химическому
составу (ХС и его эфирам, ТГ, фосфолипида м,
витамину Е). По данным Chapman М.J. и соавторов,
апо-Е неравномерно распределен в субфракциях
ЛНП, его молярное содержание в
мпЛНП в 60 раз ниже, чем апо-В. Это означа
ет, что лишь одна мелкая плотная частица
ЛНП из 60 имеет в своем составе оба белка.
В больших легких субфракциях ЛНП количество
апо-Е выше – одна частица из 8 содержит
оба аполипопротеина. С увеличением плотности
субфракций ЛНП увеличивается содержание
в них свободного ХС и его эфиров [22]. Говоря
о структурной гетерогенности фракции ЛНП,
час то используют термин “фенотип”. Частицы
ЛНП фенотипа А имеют диаметр 26–27 нм, низкую
плотность (1,025–1,038 г/мл) и подразде ляются
на 3 субкласса: ЛНП-1, ЛНП-2, ЛНП-3.
У людей с фенотипом В частицы ЛНП имеют
мень ший диаметр (<25 нм), большую плотность
(>1,038 г/мл) и у них выделяется два субкласса:
ЛНП-4 и ЛНП-5 [13]. Частицы ЛНП содержат
1 молекулу апо-В-100 и разное количество липидов,
которое может занимать около 70 % веса
мел ких плотных ЛНП и около 80 % веса легких
боль ших ЛНП. Характер фенотипа наследуется,
од нако внешние факторы также оказывают
влия ние на распределение частиц ЛНП по субклассам.
На
основе структуры и метаболизма ЛНП
могут быть разделены минимум на 3 большие
субфракции. Большие легкие частицы ЛНП являются
предшественниками средних и мпЛНП у
здоровых людей. Среди этих субфракций средние
ЛНП (плавучая плотность 1,030–1,036 г/мл)
имеют более высокое сродство к апо-В,Е-рецептору
клеток in vitro, обладают оптимальной рецептор-связывающей
конформацией апо-В-100
и поэтому в плазме крови ЛНП преимущественно
катаболизируются именно за счет средних
частиц ЛНП [23]. Таким образом, средние
субфракции ЛНП играют большую роль
в гомеостазе ХС. Исследования по изучению
процесса переноса эфиров ХС от ЛВП к апоВ-содержащим
липопротеинам показали, что
средние субфракции ЛНП являются большими
акцепторами эфиров ХС и, поэтому, они играют
скорее защитную роль, чем проатерогенную.
По связыванию с апо-В,Е-рецепторами и скорости
деградации субфракции ЛНП располагаются
следующим образом: средние > легкие
> плотные. Все эти данные говорят о том, что
средние ЛНП не обладают атерогенными свойствами
[22, 23]. Для мпЛНП характерно низкое
содержание сиаловой кислоты. МпЛНП, в отличие
от больших легких и средних частиц ЛНП,
имеют более высокую электрофоретическую
подвижность, более отрицательный заряд, они
в большей степени склонны к агрегации. Эта
субфракция ЛНП слабо связывается с апо-В,Е5
Стр.3