15.3. Периферические (внежелезистые) механизмы нарушения активности гормонов

Большую роль в развитии.эндокринных (а также некоторых других) заболеваний играют периферические механизмы, определяющие актив­ность выделившихся в кровь гормонов. Эта активность может изменять­ся либо в сторону ее повышения, либо снижения, что клинически соот­ветствует их гипер- или гипофункции соответствующей железы. Чтобы ясно представить себе возможные механизмы нарушения активности гор­монов, необходимо рассмотреть некоторые вопросы их метаболизма и механизма действия.

Все выделившиеся из желез гормоны связываются в крови в той или иной степени с определенными белками и циркулируют в крови в двух формах — связанной и свободной. Из этих двух форм связанный гормон биологически неактивен. Активностью обладает только свободная фор­ме гормона, которая и оказывает физиологическое действие в клетках- мишенях. Известно связывание белками тироксина, инсулина, гормона роста, стероидных гормонов. Например, в физиологических усло-виях в плазме крови кортизол и кортикостерон связаны белками более чем на 90 % и лишь незначительное количество этих кортикостероидов находится в свободном состоянии.

Общее количество циркулирующего тироксина в организме состав­ляет: связанного — 1 г, свободного — 0,001 мг при его концентрации в сыворотке крови 0,1 мкг/л.

Таким образом, концентрация свободной формы гормона очень незначительна по отношению к связанной.

По современным представлениям все гормоны по механизму их дей­ствия на клетки-мишени можно разделить на две группы. К первой груп­пе относятся гормоны дистантного действия: белковые и пептидные гор­моны, катехоламины, а также ряд биогенных аминов. Эти гормоны связываются на поверхности клетки-мишени с соответствующим рецеп­тором и управляет обменными процессами с поверхности клетки, что обусловливает ряд биохимических изменений, приводящих к образо­ванию вторичного посредника. Обычно это выражается в активации аде- нилатциклазной системы и накоплении циклического аденозинмонофос- фата (цАМФ). Последний в свою очередь запускает следующую цепь процессов, важнейшими звеньями которой являются активация протеин- киназ и фосфорилирование белковых субстратов. По такому механизму, в частности, катехоламины регулируют интенсивность гликогенолиза. Специфичность ответа клетки на тот или иной гормон определяется спе­цифичностью рецептора, который связывается только со своим гормо­ном, а также природой специфических для клетки протеинкиназ и белко­вых субстратов.

Вторая группа гормонов проникает в клетку, где оказывает свое дей­ствие. Эту группу можно обозначить как группу гормонов «непосредствен­ного» действия. В их число входят андрогены, эстрогены, прогестины, I кортикостероиды. Главным в действии стероидных гормонов является активация того или иного гена, что сопровождается усилением образо­вания соответствующего фермента. Однако ряд эффектов осуществля­ется другими путями, не связанными с влиянием на активность генов.

В механизме доставки стероида к генетическому локусу можно вы­делить три звена. Первое звено — связывание поступившего в клетку гор­мона с белком, находящимся в цитоплазме и выполняющим роль специ­фического рецептора для данного гормона. Второе звено — модификация комплекса «стероид + рецепторный белок». Эта модификация дает воз­можность осуществления следующего — третьего звена. Третье звено — проникновение стероида в комплексе в ядро клетки и избирательное со­единение со специфическим участком хроматина.

Общий принцип механизма влияния гормонов непосредственного действия можно проиллюстрировать на примере глюкокортикоидов. Гор­мон свободно проникает в клетку и связывается со специфическими ре- цепторными белками цитоплазмы. Очевидно, связывается неметаболи- зированный гормон, так как из стероидно-белкового комплекса удается выделить глюкокортикоид как таковой. Об этом свидетельствует и тот

факт, что метаболиты кортизола не вызывают эффектов кортизола и кон­курентно не угнетают его действия. Рецепторные белки обладают высоким сродством к стероиду, выраженной специфичностью и малой емкостью. Поэтому данный вид связывания называют специфическим. В зависимос­ти от вида клеток количество рецепторов колеблется от 3000 до 5000 на одну клетку.

Сравнение различных тканей одного вида животных показало, что связывание глюкокортикоида в разных тканях неодинаково. Так, раство­римая фракция клеток вилочковой железы связывала в 3 раза больше три- амсинолона, чем такие же фракции из коры головного мозга и яичек.

Гпюкокортикоидные рецепторы (ГР) относятся к суперсемейству стероид-ядерных регуляторных протеинов, которые функционируют как лигандактивируемые факторы транскрипции. Молекула ГР состоит из 777 аминокислотных остатков. На карбоксильном конце молекулы находится гормонсвязывающий участок. Аминотерминальная часть молекулы уча­ствует в активации транскрипции, а через небольшой срединный модуль происходит связывание ГР с соответствующим местом на ДНК. В цито­плазме ГР в не связанном с гормоном состоянии представляют собой ге­терогенные комплексы, состоящие из собственно рецептора и связан­ных с ним по крайней мере четырех белков теплового шока.

Роль последних заключается в поддержании конформации ГР в со­стоянии, подходящем для связывания гормона и предупреждения транс­локации не связанного с гормоном ГР в ядро. После связывания ГР с гор­моном ГР освобождается от белков теплового шока и перемещается в ядро. Здесь глюкортикоидрецепторные комплексы образуют димер, ко­торый связывается в регуляторной части соответствующего гена с опре­деленным участком ДНК, называемым «гормонотвечающий элемент». ГР- димер совместно о кофакторами и рядом других факторов транскрипции регулирует транскрипцию этого гена, вызывая либо активацию транскрип­ции, либо ее угнетение. При снижении уровня гормона и диссоциации гормонально-рецепторного комплекса в ядре ГР освобождается и воз­вращается обратно в цитоплазму, где снова образует комплекс с белками теплового шока. Препараты глюкокортикоидных гормонов обычно при­меняют для подавления воспаления при многих заболеваниях (аутоим­мунные процессы, бронхиальная астма и др.). Механизмы их антивоспа­лительного действия многообразны и реализуются через изменение регуляции активности многих генов, кодирующих образование провоспа­лительных цитокинов, ферментов и других продуктов, участвующих в раз­витии воспаления. Так, глюкокортикоиды обладают следующими свойст­вами:

• усиливают экспрессию генов, кодирующих образование ферментов, оказывающих угнетающее влияние на развитие воспаления (ли- покортин I, нейтральная эндопептидаза в эпителиальных клетках слизистой оболочки дыхательных путей — разрушают тахикинины; лейкоцитарный секретируемый ингибитор протеазы в слизистой оболочке дыхательных путей и др.)">

• угнетают экспрессию генов, кодирующих образование провоспали- тельных цитокинов (интерлейкины 1—6; гранулоцитарно-макрофа- гальный колониестимулирующий фактор, туморнекротизирующий а- фактор и др );

• угнетают экспрессию генов, кодирующих образование ферментов, способствующих развитию воспаления (синтетаза оксида азота, индуцибельная изоформа циклоксигеназы 2);

• угнетают экспрессию генов, кодирующих образование молекул ад­гезии (ICAM-1), и рецепторов для провоспалительных медиаторов (для вещества Р).

Существуют и другие механизмы действия указанных гормонов, ко­торые изучены меньше и объдиняются под названием «посттранскрип­ционные». Сюда входят все этапы — от стабилизации и транспорта обра­зовавшихся РНК до синтеза белка.

Одним из важных механизмов действия глюкокортикоидов являет­ся так называемое пермиссивное действие. Его суть состоит в том, что некоторые метаболические эффекты гормонов дистантного действия реализуются только в присутствии физиологической концентрации глю­кокортикоидов. Все гормоны, циркулирующие в организме, в конечном счете метаболизируются и выводятся из организма. В основном метабо­лизм гормонов происходит в печени, однако ряд гормонов метаболизи- руется и в других тканях.

В организме для каждого гормона существует равновесие между его секрецией, связыванием белками, действием в тканях-мишенях и мета­болизмом в тканях. В поддержании такого равновесия большую роль иг­рает механизм обратной связи. Нарушение любого из внежелезистых компонентов этого равновесия может приводить к таким изменениям, которые будут клинически проявляться нарушением функции соответству­ющей железы.

Нарушение связывания гормонов белками. Связывание корти- костероидов белками плазмы крови, являясь одним из эволюционно вы­работавшихся физиологических механизмов приспособления, при опре­деленных условиях может нарушаться, и тогда это нарушение может стать патогенетическим фактором либо сниженной, либо повышенной актив­ности кортикостероидных гормонов. Клинические наблюдения указыва­ют на такую возможность.

Так, например, при синдроме Иценко—Кушинга выявляются случаи, сопровождающиеся снижением связывания кортизола белками плазмы крови, что приводит к увеличению его свободной фракции. При сниже­нии способности белков плазмы крови связывать кортизол обнаружива­лись также признаки диабета или преддиабета, нарушения менструаль­ного цикла, гипертензия и др. Нарушение связывания тиреоидных гормонов может приводить к таким изменениям, которые определяются как гипо- или гипертиреоз. Усиление связывания инсулина может приво­дить к инсулиновой недостаточности.

Блокада циркулирующего гормона. Этот вид изменения актив­ности касается полипептидных гормонов и сопровождается картиной ги­пофункции соответствующей железы. Возможны следующие механизмы инактивации:

• инактивация гормона в связи с образованием аутоантител. Такая возможность хорошо известна при лечении экзогенными гормональ­ными препаратами. Так, у большинства лечившихся людей установ­лено образование антител к инсулину, СТГ, АКТГ, что в ряде случаев сопровождается снижением лечебного эффекта препарата; возмож­но также образование аутоантител и к гормонам, появляющимся в самом организме;

• изменения в активном центре или конформации молекулы гормона в связи с мутацией и замещением в молекуле гормона одной ами­нокислоты на другую. Подобные замещения обнаружены в активном центре инсулина. Можно предположить такую возможность в отно­шении других гормонов, в частности СТГ. Последнее предположе­ние вытекает из клинических наблюдений. Так, выделяют группу больных карликовостью с очень высокой концентрацией СТГ в плаз­ме крови, однако влияния на рост организма этот гормон не оказы­вает. Гормон определяется иммунологическим методом, следова­тельно, его антигенные свойства не нарушены. При введении экзогенного СТГ увеличивается рост, следовательно, рецептор для СТГ есть и его функция также не нарушена. Сопоставление этих двух фактов дает основание сделать заключение о биологической неак­тивности эндогенного СТГ;

• нарушение превращения прогормона в гормон. Установлено, что белковые гормоны секретируются вначале как прогормоны в соста­ве более крупных полипептидных цепей, которые затем расщепляют­ся. Так, например, плацента секретирует АКТГ, липотропин и (3-эн- дорфин как общую молекулу. В некоторых случаях у больных сахарным диабетом обнаружен инсулин, у которого С-терминаль- ный конец (3-цепи связан с С-пептидом. В обычных условиях С-пеп- тид соединяет а- и (3-цепи инсулина и вся молекула называется про- инсулином. Это одноцепочечный белок с мол. массой 10 ООО Д, физиологически неактивный. Молекула проинсулина представляет собой единичную полипептидную цепь, при отщеплении С-пептида образуется активный инсулин. Нарушение этого процесса препят­ствуют образованию активной формы инсулина.

Блокада гормонального рецептора. Очевидно, это довольно рас­пространенный механизм, приводящий к картине гормональной недоста­точности: активный гормон не находит своего рецептора на клетке или в ней в связи с потерей рецептора или в связи с фиксацией на его поверх­ности антагонистов, конформационными изменениями и другими факто­рами, препятствующими соединению с гормоном. Обычно концентрация гормона в таких случаях нормальна либо увеличена. Введение гормонов с лечебной целью не сопровождается соответствующим эффектом. Для получения некоторого эффекта нужно вводить большие дозы препарата.

Описаны случаи вазопрессинрезистентных форм несахарного диа­бета, сопровождающиеся значительным увеличением антидиуретическо­го гормона в крови и отсутствием эффекта на его введение извне. При карликовом росте концентрация СТГ в крови может оставаться нормаль­ной и больные не отвечают на экзогенный СТГ. Введение СТГ не стиму­лирует образования соматомедина, как в норме, через который СТГ ока­зывает свое влияние на рост. При псевдогипопаратиреозе развивается синдром, сходный с гипопаратиреозом, сопровождающийся гипокальци- емией, гиперфосфатемией и даже тетанией. Такие больные не реагиру­ют на введение экзогенного паратгормона.

Аналогичные изменения выявлены и в отношении глюкокортикоид- ных рецепторов. Обнаружена изоформа ГР, которые не связывали гор­мон, в связи с чем не было влияния на экспрессию генов. В других случа­ях определялся укороченный в карбоксильном конце ГР, который также оказался функционально неполноценным. В Т-лимфоцитах стероид-ре- зистентных больных бронхиальной астмой выявлялось обратимое цито- кинопосредованное снижение аффинности ГР к гормону, которое ассо­циировалось с изменением функции этих клеток.

Нарушение пермиссивного действия глюкокортикоидов. Эф­фекты ряда гормонов дистантного действия, в частности катехоламинов, реализуются на фоне физиологической концентрации кортизола. Эту роль кортизола называют пермиссивной. Поэтому снижение концентрации кортизола ведет к уменьшению, а иногда и к извращению эффекта кате­холаминов. Так, например, адреналин вызывает гликогенолиз в печени и липолиз в жировой ткани в присутствии кортизола. Поэтому у адреналэк- томированных животных значительно снижены оба эти эффекта адрена­лина. Вызываемый адреналином гликогенолиз является сложным и мно­гозвенным процессом. Он начинается с соединения адреналина с (3-адренергическим рецептором на клеточной мембране. Это вызывает активацию аденилатциклазы и приводит к усилению образования цикли­ческого аденозинмонофосфата, который в свою очередь через ряд реак­ций приводит к активации фосфорилазы и гликогенолизу.

Очевидно, механизм пермиссивного действия кортизола может ре­ализоваться на разных уровнях в зависимости от характера стимулируе­мой обменной реакции и вида клеток. Он не влияет на связывание адре­налина с его рецепторами на лейкоцитах, в том числе и на лимфоцитах, в связи с отсутствием различий в их связывающей способности у больных бронхиальной астмой и у здоровых.

Однако число (3-адренорецепторов на клетках тканей дыхательных путей и на лейкоцитах этих больных оказывалось сниженным. Лечение глюкокортикоидами увеличивало экспрессию этих рецепторов.

В одних случаях кортизол в физиологических концентрациях оказы­вает непосредственное активирующее влияние на аденилатциклазу, что ведет к увеличению цАМФ. В других случаях, фиксируясь на мембране,

он изменяет ее проницаемость таким образом, что позволяет катехол- аминам достичь аденилатциклазы. Кроме того, известны случаи, когда нормальные концентрации цАМФ увеличивались под влиянием катехол- аминов, но последующие звенья процесса оказывались блокирован­ными в отсутствие глюкокортикоидов В частности, установлена возмож­ность блокады одной из стадий активации фосфорилазы в связи с недостаточной мобилизацией ионов кальция. Увеличение концентра­ции этих ионов или добавление глюкокортикоидов восстанавливало нор­мальный ход процесса.

Нарушение метаболизма гормонов. При гепатитах и циррозах печени метаболизм гормонов угнетается Замедление метаболизма кор­тизола приводит к задержке его в организме Это включает механизм об­ратной связи и угнетает функцию коры надпочечников, что вызывает не­которую их атрофию. Снижение инактивации в печени эстрадиола у мужчин приводит к включению механизма обратной связи, в результате чего угнетается образование гонадотропинов в гипофизе и как след­ствие — снижение функции яичек и развитие импотенции Одновремен­но при циррозах печени тестостерон легче превращается в эстрогены.

Таким образом, причины и механизмы нарушения функции желез внутренней секреции многообразны. Они могут действовать как изоли­рованно, так и в различных комбинациях, приводя к сложному перепле­тению обменных, функциональных и структурных нарушений.