Стадии биосинтеза

Биосинтез стероидных гормонов проходит сложную последова­тельность контролируемых ферментами этапов (рис. 3—17 [37, 38]. Ближайшим химическим предшественником надпочечнико­вых стероидов является холестерин, который не только поглоща­ется клетками коры надпочечников из крови, но и образуется внутри этих клеток. Синтез холестерина начинается с ацетил-СоА и проходит через ряд промежуточных продуктов. Точное соотно­шение поглощенного из крови и образованного в самих клетках холестерина неизвестно, но, по-видимому, оба процесса играют существенную роль в обеспечении биосинтеза стероидных гормо­нов необходимым субстратом. Холестерин, будь то поглощенный из крови или синтезированный в коре надпочечников, накапли­вается в цитоплазматических липидных каплях (см. раздел, по­священный клеточному пути биосинтеза). Затем в митохондриях холестерин превращается в прегненолон путем образования вна­чале 20а-оксихолестерола, потом 20а, 22-диоксихолестерола и, на­конец, расщепления цепи между 20-м и 22-м углеродным атомом с образованием прегненолона. Считается, что превращение холе­стерина в прегненолон является ограничивающим скорость этапом биосинтеза стероидных гормонов и что именно этот этап кон­тролируется стимуляторами надпочечников: АКТГ, калием и ан­гиотензином II. В отсутствие стимуляторов надпочечники образуют очень мало прегненолона и стероидных гормонов. Пре­гненолон трансформируется в глюко-, минералокортикоиды и по­ловые гормоны тремя разными ферментативными реакциями. Ос­новной путь, наблюдаемый в пучковой зоне, включает дегидриро­вание 3|3-гидроксильной группы прегненолона с образованием прегн-5-ен-3,20-диона, который затем подвергается изомеризации в прогестерон. В результате серии гидроксилирований прогесте­рон превращается в 17а-оксипрогестерон под влиянием системы 17а-гидроксилазы, а затем в 17а, 21-диоксипрогестерон (17-оксидезоксикортикостерон, 11-дезоксикортизол, соединение S) и, на­конец, в кортизол в ходе 11-гидроксилирования (соединение F). У крыс главным глюкокортикоидом, синтезируемым в коре над­почечников, является кортикостерон; небольшое количество кор­тикостерона продуцируется и в коре надпочечников человека. Путь синтеза кортикостерона идентичен таковому кортизола, за исключением лишь отсутствия этапа 17а-гидроксилирования. Альдостерон образуется из прегненолона в клетках клубочко­вой зоны путем, отличающимся от пути синтеза кортизола нес­колькими моментами. Клубочковая зона не содержит 17-гидроксилазы и поэтому лишена способности синтезировать кортизол. Вместо него образуется кортикостерон, часть которого под дейст­вием 18-гидроксилазы превращается в 18-оксикортикостерон и за­тем под действием 18-оксистероиддегидрогеназы — в альдостерон. Поскольку 18-оксистероиддегидрогеназа обнаружена только в клу­бочковой зоне, считается, что и синтез альдостерона ограничен этой зоной.

Рис. 3—17. Схематическое изображение внутриклеточного процесса биосин­теза кортикостероидов в надпочечниках. Следует обратить внимание на точку разветвления путей после образования прогестерона, в которой на­чальное 21-гидроксилирование приводит к образованию минералокортикои­дов (кортикостерон, альдостерон), а 17-гидроксилирование — к образованию глюкокортикоидов (кортизол) [Malamed, 39].

Хотя главными физиологически значимыми стероидными гор­монами, продуцируемыми корой надпочечников, являются корти­зол и альдостерон, эта железа образует и небольшие количества андрогенов и эстрогенов, синтезируемых 3-м путем, в ходе кото­рого 17,20-десмолаза превращает 17-оксипрогненолон и 17а-окси-ирогестерон в слабые андрогены дегидроэпиандростерон и ^-андростендион соответственно. Небольшие количества этих андро­генов превращаются в андрост-4-ен-3,17-дион и тестостерон. По всей вероятности, из тестостерона образуются также небольшие количества эстрогена 17бета-эстрадиола.

В норме превращение прегненолона в конечные продукты — кортизол, альдостерон, кортикостерон и дегидроэпиандростерон — происходит столь быстро, что эти продукты (но ни один из интермедиатов) являются единственными, которые накапливаются в количествах, достаточных для обеспечения физиологически зна­чимой секреции.

Различные ферменты, принимающие участие в биосинтезе сте­роидов, можно разделить на три класса: гидроксилазы и лиазы (отщепляющие боковые цепи), требующие кислорода и НАДФ-Н; дегидрогеназы, которые используют НАД⁺ в качестве акцептора водорода и катализируют обратимые реакции; изомеразы, коферменты которых не идентифицированы. Гидроксилазы включают в себя несколько белков; они идентифицированы как ФАД-со дер­жащий флавопротеин, негемовый железопротеин — адренодоксин и протопорфирин, гемопротеин — цитохром Р-450.

Источником восстановительной энергии для гидроксилирования является НАДФ-Н. В митохондриях и гладком эндоплазматиче­ском ретикулуме, по-видимому, происходят близкие мультикомионентные реакции гидроксилирования. Однако компоненты сис­тем в органеллах обоих типов различаются. В митохондриях для переноса электронов на цитохром С или цитохром Р-450 необхо­дим как специфический флавопротеин, так и адренодоксин. В эн­доплазматическом ретикулуме главным участником переноса элек­тронов является другой флавопротеин, непосредственно восста­навливающий цитохром С; перенос же электронов на цитохром Р-450 облегчается, по-видимому, фосфолипидом.

Следует отметить существование врожденных клинических со­стояний, обусловленных дефицитом одного или нескольких фер­ментов, участвующих в реакциях биосинтеза. В этих условиях скорость ограничивающим становится тот этап биосинтетического процесса, который катализируется дефицитным ферментом, при­чем накапливаются и секретируются в избыточных количествах предшественники (субстраты) замедленной реакции. В настоящее время выяснены следующие клинические формы этих состояний дефицит 2-гидроксилазы (встречается чаще всего), сочетание де­фицита 21-гидроксилазы с дефицитом 18-гидроксилазы, дефицит 11-гидроксилазы и 17-гидроксилазы. Еще две формы являются следствием дефицита либо 3-оксистероид-дегидрогеназы, либо 18-оксидегидрогеназы. Все эти ферментные блоки приводят к не­достаточной продукции и секреции кортизола — наиболее важного регулятора выделения АКТГ по принципу обратной связи. В ре­зультате уровень АКТГ в крови резко повышается и кора надпо­чечников становится объектом интенсивной стимуляции. Развива­ется выраженная гиперплазия ее. Продукция стероидов, образующихся проксимальнее заблокированного этапа процесса биосинтеза, увеличивается во много раз и достигает патологиче­ского уровня. Например, при недостаточности активности 21-гид­роксилазы вследствие дефицита кортизола и альдостерона возни­кают гипогликемия и потеря соли, а вследствие избыточной продукции слабых андрогенов — дегидроэпиандростерона и ^-андростендиона — развивается выраженная вирилизация. Лечение кортизоном или кортизолом приводит к подавлению секреции АКТГ и снижению количества секретируемых надпочечниковых андрогенов.

Некоторые вещества оказывают избирательное ингибиторное действие на ферменты стероидогенеза. Метиранон, 2-метил-1,2-ди-3-пиридил-1-пропанон (SU 4885), снижает или полностью ин­гибирует 11-гидроксилазу, что приводит к снижению секреции кортизола и одновременному увеличению секреции дезоксикортикостерона и 11-дезоксикортизола вследствие увеличения секреции АКТГ. Доказана большая клиническая польза метирапонового теста на функциональную целостность надпочечниково-гипофизарной оси; адекватное повышение уровня 11-дезоксикортизола в крови или 17-оксистероидных метаболитов в моче после введения этого вещества является веским доказательством сохранения функ­ции как коры надпочечников, так и гипофиза. Аминоглютетимид (2-этил-2-аминофенил глютарамид) тормозит превращение холе­стерина в 20-оксихолестерол; это приводит к накоплению холе­стерина в коре надпочечников и ингибированию синтеза кортикоидов. Соединение 1,1-дихлор-2-(о-хлорфенил)–2-(р-хлорфенил)-этан (о, р-ДДД) вызывает дегенеративные изменения именно в митохондриях надпочечников, вследствие чего тормозится секре­ция адренокортикостероидов. Механизм действия этого вещества сводится, по-видимому, к широкому угнетению активности мно­гих ферментов коры надпочечников. Как аминоглютетимид, так и о, р-ДДД с определенным успехом применяются в лечении кар­циномы коры надпочечников.

Рис. 3—18. Часть адренокортикальной клетки крысы. а — ЛК — липидная капля: М — митохондрия; ГЭР — гладкий эндоплазматический ретикулум; ПМ — плазматическая мембрана. Следует обратить внимание на скуд­ность шероховатого эндоплазматического ретикулума. х21 000; б — круглые струк­туры в матриксе митохондрий — это срезы через пузырьки и в некоторых случаях— через трубочки. Стрелками показаны взаимосвязи между трубочками и/или пузырь­ками (см. рис. 3—19) (Malamed). Электронная микрофотография. х42 700.