Введение

Круговорот оксида азота в организме человека

Оксид азота (NO) — один из важнейших регуляторов ключевых сигнальных путей множества систем жизнеобеспечения. В человеческом организме наблюдается круговорот NO, в котором эта молекула окисляется до нитрит-иона (NO₂^–), NO₂^– — до нитрат-иона (NO₃^–), затем NO восстанавливается вновь из NO₃^– через NO₂^– благодаря активности ряда ферментов. В силу того, что все молекулы этого круговорота в разной степени обладают важной биологической и физиологической активностью, в том числе являются регуляторами сердечно-сосудистой системы [1], настоящий обзор посвящен представлению роли участников существующего круговорота в регуляции жизненно важных систем человеческого организма и прогнозе риска сердечно-сосудистой смерти.

Рис. 1. Круговорот оксида азота в организме человека.

NO — оксид азота; рГЦ — растворимая гуанилатциклаза; NOS — NO-синтаза; LArg — L-аргинин; LCitr — L-цитруллин; HNO₃ — азотная кислота; NO₂^– — нитрит-ион; NO₃^– — нитрат-ион; OxyHb — оксигемоглобин; MetHb — метгемоглобин; O₂ — кислород.

Fig. 1. The nitric oxide cycle in the human body.

NO — nitric oxide; рГЦ — soluble guanylate cyclase; NOS — NO synthase; LArg — L-arginine; LCitr — L-citrulline; HNO₃ — nitric acid; NO₂^– — nitrite ion; NO₃^– — nitrate ion; OxyHb — oxyhemoglobin; MetHb — methemoglobin; O₂ — oxygen.

Кинетика круговорота «NO — нитрит — нитрат» в организме человека

Понимание метаболизма NO необходимо для правильной оценки его биологического эффекта. Равновесный уровень NO складывается из скорости продукции и скорости распада этого соединения. В крови человека период полураспада NO составляет 0,05—1,8 мс. Показано, что при пропускании NO через кровь человека in vitro в течение 15 мин образуются нитрит и нитрат в стабильном соотношении 1:5 [2, 3]. Круговорот NO в человеческой крови был подтвержден с помощью радиоактивного мечения NO по атому азота. Было показано, что ¹⁵NO окисляется как до [¹⁵N]нитрата, так и до [¹⁵N]нитрита с преобладанием нитрата как основного метаболита ¹⁵NO. Скорость образования [¹⁵N]нитрата составляла 17,5 мкМ/мин, [¹⁵N]нитрита — 0,038 мкМ/мин [2].

На пути преобразования в нитрит и нитрат NO реагирует с ионом железа гемсодержащих белков. Скорость реакции связывания NO с гемом гемоглобина (Fe(II)—Hb) в 5—6 раз выше, чем реакция с кислородом (O₂). Кроме того, NO реагирует с оксигемоглобином (HbFe(II)O₂) с образованием метгемоглобина (MetHb) и нитрата [2, 4] со скоростью, лимитированной скоростью диффузии NO (k=1·10⁷ M^–1s^–1) [2, 5]:

[HbFe(II)O₂]₂⁺ + NO -------› [HbFe(III)]₃⁺ + NO₃^–.

NO помимо Fe(II)—Hb реагирует с гемом растворимой гуанилатциклазы (рГЦ). Связывание NO с гемом рГЦ активирует фермент и стимулирует синтез циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ), который, в свою очередь, вызывает расслабление гладкой мускулатуры за счет снижения концентрации внутриклеточного Ca⁺⁺. Эта реакция опосредует основной биологический эффект NO.

Метаболизм NO зависит от степени насыщения гемоглобина O₂. В артериальной крови при насыщении гемоглобина O₂ на 94—99% NO количественно окисляется до нитрата и метгемоглобина с незначительным образованием Fe-нитрозогемоглобина (HbFe(III)NO). В венозной крови при насыщении гемоглобина O₂ на 36—85% образуется меньше нитрата и больше HbFe(III)NO. В крови артериол нитрит полуколичественно окисляется до нитрата и MetHb [3]. При вдыхании NO концентрация нитрата и MetHb в крови здоровых добровольцев и пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями повышается, в то время как концентрация HbFe(III)NO остается без изменений [4].

Опираясь на данные о том, что в эритроцитах оксигемоглобин катализирует окисление ¹⁵NO до [¹⁵N]нитрата, а в плазме [¹⁵N]нитрит образуется исключительно за счет автоокисления ¹⁵NO, с учетом величины констант начальных скоростей этих процессов был сделан вывод, что скорость окисления NO оксигемоглобином приблизительно в 450 раз выше, чем автоокисление NO [3, 5]. Этот парадокс может объясняться активностью ферментов — NO-оксидаз, которые катализируют окисление NO до нитрита [6, 7]. На сегодняшний день известно, что церулоплазмин (оксидаза, содержащая несколько ионов меди) может действовать как NO-оксидаза и катализировать синтез нитрита. Восстановление же нитрита в биоактивный NO in vivo может происходить с помощью ряда превращений, в которых задействованы следующие белки: дезоксигемоглобин [8—12], дезоксимиоглобин, ксантиноксидаза, ферменты дыхательной цепи митохондрий, цитохром P450 и даже NO-синтаза (NOS) [13—18]. Уровни NO, нитрита и нитрата не эквивалентны.

Пул циркулирующего нитрита/нитрата (NO_x) пополняется двумя путями: эндогенно за счет преобразования NO и экзогенно за счет поступления с продуктами питания [3].

Экзогенные источники круговорота NO

Путь синтеза NO, возможно, относится к наиболее древним биорегуляторным механизмам в физиологии человека и животных. Млекопитающие не единственный класс живых существ, которые выиграли в ходе эволюции от продукции NO внутри организма. Произрастающие на почве растения продуцируют NO в ходе своего обычного газообмена, и это вносит весомый вклад в круговорот циркулирующих NO_x в человеческом организме, в который растения попадают в виде продуктов питания. Продукция NO в растениях может происходить четырьмя способами: из L-аргинина (LArg) благодаря активности NOS [19]; благодаря активности плазматической нитратредуктазы; в дыхательной цепи митохондрий; за счет неэнзиматических превращений. Как и в организме млекопитающих, в растениях NO является сигнальной молекулой, где ее основная функция — противостояние окислительному стрессу и борьба с патогенами [20], а нитрит и нитрат участвуют в регуляции роста растений, поэтому являются основным компонентом многих удобрений. Нитрат — участник большого круговорота азота в природе, поскольку поддерживающий рост растений азот, во-первых, фиксируется из атмосферного воздуха через аммиак, а во-вторых, поступает из азотсодержащих веществ органического происхождения. Некоторые этапы этого круговорота требуют участия особых групп микроорганизмов. Около 80% нитрита/нитрата поступает в организм в составе овощей, остальные 20% — с фруктами, копченостями и водой. В строении растения концентрация нитрата распределяется следующим образом по убыванию: листовой черешок > лист > стебель > корень > цветок > клубень> луковица > плод > семена [21]. Накопление нитрата в растениях зависит от его генотипа, состояния/типа почвы, условий созревания (количества нитрата в питании растения, активности нитратредуктаз и скорости роста растения), а также условий хранения и транспортировки [22]. Рекомендуемая Всемирной организацией здравоохранения норма потребления нитрата составляет 3,7 мг/кг массы тела, нитрита — 0,06 мг/кг массы тела, это около 222 мг нитрата и 3,6 мг нитрита для взрослого человека с массой тела 60 кг [23]. Поступление нитрита и нитрата в организм с продуктами питания определяется видом и количеством потребляемых продуктов сообразно индивидуальным предпочтениям. Популяционное исследование 42 000 проанализированных показателей, проведенное в Европейском союзе и Норвегии, выявило, что концентрации нитрата и нитрита в соответствующих продуктах варьируют в диапазоне от низких (около 1 мг/кг) концентраций (горох, брюссельская капуста) до высоких (около 4800 мг/кг) концентраций (руккола, рокет-салат) [24].

Таким образом, концентрация циркулирующих NO_x в организме является результирующей различных динамических процессов, включающих скорость выведения нитрита и нитрата, синтеза и окисления эндогенного NO, окислительно-восстановительных реакций нитрита и нитрата, а также поступления экзогенного нитрата и нитрита с продуктами питания и жидкостью. В то время как роль нитрит-ионов и нитрат-ионов как сигнальных молекул и их прогностические свойства в отношении разных заболеваний являются на сегодняшний день предметом интенсивных исследований, роль NO в организме человека изучена достаточно глубоко [1].

Представление участников круговорота NO в организме человека целесообразно начать с наиболее удивительной молекулы в биологической химии и медицине — оксида азота.

Оксид азота

NO^•, монооксид азота, или оксид азота (II), или нитрозил-радикал, — это наиболее изученная молекула в биологической химии и медицине. NO^• — высокореакционноспособный свободнорадикальный газ, период полужизни (время обновления половины количества молекул T1/2) которого составляет менее секунды [25]. Небольшой размер молекулы NO позволяет ей беспрепятственно диффундировать сквозь клеточную мембрану, обеспечивая свойства идеального сигнального мессенджера между близлежащими клетками [26, 27]. Обнаружение в организме продукции высокореактивного и легко диффундирующего свободнорадикального газа изменило общепринятые представления о механизмах сигнальной передачи «рецептор — лиганд», но в дальнейшем представление газа в роли мессенджера приобрело логичные очертания благодаря способности таких молекул легко и быстро проникать сквозь биологические мембраны, достигая внутриклеточных мишеней без лишних энергетических затрат. На практике продуцируемый в небольших контролируемых количествах NO наилучшим образом справляется с задачей сигнальной регуляции. NO вовлечен в регуляцию практически всех органов и систем внутри человеческого организма, в том числе в процесс поддержания нормального уровня артериального давления [1, 28—30]. В рамках воздействия на сердечно-сосудистую систему NO обладает следующими свойствами: он способен регулировать вазодилатацию, релаксацию спазмированных кровеносных сосудов, снижать артериальное давление, препятствовать образованию кровяных сгустков и закупорке сосудов атеросклеротическими бляшками [28, 30]. Кроме того, NO вовлечен в широкий диапазон разнообразных регуляторных процессов: в нейротрансмиссию за счет обеспечения коммуникации мозговых нейронов, в цикл роста волос, в эректильную дисфункцию, в поддержание иммунного ответа, в том числе за счет подавления раковых клеток и болезнетворных бактерий. В совокупности NO — это регуляторный рычаг основных систем жизнеобеспечения организма: сердечно-сосудистой, системы свертывания крови, иммунной, нервной системы [30, 31]. Отклонения в гомеостазе NO обусловливают патофизиологию многих заболеваний, связанных либо с недостаточной биодоступностью NO, либо с его гиперпродукцией, обусловливающей его цитотоксичность. Механизм действия старых, испытанных, и новых медикаментозных препаратов основан на знании механизма действия NO: так, нитроглицерин является донором NO, за счет чего этот препарат обладает вазодилатирующим эффектом, а силденафил, ингибитор фосфодиэстеразы, известный под торговым названием «Виагра», стимулирует эректильную функцию за счет ингибирования фермента фосфодиэстеразы-5 (циклогуанозинмонофосфат (цГМФ)-специфической ФДЭ5), ответственного за распад цГМФ (циклический гуанозинфосфат), вследствие чего вазодилатирующий эффект под воздействием NO приобретает перманентный характер [3, 27].

С момента его открытия к свободнорадикальному газу NO, обладающему регуляторными свойствами, было приковано внимание всего научного сообщества.

Краткая история открытия NO^•

История NO^• весьма примечательна. В течение многих лет эта молекула вызывала к себе негативное отношение как компонент выхлопных газов и загрязнитель атмосферного воздуха. Вероятно, так бы и продолжалось, если бы F. Murad и R. Furchgott не обнаружили, что NO способен оказывать воздействие на сосудистую систему [27, 32, 33]. В 1980 г. R. Furchgott и J. Zawadzki [33] опубликовали статью, где убедительно продемонстрировали, что для релаксации гладких мышц артерий под действием ацетилхолина обязательно присутствие эндотелиальных клеток, после чего возникло предположение, что вазодилатация сосуда под действием брадикинина, гистамина и АТФ опосредует та же субстанция, которая была вначале идентифицирована как «эндотелиальный фактор релаксации». Ранее, в 1970-x годах, F. Murad и соавт. обнаружили, что активация рГЦ происходит под действием нитратсодержащего соединения, которое вызывает дилатацию сосуда, за счет стимуляции синтеза вторичного мессенджера — цГМФ. В итоге F. Murad стал первым из исследователей, кто обнаружил активирующее влияние NO на рГЦ [32]. Идея о том, что свободнорадикальный газ способен регулировать гладкие мышцы сосудов, была достаточно революционной. L. Ignarro [34] в 1987 г. впервые предположил, что эндотелиальный фактор релаксации — это либо NO, либо химически близкий ему свободный радикал. Это предположение возникло после того, как было установлено, что эндотелиальный фактор релаксации представляет собой эндогенно генерируемое нитросоединение. Затем S. Moncada и соавт. [35] обнаружили, что эффект NO аналогичен биологическому действию эндотелиального фактора релаксации. Еще до идентификации NO как эндотелиального фактора релаксации было показано, что LArg является эндогенным активатором рГЦ в клетках нейробластомы. Впоследствии это наблюдение привело исследователей к выводу, что NO, образующийся из LArg, является ключевым звеном в регуляции центральной нервной системы и, помимо прочего, участвует в регуляции иммунного ответа [31]. В совокупности эксперименты на модельных системах доказали, что NO является интермедиатом превращения LArg в нитрит/нитрат. Благодаря коллективным усилиям многих исследовательских групп, работающих в различных областях науки и продвигающихся разными путями, был получен единый вывод относительно механизма сигнальной регуляции NO в разных системах организма. Все наблюдения в целом привели к открытию сигнального пути LArg-NO в организме млекопитающих. В результате в 1992 г. NO был признан основным игроком в разнообразных областях биологии — в физиологии, нейробиологии, иммунологии, за что был назван журналом Science «молекулой года» [36]. В октябре 1998 г. открытие NO как сигнальной молекулы сердечно-сосудистой системы было удостоено Нобелевской премии в области физиологии и медицины, присужденной ученым R. Furchgott, L. Ignarro и F. Murad (рис. 2) [37].

Рис. 2. Ф. Мурад, Л. Игнарро, Р. Фурчготт (F. Murad, L. Ignarro, R. Furchgott) (слева направо) — лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине 1998 г., удостоенные ее «за исследования NO как сигнальной молекулы сердечно-сосудистой системы» [37].

Fig. 2. F. Murad, L. Ignarro, and R. Furchgott — winners of the 1998 Nobel Prize in Physiology and Medicine awarded “for their discoveries in relation to nitric oxide as a signaling molecule in the cardiovascular system” [37].

С того времени «фактор релаксации сосудов» был идентифицирован как NO, а изучению химии и биохимии NO посвящено множество исследований. Понимание того, что человеческий организм продуцирует молекулу подобного рода, к тому же обладающую свойствами мессенджера, в последующие годы произвело революцию в науке. На сегодняшний день NO — одна из нескольких газообразных молекул, присутствующих в человеческом организме, известная как ключевой мессенджер сигнальной регуляции у позвоночных.

Эндогенный синтез NO в организме

Синтез NO из аминокислоты LArg катализирует фермент синтаза оксида азота (NOS) [26]. В ходе синтеза происходит перенос пяти электронов с атома азота гуанидиновой группы LArg на O₂. Окисление LArg, конечным продуктом которого является LCitr, происходит в результате двух реакций, интермедиатом в которых является N-гидрокси-LArg. NOS — единственный из известных ферментов, который требует для катализа единовременного взаимодействия простетических групп с пятью различными кофакторами: флавинадениндинуклеотидом (ФАД), флавинмононуклеотидом (ФМН), гемом железа, тетрагидробиоптерином (BH₄) и кальций/кальмодулином [38]

Ферменты NOS, катализирующие синтез NO из LArg

Поддержание гомеостаза NO в человеческом организме энзиматическим путем обеспечивается ферментативной активностью семейства NOS, неэнзиматическим путем — за счет восстановления нитрита в кислой среде желудка. В первую очередь остановимся на энзиматическом пути как на основном пути синтеза NO.

Структура NOS

NOS представляет собой комплекс из двух идентичных мономеров, функционально и структурно разделенных на два основных домена: C-концевой (карбокси-редуктазный) и N-концевой (амино-оксидазный), обладающих оксидоредуктазной активностью, способных переносить электроны (при наличии кофакторов ФАД, ФМН, НАДФН (восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат)) с редуктазного домена с одной субъединицы NOS на оксидазный домен другой субъединицы при условии активации гемсодержащего участка [38]. В неблагоприятных условиях субъединицы NOS могут пребывать в разобщенном состоянии и продуцировать O₂^– в большей степени, нежели NO. Незаменимым кофактором NOS является BH₄, который поддерживает целостность димера, играя ключевую роль в регуляции NOS. Поэтому доступность BH₄ может быть критическим фактором в балансе синтеза NO/O₂^–. Весьма вероятно, что сам BH₄ подвергается окислению, что способствует повышению продукции обязательных участников окислительного стресса — активных форм кислорода (АФК). Другой кофактор — кальмодулин необходим для переноса электронов с НАДФН на флавопротеин, а с флавина на гем железа. Эти электроны расходуются на восстановление железа до той степени окисления, в которой оно способно связывать кислород, необходимый для окисления LArg, из которого затем образуются NO и LCitr. Кальмодулин также необходим для НАДФН-зависимого восстановления цитохрома-с и феррицианида, входящих в состав BH₄. В условиях дефицита какого-либо из кофакторов продукция NO ферментом NOS прекращается и фермент вместо NO начинает продуцировать супероксид-ион [39]. Действительно, синтез NO — весьма сложный, высококоординированный процесс, который в норме протекает очень эффективно.

Изоформы NOS

Существуют три изоформы NOS, кодируемые генами, локализованными в трех различных хромосомах. Две из изоформ — эндотелиальная NOS (eNOS) и нейрональная (nNOS) — конститутивные (постоянные), цитозольные, Ca⁺⁺/кальмодулин-зависимые, катализируют синтез NO в течение короткого времени в ответ на физиологическую стимуляцию соответствующего рецептора. Индуцибельная NOS (iNOS) экспрессируется факультативно в результате активации макрофагов, эндотелиальных и других клеток под действием эндотоксина, провоспалительных цитокинов или других факторов. Индуцибельная изоформа iNOS отличается способностью синтезировать NO в течение длительного периода времени, а также тем, что для ее функционирования не требуется кофактор Ca⁺⁺/кальмодулин (хотя он и может быть связан с ферментом). Экспрессия iNOS подавляется глюкокортикоидами [35].

Чтобы избежать некоторого хаоса в устоявшейся номенклатуре, введенной по наименованию ткани, из которой впервые выделили фермент, номенклатуру изоформ упорядочили, присвоив обозначения: NOSI, NOSII, NOSIII — нейрональная, индуцибельная и эндотелиальная — сообразно очередности выделения, очистки и клонирования ферментов [40].

Эндотелиальная изоформа (eNOS) кодируется геном NOS3, локализованным в участке хромосомы 7q35—7q36, и в основном присутствует в сосудистом эндотелии и синтезирует NO в тех количествах, которые необходимы для регуляции сосудистого тонуса и множества других жизненно важных процессов [39, 41]. После посттрансляционной модификации синтезированный фермент заякоревается в мембранах кавеол в сосудистом эндотелии. Обязательным кофактором для активации eNOS является комплекс кальция с кальмодулином, образующийся в результате повышения внутриклеточной концентрации Са⁺⁺ в везикулах эндоплазматического ретикулума при стимуляции фосфоинозитольного каскада ацетилхолином или брадикинином. При снижении концентрации Са⁺⁺ eNOS продуцирует NO в незначительных количествах. В норме NO продуцируется ферментом быстро и непродолжительно. Диффундируя к близлежащим клеткам, NO взаимодействует со специфическими клеточными мишенями, регулируя активность белков путем обратимого связывания с доступными акцепторами [42]. К таким акцепторам относятся гем железа и тиоловые группы белков.

Механизм действия NO

Основной механизм действия NO обусловлен активацией первичного рецептора NO, коим является рГЦ [42]. Связывание NO с гемом рГЦ вызывает конформационные изменения этого фермента, благодаря которым ион железа, выступая за пределы плоскости порфиринового кольца, переводит рГЦ в активированное состояние. Активированная рГЦ начинает катализировать синтез цГМФ из гуанозинтрифосфата (ГТФ), что ведет к подъему концентрации цГМФ [42]. В свою очередь, цГМФ активирует каскад внутриклеточных реакций, приводящий к снижению тонуса гладких мышц сосудов за счет инактивации киназы легких цепей миозина (MLCK), чутко реагирующей на изменения внутриклеточной концентрации ионов кальция. В норме MLCK регулирует активность легких цепей миозина путем фосфорилирования поперечных мостиков, запуская циклический механизм работы гладких мышц, обусловливающий их сокращение. Таким образом, за счет опосредованной инактивации легких цепей миозина цГМФ регулирует вазорелаксацию. Инфузия ингибитора NOS вызывает перманентную гипертензию, обратимую при назначении избыточного количества LArg. По этой причине NO рассматривается как эндогенный нитровазодилататор.

Особенность eNOS состоит в том, что в отсутствие внешних стимулов фермент способен непрерывно в небольших количествах генерировать O₂⁻. Поэтому даже в нормальных физиологических условиях эндотелий может непрерывно продуцировать супероксид-ион и другие АФК, способные инактивировать NO. К счастью, в организме существует антиоксидантная, энзиматическая и неэнзиматическая системы защиты, которые нацелены на дезактивацию высокореакционноспособных кислородсодержащих радикалов и способствуют поддержанию биодоступности NO. Помимо сосудистого эндотелия фермент eNOS был обнаружен в тромбоцитах человека, где он активируется в момент агрегации тромбоцитов, что отчасти замедляет процесс самоамплификации тромба in vivo [43]. Кроме того, антитромботические свойства эндотелия могут быть следствием синергичного действия NO и простациклина. M. Radomski и соавт. показали, что синергичное действие NO и простациклина в тромбоцитах предотвращает локальный вазоспазм и образование тромба в месте активации коагуляционного каскада [43]. При назначении аспирина, ингибирующего синтез простациклина [44], антиагрегационные эффекты вырабатываемого эндотелием NO сохраняются, что подтверждает чрезвычайно важную роль NO в организме человека.

NO как агент токсической атаки

Продукция NO макрофагами и нейтрофилами в определенной степени обеспечивает иммунный ответ организма. Подавляя бактерии и прочие патогены, NO выступает как агент токсической атаки [45]. За продукцию NO в макрофагах отвечает iNOS [45]. Помимо макрофагов iNOS обнаружена и в других видах клеток. Активацию iNOS вызывают бактериальный эндотоксин и цитокины, например интерлейкин-1, интереферон-γ, белки семейства факторов некроза опухоли [46]. Активность iNOS регулируется на уровне транскрипции и не зависит ни от колебаний уровня внутриклеточного Ca⁺⁺, ни от присутствия кофакторов — НАДФН и BH₄. Воздействие цитокинов стимулирует экспрессию iNOS. Реализация генерации iNOS занимает несколько часов, после чего синтезированный фермент способен синтезировать NO в количествах, во много раз превышающих возможности синтеза конститутивных форм NOS в пересчете на моль фермента. Макрофаги, стимулированные интерфероном-γ и эндотоксином, вырабатывают не только фермент, период жизни которого насчитывает около 4 ч, но и кодирующую его мРНК, существующую около 2 ч. Экспрессия iNOS в отличие от nNOS и eNOS может быть специфически ингибирована глюкокортикоидами [35]. Интерферон-γ и эндотоксин независимо друг от друга инициируют синтез NO в концентрациях, не достигающих токсического эффекта, но при синергичном воздействии этих медиаторов продукция NO достигает токсичного для клеток уровня. В высоких концентрациях NO цитотоксичен и играет ключевую роль в иммунном ответе макрофагов на воздействие бактериальных токсинов и других патогенов. Фактор некроза опухоли α активирует синтез eNOS в макрофагах, однако он не способен самостоятельно стимулировать выработку NO [47]. Антимикробная активность и продукция NO — параллельные процессы, регулируемые факторами некроза опухоли. При стимуляции культуры клеток in vitro цитокинами наблюдается высокая корреляция между антимикробной активностью и продукцией NO из LArg. Точный механизм бактерицидного и противоопухолевого действия NO пока до конца не ясен, однако имеются данные, указывающие на то, что продукция NO макрофагами обусловливает неспецифический иммунный ответ [47]. NO, продуцируемый активированными макрофагами, способен существенно снижать сосудистый тонус у пациентов с септическим шоком [48]. Патофизиологический эффект NO при сепсисе объясняется гиперпродукцией NO, что приводит к вазодилатации, мультиорганной недостаточности, гиповолемии и гипоксии.

Таким образом, к установленным свойствам NO добавляется его способность напрямую или косвенно модулировать воспалительный ответ, что повышает интерес к определению его роли в патогенезе хронического воспаления и ассоциированного с ним хронического болевого синдрома. Несмотря на быстрый прогресс в понимании комплекса патологических и физиологических процессов, в которые вовлечен NO, клеточные мишени его цитотоксического действия пока не ясны. Не исключено, что иммунорегуляторная и вазорегуляторная активность NO может оказаться столь же значима, как антимикробные свойства этого соединения в момент угрозы инфицирования [49].

Альтернативный (неферментативный) путь продукции NO в организме человека

Для организма было бы рискованно ограничиваться единственно возможным механизмом синтеза ключевого регулятора множества жизненно важных процессов, поэтому логично было бы предположить существование альтернативного пути продукции NO, который и был представлен в 1994 г. двумя независимыми исследовательскими группами. Оказалось, что NO образуется в желудке за счет восстановления неорганического нитрита в кислой среде [50]. Альтернативный путь синтеза NO в корне отличается от классического пути. Вместо LArg в качестве субстрата реакции, не требующей присутствия фермента NOS и кофакторов, выступают NO₃^– и NO₂^– [50]. Данная реакция протекает в желудке человека, который можно сравнить с биореактором, где различные поглощенные питательные вещества перемешиваются и реагируют друг с другом с образованием новых соединений, некоторые из них обладают биологической активностью. В процессе переваривания неорганический нитрат, содержащийся в обилии в шпинате, листовых салатах, свекле и др., быстро аккумулируется в слюне, где он восстанавливается до нитрита (NO₂^–) бактериями, населяющими ротовую полость [51]. Затем нитрит при глотании попадает в кислую среду желудка, где образуется азотистая кислота (HNO₂), которая в реакции спонтанного диспропорционирования образует NO, азотную кислоту (HNO₃) и воду (H₂O). На восстановление NO в желудке в значительной степени влияют поступающие с пищей полифенолы и аскорбиновая кислота. Например, красное вино, богатое антоцианами и катехинами вина (кофейная кислота), способствует восстановлению NO из нитрита [52]. Содержащийся в вине этанол также реагирует с нитритом в кислой среде желудка с образованием этилнитрата, тоже являющегося биологически активным соединением. Этилнитрат — потенциальный вазодилататор, который быстро образуется путем O-нитрозилирования в реакции HNO₂ с этанолом. Этилнитрат способен нитрозилировать белки с образованием S-нитрозотиолов и N-нитрозаминов [53, 54]. Многие из NO-подобных эффектов нитрита, наблюдаемых в желудке, такие как стимуляция кровотока в эндотелиальной выстилке желудка и ее регенерация, могут быть опосредованы интермедиатами, такими как нитрозотиолы, которые способны транспортировать NO. Кроме того, сам процесс S-нитрозилирования цистеиновых остатков под действием NO может регулировать функциональную активность белка [53]. Кислая среда желудка в сочетании с нитрит-ионом — идеальная среда для нитрования. Так, нитрование ненасыщенных жирных кислот в желудке (например, линолевой и олеиновой в составе оливкового масла или других масел) под действием NO может приводить к образованию нитрованных производных липидов [55]. Интересно, что нитрованные производные липидов обладают противовоспалительным эффектом и действуют как агонисты PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) — ключевого регулятора воспалительного каскада [56]. Быстро образующиеся в кислой среде желудка из смеси продуктов питания с NO нитрозотиолы, этилнитраты и нитрированные производные липидов могут обладать NO-подобными эффектами, охватывающими вазодилатацию, регенерацию слизистой желудка, антимикробную и противовоспалительную активность. Большинство соединений, образующихся в кислой среде желудка при участии нитрита, достаточно стабильны и быстро всасываются, что допускает возможность их системных эффектов в организме человека. Системный характер эффектов нитросоединений был доказан спустя год после открытия продукции NO в желудке [57].

Заключение

Во второй части обзора будут рассмотрены свойства NO и его стабильных метаболитов при разных патологиях и их роль в прогнозе сердечно-сосудистой смерти.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

The author declares no conflicts of interest.