| ![]() |
![]() |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Маев И.В., Андреев Д.Н., Заборовский А.В. Фундаментальные основы кислотопродукции в желудке. Медицинский совет. 2018;(3):7-14.
10.21518/2079-701X-2018-3-7-14 Фундаментальные основы кислотопродукции в желудке
И.В. Маев, д.м.н., профессор, Д.Н. Андреев, к.м.н., А.В. Заборовский, к.м.н. В статье проведена систематизация современных литературных данных о фундаментальных основах кислотопродукции в желудке. Описаны ионные транспортные системы париетальной клетки, задействованные в синтезе соляной кислоты. Рассмотрена молекулярная структура Н+, К+-АТФазы (протонной помпы). Охарактеризованы различные пути регуляции желудочной кислотопродукции (нейральная, гормональная и паракринная) и процессы внутриклеточной сигнальной трансдукции париетальной клетки. Ключевые слова: соляная кислота, кислотопродукция, антисекреторная терапия, кислотозависимые заболевания, ингибиторы протонной помпы. Basics of gastric acid secretion
I.V. Maev, MD, Prof., D.N. Andreev, PhD in medicine, A.V. Zaborovsky, PhD in medicine Keywords: hydrochloric acid, acid secretion, antisecretory therapy, acid-dependent diseases, proton pump inhibitors. ВВЕДЕНИЕБлагодаря успехам фундаментальной биологии и медицины на сегодняшний день известно, что желудок выполняет ряд важнейших физиологических функций, одной из которых является продукция соляной кислоты [1, 2]. Исследования отечественных и зарубежных ученых позволили установить, что соляная кислота желудка обладает спектром плейотропных эффектов, играющих значительную роль в процессах пищеварения, моторики, а также протекции [1, 3]:
МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРИЕТАЛЬНЫХ КЛЕТОК
Париетальные клетки имеют относительно большие размеры (диаметр клеток составляет 20–25 мкм), овальную или пирамидальную форму и большое количество митохондрий (рис. 1) [2]. Характерной особенностью этих клеток является наличие выпячиваний (инвагинаций), расположенных на апикальной (направленной в сторону просвета железы) мембране, благодаря чему образуются так называемые секреторные канальцы [1, 3]. Впячивания мембраны направлены внутрь клетки. Секреторные канальцы значительно увеличиваются во время секреции кислоты. Это дало основание Гольджи еще в 1893 г. предположить, что именно париетальные клетки являются источником кислоты в желудке [1]. Механизм секреции соляной кислоты париетальными клетками обусловлен наличием специфического трансмембранного переносчика ионов водорода – Н+, К+-АТФазы, также известной как протонная помпа [2, 5, 8]. МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ Н+, К+-АТФАЗЫПротонная помпа относится к семейству белков – АТФаз P-типа, отвечающих за транспорт ионов через клеточные мембраны [2, 3, 6]. Молекула Н+, К+-АТФазы является гетеродимером, в состав которого входят два трансмембранных белка: α-субъединица с молекулярной массой 114 кДа (1034 или 1035 аминокислотных остатков), которая выполняет как каталитическую, так и ионпереносящую функцию, и β-субъединица, гликопротеид, белковая часть которого имеет молекулярную массу 35 кДа (291 аминокислотный остаток) [9, 10]. После гликозилирования (присоединения в нескольких участках полипептидной цепи β-субъединицы молекул полисахаридов) ее молекулярная масса увеличивается до 55 кДа [10]. Все участки гликозилирования β-субъединицы располагаются с внеклеточной стороны мембраны. Субъединицы Н+, К+-АТФазы прочно связаны друг с другом и могут быть разделены только при обработке фермента такими детергентами, как додецилсульфат натрия, в результате чего нативная конформация фермента нарушается [9]. Каталитическая α-субъединица находится в цитоплазме париетальной клетки и содержит в себе домен, связывающий АТФ, а также фосфорилирующийся участок [3]. β-субъединица обращена в просвет секреторного канальца. Обе субъединицы примерно на 50% гомологичны субъединицам Nа+, К+-АТФазы. При этом структура α-субъединицы на 60% гомологична структуре α-субъединицы Nа+, К+-АТФазы, а структура α-субъединицы К+-АТФазы толстой кишки на 75% гомологична структуре соответствующих субъединиц Н+, К+-АТФазы и Nа+, К+-АТФазы [2, 10]. В структуре α-субъединицы Н+, К+-АТФазы, так же как и других АТФаз этого класса, имеются консервативные участки – это прежде всего участок связывания с АТФ, участок фосфорилирования и участок связывания с пиридоксин-5’-фосфатом [8]. В каталитической субъединице выделяют 10 трансмембранных сегментов, которые отвечают за связывание фермента с АТФ, пространственную конформацию и транспорт ионов. В состав этих трансмембранных сегментов, имеющих структуру α-спирали, входит около 170 аминокислот [11]. Примерно 70 аминокислотных остатков α-субъединицы располагаются на наружной стороне мембраны, а остальные формируют большой цитоплазматический домен, на котором находятся центры, обеспечивающие связывание и гидролиз АТФ [8, 10, 11]. Здесь же располагается остаток аспарагиновой кислоты, который подвергается фосфорилированию (Asp-385). Именно эти трансмембранные сегменты Н+, К+-АТФазы формируют в мембране канал [2, 10]. Наиболее подвижными компонентами этой системы являются трансмембранные домены 5 и 6 и связывающая их петля. Полагают, что подвижность этих доменов определяет перенос ионов. Следует отметить, что именно в этой области происходит связывание сульфонамидов ингибиторов протонного насоса, что и обеспечивает ингибирование его функции [12].β-субъединица Н+, К+-АТФазы пересекает мембрану только один раз [10, 13]. Ее N-концевая часть (около 70 аминокислот) располагается внутри клетки, а трансмембранный сегмент (38–63 аминокислотных остатка) взаимодействует с 7-м и 8-м трансмембранными сегментами α-субъединицы. Большая часть β-субъединицы располагается с наружной стороны клетки и гликозилирована. Концевая часть этого фрагмента также участвует во взаимодействии с α-субъединицей. В экспонированной наружу части β-субъединицы находятся 6 цистеиновых остатков, между которыми образуются дисульфидные связи, а также участки гликозилирования [9]. Функция β-субъединицы в процессе катализа неизвестна, однако установлено, что она необходима для правильного встраивания α-субъединицы в мембрану, а также для доставки вновь синтезированного фермента к апикальной мембране [6]. Исследования других АТФаз у животных показали, что наличие β-субъединицы необходимо для стабильного положения фермента на клеточной мембране. Можно сказать, что β-субъединица является своеобразным якорем, удерживающим Н+, К+-АТФазу в клеточной мембране, при этом субъединица прочно фиксируется к β-субъединице в области петли, соединяющей 7 и 8 трансмембранные сегменты [2, 10].
Благодаря присутствию в апикальной мембране париетальных клеток Н+, К+-АТФазы, К+ и Сl-ионных каналов, из клеток в секреторные канальцы секретируются ионы Н+ и Сl-, образуя соляную кислоту, а ионы К+ перемещаются из цитозоля клетки в окружающую среду и обратноВ активной фазе Н+, К+-АТФаза транспортирует ион Н+ через апикальную мембрану из цитозоли париетальной клетки в просвет секреторного канальца в обмен на ион К+ [2, 6, 10]. Источником энергии для данного транспорта является гидролиз молекулы АТФ [9, 19]. Гидролиз АТФ Н+, К+-АТФазой может происходить после того, как АТФ свяжется с активным центром фермента. Известно, что ион-транспортирующие АТФазы Р-типа в конформации E1 обладают очень высоким сродством к АТФ, поэтому даже при минимально возможных физиологических концентрациях этого нуклеотида АТФ-связывающий центр Н+, К+-АТФазы будет заполнен [2, 10]. Процесс гидролиза АТФ Н+, К+-АТФазой сопряжен с переносом ионов. Как уже говорилось, протонная помпа, как и другие ионные насосы, формирует канал, пересекающий цитоплазматическую мембрану [1, 2]. Этот канал имеет два участка, являющихся фрагментами каталитической субъединицы фермента, которые закрывают вход в него с внутренней и наружной стороны мембраны. В конформации E1 ион гидроксония связывается с ион-переносящим центром Н+, К+-АТФазы, находящемся на внутренней стороне мембраны [6]. В этой конформации канал открывается с внутриклеточной стороны, однако его внешний просвет остается закрытым. Связывание гидроксония в ион-связывающем центре приводит к фосфорилированию фермента и к закрытию внутриклеточной стороны канала. В результате этого ион гидроксония оказывается на некоторое время как бы «запертым» внутри канала (такое состояние иона называется окклюдированным). Затем происходит изменение конформации АТФазы (переход в конформацию Е2-Р), вследствие чего открывается вход в канал со стороны окружающей клетку среды [10, 11]. В конформации Е2-Р сродство фермента к Н3О+ снижается, и этот ион поступает во внеклеточную среду. В конформационном состоянии Е2-Р Н+/К+-АТФаза приобретает высокое сродство к ионам К+, в результате чего фермент связывает К+ в ион-связывающем центре, расположенном с наружной стороны канала. Связывание К+ активирует гидролиз ацилфосфатной связи, после чего канал закрывается с наружной стороны: ион К+ на короткое время остается окклюдированным внутри канала. Затем канал открывается с внутриклеточной стороны мембраны, и ион К+ поступает внутрь клетки. После этого каталитический цикл может повториться. Таким образом, в результате циклических изменений конформации Н+, К+-АТФазы и ее последовательного фосфорилирования-дефосфорилирования, приводящих к изменению сродства фермента к переносимым катионам и закрытию-открытию наружной и внутренней части канала, осуществляется последовательный перенос иона гидроксония из париетальной клетки наружу и иона калия из окружающей среды в клетку [2, 3, 10, 20]. ИОННЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ ПАРИЕТАЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Для секреции ионов Сl- в больших количествах париетальные клетки должны получать эти ионы из окружающей среды. Для этого на базолатеральной мембране действует другая транспортная система, обеспечивающая обмен внутриклеточного аниона НСО3- на внеклеточный ион Сl-, которая называется НСО3-/Сl--анионообменником (SLC4A2) [2]. Помимо этого, источником ионов Сl- являются базолатеральный котранспортер NKCCl и Сl--канал SLC26A7 [2, 24, 25]. Анионы НСО3-, в свою очередь, появляются в клетке благодаря функционированию карбоангидразы, цитозольного фермента, обеспечивающего синтез НСО3- из углекислого газа, постоянно образующегося в клетке в результате метаболизма [6, 19, 20]. Источником протона, секретируемого париетальной клеткой, является вода, которая диссоциирует с образованием Н+ и ОН-. Помимо воды, в клетке имеется большое количество буферных соединений, поэтому непродолжительная секреция Н+ из париетальной клетки не приводит к защелачиванию цитозоля [10]. Относительно недавно на базолатеральной мембране париетальных клеток были идентифицированы К+ экспортеры отрицательной регуляции кислотопродукции: электронейтральный K+-, Cl--котранспортер (KCC3α) и промежуточный кальций-активируемый К+-канал (Kcα3.1) [26, 27]. НЕЙРАЛЬНАЯ, ГОРМОНАЛЬНАЯ, ПАРАКРИННАЯ И ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ КИСЛОТОПРОДУКЦИИПринято выделять три фазы желудочной секреции: цефалическую, желудочную и кишечную. Первая фаза запускается под влиянием вида и запаха пищи и опосредуется парасимпатической нервной системой с участием эфферентных волокон блуждающего нерва. Ключевым нейротрансмиттером цефалической фазы желудочной секреции является ацетилхолин, вырабатываемый постганглионарными холинергическими нейронами [2, 6, 28]. Желудочная фаза секреции начинается при попадании пищи в желудок и возбуждении механорецепторов, информация от которых по чувствительным волокнам блуждающего нерва направляется к его секреторному ядру. Эфферентные парасимпатические волокна этого нерва стимулируют желудочную секрецию, вырабатывая ацетилхолин. Помимо нейрального компонента, в эту фазу активируются местные гуморальные и паракринные механизмы стимуляции продукции соляной кислоты, заключающиеся в продукции гастрина G-клетками и гистамина ECL-клетками [1, 6, 19].
На активность секреторной функции париетальной клетки прямо или опосредованно влияют многие эндогенные субстанции. Реализация их эффектов опосредуется по нейтральному, гормональному и паракринному типу (рис. 4) [2, 6, 28]. Основными стимуляторами секреции являются ацетилхолин, гистамин и гастрин, в то время как основными эндогенными супрессорами являются соматостатин и простагландины Е2 и I2 (рис. 5) [6, 9, 19, 20, 28]. Под воздействием вышеназванных стимуляторов происходит морфологическая трансформация париетальной клетки с переходом от фазы покоя (базальной секреции) в фазу стимуляции (стимулированной секреции) [2, 3, 6, 10]. Относительно недавно на базолатеральной мембране париетальных клеток были идентифицированы К+-экспортеры отрицательной регуляции кислотопродукции: электронейтральный K+, Cl-котранспортер (KCC3α) и промежуточный кальций-активируемый К+-канал (Kcα3.1)
Как уже говорилось выше, стимулирующее влияние блуждающего нерва на желудочную секрецию происходит посредством энтеральной нервной системы с участием нейротрансмиттера ацетилхолина [3, 6, 10]. Ацетилхолин, высвобождаясь из окончаний аксонов постганглионарных холинергических нейронов, связывается с мускариновым М3-холинорецептором на базолатеральной поверхности париетальной клетки [10, 19, 20].
Гистамин является локально действующим веществом, высвобождающимся при дегрануляции ECL-клеток [3]. Взаимодействие гистамина с париетальной клеткой происходит через гистаминовые Н2-рецепторы. Н2-рецепторы сопряжены с Gs-белком, стимулирующим аденилатциклазу, которая катализирует реакцию синтеза циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) из аденозинтрифосфата (АТФ). Являясь вторичным мессенджером в процессе стимуляции секреторной активности париетальной клетки, цАМФ активирует цАМФ-зависимые протеинкиназы (протеинкиназы А) (рис. 6) [2, 10, 19, 20, 28]. Таргетными белками этой протеинкиназы являются многие белки цитоскелета, в частности эзрин, который принимает ключевое участие в перестроении апикальной поверхности париетальной клетки, задействованной в процессе активации секреции СК [30]. Гистамин также оказывает опосредованное действие на секрецию соляной кислоты путем взаимодействия с Н3-рецепторами D-клеток [31]. Гастрин, вырабатываемый G-клетками антрального отдела желудка в ответ на стимуляцию последних компонентами пищи (полипептиды, аминокислоты и др.), достигает париетальных клеток посредством системного кровотока [2, 3, 9, 10, 19]. Его прямое стимулирующее действие реализуется через холецистокининовые ССК-B-рецепторы (CCK-2 по номенклатуре IUPHAR1) на базолатеральной поверхности париетальной клетки, а опосредованное стимулирующее действие – через взаимодействие с тем же подтипом рецепторов на ECL-клетке [2, 6, 9, 28, 29]. Процессы внутриклеточной сигнальной трансдукции и участвующие вторичные мессенджеры при активации ССК-B-рецептора эквиваленты вышеописанным при активации М3-холинорецептора [11, 14]. Вышеописанные звенья регуляции секреторной активности париетальной клетки как на межклеточном уровне взаимодействия, так и на рецепторном и сигнальном являются актуальными и потенциальными терапевтическими мишенями для антисекреторной терапии [6]. 1 The International Union of Basic and Clinical Pharmacology. АНТИСЕКРЕТОРНАЯ ТЕРАПИЯ КАК ОСНОВА ЛЕЧЕНИЯ КИСЛОТОЗАВИСИМЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙНа сегодняшний день лечение КЗЗ, таких как гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь (ГЭРБ), язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, функциональная диспепсия, представляется актуальной проблемой современной клинической гастроэнтерологии [3, 4, 6, 32, 33]. Этот факт обусловлен не только широким распространением КЗЗ в популяции, но и хроническим паттерном течения этих заболеваний, характеризующимся затяжными обострениями и частой обращаемостью больных за медицинской помощью [4].Несмотря на гетерогенность этиологических процессов, КЗЗ объединяет общий патофизиологический фактор – кислотно-пептическая агрессия желудочного сока [34]. Общность этого патофизиологического звена определила единую терапевтическую мишень – блокаду синтеза соляной кислоты на различных этапах ее продукции [4, 35, 36]. Эпоха лечения КЗЗ начитывает несколько этапов, связанных с применением различных групп фармакологических препаратов (табл. 1) [3, 6, 9, 32, 36]. С целью лечения этой группы патологий использовались неселективные и селективные М-холинолитики, блокаторы гистаминовых H2-рецепторов, а также блокаторы гастриновых CCK-2-рецепторов (CCK-В) [2, 3, 6, 32]. Однако введение в клиническую практику в 1980-х гг. ингибиторов протонной помпы (ИПП) привело к революционному прорыву в лечении КЗЗ [6, 34, 35]. Преимуществом ИПП является быстрое подавление секреции соляной кислоты, отсутствие синдрома «рикошета» после окончания применения препарата, а также независимость от других механизмов (ацетилхолин, гистамин и гастрин), стимулирующих желудочную кислотопродукцию [3, 6, 9, 10, 33]. Помимо этого, высокая селективность ИПП в отношении париетальных клеток желудка обуславливает хороший профиль безопасности этого класса препаратов [9, 10]. Таблица 1. Эволюция лечения кислотозависимых заболеваний
ИПП блокируют функциональную активность Н+, К+-АТФазы путем взаимодействия с дисульфидными мостиками данного фермента, что, в свою очередь, приводит к снижению как базальной секреции соляной кислоты, так и стимулированной [9, 12, 37]. По химической природе все ИПП относятся к слабым основаниям, в этой форме они неактивны, однако, накапливаясь в кислой среде канальцев париетальных клеток, где происходит их протонирование, они преобразуются в активную форму – сульфенамид, блокирующую функцию Н+, К+-АТФазы [32, 34]. При этом, несмотря на эквивалентный механизм действия ИПП, представленных на фармакологическом рынке, между ними имеются некоторые отличия, проявляющиеся в фармакокинетическом профиле [37, 38]. По фармакологической структуре все ИПП являются производными бензимидазола, различающимися «надстройками» ядра (табл. 2), которые обеспечивают их индивидуальные особенности [32, 34, 37, 39]. Отличительные свойства ИПП касаются в основном скорости наступления и продолжительности кислотоподавления, рН-селективности, зависимости от генетически-детерминированных вариантов метаболизма, взаимодействия с другими одновременно принимаемыми препаратами, а также плейотропного действия [34, 36, 38, 39]. В данном контексте необходимо отметить, что ИПП последнего поколения рабепразол (оригинальный препарат Париет®) обладает наиболее оптимальными характеристиками, выгодно отличающими его от других представителей разбираемого класса препаратов [38]. Таблица 2. Структурные различия молекул различных представителей ИПП [38]
На сегодняшний день известно, что скорость накопления ИПП в канальцах париетальных клеток определяется показателем константы ионизации (диссоциации) – рКа: чем больше константа, тем выше скорость трансформации ИПП в активную форму [34, 36, 37]. Оригинальный рабепразол (Париет®) обладает наиболее высокой рКа = 5,0, что позволяет ему быстрее кумулироваться в кислых компартментах париетальных клеток и оказывать антисекреторный эффект [9, 38, 40]. Так, при значении рН = 1,2 оригинальный рабепразол трансформируется в активную форму в течение 1,3 мин, тогда как другим представителям класса ИПП требуется как минимум 2 мин [41]. Время, которое требуется для активации оригинального рабепразола (Париет®) при более высоких значениях рН (5,1), также значительно короче, чем для омепразола, лансопразола и пантопразола [41]. В экспериментальном исследовании рабепразол полностью ингибировал активность Н+, К+-АТФазы через 5 минут, тогда как омепразол и лансопразол лишь через полчаса [42]. Среди всех ИПП оригинальный рабепразол (Париет®) обладает наиболее выраженным кислотосупрессивным потенциалом в первый день применения. Так, уровень внутрижелудочного рН в течение 24 ч значительно выше после использования разовой дозы рабепразола, чем при применении лансопразола, пантопразола и омепразола [43]. Аналогичные результаты были получены при сравнении эквивалентных дозировок рабепразола (Париет®) и эзомепразола. Так, процент времени, при котором уровень рН в желудке был выше 4,0 в первые сутки использования препаратов, оказался значительно больше при использовании Париета (36,6% против 18,7%, p < 0,001) [44]. Отражением этого эффекта является более быстрое купирование симптоматики в первый день лечения, что подтверждается клиническими исследованиями (рис. 2) [45]. Скорость метаболизма, а соответственно, и эффективность ИПП в первую очередь детерминирована полиморфизмом гена, кодирующего изоформу системы цитохрома Р450 CYP2С19 [3, 9, 38, 46]. В зависимости от типов мутаций CYP2С19-популяцию можно подразделить на 4 фенотипические группы: «быстрые», «промежуточные», «медленные» и «ультрабыстрые» метаболизаторы [46, 47]. Пациенты с фенотипом «быстрых» и «ультрабыстрых» метаболизаторов осуществляют ускоренный метаболизм ИПП, а, следовательно, антисекреторный эффект от приема ИПП у них имеет меньшую выраженность, чем у пациентов с фенотипами «промежуточных» и «медленных» метаболизаторов [46, 48, 49]. Важно отметить, что увеличение дозы ИПП с энзиматическим путем метаболизма у «быстрых» метаболизаторов не гарантирует успеха в терапии КЗЗ [3, 38, 50]. Фенотип «быстрых» метаболизаторов является значимым фактором риска рефрактерности к терапии ИПП у лиц с ГЭРБ (ОШ 1,661, 95% ДИ: 1,023–2,659, p = 0,040) [51]. Помимо этого, менее выраженный антисекреторный эффект у «быстрых» метаболизаторов определяет низкую эффективность эрадикационной терапии инфекции Helicobacter pylori (H. pylori) у лиц этого фенотипа [50, 52]. Так, в метаанализе Padol S. и соавт. была продемонстрирована более высокая эффективность эрадикационной терапии у пациентов с фенотипами «медленных» (88,9%) и «промежуточных» (82,7%) метаболизаторов по сравнению с «быстрыми» (70,9%) [53]. Рабепразол преимущественно метаболизируется неэнзиматическим путем, за счет чего обладает более стабильным профилем фармакокинетики (наименьший разброс показателя AUC в зависимости от генотипа), в меньшей степени зависящим от полиморфизмов CYP2С19 [38, 50, 52, 54]. Данное свойство препарата обеспечивает более предсказуемый и устойчивый антисекреторный эффект по сравнению с другими ИПП. Характерной иллюстрацией этого факта являются результаты метаанализа Kirchheiner J. и соавт., включившего в себя 57 сравнительных исследований, основанных на изучении среднего интрагастрального рН при использовании различных ИПП. Так, относительная эффективность четырех ИПП по сравнению с омепразолом составила 0,23; 0,90; 1,60; 1,82 для пантопразола, лансопразола, эзомепразола и оригинального рабепразола соответственно [55]. Помимо этого, у «быстрых» метаболизаторов наиболее высокая медиана интрагастрального рН определяется при использовании рабепразола 10 мг (4,8) по сравнению с омепразолом 20 мг (3,8) и лансопразолом 30 мг (4,5) [56]. Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в ходе написания данной статьи. ЛИТЕРАТУРА
Назад в раздел Популярно о болезнях ЖКТ читайте в разделе "Пациентам"
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Информация на сайте www.GastroScan.ru предназначена для образовательных и научных целей. Условия использования.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() | ![]() |