Строение и номенклатура кининов и других компонентов каликреин-кининовой системы (ккс)

Термином "кинины" обозначается группа нейровазоакгивных по­липептидов, содержащих как минимальную структурную единицу ли­нейный нонапептид БК. Поскольку в организме человека и млекопитающих кинины в свободном состоянии практически не встречаются (за исключением мочи), а образуются в крови и тканях из неактивных предшественни­ков, эти пептиды, а также образующие и разрушающие их ферменты объединяют в ККС (Erdos, 1976).

БК образован пятью аминокислотами, имеющими L-конфигурацию: серином, глицином, фенилаланином, пролином и аргинином (Apr). Характерной особенностью БК является наличие остатков Apr на N- и С-концах полипептидной цепи, придающих ему свойства ос­нования (изоэлектрическая точка находится при рН 10,0). Наличие трех остатков пролина обусловливает необычно жесткую конформацию фермента молекулы БК и отсутствие α-спиральной конфигурации. Изучение конформационного состояния БК в растворах показало, что в диапа­зоне рН 2-8 БК имеет циклическую конформацию за счет ионогенных групп (Apr¹ и Apr⁹), расположенных на противоположных концах мо­лекулы.

Для проявления биологической активности БК необходимо нали­чие двух концевых остатков Apr, включающих свободные гуанидиновые группы, замена которых, например на нитрогруппы, снижает ак­тивность БК в 100 раз.

Наряду с БК и каллидином (представляющим собой 10-членный полипептид, содержащий дополнительную группировку лизина, Лиз-БК), из плазмы крови млекопитающих выделен образованный 11 ами­нокислотами метионил-лизил-брадикинин (Мет-Лиз-БК). Биологиче­ской активностью обладает и октапептид дес-Арг⁹-БК, который в оп­ределенных условиях образуется в организме человека и животных из БК.

Существует также ряд веществ пептидной структуры, выделенных из земноводных, насекомых и моллюсков (физалемин и др.), которые по характеру биологического действия относят к кининам ("пахикинины").

Согласно номенклатуре ККС (Webster, 1966), субстраты, из кото­рых кинины образуются, названы кининогенами, ферменгы, образую­щие кинины, — кининогеназами (калликреинами), а предшественники — прекалликреинами. Ферменты, разрушающие кинины, называют кининазами.

Метаболизм кининов

В организме человека и млекопитающих кинины образуются из неактивных предшественников — кининогенов, находящихся в плазме крови, лимфе, межтканевой жидкости и тканях. Кининогены, пред­ставляющие собой кислые гликопротеиды, существуют в двух видах: а) низкомолекулярный кининоген (НМК) и б) высокомолекулярный (ВМК). НМК является основным источником кининов в тканях; его мол. м. составляет около 70 ООО (у человека). ВМК присутствует глав­ным образом в плазме крови, где из него образуются кинины; его мол. м. составляет 120 ООО (у чел.).

Главное отличие НМК от ВМК состоит в отсутствии у первого боль­шого фрагмента полипептидной цепи ("гистидин-богатого пептида"), необходимого ВМК для реализации его прокоагулянтной активности.

Образование кининов (БК, Лиз-БК) происходит при взаимодей­ствии кининогенов с активированными кининообразующими фермен­тами — калликреинами. В физиологических условиях реакции кининообразования протекают строго согласованно между собой и обеспе­чивают генерализованное или местное образование кининов в опреде­ленных и при этом в весьма малых количествах (в норме концентра­ция кининов в плазме крови составляет 0,01-3,0 нг/мл): Узкая суб­стратная специфичность калликреинов обусловливает их взаимодейст­вие с соответствующими субстратами, при этом плазменные калликреины (К.Ф.3.21.34) проявляют высокое сродство к ВМК, а тканевые (К.Ф.3.21.35) - к НМК.

Активность ККС, реализующей свои функции путем образования кининов, регулируется, с одной стороны, сложным механизмом есте­ственных ингибиторов калликреина, а с другой — действием инактивирующих кинины ферментов — кининаз. Эндогенные ингибиторы кал­ликреинов, обнаруженные в крови и тканях человека и животных, сущест­венно различаются как по строению, так и по специфичности действия.

В плазме крови обнаружены три ингибитора калликреина: С1-ин-активатор, а₂-макроглобулин и комплекс антитромбина III с гепарином.

Другим важным механизмом, регулирующим активность ККС, является инактивация кининов, осуществляемая кининоразрушаюшими ферментами. Наибольшее значение в процессах инактивации ки­нинов имеют кининазы, разрушающие пептидные связи на карбок­сильном конце молекул БК и Лиз-БК (каллидина). Среди них, в свою очередь, важную роль играют два металлофермента — кининаза I и II, которые имеют некоторые сходные свойства, но различную локализа­цию в организме и различные точки действия в молекуле кининов.

Кининаза I, или карбоксипептидаза N (К.Ф.3.4.12.7), является экзопептидазой, отщепляющей С-терминальный остаток Apr от моле­кул БК и Лиз-БК, в результате чего образуется дес-Арг⁹-БК и дес-^х Арг¹⁰-Лиз-БК — два метаболита кининов, потенциально обладающих биологической активностью. Кининаза I представляет собой большой белок с мол. м. около 280 ООО, активный не только по отношению к кининам, но и к СЗа анафилатоксину и другим пептидам, имеющим остатки Apr и Лиз на карбоксильном конце молекулы. Фермент чувст­вителен к рН среды. В кислой среде (рН 2-3) он необратимо инактивируется; в буферных растворах максимум его активности проявляется при рН 7-7,5.

Другим ведущим кининоразрушающим ферментом, который так­же осуществляет инактивацию кининов по карбоксильному концу мо­лекулы, является кининаза II (К.Ф.3.4.15.1). Этот фермент, называе­мый также дипептидил-карбоксипептидазой (ДКП) и карбоксикатепсином, отщепляет дипептидный фрагмент Фен⁸-Apr⁹ от молекулы БК и таким образом полностью инакгивирует этот пептид. В отличие от циркулирующей в крови кининазы I, кининаза II является мембрано-связанным ферментом и локализована на мембранах эндотелиальных клеток, выстилающих внутреннюю поверхность сосудов. В связи с этим особенно высокие концентрации данного фермента обнаружены в органах с обильной васкуляризацией: в легких, почках и др. Харак­терной особенностью кининазы II (ДКП) является способность гидролизовать вторую пептидную связь при карбоксильном конце молекул ряда пептидов, в том числе кининов. Благодаря этому свойству фер­мент отщепляет дипептидные фрагменты от молекул не только БК, но ангиотензина I, Лей- и Мет-энкефалинов.

Быстрая инактивация БК и Лиз-БК кининазами I и II определяет кратковременность действия кининов в организме. Период полусуще­ствования БК и Лиз-БК в крови собак составляет 0,27 и 0,32 мин со­ответственно. Близкие данные были получены в опытах на кошках. Инактивация кининов в значительной степени происходит в легких. От 80 до 90 % биологической активности Б К устраняется за несколько секунд его прохождения через сосуды малого круга кровообращения.

Особый интерес как с теоретической, так и с практической точки зрения представляют данные об идентичности кининазы II (ДКП) ангиотензин I-превращающему ферменту, катализирующему превра­щение биологически малоактивного ангиотензина I в активный прессорный октапептид ангиотензин II. Таким образом, ДКП является ключевым ферментом, который осуществляет регуляцию активности двух нейрогуморальных систем организма — ККС и ренин-ангиотензиновой (РАС) (В.Н. Орехович и соавт., 1984).

Значительно меньший, чем кининазы I и II, вклад в инактивацию кининов вносят другие кининоразрушающие ферменты: карбоксипеп­тидаза В и химотрипсин, эндопептидаза, выделенная из мозга кроли­ков, аминопептидаза плазмы крови. Причем последний фермент от­щепляет Лиз¹ в молекуле Лиз-БК (каллидина) и дипептид Арг'-Про² в молекуле Мет-Лиз-БК, но не действует на связь AprMlpo² в молекуле БК.

Рассматривая метаболизм кининов в целом, следует отметить, что эти полипептиды присутствуют в крови и тканях в весьма низких кон­центрациях, являющихся следствием равновесия, наблюдаемого между многоступенчатыми процессами их образования и инактивации. Внут­ренние и внешние факторы, запускающие каскад энзиматических ре­акций кининообразования путем активирования калликреина плазмы крови или тканевых калликреинов, вызывают образование кининов, концентрация которых в крови и тканях регулируется весьма эффек­тивными механизмами эндогенных ингибиторов калликреинов и кининаз, быстро и полно инактивирующих эти пептиды. Таким образом, осуществляемая энзиматическими механизмами саморегуляция актив­ности ККС.

Эффекты кининов

Сердечно-сосудистая система

При внутрисосудистом (внутривенном или внутриартериальном) введении кинины вызывают кратковременное понижение системного АД, увеличение скорости местного и общего кровотока, расширяют сосуды (в основном артериолы), понижают периферическое сопротив­ление, повышают тонус вен, частоту и силу сердечных сокращений, увеличивают проницаемость микрососудов, изменяют микроциркуляцию.

Вызываемое БК и другими кининами понижение АД наблюдается как у людей, так и у различных видов лабораторных животных, в связи с чем кинины называют "гипотензивными пептидами". Пороговая доза БК, вызывающая снижение АД, составляет 0,02-4 мкг/кг. Наиболее чувствительны в этом отношении кролики и собаки. Гипотензивный эффект БК носит дозазависимый характер, а его выраженность зави­сит от пути введения — в артериальное или венозное русло.

В механизме гипотензивного действия кининов следует учитывать понижение периферического сопротивления, а также перераспределе­ние кровотока (в сердце, почках, печени, мышцах, кишечнике и др.) и изменения кровообращения в микроциркуляторном русле.

Одним из значимых свойств кининов является их влияние на микроциркуляцию. Анализ микроциркуляторных эффектов кининов показывает, что внутрисосудистое или внутрикожное их введение вы­зывает быстрое расширение артериол и повышение давления в капил­лярах и венулах. При этом благодаря особенностям строения стенки микрососудов наблюдается сокращение выстилающих их внутреннюю поверхность эндотелиальных клеток и расширение межэндотелиаль-ных щелей ("округление" клеток).

Таким образом, в концентрациях, превышающих физиологиче­ские, кинины создают условия, которые способствуют выходу жидкой части крови с растворенными в ней веществами, включая белки, в экстравазальное пространство. Эффлюкс жидкости из крови в ткани ведет к формированию отека, что и наблюдается при патологических состояниях.

Гладкомышечные органы

Второй точкой приложения действия БК, Лиз-БК и других кини­нов в организме является внесосудистая гладкая мускулатура. БК и Лиз-БК (каллидин) вызывают характерное медленное (в отличие от АХ, гистамина или серотонина, вызывающих быстрое повышение то­нуса гладких мышц) сокращение или расслабление различных изоли­рованных тест-объектов: матки крысы, подвздошной кишки морской свинки, тощей и подвздошной кишки, двенадцатиперстной и толстой кишки крысы и др. Указанные эффекты кинины вызывают уже начи­ная с концентрации 1-10^-10-1-10^-9 г/мл. Перечисленные изолированные органы являются высокочувствительными тест-объектами к действию БК и Лиз-БК и широко используются в фармакологических экспери­ментах, а также для количественного определения кининов.

В связи с тем, что матка крысы и тонкий кишечник морских сви­нок реагируют также и на ряд других агонистов — АХ, гистамин, серо­тонин, простагландины (ПГ), для проведения указанных выше опреде­лений используют в качестве тест-объекта и подвоздушную кишку кошки, отличающуюся большей чувствительностью и избирательно­стью к действию кининов.

Некоторые органы, например двенадцатиперстная кишка крысы, реагируют на стимуляцию БК расслаблением. У интактных животных действие кининов на экстравазальную гладкую мускулатуру, как пра­вило, выражено слабее, чем в условиях изоляции гладкомышечных органов из организма. Исключение составляет бронхоконстрикгорная реакция, развивающаяся у морских свинок при внутривенном введе­нии БК в дозах 5-25 мкг/кг.