Нейропептиды

Классификация нейропептидов основана на сочетании трёх принципов: функционального, структурного и топологического:

 

Первое семейство

Либерины и статины (релизинг-факторы) гипоталамуса — объединяет общность одной из главных функций, состоящей в регуляции выхода гормонов гипофиза и общность места образования установленного первыми исследователями этих НП. Либерины стимулируют выход (а в ряде случаев и синтез) определенных гормонов из клеток гипофиза, а статины тормозят его. По структуре они весьма разнообразны. Что касается места их образования, то синтез этих НП происходит не только в гипоталамусе, но и во многих других отделах мозга и организма в целом. В гипоталамусе синтезируется та часть либеринов и статинов, преимущественной (но не единственной) функцией которых является действие на гипофиз. Тем не менее ассоциация либеринов и статинов прежде всего с гипоталамусом стала традицией.

Помимо действия на выход гипофизарных гормонов каждый из либеринов и статинов обладает большим числом биологических активностей, осуществляемых прямым действием на определенные нейроны и другие клетки мозга и организма. Так, тиролиберин является мощным стимулятором эмоционального поведения, двигательной активности, дыхательного центра и др.

Люлиберин — главный фактор, усиливающий половое поведение не только через усиление секреции гонадотропных гормонов, но и непосредственным действием на отделы мозга. Кортиколиберин, открытый как индуктор выхода АКТГ, непосредственно подавляет половое поведение и потребление пищи, будучи одновременно антидепрессантом и стимулятором эмоционального поведения. Типичным статином широкого спектра действия является соматостатин. Помимо подавления выхода гормона роста он является умеренным ингибитором настолько большого числа других функций, что его называют иногда пангибином. В их число входит способность подавлять моторику и секрецию желудочно-кишечного тракта, что нашло уже применение при лечении тяжелых форм язвенной болезни, связанных с кровотечениями. Развитие некоторых форм рака (например предстательной железы) тормозится соматостатином.

 

Второе семейство –  опиаты

В отличие от либеринов и статинов эти НП имеют общие особенности структуры. Они содержат в качестве активного центра Met- или Leu-энкефалиновые последовательности или (в группе параэнкефалиновых опиоидов) аналоги этих последовательностей. Первыми были выделены два аналогичных пентапептида, названные энкефалинами и имеющие аминокислотные последовательности:

Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Met-энкефалин

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Leu-энкефалин

Большинство из опиоидов обладает более или менее выраженным обезболивающим действием, реализуемым через рецепторы, впервые описанные в связи с изучением механизмов действия классических непептидных опиатов — морфина, налоксон и др. Однако не менее важными представляются их активности в отношении высших функций мозга: снижение эмоционального поведения ("внутренние нейролептики"), индукция "чувства удовлетворения, вознаграждения", т.е. функция внутренних факторов подкрепления, и др. Некоторые из представителей этого семейства (например "гепта-" и "октапептиды", FMRF и α-эндорфин) ведут себя как частичные антагонисты классических опиоидов. Особенно показателен в этом отношении α-эндорфин. Если β-эндорфин, γ-эндорфин и дез-тирозил-γ-эндорфин снижают эмоциональное поведение, то α-эндорфин его усиливает, вызывая эффекты, подобные эффектам такого психостимулятора, как фенамин. Наконец, такой НП, как β-эндорфин, оказался мощным активатором разновидности лимфоцитов, убивающих раковые клетки, т.е. одним из важных регуляторов системы иммунитета, химическим посредником между этой системой и нервной системой. Заметим, что осуществление такой гуморальной связи — "нервная система — сома" — характерно и для других НП.

Источники опиоидных НП в организме  многообразны: большая часть эндорфинов и часть мет-энкефалина образуется в гипофизе; динорфины, неоэндорфииы, леуморфин, риморфин — преимущественно в мозге (или исключительно в нем); адренорфин, "окта-" и "гептапептиды" — преимущественно в надпочечнике; большая часть лей-энкефалина и часть мет-энкефалина имеет источником надпочечник и мозг. Особого упоминания заслуживание такой пищевой источник опиоидных НП, как продукты неполного гидролиза казеина и глютена в желудочно-кишечном тракте, среди которых обнаружены аналоги энкефалинов — казаморфин и глюторфин. Пока неясны количества, в которых они могут образоваться, степень их всасывания и их вклад в баланс опиоидов организма.

Для энкефалинов выполняются некоторые основные критерии для нейромедиаторов: они были определены гистохимически среди других тканей в дорсальном спинном мозге, т.е. в области, ответственной за проведение болевых сигналов. Они найдены в малых промежуточных нейронах, но не на главных нервных путях, где роль медиатора выполняет вещество Р. Это позволяет утверждать, что опиатные пептиды могут ингибировать пресинапсическое высвобождение вещества Р. Энкефалины, благодаря взаимодействию с опиатными μ-рецепторами, блокируют высвобождение субстанции Р, активируя кальций-зависимые калиевые каналы и уменьшая длительность потенциала действия. Другие опиоидные пептиды связываются со вторым подтипом опиатных рецепторов (κ-рецепторов). Они уменьшают высвобождение медиатора, ингибируя потенциалзависимые кальциевые каналы.

Высокие концентрации энкефалинов присутствуют также в лимбической системе, которая участвует в регуляции эмоций.

Опиатные рецепторы уже охарактеризованы как специфические медиаторные рецепторы. Опиатные пептиды конкурируют с синтетическими опиатами за участки связывания. Наиболее высокая связывающая способность обнаружена в нервных окончаниях среднего мозга и таламуса, миндалевидном теле и желатинообразной субстанции спинного мозга.

Также как опиаты, энкефалины тормозят нейрональную активность путём снижения проводимости для ионов Na+, оказывая, по-видимому, прямое влияние на натриевые каналы. Показано, что энкефалины эффективно ингибируют аденилатциклазу, что свидетельствует о роли циклических нуклеотидов как вторичных мессенджеров в каскадных механизмах энкефалинового действия.

Разнообразие биологических свойств  энкефалинов позволяет рассматривать их в качестве эндогенных регуляторов многих физиологических и патологических процессов в организме. В связи с этим, изучение механизмов функционирования энкефалинов открывает новые возможности медицинской практики в связи с перспективами их экзогенного введения в организм в качестве средств, идентичных или близких по природе к эндогенным при тех или иных патологиях центральной нервной системы (ЦНС).

Не исключено, что такой широкий  спектр биологических свойств опиоидов обусловлен функционированием протеолитических ферментов, участвующих как в процессинге, так и инактивации опиоидов.

Рассматривая пептидные опиоиды, нельзя не упомянуть обнаружение в организме опиоидов непептидной природы. К ним относятся сальсолинол , папаверолин и β-карболины, образующиеся особенно интенсивно при алкоголизме, при нарушение дофаминового цикла, а также некоторые количества кодеина, морфина, 6-ацетил-морфина и некоторых других алкалоидов, находимых в организме животных и человека вне связи с наркоманиями, алкоголизмом и особенностями диеты. Понятно некоторое недоумение, которое эти данные вызывают, но сейчас работы по выявлению этих соединений не вызывают методических возражений. Дискутируется вопрос о месте их синтеза. Предполагается, что синтез некоторых из них могут осуществлять какие-то бактерии в кишечнике из предшественников, поступающих с растительными продуктами.

 

Третьего семейства НП

Адренокортикотропвый гормон (АКТГ) — давно известен как гипофизарный гормон, функция которого состоит в индукции выделения кортикостероидов из надпочечника. Сейчас, однако, доказаны его синтез в ряде отделов мозга и прямое участие в таких функциях мозга, как уровень внимания к внешним сигналам, запоминание, обучаемость. Установлена ключевая роль для осуществления последних функций фрагмента молекулы АКТГ с 4-го по 7-й а.о. — МЕНF. Этот же фрагмент с той же функциональной характеристикой выявлен у меланотропных пептидов. Синтезирован ряд аналогов МЕНF, которые предполагается использовать для стимуляции внимания и запоминания человека.

 

 

Четвертое семейство НП

Включает вазопрессины и окситоцины, четко объединяется общностью структуры  и преимущественного места секреции — нейрогипофиза. Синтез этих НП происходит главным образом в гипоталамусе, и они представлены в ряде отделов мозга. Вазопрессин давно известен как гормон — дистантный ингибитор диуреза и вазопрессор, а окситоцин —как стимулятор сокращения матки при родовой деятельности. Однако сейчас стало очевидным их участие в формировании долговременной памяти. Дискутируется вопрос о том, является ли это действие прямым или осуществляется через действие на эмоциональное состояние и избирательное внимание. Вазопрессин является при этом стимулятором, а окситоцин — частичным ингибитором.

Пятое семейство

Пятое семейство НП получило название — панкреатические пептиды —  в значительной мере по месту первичного обнаружения. Название это, хотя и общепринято, является иногда источником недоразумений, ибо, например, инсулин, являющийся типичным полипептидным гормоном поджелудочной  железы, не имеет ничего общего с  этими НП ни по структуре, ни по главным  функциям. Наиболее изученный представитель  панкреатических пептидов — иейропептвд Y — широко представлен не только в органах желудочно-кишечного тракта, но и в головном мозге. Он является участником поддержания тонуса сосудов мозга и организма в целом. Он же стимулятор пищедобывательного поведения; это его свойство неожиданным образом сочетается с некоторым анксиолитическим действием.

Шестое семейство

Наиболее изученный представитель  шестого семейства НП— вазоактивный интестинальный пептид (ВИП) — подобно НпY был впервые обнаружен в желудочно-кишечном тракте. Однако именно он (наряду с холецистокинином) содержится в особенно высоких концентрациях в коре головного мозга. Несомненной является его способность снижать тонус гладкой мускулатуры сосудов, в том числе мозга и бронхов. В последнее время показано его участие в формировании полового поведения и функциях органов репродукции. В связи с данными о регуляции сна ВИП отметим существование еще одного пептида, способного усиливать процессы, лежащие в основе сна. В данной классификации не удалось сформировать семейство, в которое входил бы так называемый пептид дельта-сна (ПДС). Он стоит по структуре и другим признакам особняком по отношению к другим НП. Его наиболее выраженное действие проявляется в индукции дельта-волновой активности мозга, регистрируемой электроэнцефалографически и характерной для ортодоксальной фазы сна. Практически важна также его способность облегчать стрессовые состояния.

 

Седьмое семейство

В коре головного мозга наряду с  вазоактивным интестинальным пептидом очень высоко содержание представителя седьмого семейства НП — холецистокинина-8. Первично найденный опять-таки в желудочно-кишечном тракте, он оказался чрезвычайно мощным ингибитором пищедобывательного поведения. Введение его в количествах порядка 1010 — 1012 г в третий желудочек мозга длительно голодавших животных на несколько часов снимало пишедобывательное поведение. Еще меньший по размеру вариант холецистокинина, содержащий всего 4 аминокислотных остатка, оказался одним из внутренних факторов, индуцирующих состояние тревожности и страха.

Восьмое семейство 

Наиболее изученный представитель  восьмого семейства НП — вещество Р —является первым из НП, который был идентифицирован как нейромедиатор в путях проведения сенсорных импульсов. Обладает очень сложным спектром центральных и периферических эффектов, из которых особенно интересно его участие в индукции нейрогенного воспаления. Вещество Р открыто в 1931 г. фон Эйлером и Гаддумом в экстрактах мозга и пищеварительного тракта. Было обнаружено, что оно вызывает сокращение гладких мышц кишечника и расширение кровеносных сосудов, причем для проявления эффекта у человека при внутривенном введении достаточно всего нескольких нанограммов пептида. Позднее вещество Р, выделенное преимущественно из гипоталамуса, было очищено до гомогенного состояния. Его физиологическая роль пока не выяснена. Высвобождение этого пептида после сенсорной стимуляции было показано на дорсальном роговидном отростке спинного мозга. Как уже отмечено, этот процесс ингибируется энкефалином. Вещество Р действует путем деполяризации постсинаптической мембраны и является, следовательно, медиатором сенсорной стимуляции.

 

Десятое семейство

Нейротензин — десятое семейство НП — сходен с опиоидными НП по обезболивающей активности (особенно при центральном введении), но реализуется этот эффект не через опиоидные рецепторы; структурным сходством нейротензин не обладает. Характерным является сочетание у нейротензина аналготической активности с гипотермическим и гипотензивным действием — интересным в медицинском плане.

 

Одиннадцатое семейство

Самый мощный из известных гипотермических  факторов — бомбезин — является представителем одиннадцатого семейства НП. Глубокое снижение температуры он вызывает при центральном введении. Интерес к нему связан, в частности, с его возможной ролью при зимней спячке.

Двенадцатое и тринадцатое  семейства

Два НП — брадикинин и ангиотензин II — давно исследуются главным образом как факторы, участвующие в формировании тонуса сосудов. Брадикинин и его аналоги являются вазодилятаторами, ангиотензин II — вазоконстриктор. Известные пути их синтеза не связаны с нервными клетками, хотя ряд эффектов реализуется посредством влияния на синаптическую передачу (например ангиотензин II —на адренергические синапсы). Оба пептида обнаружены в головном мозге, причем установлена способность ангиотензина II возбуждать жажду при центральном введении.

Четырнадцатого семейство

Названия НП четырнадцатого семейства  нередко приводят к недоразумениям. Так, в англоязычной литературе они  называются "calcitonin gene related peptides" и обозначаются как СGRP. В данном случае точный перевод — "пептиды, кодируемые геном, подобным гену кальцитонина" — является слишком громоздким. Поэтому все чаще используется в качестве

тривиального названия термин ко-кальцигенин. Биологическая активность ко-кальцигенина проявляется очень наглядно — введение всего лишь около 1014 моля этого НП под кожу человека вызывает довольно длительное расширение артериол, усиление кровотока и (особенно совместно с веществом Р) диапедез из сосудов форменных элементов крови. Вместе с ВИП и НпY ко-кальцигенин участвует в регуляции тонуса сосудов мозга, коронарных сосудов и др.

Пятнадцатое семейство

НП пятнадцатого семейства —  атрнопептиды — до последнего времени считались факторами сугубо периферического происхождения и действия. Главный их источник — кардиомиоциты предсердия. Атриопептиды значительно усиливают диурез и особенно натрий-урез. Сейчас, однако, доказано, что атриопептиды синтезируются и в головном мозге. Таким образом, история их исследования подобна описанной выше для ряда пептидов, обнаруженных сначала на периферии, а затем в головном мозге. На очереди — выявление их функций в ЦНС.

 
Шестнадцатое семейство