Синтез регуляторних пептидів.

Характерною особливістю синтезу пептидів є їх утворення шляхом фрагментації великої молекули-попередника, тобто в результаті так званого посттрансляційного протеолитичного розщеплення - процесингу. Синтез попередника відбувається в рибосомах, що підтверджується наявністю матричної РНК, що кодує пептид, а посттрансляційні ензимні модифікації з виділенням активних пептидів - в апараті Гольджі. Ці пептиди досягають нервових закінчень завдяки аксональному транспорту.

Активні пептиди, що походять з одного попередника, утворюють його сімейство. Описані наступні сімейства пептидів.

1. Сімейство проопиомеланокортина (ПОМК). Тіла нейронів, в яких присутній цей великий білок (286 амінокислотних залишків), локалізуються в аркуатному ядрі гіпоталамуса. В залежності від набору ферментів з ПОМК утворюються: у передній долі гіпофіза - переважно АКТГ, (3-ліпотропін, Р-ендорфін, у проміжній - сх-меланостимулюючого гормон і Р-ендорфін. Таким чином, набір ферментів визначає спеціалізацію продукції клітинами суворо визначених пептідів. Це ферменти катепсин В, трипсин, карбоксипептидаза, амінопептідаза, місця їх атаки - парні залишки амінокислот.

2. Сімейство церулеіна: гастрин, холецистокинін.

3. Сімейство ВІП: секретин, глюкагон.

4. Сімейство аргінін-вазопресину: вазопресин, окситоцин.

Крім того, встановлено, що мет-енкефалінів і лей-енкефалінів мають попередників у вигляді препроенкефаліна А і препроенкефаліна В відповідно. Протеоліз в даному випадку - не інактивація, а трансформація активності.

Механізм дії нейропептидів:

Характерною особливістю регуляторних пептидів є поліфункціональність (за механізмом і характером ефектів) і утворення регуляторних ланцюгів (каскадів). У цілому, механізми дії пептидів можна розділити на дві групи: синаптичні і несинаптичні.

1. Синаптичні механізми дії пептидів можуть виражатися в нейромедіаторній або нейромодуляторній функції.

Нейромедіатор (пейротрансміттер) - речовина, що вивільняється з пресинаптичного терміналу і діє на наступну - постсинаптичну мембрану, тобто виконує передатну функцію. Встановлено, що деякі пептиди виконують цю функцію через пептидергічні рецептори, що на нейронах (їх тілах або терміналах). Так, гіпоталамічний релізінг-гормон лютеїнізуючого гормону (люліберіна) в синаптичних гангліях жаби виділяється при стимуляції нерва за допомогою кальцій-залежного процесу і викликає пізній повільний збудливий постсинаптичний потенціал.

На відміну від «класичних» нейротрансмітерів (норадреналіну, допаміну, серотоніну, ацетилхоліну), пептиди, що виконують передавальну функцію, характеризуються високою аффінністю рецепторів (що може забезпечити більш дистантну дію) і тривалою (десятки секунд) дією у зв'язку з відсутністю ферментних систем інактивації та зворотного депонування.

Нейромодулятора, на відміну від нейротрансмітера, не викликає самостійного фізіологічного ефекту в постсинаптической мембрані, але модифікує реакцію клітини на нейромедіатор. Таким чином, нейромодуляція - не передавальна, а регуляторна функція, яка може здійснюватися як на пост-, так і на пресинаптичних рівні.

Види нейромодуляції:

1) контроль виділення нейротрансмітера з терминалей;

2) регулювання кругообігу нейротрансмітера;

3) модифікація ефекту «класичного» нейротрансмітера.

2. Внесинаптична дія пептидів реалізується декількома шляхами.

А. Паракринна дія (паракринно) - здійснюється в зонах міжклітинного контакту. Наприклад, соматостатин, що виділяється А-клітинами острівковою тканиною підшлункової залози, виконує паракрінну функцію у контролі секреції інсуліну і глюкагону (третьої ос-клітинами відповідно, а кальцитонін - у контролі секреції йодовмісних гормонів щитовидною залозою).

Б. нейроендокринна дія - здійснюється через виділення пептиду у кров'яне русло та його вплив на клітину-ефектор. Прикладами можуть служити соматостатин і інші гіпоталамічні фактори, які виділяються в медіальній еміненції з деяких терміналів в портальний кровотік і контролюючі секрецію гіпофізарних гормонів.

В. Ендокринна дія. У даному випадку пептиди виділяються в загальний кровообіг і діють як дистантні регулятори. Цей механізм включає компоненти, обов'язкові для «класичних» ендокринних функцій, - транспортні білки і рецептори клітин-мішеней. Так встановлено, що в якості переносників-стабілізаторів використовуються: нейрофізін - для вазопресину і окситоцину, деякі альбуміни і глобуліни плазми - для холецистокиніна і гастрину. Що стосується рецепції, то існування відокремлених рецепторів встановлено для опіоїдних пептидів, вазопресину, ВІП. В якості вторинних месенджерів можуть використовуватися циклічні нуклеотиди, продукти гідролізу фосфоінозитидів, кальцій і кальмодулін з наступною активацією протеїнкінази і контролем фосфорилювання білків-регуляторів трансляції і транскрипції. Крім того, описаний механізм інтерналізації, коли регуляторний пептид разом з рецептором проникає в клітину за допомогою механізму, близького до піноцитозу, і відбувається передача сигналу в геном нейрона.

Для регуляторних пептидів характерне утворення складних ланцюгів або каскадів в результаті того, що утворювані з основного пептиду метаболіти теж функціонально активні. Цим пояснюють тривалість ефектів короткоживучих пептидів.

Функції регуляторних пептидів:

1. Біль. Цілий ряд пептидів впливає на формування болю як складного психофізіологічного стану організму, що включає саме болюче відчуття, а також емоційні, вольові, рухові і вегетативні компоненти. При цьому пептиди включені як у ноцицептивну, так і в антиноціцептивну систему. Так, речовина Р, соматостатин, ВІП, холецистокинін і ангіотензин виявлені в первинних сенсорних нейронах, причому речовина Р є нейротрансмітером, виділеним певними класами аферентних нейронів. У той же час, енкефаліни, вазопресин, ангіотензин і родинні опіоїдні пептиди виявлені в спадному супраспинальному шляху, що йде до задніх відділів спинного мозку і справляє гальмівну дію на ноцицептивному шляху (анальгетичний ефект).

2. Пам'ять, навчання, поведінка. Отримано дані про те, що фрагменти АКТГ (АКТГ 4-7 і АКТГ 4-10), позбавлені гормональних ефектів, і сс-меланостимулюючий гормон покращують короткочасну пам'ять, а вазопресин залучений до формування довгострокової пам'яті. Введення в мозкові шлуночки антитіл до вазопрессину протягом години після сеансу навчання викликає забування. Крім того, АКТГ 4-10 покращує увагу.

Встановлено вплив ряду пептидів на харчову поведінку. Прикладами можуть служити посилення харчової мотивації під дією опіоїдних пептидів і ослаблення - під дією холецистокиніну, кальцитоніну та кортіколіберіна.

Опіоїдні пептиди роблять значний вплив на емоційні реакції, будучи ендогенними ейфорігенами.

ВІП надає снодійну, гіпотензивну і бронхолітичну дію. Тиреоліберин дає психотонізуючий ефект. Люліберін, крім виконання командного функції (стимуляція гонадотропів передньої долі гіпофіза), регулює статеве і батьківське поводження.

3. Вегетативні функції. Цілий ряд пептидів бере участь у контролі рівня артеріального тиску. Це ренін-ангіотензинова система, всі компоненти якої присутні в мозку, опіоїдні пептиди, ВІП, кальцитонін, атріопептид, що володіють сильним натрійуретичним ефектом.

Описано зміни терморегуляції під дією деяких пептидів. Так, внутрішньоцентральне введення тиреоліберину і Р-ендорфіну викликає гіпертермію, в той час як введення АКТГ і ос-МСГ - гіпотермію.

4. Стрес. Заслуговує великої уваги той факт, що ряд нейропептидів (опіоїдні пептиди, пролактин, пептиди епіфіза) відносять до антистресової системи, оскільки вони обмежують розвиток стресорних реакцій. Так, в експериментах з різними моделями показано, що опіоїдні пептиди обмежують активацію симпатичного відділу нервової системи та всіх ланок гіпоталамо-гіпофізарно-адреналової системи, попереджаючи виснаження цих систем, а також небажані наслідки надлишку глюкокортикоїдів (пригнічення запальної реакції і тиміко-лімфатичної системи, поява виразок шлунково-кишкового тракту та ін) – антигіпоталамічні фактори епіфіза гальмують утворення ліберинів і секрецію гормонів передньої долі гіпофіза. Зниження активації гіпоталамуса обмежує гіперсекреція вазопресину, який надає шкідливу дію на міокард.

5. Вплив на імунну систему. Встановлено двосторонні зв'язки між системою регуляторних пептидів і імунною системою. З одного боку, в даний час достатньо вивчена здатність багатьох пептидів модулювати імунні відповіді. Відомі супресія синтезу імуноглобулінів під дією (З-ендорфіну, енкефалінів, АКТГ і кортизолу; пригнічення секреції інтерлейкіну-1 (ІЛ-1) і розвиток лихоманки під впливом а-меланоцитстимулючого гормону). Встановлено, що вазоактивний інтестинальний пептид (ВІП) гальмує всі функції лімфоцитів і їх вихід з лімфовузлів, що розцінюється як нова форма імуномодуляції. У той же час, цілий ряд пептидів надає стимулюючу дію на імунну систему, викликаючи збільшення синтезу імуноглобулінів і у-інтерферону ( 3-ендорфін, тиреотропний гормон), посилення активності природних клітин -кілерів (Р-ендорфін, енкефаліни), збільшення проліферації лімфоцитів і виділення лімфокінів (субстанція Р, пролактин, гормон росту), підвищення продукції супероксидних аніонів (гормон росту). Описано рецептори лімфоцитів до ряду гормонів.

З іншого боку, іммуномедіатори впливають на обмін і виділення гіпоталамічних нейротрансмітерів і рилізинг-гормонів. Так, регуляторний лейкопептид ІЛ-1 здатний проникати в мозок через ділянки підвищеної проникності гемато-енцефалічний бар'єр і стимулювати секрецію кортикотропін-рилізинг-гормону (у присутності простагландину) з наступною стимуляцією виділення АКТГ і кортизолу, які гальмують утворення ІЛ-1 та імунну відповідь.

Одночасно, через виділення соматостатину, ІЛ-1 пригнічує секрецію ТТГ і гормону росту. Таким чином, іммунопептид виконує роль тригера, який, замикаючи механізм зворотного зв'язку, попереджає надмірність імунної відповіді.

Згідно сучасним уявленням, повне регуляторне коло між нейроендокринними та імунними механізмами включає також пептиди, загальні для обох систем. Зокрема, показана здатність гіпоталамічних нейронів секретувати ІЛ-1. Виділено відповідальний за його продукцією ген, експресія якого індукується бактеріальними антигенами і кортикотропіном. Описано нейрональні шляхи в медіобазальний гіпоталамус людини і щура, що містять ІЛ-1 та ІЛ-6, а також гіпофізарним клітини, що виділяють ці пептиди.

Таким чином, іммуномедіатори можуть регулювати функції передньої долі гіпофіза через:

1) ендокринний механізм (циркулюючі в крові лімфокіни активованих лімфоцитів);

2) нейроендокринні ефекти, реалізовані інтерлейкіном гіпоталамуса через тубероінфундібулярну портальну систему;

3) паракрінний контроль у самому гіпофізі.

З іншого боку, результати імуннохімічних і молекулярних досліджень показали, що імунокомпетентні клітини секретують багато пептидів і гормонів, пов'язані з ендокринною і нейрональною активністю: лімфоцити і макрофаги синтезують АКТГ; лімфоцити - гормон росту, пролактин, ТТГ, енкефаліни; мононуклеарні лімфоцити і огрядні клітини - ВІП, соматостатин; клітини тимуса - аргінін, вазопресин, окситоцин, нейрофізін. При цьому секретуються лімфоцитами гіпофізарні гормони,які регулюються тими ж факторами, що і гіпофіз. Наприклад, секреція АКТГ лімфоцитами пригнічується глюкокортикоїдами і стимулюється кортикотропін-рилізинг-гормоном. Запропоновано концепцію, згідно з якою виділення лімфоцитами перерахованих гормонів забезпечує аутокринну і паракринну регуляцію локальної імунної реакції.

Таким чином, функції трьох головних регуляторних систем - нервової, ендокринної та імунної - інтегровані в складні регуляторні кола, які функціонують за принципом зворотного зв'язку. При цьому периферичні лімфоцити, якщо слідувати концепції Д. Блелоком (Blalock, 1989), забезпечують чутливий механізм, за допомогою якого розпізнаються некогнітівні стимули (чужорідні речовини) і мобілізуються нейроендокринні адаптивні відповіді.