Пристальное внимание многих исследователей привлечено к изучению нарушений липидного и углеводного обмена как этиологического фактора развития различных заболеваний, прежде всего сердечно-сосудистых и сахарного диабета (СД) типа 2 [10]. При этом большое значение придается концепции метаболического синдрома [17], в основе которого, как известно, лежит нарушение липидного и углеводного обменов, в частности взаимосвязи между определенным типом гиперхолестеринемии и толерантностью к глюкозе. В связи с этим основное внимание уделяется изысканию природных источников биологически активных веществ, обусловливающих коррекцию нарушенного биохимического статуса организма.
Прежде всего это относится к природным соединениям, в большом количестве обнаруживаемым в морских организмах - гидробионтах. Как известно, эти соединения отличаются от аналогичных в наземных организмах как химическим строением, так и особенностями биологического действия. Уникальность химической структуры и необычно высокая биологическая активность привлекают к этим веществам морского происхождения большое внимание [3].
В клинических и экспериментальных исследованиях препараты, приготовленные на основе липидов морских гидробионтов, проявляют противовоспалительное, антидиабетическое, гиполиподемическое действие и в связи с этим рекомендуются к использованию в целях профилактики и лечения широкого круга заболеваний [7]. Однако функциональная роль гидробионтов липидов, выделенных из морских гидробионтов и содержащих полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) семейств ω-3 и ω-6, изучена недостаточно. К тому же информация по этому вопросу весьма противоречива [6].
Сегодня для четкого понимания действия липидов важно более полно выяснить состав липидов, особенно соотношение в них ПНЖК указанных выше семейств, а также их роль при использовании в качестве антиоксидантов, оказывающих корригирующее действие при различных нарушениях липидного и углеводного обмена разного генеза. Это действие в основном обусловливается способностью антиоксидантов ингибировать перекисное окисление липидов (ПОЛ) мембран клеток, стабилизировать их структуру и функцию, создавая тем самым оптимальные условия для гомеостаза клеток и тканей.
Остановимся на некоторых видах упомянутых выше природных соединений морского происхождения, обладающих свойствами антиоксидантов.
Так, установлено [14], что полигидроксинафтохинон эхинохрома А (ЭХА), выделенный из плоского морского ежа Scaphechinus mirabilis, обладая высокой антиоксидантной активностью, уменьшает накопление в ишемизированной мышечной ткани токсических пероксидов, стабилизирует мембраны эритроцитов, обладает антиагрегантными свойствами, снижает уровень холестерина в крови и проявляет антимикробное и противовирусное действия. Однако его корригирующие свойства при нарушениях углеводного и липидного обмена до настоящего времени практически не изучались [14], хотя ЭХА, являясь хиноидным пигментом морских беспозвоночных, входит в состав кардиопротекторов.
Антиоксидантной активностью обладают также розмариновая кислота и лютеолин. Кроме того, им присуще активирующее воздействие на рецепторы-активаторы пролиферации пероксисом (PPAR) [9, 18], являющиеся главными регуляторами липидного и углеводного обмена [15].
В связи с этим нами в серии исследований изучена способность корригировать экспериментально вызванные нарушения углеводного и липидного обмена как отдельно липидами, выделенными из морских макрофитов (Ulva fenestrata, Sargassumn pallidum, Zostera marinа), так и вместе с природными биоантиоксидантами - полигидроксинафтахиноном ЭХА и полифенолами, полученными соответственно из плоского морского ежа Scaphechinus mirabilis и из морской травы (МТ) Zostera marinа. При исследовании полярных липидов методом газожидкостной хроматографии было обнаружено, что молярное соотношение ПНЖК семейств ω-3 и ω-6 у указанных выше видов морских макрофитов (Sargassum pallidum, Ulva fenestrate и Zostera marina) составило 1,3:1, 3:1 и 5:1 соответственно. Фармакологические исследования показали важную роль приведенных соотношений в корригирующей активности исследуемых смесей липидов [1].
Высокое корригирующее действие при гиперлипидемии и аллоксановом диабете оказывают природные биоантиоксиданты ЭХА, МТ, а также смесь полярных липидов, выделенных из Ulva fenestrane и используемых в сочетании с ЭХА. На модели гиперлипидемии наиболее выраженное лечебнопрофилактическое действие установлено у липидов, выделенных из Ulva fenestrane. Это можно связать с тем, что липиды, полученные из Ulva fenestrate, отличаются более оптимальным молярным соотношением ПНЖК семейств ω-3 и ω-6 (3:1), чем липиды, полученные из Zostera marina и Sargassum pallidum (соответственно 5:1 и 1,3:1) [1].
Хорошо известно [22], что нарушения липидного и углеводного обмена ведут к развитию метаболического синдрома, причем ключевую роль в этом играет ожирение. Увеличение уровня липопротеидов, богатых триглицеридами (ТГ), - основная причина нарушения липидного метаболизма. Диацилглицеролы (ДАГ) - основной продукт I стадии трансформации липидов в кишечнике - являются эффективными корректорами гиперлипидемии, вызванной повышенным потреблением ТГ. Важно подчеркнуть, что ДАГ предотвращают избыточное накопление жира, увеличивая его расход после приема пищи и тем самым положительно влияя на метаболизм жиров в организме человека [22].
Биологическую активность морских ДАГ связывают также с присутствием в их составе большого количества ПНЖК. В последнее время особое внимание как дополнительный источник ПНЖК привлекают к себе биологически активные добавки к пище (БАД). Это обусловлено, с одной стороны, постоянным дефицитом указанных кислот в питании, а с другой - их исключительной эффективностью в целях профилактики и лечения нарушений липидного и углеводного обмена, в частности гиперлипидемии и СД.
ПНЖК относят к незаменимым факторам питания; их содержание должно постоянно составлять 4-6% его энергетической ценности, поэтому очень важно, чтобы в рационе здорового человека соотношение ПНЖК семейств ω-6 и ω-3 было в пределах 10:1 (при нарушении липидного обмена оно составляет 5:1 и даже 3:1). Мониторинг фактического питания населения позволяет заключить, что в рационе большинства населения соотношение ПНЖК находится в пределах 30:1 [21]. Иными словами, люди постоянно испытывают дефицит ПНЖК семейства ω-3: α-линолевой, эйкозапентаеновой (ЭПК), докозагексаеновой (ДГК) кислот. Их биологическая роль, как и ПНЖК семейства ω-6, заключается в участии в структурно-функциональной организации клеточных мембран, в частности в обеспечении молекулярных взаимодействий между белками и липидами. Кроме того, ПНЖК семейств ω-3 и ω-6 через ферментные системы так называемого эйкозаноидного каскада участвуют в биосинтезе важной группы медиаторов - эйкозаноидов (простациклинов, простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов и др.). Существенным достоинством эйкозаноидов, образующихся чаще из ПНЖК семейства ω-3 (чем ω-6), является их ингибирующее действие при развитии воспаления (рис. 1).
Поскольку ПНЖК семейства ω-3 подавляют выработку провоспалительных эйкозаноидов, способствующих развитию воспаления (они являются продуктами трансформации ПНЖК семейства ω-6), их можно отнести к потенциальным противовоспалительным агентам [5, 7]. Однако мнение, что производные ω-6 арахидоновой кислоты всегда обладают провоспалительными свойствами, т.е. способствуют развитию воспаления, представляется крайне упрощенным. Показано [8], что некоторые эйкозаноиды (например, простагландин E2,), обладающие провоспалительной активностью, в то же время оказывают ингибирующие действие на цитокины, лейкотриены и липоксин A4, которые, как известно, способствуют развитию воспаления.
Недавно описано новое семейство липидных медиаторов, производных ЭПК и ДГК, широко представленных в полярных липидах морских макрофитов, - резолвины (серии E и D). Действием этих медиаторов можно объяснить и зарегистрированные нами противовоспалительные эффекты производных ПНЖК семейства ω-3, выделенных из полярных липидов. Кроме того, модифицированный профиль жирных кислот и медиаторов липидного происхождения также может оказывать существенное влияние на продукцию цитокинов и факторов транскрипции, которые регулируют экспрессию генов воспаления [8]. Из сказанного выше можно заключить, что механизм противовоспалительного действия ПНЖК носит сложный характер и реализуется разными путями.
Рис. 1. Классический механизм противовоспалительного действия длинноцепочечных ω-3 жирных кислот
ДГК - докозагексаеновая кислота; ЭПК - эйкозапентаеновая кислота; ЛОГ - липоксигеназа; ЦОГ - циклооксигеназа; ПГ - простагландин; ТС - тромбоксан; ЛТ - лейкотриен.
Важно подчеркнуть, что потребление ДГК и ее главного субкласса - плазмалогена, входящего в состав фосфолипидов, предотвращает старение, слабоумие и гиперлипидемию, [11]. Плазмалогены - это альдегидогенные липиды, широко распространенные в природе, особенно в клетках морских гидробионтов (иногда до 22% массы всех фосфолипидов). В больших количествах плазмалогены содержатся в спинном и головном мозге, сердечной мышце и плазме крови, но при старении и гиперлипидемии концентрация плазмалогена в плазме крови значительно уменьшается [20]. Хотя функция плазмалогенов изучена слабо, установлено [15], что они проявляют высокую антиоксидантную активность, резко снижая окисляемость холестерина в липидных бислоях, а также в мембране в целом.
На экспериментальных моделях аллоксанового диабета и гиперлипидемии нами выявлено четкое положительное терапевтическое действие ЭХА, который обусловливал в крови животных нормализацию биохимических показателей, имеющих отрицательные значения у контрольных животных. Особенностью ЭХА является относительно высокая (по сравнению с другими липидорастворимыми антиоксидантами) растворимость в воде (~1 ммоль), что делает вероятным перехват водорастворимых ион-радикалов. В частности, супероксид анион-радикала ЭХА не только перехватывает пероксирадикалы, но и уменьшает концентрацию инициатора окисления путем хелатирования ионов Fe2+ [14]. Ключевую роль в антирадикальной активности и хелаторных свойствах ЭХА, а также в процессах его редокс-превращения и автоокисления определяют гидроксигруппы во 2-, 3- и 7-м положении [1]. Эффекты ЭХА связаны с его высоким окислительно-восстановительным потенциалом. При окислении этого полигидроксинафтохинона кислородом в присутствии ионов Са2+ регистрируется образование перекиси водорода [20]. В настоящее время не вызывает сомнения, что Н2О2 в оптимальных физиологических концентрациях может играть роль вторичного посредника во внутриклеточной сигнализации и передаче сигналов для межклеточного взаимодействия [23]. Можно предположить, что образующиеся под влиянием ЭХА физиологические концентрации перекиси водорода (рис. 2), принимают участие во внутриклеточной сигнализации и адаптации, регулируя прежде всего экспрессию комплекса генов и синтез белков-ферментов стресс- и антиоксидантной системы защиты клеток, а на уровне организма - принимать участие в нарушениях липидного и углеводного обменов.
Введение ЭХА, как и стимуляция инсулина, обусловливает быструю продукцию перекиси водорода, которая на ранних стадиях приводит к окислительному ингибированию протеинтирозинфосфотаз и увеличивает фосфорилирование тирозиновых остатков этих белков. Затем происходят последовательная активация фосфатидилинозитол-3'киназы, протеинкиназы В Akt-2 и максимальный клеточный транспорт глюкозы [16]. Кроме того, ЭХА взаимодействует с ДТ-диафоразой эндотелиальных клеток сосудов, продуцируя Н2О2, что вызывает сосудорасширяющее действие (вазодилатацию). В условиях ишемии и гипоксии Н2О2 является дополнительным источником получения кислорода клетками за счет функционирования каталазы. Наконец, Н2О2 выступает в роли сигнальной молекулы, вызывая резкое усиление синтеза главных регуляторов углеводного и липидного обмена видов, - PPAR [1, 19, 23].
Подобно ЭХА, полифенолы также обладают выраженным антидиабетическим и антигиперлипидемическим эффектом, способствуя существенной нормализации клинических показателей в плазме крови по сравнению с таковыми у нелеченных животных [1, 2]. Предполагают, что положительное действие полифенолов связано с отмеченным ранее их модулирующим эффектом на разные изоформы PPAR (α, δ и γ), играющие ключевую роль в защите от патологии, возникающей при развитии метаболического синдрома. Вслед за активацией изоформы PPAR формируют гетеродимеры с ретиноид-Х-рецепторами, которые могут связываться со звеньями ответа РРАR в промоторных областях экспрессируемых генов, повышая или понижая их транскрипцию [9, 18]
Рис. 2. Схема автоокисления эхинохрома А
Н5Nq - эхинохром А, Н4Nq - нафтосемихинон эхинохрома А, Н3Nq - тетракетон.
PPARγ преимущественно экспрессируются в жировой ткани и используются для лечения СД типа 2. Антагонисты РРАRγ препятствуют ожирению и обладают антидиабетической активностью. Экспрессия PPARα происходит главным образом в печени, коричневом жире, почках, сердце и скелетной мускулатуре. Активация PPARα стимулирует экспрессию липопротеинлипазы через ее активатор - аполипопротеин А-V, что также способствует снижению содержания печеночного аполипопротеина С-III, ингибитора липопротеинлипазы. Наблюдаемый в этом случае резкий подъем уровня липопротеинлипазы ведет к понижению содержания ТГ в хиломикронах и липопротеидах очень низкой плотности (ЛПОНП). Кроме того, активация PPARα приводит к увеличению уровня холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) путем возрастания экспрессии печеночных аполипопротеинов А-I и А-II, что содействует переходу холестерина из клеток в ЛПВП [18]. PPARδ экспрессируется во всех органах и тканях организма. Его активация на клеточном уровне увеличивает окисление жирных кислот и расход энергии в мышцах, стимулирует липогенез в адипоцитах и уменьшает продукцию глюкозы в печени. При этом в организме улучшается липопротеиновый профиль, снижаются уровень ТГ и инсулинорезистентность. Поэтому неслучайно PPARδ выступает в качестве мишени для потенциальных препаратов при лечении ожирения. Необходимо отметить, что все 3 подтипа PPAR играют ключевую роль в улучшении гиперлипидемического статуса, прежде всего через пути ингибирования воспаления [4, 12].
Кроме действия через сигнальные пути, PPAR обеспечивают улавливание, стабилизацию и обезвреживание активных форм кислорода [2], защищая белки, ферменты и ДНК от их прямого действия, а также проявляют противовоспалительную активность по разным внутриклеточным биохимическим путям (рис. 3). Они ингибируют образование ферментов (фосфолипазы-А2, циклооксигеназы, липоксигеназы), участвующих в образовании эйкозаноидов, вследствие чего уменьшается содержание ряда веществ (простагландинов, лейкотриенов), обладающих противовоспалительным действием, также ингибируют факторы активации транскрипции, модулирующих экспрессию провоспалительных генов (циклооксигеназы-2, индуцибельной NO-синтазы, фактора некроза опухоли α и интерлейкинов-1β и -6) [13].
Из сказанного выше вытекает, что, изменяя соотношение в рационе ПНЖК семейства ω-3 и ω-6, полученных из морских гидробионтов, можно уменьшать признаки воспаления, которые, согласно [18], обнаруживаются при гиперлипидемии и СД. Одновременно с помощью биоантиоксидантов морского происхождения можно ингибировать пути индукции воспалительных процессов в организме, нейтрализовать активные формы кислорода и блокировать патогенные цепные реакции. Однако следует признать, что в питании населения России природные источники ПНЖК семейства ω-3 используются редко. Единственный выход в этой ситуации - постоянное применение в питании БАД, содержащих концентраты ПНЖК ω-3. Определение оптимальных соотношений ПНЖК семейств ω-3 и ω-6, выделенных из морских гидробионтов, а также выяснение особенностей механизма их действия при совместном применении - важная основа для наиболее рационального их использования в качестве лечебных и профилактических средств.
Рис. 3. Предполагаемый механизм противовоспалительного действия биофлавоноидов
Ф - биофлавоноид, NSAID - нестероидное антивоспалительное средство, SAID - стероидное антивоспалительное средство, ПКС - протеинкиназа С, ПТК - протеинтирозинкиназа; МАПК - митогенный активатор протеинкиназы, iNOS - индуцибельная синтаза оксида азота, ЦОГ и ЛОГ - цикло- и липоксигеназа, TNF-α - фактор некроза опухоли α, IL-1β, -6 - интерлейкины -1β, -6, ФЛА2 - фосфолипаза А2, 5-, 12-ЛОГ - 5-, 12-липоксигеназа.
Литература
1. Кривошапко О.Н., Попов А.М., Артюков А.А. // Здоровье. Мед. экология. Наука. - 2009. - Т. 39-40, № 4-5. - С. 86-89.
2. Попов А.М., Артюков А.А., Кривошапко О.Н. и др. //. Мед. иммунология. - 2009. - Т. 11, № 4-5. - С. 331-332.
3. Попов А.М. Биологическая активность и механизмы действия вторичных метаболитов из наземных растений и морских беспозвоночных: Автореф. дис. - д-ра биол. наук. - Владивосток, 2003. - 24 с.
4. Barbier O., Torra I.P., Duguay Y. et al. // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. - 2002. - Vol. 22, N 5. - P. 717-722.
5. Baylin A., Kim M.K., Donovan-Palmer A. et al. // Am. J. Epidemiol. - 2005. - Vol. 162, N 4. - P. 373-381.
6. Bays H.E., Goldberg R.B., Truitt K.E. et al. // Arch. Intern. Med. - 2008. - Vol. 168, N 18. - P. 1975-1983.
7. Calder P.C. // Am. J. Clin. Nutr. - 2006. - Vol. 83, N 6. - Р. 15 0 5 -1519 .
8. Calder P.C. // Biochimie. - 2009. - Vol. 91, N 6. - P. 791-795.
9. Ding L., Jin D., Chen X. // J. Nutr. Biochem. - 2010. - N 3. - P. 16 - 2 1.
10. Gary F.L., Carpentier A., Adeli K. et al. // Endocr. Rev. - 2002. - Vol. 23. - P. 201-229.
11. Hiratsuka S., Koizumi K., Ooba T. et al. // J. Nutr. Sci. Vitaminol. - 2009. - Vol. 55. - P. 374-380.
12. Jay М.А., Ren J.C. // Diabetes Rev. - 2007. - Vol. 3, N 1. - Р. 3 3 - 3 9 .
13. Kim H.P., Son K.H., Chang H.W. et al. // J. Pharmacol. Sci. - 2004. - Vol. 96. - Р. 229-245.
14. Lebedev A.V. // Hemoglobin. - 2008. - Vol. 32, N 1-2. - Р. 7 9 -16 5 .
15. Maeba R., Ueta N. // J. Lipid Res. - 2003. - Vol. 44. - P. 164-171.
16. Mahadev K., Wu X., Zilbering A. et al. // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276, N 52. - P. 48 662-48 669.
17. Millar J.S., Lichtenstein A.H., Cuchel M. et al. // J. Lipid Res. - 1995. - Vol. 36. - P. 1156-1167.
18. Mueller M., Lukas B., Novak J. et al. // J Agric. Food Chem. - 2008. - Vol. 56, N 24. - Р. 11 621-11 630.
19. Perry G., Epel D. // Exp. Cell Res. - 1981. - Vol. 134. - Р. 6 5 - 7 2 .
20. Reiss D., Beyer K., Engelmann B. // Biochem. J. - 1997. - Vol. 323. - P. 807-814.
21. Rodriguez-Cruz, M., Tovar, A.R., del Prado M., Torres, N. // Rev. Invest. Clin. - 2005. - Vol. 57. - P. 457-472.
22. Yanai H., Tomono Y., Ito K. et al. // Nutr. J. - 2007. - Vol. 6. - P. 43.
23. Veal E.A., Day A.M., Morgan B.A. // Mol. Cell. - 2007. - Vol. 26, N 1. - P. 1-14.