1.3.3. Роль липопротеидов в транспорте липидов в организме
Как указывалось выше, основным и наиболее ярким проявлением атеросклероза считается накопление внутриклеточных липидов, главным образом холестерина и его эфиров. Холестерин был первым липидным компонентом, роль которого в развитии атеросклероза была доказана Н.Н.Аничковым: «без холестерина не может быть атеросклероза». Поэтому целесообразно в общих чертах рассмотреть процессы метаболизма холестерина и липопротеидов.
Холестерин выполняет в организме разнообразные физиологические функции. Неэтерифицирован-ный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны, оказывает регулирующее влияние на ее состояние и на активность связанных с ней энзимов. Холестерин является источником образования в организме желчных кислот, а также стероидных гормонов (половых и кортико-идных). Продукт окисления холестерина — 7-дегидрохолестерин под действием ультрафиолетовых лучей на кожу превращается в витамин D3.
Биосинтез холестерина осуществляется в клетках всех органов и тканей. Последовательность реакций, происходящих в клетке при синтезе холестерина, можно разделить на 3 основные стадии: I — образование мевалоновой кислоты из ацил-КоА; II — образование сквалена из мевалоновой кислоты и III — циклизация сквалена и образование холестерина.
Источником образования мевалоновой кислоты является ацетил-КоА, который в результате ряда энзиматических реакций образует (3-гидрокси-р-метилглутарил-КоА. Этот процесс катализируется гид-роксиметилглутарил-КоА-редуктазой — ферментом, который регулирует скорость синтеза холестерина в клетке. Активность ГМК-КоА-редуктазы зависит в свою очередь от действия ряда факторов. Так, ионизирующая радиация, введение инсулина и тиреоидных гормонов усиливают активность, а голодание, глюкагон, глюкокортикоиды, большие дозы никотиновой кислоты ингибируют активность ГМГ-КоА-редуктазы. Кроме того, активность фермента подвержена суточным колебаниям: максимум ее приходится на полночь и минимум — на утренние часы. И, наконец, образовавшийся в клетке холестерин угнетает синтез ГМГ-КоА-редуктазы. В стенке тонкой кишки синтез холестерина регулируется концентрацией желчных кислот.
Несмотря на то что любая клетка организма способна к синтезу собственного холестерина, большинство периферических клеток холестерин получает извне. Единственным средством транспортировки липидов экзогенного (пищевых) и эндогенного (синтезированных в печени и стенке тонкой кишки) происхождения в крови являются липопротеиды различных классов плотности.
Строение липопротеидной частицы. Липопротеиды представляют собой частицы сферической формы. Они состоят из гидрофобного ядра, образованного неполярными липидами — триглицеридами и эфирами холестерина, и гидрофильной оболочки, представленной слоем фосфолипидов с вкраплениями свободного холестерина, на поверхности которой располагается апопротеин. Поверхностные (апо-)белки, входящие в состав липопротеидной частицы, выполняют регуляторную функцию в процессе метаболизма липопротеидов. По флотационной способности липопротеиды подразделяют на хило-микроны (ХМ), липопротеиды очень низкой плотности (ЛПОНП), липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) и липопротеиды высокой плотности (ЛПВП).
Первыми частицами, образующимися в процессе всасывания пищевого жира, являются хиломикро-ны. В стенке кишечника под действием холинэстеразы происходит гидролиз эфиров холестерина до свободного холестерина и жирных кислот. Триглицериды гидролизуются панкреатическими и кишечными липазами и абсорбируются в виде свободных жирных кислот и моноглицеридов. Ресинтезирован-ные в эпителиальных клетках триглицериды, фосфолипиды, этери-фицированный холестерин и апо-протеины В, A-I, А-II, A-IV собираются внутри цистерн гладкого эндоплазматического ретикулума в большие липопротеидные частицы — прехиломикроны. Затем в виде липидных капель они перемещаются к аппарату Гольджи, далее — к плазматической мембране, сливаются с ней и путем экзоцито-за изливают содержимое в межклеточное пространство. Из межклеточного пространства пре-ХМ перемещаются в мезентериальные лимфатические сосуды, из них — в грудной лимфатический проток и далее — в кровяное русло. В крови происходит взаимодействие пре-ХМ с ЛПВП, в результате которого пре-ХМ акцептируют апо-CI, -СИ, -СШ и апо-Е в обмен на апо-А и эфиры холестерина. Приобретенные апопротеины контролируют весь дальнейший метаболизм хило-микронов. Так, апо-Е обеспечивает направленный транспорт ХМ в печень, апо-CI изменяет способность апо-Е связываться с Е-рецептором клеток печени, апо-СП активирует, а апо-СШ ингибирует липопроте-идлипазу. В капиллярах ХМ взаимодействуют с липопротеидлипазой (ЛПЛ) — ферментом, расположенным на поверхности эндотелиальных клеток, главным образом жировой и мышечной ткани. В результате воздействия ЛПЛ на хиломик-роны происходит гидролиз триглицеридов с образованием жирных кислот и глицерина, непропорциональное уменьшение ядра этих частиц, вследствие чего часть поверхностно расположенных на них компонентов: фосфолипидов, неэтерифицированного холестерина и белков — становится «лишней». Происходит повторное взаимодействие хиломикронов с ЛПВП, на которые перемещаются апо-CI, -СП, -Сш, фосфолипиды и НЭХС в обмен на эфиры холестерина. Образуются ремнантные частицы ХМ, апо-Е которых взаимодействует с Е- или В/Е-рецептором клеток печени, обеспечивая элиминацию последних из крови.
Повышение концентрации неэ-терифицированных жирных кислот, приносимых в клетки печени в составе ремнантов ХМ или в комплексе с альбумином, стимулирует образование ЛПОНП. ЛПОНП образуются в клетках печени и частично в кишечнике. Основной поверхностный белок этих липопротеидов В-100 синтезируется в рибосомах шероховатого ретикулума гепатоцитов. Сборка ЛПОНП из триглицеридов, эфиров холестерина и апо-В-100 происходит в гладком эндоплазматическом ретикулуме. Насцентные ЛПОНП через аппарат Гольджи попадают в секреторные везикулы и экскрети-руются в пространство Диссе. Попадая в кровь, ЛПОНП, подобно ХМ, взаимодействуют с ЛПВП, обмениваются с ними поверхностными белками, превращаясь в зрелые частицы. В дальнейшем ЛПОНП, подвергаясь деградации под действием липопротеидлипазы и печеночной триглицеридлипазы, взаимодействуя с ЛПВП, на которые перемещаются апо-CI, -СП, -Сш, а также при помощи липидперено-сящего белка фосфолипиды, триглицериды и НЭХС превращаются либо в ЛППП, либо в ремнанты ЛПОНП, которые захватываются печенью.
Скорость выведения ремнантов ЛПОНП зависит:
• от изоформы апо-Е, которая определяет сродство частицы к рецептору. Наибольшая аффинность к рецептору выявлена у апо-Е4, наименьшая — у апо-Е2. Варианты апо-Е4 и апо-Е2 являются продуктами разных аллелей одного локуса и отличаются от апо-ЕЗ типом аминокислотных остатков в положениях 112 и 158 молекулы апо-Е. Фенотип апо-Е2 характерен для лиц с семейной гиперлипопротеидемией III типа;
• от активности липолитических ферментов — ЛПЛ и ПТЛ;
• от активности липидперенося-щего белка (ЛПБ);
• от активности специфических рецепторов на поверхности гепато-цитов и периферических клеток. Основная функция ХМ и ЛПОНП — транспорт к тканям триглицеридов, где они используются в качестве источников энергии или запасаются в виде жира.
ЛППП, продолжая взаимодействовать с ЛПВП, теряют триглицериды, апо-С и апо-Е, трансформируясь в ЛПНП. Основная часть холестерина плазмы крови содержится в ЛПНП. Холестерин составляет около 50 % массы ЛПНП. Липопротеиды переносят холестерин в ткани через высокоаффинные В/Е-рецепторы. Каждая частица ЛПНП на своей поверхности содержит только одну молекулу апо-В-100, которая выполняет роль лиганда к В/Е-рецепторам периферических клеток.
Транспорт холестерина в составе ЛПНП в клетку происходит ре-цепторопосредуемым эндоцитозом. Один рецептор связывает одну частицу ЛПНП. Взаимодействие ЛПНП с рецептором осуществляется в области специальных образований мембраны — окаймленных ямок (coated pits), в которых при участии мембранного белка клатри-на концентрируются рецепторы. После взаимодействия ЛПНП с рецептором окаймленная ямка выпячивается внутрь клетки с образованием окаймленной везикулы, которая, сливаясь с гладкой везикулой, образует эндосому. В эндосомах происходит диссоциация ЛПНП и рецепторов, рецепторы возвращаются в эндоплазматическую мембрану, а эндосомы с ЛПНП сливаются с лизосомами, в которых ЛПНП подвергаются действию ли-зосомальных энзимов. Белок липопротеидов расщепляется до аминокислот, эфиры холестерина — до свободного холестерина и жирных кислот. Образовавшийся холестерин ингибирует активность гидро-ксиметилглутарил-КоА-редуктазы, подавляя, следовательно, биосинтез собственного холестерина в клетке; угнетает синтез и экспрессию В/Е-рецепторов; активирует микросома-льную ацил-КоА-холестеринацил-трансферазу (АХАТ), этерифициру-ющую холестерин, который затем депонируется в цитоплазме. Депонированный холестерин используется клеткой для синтеза гормонов и построения мембран вновь образующихся клеток.
ЛПВП играют важную роль в транспорте холестерина из периферических тканей в печень и в регуляции нормального метаболизма ХМ и ЛПОНП. ЛПВП образуются несколькими путями. В гепатоцитах и энтероцитах синтезируются незрелые ЛПВП (н-ЛВПВ). Эти частицы существенно отличаются от плазменных ЛПНП: они имеют форму дисков, обогащены неэтери-фицированным холестерином и фосфолипидами, содержат апо-Е и незначительное количество апо-АГ В крови н-ЛВПВ насыщаются холестерином из ЛПОНП и ХМ, акцептируют апо-А белки. Трансформация «дисков» в сферические частицы происходит при участии фермента лецитин-холестеринацил-трансферазы (ЛХАТ). При действии ЛХАТ жирно-ацильный радикал из р-положения лецитина передается на гидроксильную группу холестерина, находящегося на поверхности ЛПНП, в результате чего образуется эфир холестерина и лизолеци-тин. Эфиры холестерина ввиду их нерастворимости в полярных липидах перемещаются во внутреннюю гидрофобную зону бислойного диска, раздвигают фосфолипидные слои и способствуют формированию сферической структуры. В ходе ЛХАТ-реакции липопротеидная частица теряет неэтерифицирован-ный холестерин и лецитин. Изолецитин, соединяясь с альбумином, уносится током крови. Обедненная поверхностными липидами частица ЛПВПЗ становится сильным акцептором свободного холестерина и лецитина и постоянно ими пополняется. При контакте ЛПВПЗ с плазматической мембраной происходит переход неэтерифицированного холестерина с мембраны на ЛПВПЗ. Кроме того, ЛПВПЗ взаимодействует со специфическим рецептором, лигандом к которому служит апо-AI, в результате чего липопро-теидные частицы проникают внутрь клетки, небольшая часть их деградирует, но большая часть подвергается ретроэндоцитозу. По мере насыщения холестерином ЛПВПЗ превращаются в ЛПВП2. Холестерин из ЛПВП2 посредством белка—переносчика эфиров холестерина (cholesteryl ester transferring protein, СЕТР) может переноситься в ЛПОНП, которые захватываются печенью. ЛПНП2 также захватываются печенью. Показано, что холестерин ЛПВП является предпочтительным субстратом для образования желчных кислот. Установлено также, что ЛПВП участвуют в передаче холестерина не только печеночным клеткам, но и клеткам стероидогенных тканей, почек, эпителия тонкой кишки, адипоцитам.
Таким образом, становится очевидным, что при нормальном функционировании липопротеидов невозможно накопление эфиров холестерина клетками, которое происходит при атеросклерозе.