<<
>>

ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ МЕМБРАН КАНАЛЬЦЕВЫХ КЛЕТОК

Активный чрезканальцевый перенос не зависит от градиента и может осуществляться даже против этого градиента. Активный перенос всегда идет только в одном направлении и характеризуется высокой специфичностью в отношении того или иного вещества. Как и в ранее рассмотренных ситуациях (раздел 6.3.2) относительно почек, различают первичный чрезканальцевый транспорт ионов и вторичный (сопряженный) активный перенос (например, реабсорбция глюкозы).

Сопряжение транспорта глюкозы и натрия осуществляется на апикальных мембранах клеток проксимального отдела.

Участвуют в этом процессе переносчики глюкозы, из которых наилучше изучены шесть изоформ GLUT1—5 и SGLT1 [413]. Необходимо отметить, что система переноса глюкозы используется с аналогичными целями и другими соединениями, в частности витамином С. Этот препарат всасывается в тонком кишечнике и с кровью транспортируется в различные органы и ткани, в том числе и в почки, где участвует в реабсорбции. Витамин С существует в двух физиологических формах: L-ac- корбиновая кислота и дегидро-Ь-аскорбиновая кислота [414].

Окисленная форма аскорбиновой кислоты является конкурентным ингибитором транспорта глюкозы, поэтому имеются предположения [415] о возможном использовании переносчиков сахаров для дегидро-Ь-аскорбиновой кислоты. Оказалось, что GLUT1, GLUT3 и GLUT4 в физиологических условиях способны переносить аскорбиновую кислоту и этот процесс может быть ингибирован большими концентрациями глюкозы.

В связи с тем, что изученные GLUT имели незначительное сродство к дегидро-Ь-аскорбиновой кислоте была предпринята попытка идентифицировать собственный переносчик для этого вещества [416]. Такими белками стали SVCT1 и SVCT2. Первый из них локализован на поверхности эпителия почечных канальцев, второй — на базолатеральном участке. Обе изоформы стереоизбирательны в своем действии, имеют оптимум pH — 7,5 и их зависимость от ионов натрия составляет: аскорбиновая кислота / Na+ 1:2. Для них характерны и тканевые особенности. Так, SVCT1 экспрессируется в значительных количествах в эпителиальных тканях, a SVCT2 в большей степени в мышцах и легких.

Молекулярная масса SVCT составляет 70,4 кД, количество аминокислотных остатков — 650. Локализуется SVCT1 в пятой хромосоме человека, локус 5q31.2—31.3, a SVCT2 в локусе 20р 13 [417]. Подобно другим белкам-переносчикам SVCT имеют доменное строение молекулы, и их количество составляет 12. Отметим, что по своей топологии SVCT значительно отличаются от транспортного белка, переносящего ионы натрия.

Пути выведения почками аминокислот и глюкозы в общих чертах сходны. Аминокислоты беспрепятственно проходят через клубочковый фильтр и в дальнейшем почти полностью реабсор- бируются. Реабсорбция аминокислот происходит в проксимальном канальце и также сопряжена с переносом натрия. Для различных аминокислот существуют различные транспортные системы, о чем свидетельствует конкурентное ингибирование реабсорбции одних аминокислот другими [418]. В настоящее время обнаружены отдельные системы переноса основных аминокислот (аргинин, лизин, орнитин), кислых (глутаминовая и аспарагиновая кислоты) и нейтральных (глицин, пролин).

Если с отдельными аминокислотами многое становится понятным, то с короткими (ди-, три-) пептидами дело обстоит иначе. Тем не менее, интерес к такого рода соединениям резко возрастает. Все больше появляется сведений о наличии среди таких структур веществ с различной биологической активное тью.

Например, в наших исследованиях [419, 420] получен ни основе облигатной замены второй аминокислоты лейцина пи фенилаланин и L-пролина на его D-изомер аналог меланостати на (НС1 D-Pro-Phc-Gly-NH2), обладающий высокими антиамнос тическими и антидепрессивными свойствами. Такой заменой нам удалось сохранить биологически активную конформацию молекул меланостатина (P-изгиб Н-рода). Для такого меченого соединения отмечена и необычная фармакокинетика [421].

В настоящее время установлена структура двух переносчиков коротких пептидов в клетках млекопитающих [422]: PEPT1(SLC15A1) и PEPT2(SLC15A2). Оба имеют одинаковую топологию, являются мембраносвязанными и содержат 12 доменов. Количество аминокислотных остатков РЕРТ1 составляет 708, а для изоформы — 729. Кроме эпителиальной ткани почек эти белки представлены в тонком кишечнике и легких.

Субстратами РЕРТ служат ди- и трипептиды различного строения. Одно из обязательных требований переносчиков к пептидам: последние должны содержать в своей структуре L-аминокислоты. Даже замена одной аминокислоты на D-изо- мер делает такой пептид недоступным для переносчика.

Принцип действия РЕРТ в канальцевых клетках представляется следующим образом. Во-первых, скорость транспорта веществ зависит от трансмембранного потенциала. Поступают они через апикальную мембрану по принципу антипорта, используя при этом градиент концентраций Na+—Н+, а через базолатеральную — Na+—К+-АТФазу. Во-вторых, поступившие в цитоплазму короткие пептиды в цитоплазме претерпевают гидролитическое расщепление до отдельных аминокислот. Они в свою очередь могут быть утилизированы клеткой, либо стать субстратом для аминокислотных транспортных систем.

Если использовать в качестве субстрата пептидомиметик, то он с помощью РЕРТ способен через апикальную мембрану проникать в клетку. Однако отсутствие истинных амидных связей не позволяет их молекулам быть субстратами пептидаз. Поэтому пептидомиметики с помощью других переносчиков (неустановленной природы) через базолатеральную мембрану выводятся наружу [423].

Предполагается, что целый ряд антибиотиков, содержащих в своей структуре Р-лактамное кольцо могут быть субстратами РЕРТ, что до некоторой степени делает их более эффективными и менее токсичными по сравнению с другими антибактериальными препаратами. Очевидно, структура таких антибиотиков как пенициллины и цефалоспорины способствует их связыванию с РЕРТ. Действительно, все они имеют скелет, напоминающий трипептид с концевым углеродным атомом, образующим пептидную связь, сочлененную с Р-лактамным кольцом. Когда С—N-связь в Р-лактамном кольце поворачивается на 180° образуется своего рода L-трипептид, имеющий высокое сродство к РЕРТ. Однако эти антибиотики имеют значительно меньшее сродство к переносчикам локализованым в базолатеральной мембране [424].

Такие ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента, как каптоприл, эналаприл, фозиноприл с высокой аффиностью (Кт — 22 цгп) взаимодействует с РЕРТ2 и несколько ниже с РЕРТ1.

Целый ряд пролекарств (бестаин, валацикловир), активируются эстеразами, а РЕРТ доставляют их в надлежащий участок.

Механизм реабсорбции белков иной, чем низкомолекулярных веществ. Если ввести альбумин внутривенно и через некоторое время приготовить гистологический препарат почки, то этот белок можно обнаружить в клетках проксимальных канальцев. На препаратах видно, что белок захватывается путем пиноцитоза. В дальнейшем он подвергается распаду при участии лизосом и исчезает из клетки.

В проксимальном отделе нефрона локализованы еще несколько транспортных систем, активно секретирующих ксенобиотики.

Они действуют независимо друг от друга, а конкурентное ингибирование обнаружено только между веществами, секретируемыми одной и той же системой. Структурные и функциональные особенности этих систем детально рассмотрены в разделе 6.3.3. В этой части будет дана характеристика транспортным системам, имеющим непосредственное отношение к секреции лекарственных средств.

Большинство первичных, вторичных, третичных и четвертичных аминов при физиологических значениях pH используют в качестве переносчиков в мембранах транспортные системы органических катионов (ОСТ). Несмотря на идентичность строения ОСТ во многих органах и тканях, все же их функции могут быть, с физиологической точки зрения, различны. Если ОСТ размещаются в эпителии кишечника, то они участвуют в переносе лекарства из энтероцита в кровь (всасывание), если же они находятся, например, в ГЭБ, то они захватывают клетками нервной ткани вещества, т. е. участвуют в распределении соединения. И, наконец, почечные ОСТ транспортируют соединения из плазмы крови в мочу, используя механизмы фильтрации и секреции.

В проксимальном отделе нефрона локализованы три потен- циал-зависимые изоформы ОСТ (ОСТІ, ОСТ2, ОСТЗ) и две Н+-градиент-зависимые (OCTN1 и OCTN2). Благодаря согласованному действию обеих систем удается с высокой производительностью экскретировать такие лекарственные средства как ци- метидин, амилорид, морфин, верапамил, триметоприм и др. [55]. Данный перечень свидетельствует о том, что для некоторых из перечисленных препаратов переносчиками служат также и РЕРТ.

Следует отметить, что высокая степень экспрессии ОСТ в почках экспериментальных животных дала возможность последующему их клонированию и изучению свойств [425].

К наиболее «экскреторным» переносчикам относятся транспортные системы органических анионов. Они составляют одно семейство, состоящее из двух подтипов (Oatp и ОАТ). Наиболее приспособленными к выделительным функциям являются все четыре изоформы OAT (ОАТ1, ОАТ2, ОАТЗ и ОАТ4) в значительных количествах экспрессирующиеся в почках. Все они, в свою очередь, подразделяются на три группы в зависимости от источника энергии для осуществления их функционирования: На+-зависимые, На+-независимые и те, что требуют АТФ.

Две последние системы имеют широкий круг субстратов и осуществляют секрецию анионов как в почки, так и в печень. В то же время, Ыа+-зависимые ОАТ используют небольшое количество субстратов, которые реабсорбируются в проксимальном отделе нефрона [55]. ОАТ1 в значительных количествах экспрессируется в почечной ткани и имеет высокое сродство к производным пара-аминогиппуровой кислоты, дикарбоксила- там, циклическим нуклеотидам, простагландину Е, нестероидным противовоспалительным средствам и диуретикам. Предполагается [59], что аналогичные функции ОАТ2 выполняет в гепатоцитах. Производные лара-аминогиппуровой кислоты и ци- метидин выводятся с мочой при участии ОАТЗ [426].

Несколько отличается по своей структуре ОАТ4, так как содержит в своей молекуле только 38—44 % аминокислотных остатков, характерных для остальных ОАТ [427]. Участвует этот переносчик в экскреции эстронсульфата, желчных кислот, сульфобромфталеина, диуретиков и др.

По-видимому, для транспортеров подтипа Oatp не существует строго избирательного переноса веществ, характерного лишь для одного представителя. Все они с успехом переносят холевую, дезоксихолевую, гликохолиевую, таурохолевую кислоты, конъюгаты эстрогенов, оуабаин, дигоксин [428].

Экскреция производных пиримидинов и пуринов осуществляется с участием так называемых нуклеозидтранспортных систем [59]. Сегодня можно с уверенностью сказать, что среди многообразия этих транспортеров в почках локализованы es/ENTl и ei/ENT2, транспортирующие производные пурина, в том числе и пуриновые нуклеозиды. Аденозин и пиридиновые нуклеозиды используют в качестве транспортных средств cit(N2), а гуанозин, аденозин и пиридиновые нуклеозиды cit(N4).

Антрациклины (доксорубицин, даунорубицин), алкалоиды (винкристин, винбластин), иммуносупрессоры (циклоспорин А), сердечные гликозиды (дигоксин), антибиотики (рифампин), ингибиторы протеаз (ритонавир, индинавир) являются субстратами переносчиков группы Р-гликопротеинов (P-gp). В организме человека содержатся гены, кодирующие в почках MDR1, а в организме мышей и крыс mdrla/lb, а хомяков — pgpl и pgp2 [429]. Рассматривая перечень субстратов P-gp, поражает тот факт, что эти переносчики связывают как амфифильные, нейтральные, так и положительно заряженные соединения, что противоречит классическому пониманию лиганд-рецепторного взаимодействия. Тем не менее это не так, так как исследования [430] показали, что MDR содержат два связывающих центра. Один из них несет ответственность за взаимодействие с циклоспорином А, верапамилом, актиномицином D, а второй — с винбластином.

Вторая группа P-gp в почках представлена MRP2, MRP3 и MRP6, участвующими в процессах транспорта конъюгированных субстратов. Однако, как представляют некоторые авторы [59], они в большей степени отвечают за биллиарную секрецию лекарств. Субстратная специфичность этих транспортеров зависит не только от их активного центра, но в этот процесс определенный вклад вносят полярные аминокислотные остатки трансмембранного сегмента 17 (ТМ17), а также заряд других сегментных спиралей и цитоплазматической петли [431]. Мутации MRP1 (Треонин 1246), MRP2 (Треонин 1254) и MRP3 (Треонин 1242) меняют значительно субстратную специфичность транспортеров.

Скорость экскреции и клиренс многих выделяемых почками слабых органических кислот и оснований варьирует в широких пределах [410]. В некоторых случаях содержание ряда таких веществ в моче может быть настолько высоким, что возникает предположение об их активной секреции. Однако в настоящее время известно, что перенос подобных веществ в канальцах осуществляется путем пассивной секреции, а колебания их концентраций обусловлены изменениями pH мочи.

Пассивная секреция ряда слабых органических кислот и оснований в канальцах почек получила название неионной диффузии. В недиссоциированном состоянии такие вещества хорошо растворяются в жирах и поэтому могут диффундировать через липидный слой мембран канальцевых клеток. В ионизированном виде слабые кислоты и основания плохо проникают через клетки канальцев, в связи с чем они задерживаются в фильтрате и выделяются с мочой. Поэтому для переноса вещества путем неионной диффузии необходимо, чтобы по обе стороны стенки канальца существовал градиент концентрации недиссоциированных молекул этого вещества. Такой градиент концентрации обычно возникает в результате канальцевой реабсорбции.

Чрезканальцевый градиент концентрации недиссоциированных молекул может также возникнуть в результате изменений pH мочи. При этом изменяется степень диссоциации слабых кислот и оснований. При относительно низких значениях pH мочи слабые кислоты находятся в моче преимущественно в недиссо- циированном виде, а основания — в диссоциированном. В связи с этим скорость реабсорбции слабых кислот при кислой реакции мочи возрастает, а скорость их выделения снижается. Напротив, скорость реабсорбции слабых оснований в этих условиях уменьшается, а скорость выделения повышается. При щелочной реакции мочи наблюдается обратная картина.

Таким образом, состав мочи, поступающий в конечном счете в мочеточники определяется тремя процессами — клубочковой фильтрацией, канальцевой реабсорбцией и канальцевой секрецией. Содержание вещества в конечной моче равно количеству этого вещества, отфильтровавшегося в клубочках и поступившего в фильтрат при канальцевой экскреции, за вычетом того его количества, которое реабсорбировалось в канальцах.

При выделении различных веществ почками возможны следующие комбинации этих процессов (рис. 9.2): только фильтрация, фильтрация с реабсорбцией, фильтрация с секрецией и сочетание всех трех процессов.

| Фильтрация | (исключительно)

|

I Фильтрация і I Фильтрация Фильтрация
і I і Реабсорбция І 1 +

1 Секреция

+

Реабсорбция

1

1

| Инулин

| II Пара-амино- | II гиппуровая | Глюкоза II кислота +

Секреция

Калий

Рис. 9.2 Выделение различных веществ почками (комбинации процессов)

В связи с этим неудивительно, что концентрации различных веществ в моче и плазме сильно варьируют.

<< | >>
Источник: Головенко М. Я.. Фізико-хімічна фармакологія: Монографія. — Одеса: Астропринт,2004. —720 с.. 2004

Еще по теме ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ МЕМБРАН КАНАЛЬЦЕВЫХ КЛЕТОК:

  1. Транспортные системы
  2. ИНТЕГРАЦИЯ ФЕРМЕНТНЫХ И ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
  3. fi.3.3.4. СИСТЕМЫ, ВЫВОДЯЩИЕ ИЗ КЛЕТОК ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА
  4. ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ АНИОНОВ (ОАТ)
  5. ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ ОРГАНИЧЕСКИХ КАТИОНОВ (ОСТ)
  6. Глава 2. МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РЕАКТИВНОСТИ КЛЕТОК ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
  7. Изучение метаболизма клеток иммунной системы
  8. Метаболические механизмы реактивности клеток иммунной системы
  9. Клинические проявления метаболических нарушений функции клеток иммунной системы
  10. ЛИЦО, НАХОДИВШЕЕСЯ В ТРЕХКОЛЕСНОМ МОТОРНОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ И ПОСТРАДАВШЕЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ТРАНСПОРТНОГО НЕСЧАСТНОГО СЛУЧАЯ (V30-V39)
  11. Мембраны