GPR91: РАСШИРЕНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МЕТАБОЛИТАХ ЦИКЛА КРЕБСА

ВВЕДЕНИЕ

Еще в 1920 году Thorsten Thunberg впервые предположил, что сукцинат (янтарная кислота при физиологических значениях рН крови), дикарбо- новая кислота, образуется в процессе окисления углеводов [1]. В последующее десятилетие меха­низм окисления был изучен более подробно бла­годаря исследованиям Albert von Szent-Gyorgyi на модели грудной мышцы голубя [2]. Им была от­крыта роль сукцината как переносчика водорода при аэробном дыхании [2]. Впоследствии в кон­це 30-х годов ХХ века Krebs описал центральную часть процесса аэробного дыхания - цикл Кребса, также называемый циклом трикарбоновых кис­лот, или циклом лимонной кислоты [3]. С некото­рыми последующими дополнениями цикл Кребса остается на сегодняшний день наиболее употре­бительной биохимической моделью аэробного дыхания [4]. Соответственно на протяжении мно­гих десятилетий сукцинат рассматривали только как промежуточный продукт цикла Кребса, кото­рый считали единственным местом его синтеза.

Однако недавние исследования показали, что образование сукцината может происходить и не­ферментативным образом. Это становится возмож­ным, например, в условиях оксидативного стресса, при котором ряд ферментов цикла Кребса инги­бированы, и синтез α-кетоглутарата происходит альтернативным способом, посредством трансами- нирования. Накопление α-кетоглутарата в сочета­нии с инактивацией α-кетоглутаратдегидрогеназы, одного из ферментов цикла Кребса, способству­ет неферментативному декарбоксилированию α-кетоглутарата с образованием сукцината [5]. Сле­дует отметить, что в 1970 году Krebs указывал, что некоторые метаболиты цикла Кребса, в том числе сукцинат, могут накапливаться в межклеточном пространстве в условиях ишемии, хотя метаболи­ческие причины и последствия этого на тот момент не были полностью ясны [6]. Недавно (2014 г.) Chouchani и соавт. описали механизм повышения экстрацеллюлярной концентрации сукцината при ишемии (рис. 1).

Исследования с использованием изотопной ¹³С-метки показали, что в этих условиях сукцинат генерируется не из глюкозы, глутамата, жирных кислот и γ-аминомасляной кислоты (GABA-шунт) как при нормоксии, а из иных источников. Более того, авторы нашли, что инфузия диметилмалоната, предшественника малоната и конкурентного ингибитора сукцинатдегидрогеназы, снижает на­копление сукцината, а также продемонстрировали, что повышение содержания сукцината при ише­мии происходит вследствие обратимости действия сукцинатдегидрогеназы, восстанавливающей фумарат (образующийся за счет функционирования малат аспартатного челнока и цикла пуриновых нуклеотидов; оба этих пути активируются в усло­виях ишемии) до сукцината [7, 8] (см. рис. 1). Та­ким образом, образование в митохондриях сукцината - важного промежуточного продукта цикла Кребса - может происходить несколькими спосо­бами. В условиях недостаточного кровоснабжения концентрация сукцината в крови возрастает; при этом сукцинат образуется за счет биохимических путей, не относящихся к циклу Кребса.

Накопившийся в митохондриальном матрик­се сукцинат способен перемещаться в цитозоль при помощи транспортеров дикарбоновых кислот внутренней мембраны митохондрий. На сегод­няшний день к таковым относят транспортер сукцинат фумарат/малат SLC25A10 (10-й член 25-го семейства мембранных транспортеров). Вторая фаза переноса, во время которой сукцинат про­ходит сквозь внешнюю мембрану митохондрий, происходит за счет поринов, белковых каналов, обеспечивающих не специфический транспорт веществ с молекулярной массой до 1,5 кДа. На­конец, существует механизм быстрого выведения сукцината из цитозоля в кровоток. Транспортер, белок, называемый INDY (от I’m Not Dead Yet = Я еще не умер; название дано благодаря тому, что снижение экспрессии этого белка увеличивает продолжительность жизни лабораторных живот­ных), является натрий-независимым анионным переносчиком [9] (хотя в предыдущих исследо­ваниях его рассматривали как натрий-зависимый транспортер) [10], переносящим дикарбоновые кислоты и цитрат через клеточную мембрану.

Почему необходимо знать механизмы альтер­нативных путей синтеза сукцината и его транс­порта? Главным образом потому, что сукцинат имеет ряд функций, отличных от участия в цикле Кребса, и часть из них - которым и посвящена данная статья - обусловлены наличием рецеп­торов, сопряженных с G-белком, известных как GPR91 или SUCNR1, для которых сукцинат явля­ется специфическим лигандом [11]. После связы­вания с этими рецепторами сукцинат проявляет гормоноподобное действие в различных органах и тканях, в числе которых клетки крови, жировая ткань, печень, сердце, почки и сетчатка глаза, при­чем в почках данные рецепторы экспрессированы в наибольшем количестве [11].

Обзор строения GPR91 и профиля его экс­прессии

GPR91 - рецептор, сопряженный с G-белком, лигандом для которого является внеклеточный сук- цинат [11, 12]. На основании генетических экспери­ментов установлено, что ведущая роль в его функ­ционировании принадлежит Arg⁹⁹, His¹⁰³, Arg²⁵² и Arg²⁸¹. Эти аминокислоты расположены в завитках центральной части рецептора таким образом, что образуют положительно заряженную родопсино­подобную структуру, способную притягивать ион сукцината [11]. На рис. 2 показаны результаты ком­пьютерного моделирования структуры GPR91 и возможных мест связывания сукцината.

Несмотря на то, что GPR91 на 33% гомологи­чен GPR99 (рецептору, взаимодействующему с α-кетоглутаратом), при определении степени аф­финности оказалось, что сукцинат взаимодейству­ет только с GPR91, в то время как α-кетоглутарат является лигандом только для GPR99 [11]. Уста­новлено, что EC₅₀ (полумаксимальная эффектив­ная концентрация лиганда) для пары сукцинат- GPR91 составляет 20-50 мкмоль [11]. При этом была исследована аффинность различных ве­ществ, в том числе фармакологических субстанций, а также карбоновых кислот, близких по стро­ению к сукцинату, для различных сопряженных с G-белком рецепторов. Некоторые из тестируемых соединений были способны связываться с GPR91, однако, значительно хуже, чем сукцинат [11-13]. Таким образом, установлено, что сукцинат явля­ется эндогенным лигандом для GPR91.

GPR91 может взаимодействовать с различными G-белками. По данным исследований, использо­вавших токсин коклюша, GPR91 может активиро­вать как G_i -, так и G_q -белки, запуская различные сигнальные пути и обусловливая различные кле­точные эффекты. В HEK293 и MDCK (клеточ­ных культурах, полученных из почек), сукцинат, к примеру, вызывает внутриклеточное высвобож­дение кальция, образование инозитолтрифосфата, активирует внеклеточную сигнал-регулируемую киназу 1/2 (ERK 1/2) и снижает концентрацию ци­клического аденозинмонофосфата (цАМФ). Путь активации - G_i - или G_q -сопряженный - зависит только от концентрации сукцината [11]. В гемопоэ- тических стволовых клетках сигнал опосредуется исключительно G_jyo -белками и ведет к пролифера­ции клеток за счет активации ERK 1/2 [14]. В кардиомиоцитах сукцинат увеличивает, а не снижает концентрацию цАМФ, что приводит к активации протеинкиназы А (PKA) и заставляет предполо­жить, что GPR91 может также взаимодействовать с G_s -белком [15]. Наличие разнообразных вну­триклеточных сигнальных путей, активируемых GPR91, свидетельствует о том, что гормональные эффекты сукцината могут быть чрезвычайно раз­нообразными. После запуска сигнального каскада происходит интернализация GPR91 в эндосомы. Визуализирующие исследования показали, что GPR91 находится исключительно на поверхности плазматической мембраны, а его интернализация и последующая десенситизация происходят в ре­зультате взаимодействия с лигандом [11, 12].

GPR91 впервые был обнаружен в почках, впо­следствии была показана его высокая экспрессия в печени, селезенке и кишечнике [11], а в настоящее время известно, что в организме он присутствует повсеместно как в возбудимых, так и в невозбу­димых клетках. В почках GPR91 располагаются в сосудистом русле, в особенности в афферент­ных артериолах и капиллярах клубочков. Кроме того, GPR91 экспрессируются на люминальной мембране клеток различных отделов почечных ка­нальцев: толстого восходящего отдела петли Генлетки юкстагломерулярного ап­парата (ЮГА), клетки мезангия и гладкомышечные клетки сосудов не имеют GPR91 [17]. В печени GPR91 экспрессируется исключительно в покоя­щихся звездчатых клетках [19], а в миокарде - в сарколемме и Т-канальцах кардиомиоцитов [15]. В сетчатке GPR91 преимущественно находятся в слое ганглионарных нейронов [20]. Адипоциты белой жировой ткани, гемопоэтические стволовые клетки, большинство клеток крови и иммунной си­стемы также экспрессируют GPR91. Также GPR91 найден в незрелых дендритных клетках. Таким об­разом, с 2004 года, когда GPR91 был идентифици­рован как рецептор сукцината [11], его присутствие обнаружено во многих типах клеток, что обуслов­ливает широкий спектр его функций в организме. Дополнительные сведения о роли системы сукци- нат/GPR91 в некоторых из указанных выше клет­ках и тканях будут представлены далее.

GPR91-обусловленная передача сигнала (GPR91-сигналинг) в печени

Печень является мишенью для большого коли­чества факторов роста и гормонов, которые взаи­модействуют как с гепатоцитами, так и с другими клетками печени, например, со звездчатыми клет­ками (ЗКП). Многие из этих молекул [тромбоци- тарный фактор роста (PDGF), трансформирую­щий фактор роста-бета (TGF-β) и др.] активируют ЗКП при повреждении печени. «Нетрадицион­ные» сигналы, такие как плотность клеточного ма­трикса, некоторые метаболиты и окислительный стресс, также способны активировать ЗКП. Correa и соавт. в исследовании 2007 г. предположили, что сукцинат может служить метаболическим сенсо­ром печени, расширив понимание того, как по­вреждение печени может стимулировать продук­цию сукцината и последующую активацию ЗКП [19]. В соответствии с данными Correa и соавт., ишемия-реперфузия печени грызунов in vitro при­водила к накоплению сукцината во внеклеточной жидкости, и этот феномен играл важную роль в активации ЗКП (рис. 3).

Эти же исследователи показали, что в пече­ни GPR91 экспрессированы, главным образом, в ЗКП, находящихся в состоянии покоя, а после активации ЗКП уровень экспрессии снижается. С другой стороны - Li и соавт. в 2015 г. нашли, что присутствие сукцината вызывает увеличение экс­прессии GPR91 в ЗКП с последующим двукрат­ным возрастанием степени их дифференцировки, т.е. к активации ЗКП [24].

Li и соавт. получили и другие данные, проде­монстрировав специфические молекулярные эф­фекты сукцината при активации ЗКП. В исследо­вании, использовавшем как in vitro, так и in vivo модели, было показано, что культивирование ЗКП в среде, содержащей сукцинат или ингибиторы сукцинатдегидрогеназы (малонат, пальмитат или среда с низким содержанием метионина и холи- на), вызывает увеличение экспрессии не только GPR91, но и гладкомышечного актина (α-актин), TGF-β и коллагена 1 типа, т.е. маркеров фиброген­ного ответа (см. рис. 3) [24]. С другой стороны - введение в эти клетки малых интерферирующих РНК (siRNA), нарушающих экспрессию GPR91, устраняло продукцию α-актина, вызванную сукцинатом, указывая на то, что профиброгенный ответ вызван именно стимуляцией GPR91. В исследова­ниях in vivo ЗКП, выделенные из печени мышей, страдавших гепатостеатозом вследствие диеты, бедной метионином и холином, имели повышен­ные содержание сукцината и уровень экспрессии GPR91 и α-актина. В совокупности полученные данные указывают на зависимость активации ЗКП и фиброгенеза от стимуляции GPR91 сукцинатом. Таким образом, GPR91 могут играть существен­ную роль в гомеостазе печени и являться воз­можной мишенью для терапии, направленной на модулирование печеночных функций. Например, блокирование GPR91 при трансплантации печени могло бы способствовать устранению нежелатель­ных фиброгенных реакций.

GPR91-сигналинг в сетчатке

Помимо повреждения печени, неблагоприят­ные эффекты, обусловленные активацией сукцинатом GPR91, были обнаружены и в такой тонкой и высокоспециализированной структуре, как сет­чатка глаза, имеющая обширную сосудистую сеть, которая обеспечивает ее метаболические потреб­ности [25]. При определенных условиях дисба­ланс между уровнем кровоснабжения и потребно­стью сетчатки в кислороде и питательных веще­ствах приводит к неблагоприятным последствиям в виде развития преретинальной и интравитреаль- ной неоваскуляризации. Поскольку кровоснаб­жение напрямую сопряжено с метаболическими потребностями ткани, а сукцинат накапливается при ишемии [26, 27], была исследована роль сук­цината в развитии гипоксической неоваскуляризации сетчатки. Выявлено, что в ишемизирован­ной сетчатке крыс повышается уровень сукцината в сочетании с увеличенной экспрессией GPR91, в том числе, в ганглионарных нейронах (в которых, главным образом, и локализованы GPR91 сетчат­ки) [20]. Вдобавок сукцинат-индуцированные васкуляризация сетчатки и увеличение плотности сосудов в значительной степени подавляются при помощи siRNA к GPR91. В данной работе Sapieha и соавт. показали, что роль сукцината заключает­ся в аутокринной стимуляции ганглиозных клеток сетчатки посредством связывания с GPR91 [20]. В ответ на повышение концентрации сукцината эти клетки продуцируют целый ряд ангиогенных фак­торов, в том числе, сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) вследствие специфической активации GPR91. Необходимо особо отметить, что в развитии этого эффекта не участвует инду­цируемый гипоксией фактор 1α (HIF-1α) (рис. 4).

Также сукцинат не оказывает описанного дей­ствия у крыс, имеющих малое количество ган­глионарных нейронов, что подтверждает важ­ность этих клеток для развития сукцинат- GPR91- зависимой неоваскуляризации сетчатки. В проти­воположность сукцинату семафорин 3А (предста­витель класса секретируемых и мембранных бел­ков, которые являются молекулами-проводниками для аксонального конуса роста), вероятно, по­давляет неоваскуляризацию [28]. Joyal и соавт. предположили, что эта молекула способствует деструкции капилляров и последующему форми­рованию химического барьера, препятствующе­го проникновению новообразующихся сосудов в стекловидное тело [28].

В дополнение к вышеуказанным эффектам сук­цината, Hu и соавт. показали, что в культуре клеток сетчатки RGC-5, инкубируемой в среде, содержа­щей сукцинат или большое количество глюкозы, GPR91 регулирует также продукцию VEGF [29]. Данный эффект, возможно, реализуется посред­ством ERK1/2- и JNK- (c-Jun-NH₂-терминальная киназа) зависимых сигнальных путей. Недавняя работа той же группы авторов подкрепила по­лученные данные. Используя клеточную линию RGC-5, Hu и соавт. показали, что GPR91 регу­лирует секрецию VEGF и пролиферацию клеток эндотелия, активируя сигнальные пути ERK1/2 и JNK с последующей апрегуляцией экспрессии циклооксигеназы-2 (COX-2) и простагландина Е2 (PGE2). Поскольку ген COX-2 кодирует содержа­щийся в цитозоле белок, продукция которого уве­личивается при воспалении и который может спо­собствовать возникновению локальной ишемии и гипоксии, повышенный уровень экспрессии COX-2 позволяет предположить, что воспаление играет важную роль в возникновении и развитии диабетической ретинопатии [30].

Таким образом, имеются убедительные доказа­тельства того, что система сукцинат/ GPR91 явля­ется важным сигнальным путем активации неоангиогенеза в сетчатке в условиях гипоксии, и моду­лирование высвобождения VEGF при этом процес­се может являться возможной целью терапии.

GPR91-сигналинг и метаболизм

Эффекты GPR91-сигналинга на метаболизм впервые описал Sadapogan в 2007 г. На модели грызунов, страдающих диабетом, ожирением и гипертензией, было показано, что уровень цирку­лирующего сукцината у этих животных повышен по сравнению с контролем [31], однако причины такового повышения остались непонятными. У человека в противоположность грызунам ни ги­пертензия, ни диабет не ассоциируются с повы­шением концентрации сукцината в крови [31]. Причины такового расхождения до сих пор не ясны; имеются данные, что у пациентов, которым была выполнена трансплантация печени, было выявлено повышение уровня сукцината в крови через 2 ч после пересадки, которое сохранялось и через 6 ч после операции [15].

Недавно McCreath и соавт. показали, что GPR91 в значительном количестве экспрессиро­ваны в белой жировой ткани мышей и регулируют массу жировой ткани и гомеостаз глюкозы [32]. После создания клона мышей, нокаутных по гену GPR91, было обнаружено, что отсутствие сукцинатного рецептора оказывает двоякое действие на метаболизм и общую массу тела, причем при отсутствии различий между массой отдельных органов имелась заметная разница в общем коли­честве жировой ткани [32]. В условиях обычной диеты Sucnr-/- мыши имели меньшее количество белого жира, меньшие размеры адипоцитов, уве­личенное расходование энергии и лучшую пере­носимость нагрузок глюкозой. Хотя можно было бы предположить, что сниженная экспрессия GPR91 приведет к уменьшению экспрессии генов, ответственных за дифференцировку адипоцитов, устранение GPR91 не нарушило адипогенез, но имело результатом снижение накопления жира и уменьшение размеров адипоцитов. Метаболиче­ские изменения, вызванные отсутствием GPR91, были оценены путем определения скорости по­требления кислорода (VO₂ тест). Как и ожида­лось, скорость потребления кислорода была выше у Sucnr-/- мышей по сравнению с контролем. На­против, диета с высоким содержанием жира у нокаутных по гену GPR91 мышей приводила к увеличенному накоплению жира, гипергликемии, уменьшенной секреции инсулина и более выра­женному повреждению гепатоцитов по сравне­нию с обычными (wild-type) животными. Таким образом, имеющиеся данные позволяют рассма­тривать GPR91 как сенсор пищевой энергии и, соответственно, как возможную мишень лечения ожирения, гипертензии и диабета.

GPR91-сигналинг в сердце

Сукцинат может оказывать как негативное, так и положительное влияние на состояние сердечно­сосудистой системы, в частности, на артериальное давление и толщину миокарда. В 2010 г. Aguiar и соавт. показали, что GPR91 экспрессированы в сар­колемме и Т-трубочках кардиомиоцитов желудоч­ков [33]. Поскольку эти рецепторы были обнаруже­ны в миоцитах сердца, а миокардиальная функция является важным детерминантом артериального давления и других аспектов сердечно-сосудистого гомеостаза, возникла необходимость изучения по­следствий стимуляции сукцинатом GPR91 сердца. Aguiar и соавт. установили, что прямая активация сукцинатом GPR91 кардиомиоцитов влияет на трансмембранный транспорт Са++. Было показано, что белки мембраны кардиомиоцитов, участвую­щие в процессе высвобождения Са++ из клетки, такие как фосфоламбан и рианодин, активируются в результате взаимодействия сукцината и GPR91. Триггером этого эффекта является аденилатциклаза и последующая активация протеинкиназы А, и в конечном итоге это приводит к апоптозу кардиомиоцитов [33], который можно предотвратить ин­гибированием протеинкиназы А. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что сукцинат в высоких концентрациях может приводить к ги­бели кардиомиоцитов. Таким образом, повышение уровня циркулирующего сукцината, например, в условиях ишемии может являться значимой при­чиной гибели сердечных клеток.

В дальнейшем было показано, что продолжи­тельное воздействие сукцината вызывает гипер­трофию кардиомиоцитов [15]. Поскольку акти­вация GPR91 в почках приводит к повышению артериального давления вследствие стимуляции ренин-ангиотензиновой системы (РАС) [11], воз­никает вопрос: является ли гипертрофия миокар­да, вызванная увеличением концентрации сукци- ната в кровотоке, следствием повышения среднего артериального давления (САД), или она обуслов­лена прямым влиянием сукцината на GPR91 мио­карда. Было обнаружено, что САД на фоне при­менения сукцината остается на исходном уровне в течение 2 дней, умеренно повышается к 4-му дню и возвращается к нормальным значениям к окон­чанию исследования. Это свидетельствует о том, что вызванная сукцинатом гипертрофия миокарда обусловлена не только повышением САД, но су­ществуют и другие механизмы [15]. Подтвержде­нием этого служат результаты экспериментов на грызунах, показавшие, что антагонист АТ-1 ре­цепторов ангиотензина II лозартан устраняет вы­званное сукцинатом повышение САД, но не влия­ет на наиболее показательный эхокардиографиче­ский признак гипертрофии миокарда - толщину задней стенки левого желудочка. Эти данные со­гласуются с результатами предыдущих исследова­ний, согласно которым сукцинат вызывает актива­цию РАС, но увеличение САД - не единственная причина сукцинат-индуцированной гипертрофии миокарда. Для изучения связи гипертрофии сер­дечной мышцы и активации GPR91 сукцинатом были проведены ряд экспериментов на нокаутных по GPR91 мышах. Оказалось, что увеличение тол­щины задней стенки левого желудочка происхо­дит только в контрольной группе, но не у GPR91- КО мышей. Полученные данные свидетельствуют о том, что GPR91 являются главной причиной вызванной сукцинатом гипертрофии сердца. В совокупности имеющиеся результаты позволяют утверждать, что длительное повышение уров­ня циркулирующего сукцината может вызывать гипертрофию миокарда посредством активации GPR91. При этом тот факт, что лозартан устраня­ет ряд эффектов сукцината, способствующих раз­витию гипертрофии (кроме увеличения толщины задней стенки левого желудочка), свидетельству­ет также и о том, что ремоделирование миокар­да, обусловленное сукцинатом, вызвано не только прямым действием на GPR91 кардиомиоцитов, но и влиянием сукцината на другие органы.

В экспериментах с использованием клеточной культуры неонатальных кардиомиоцитов были установлены внутриклеточные механизмы, бла­годаря которым активация GPR91 вызывает ги­пертрофию миокарда [15]. Было показано, что после связывания с GPR91 сукцинат активирует кальмодулин-зависимую киназу ΙΙδ (CaMKIK) и ERK1/2, что в итоге завершается транскрипцией генов, ответственных за гипертрофию [15] (рис. 5). Система сукцинат/ GPR91 активирует фосфолипа- зу С, которая генерирует инозитола 3,4,5-трифосфат и запускает процесс высвобождения кальция из эндоплазматического ретикулума. Повышение уровня Са++ в цитоплазме активирует CaMKIK, фосфорилирующую гистоновую деацетилазу 5, ко­торая выходит за пределы ядра клетки, что способ­ствует транскрипции ответственных за гипертро­фию генов (см. рис. 5). Наконец, GPR91 стимулиру­ет митоген-активируемую протеинкиназу (МАРК), которая фосфорилирует ERK1/2. Фосфорилированная ERK1/2 (рERK1/2) транслоцируется в ядро кардиомиоцита, где также запускает сигнальный каскад, индуцирующий гипертрофию сердца. Вполне вероятно, имеются и другие, неизвестные еще механизмы, вовлеченные в процесс гипертро­фии миокарда, обусловленный сукцинатом/GPR91.

В дополнение к данным, полученным на экс­периментальных животных, было показано, что у пациентов, перенесших ишемический эпизод трансплантированного органа, имеется повы­шение уровня циркулирующего сукцината, и эти пациенты имеют повышенный уровень маркеров гипертрофии в крови [15]. Клиническое значение этих данных нуждается в дополнительной оценке, но, по предварительному впечатлению, сукцинат может быть использован как предиктивный мар­кер гипертрофии, а также может служить потен­циальной мишенью терапии, направленной на устранение постишемической гипертрофии мио­карда, часто наблюдаемой после трансплантации.

Начатый в этой связи систематический поиск активных химических соединений по принципу структура-свойство позволил выявить вещество, способное блокировать функции GPR91 у челове­ка и крыс [13]. Соединение, известное как «4с», показало наилучший антагонистический эффект in vitro (концентрация полумаксимального инги­бирования (IC₅₀) равнялась 7nM), а также почти на 80% уменьшало вызванное сукцинатом повы­шение САД у крыс. Другие соединения похожей структуры, обозначенные как «5g» и «7e», сохра­няли свою активность при пероральном приме­нении, что представляет перспективы для их по­следующего фармакологического использования. Следует отметить, что структура ни одного из этих соединений не имеет сходства с сукцинатом, и механизм связывания их с рецептором на сегод­няшний день не вполне понятен [12].

GPR91-сигналинг в почках и его влияние на артериальное давление

Помимо прямого влияния на сердце, приводя­щего к развитию гипертрофии миокарда, сукцинат является мощным модулятором высвобождения ре­нина. По данным He и соавт. (2004 г.), у мыщей, по­лучавших сукцинат, регистрировалось повышение артериального давления, однако механизм этого оставался неясным [11]. Работа Vargas и соавт. 2009 года прояснила причину этого явления. Накопление сукцината в канальцах нефрона активирует клетки плотного пятна и юкстагломерулярного аппара­та, способствуя высвобождению ренина, который, вызывая констрикцию периферических артерий, повышение артериального давления (АД) [17]. В этом случае сукцинат взаимодействует с GPR91, находящимися на апикальной поверхности клеток плотного пятна, что приводит к активации киназ p38 и pERK1/2, которые, в свою очередь, увели­чивают активность COX-2 и приводят к секреции PGE2. PGE2, в свою очередь, через простагландиновый рецептор EP2/4 и cAMP активирует ренинангиотензиновую систему, стимулируя продукцию и секрецию ренина клетками ЮГА. Повышение давления также происходит за счет реакции клеток почечного эндотелия, в первую очередь располо­женных в афферентной артериоле и сосудистом клубочке, где сукцинат воздействует через обширно экспрессированный GPR91, увеличивая трансмем­бранный транспорт Са²⁺ и высвобождение PGE2, PGI2 (простациклина 2) и NO (оксида азота), что в дальнейшем также приводит к высвобождению ре­нина в клетках ЮГА [19]. Недавнее исследование показало, что микроперфузия клубочка сукцинатсодержащим буферным раствором вызывает выброс ренина из ЮГА и дилатацию афферентной артериолы клубочка, подтверждая тем самым, что сукцинат играет важную роль в развитии клубочковой гипер­фильтрации и активации РАС.

Эти данные свидетельствуют о том, что сукцинат не только играет важную роль в регуляции АД при ишемических событиях, но может также стать терапевтической целью новых методов ле­чения гипертензии. Например, пациенты с ише­мическим повреждением трансплантата могут получать антагонисты GPR91, чтобы предотвра­тить возможное повышение АД после восста­новления перфузии. Такой подход к лечению в сочетании с известными мерами профилактики послеоперационной гипертензии может снизить риск сердечно-сосудистых осложнений, ассоции­рованных с длительным повышением АД, таких как артериосклероз и аневризмы.

Перспективы, связанные с системой сукцинат/GPR91

Имеются данные, указывающие на то, что сукцинат является «тревожным сигналом», который позволяет GPR91 ощутить иммунологическую опасность и усиливает реакцию отторжения транс­плантата [21]. Как было указано выше, в крови пациентов после пересадки печени уровень сукцината возрастает [15]. Недостаточность митохондри­альной системы сукцинат-цитохром С-редуктаза - генетически обусловленное состояние, ведущее к повышению уровня сукцината в крови, требует особого внимания при проведении трансплантации органов, поскольку донор может передать данное врожденное генетическое нарушение реципиенту [34]. Это имеет принципиальное значение в случа­ях, когда донор является кровным родственником, что увеличивает риск аутосомно-рецессивных за­болеваний, таких как вышеупомянутое. Имеется свидетельство возникновения полиорганной недо­статочности после пересадки печени и кишечника от донора с недостаточностью сукцинат-цитохром С-оксидазы в педиатрической практике. Также опи­сана застойная сердечная недостаточность у боль­ного с недостаточностью сукцинатдегидрогеназы, еще одним состоянием, приводящим к повышению внеклеточной концентрации сукцината [35]. Следо­вательно, применение антагонистов GPR91 в соста­ве консервирующих растворов при трансплантации органов может быть полезным для предотвращения реакций отторжения и других осложнений.

Таким образом, сукцинат может служить кли­ническим маркером ишемии, и повышение его уровня в крови при трансплантации органов должно быть исключено.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

После открытия около 10 лет назад GPR91 - сукцинатного рецептора, сопряженного с G-белком - изучение сигнальных путей сукцинат/ GPR91 расширило понимание о функционирова­нии систем организма. Необходимо помнить, что в соответствии с современными представления­ми сукцинат - не только промежуточный продукт метаболизма. Как показано в данном обзоре, цир­кулирующий сукцинат посредством активации GPR91 вовлечен в регуляцию целого ряда физиопатологических процессов. Таким образом, сук- цинат можно рассматривать как сигнальную мо­лекулу с гормоноподобной функцией. Поскольку уровень сукцината повышается главным образом в условиях ишемии-реперфузии, стали очевидны­ми перспективы применения полученных знаний при трансплантации органов. Понимание роли метаболитов цикла Кребса как сигнальных моле­кул, участвующих в целом ряде метаболических процессов, способствует расширению представ­лений о функционировании клетки и, в конечном счете, повышению качества лечения.

Авторы выражают признательность за техниче­скую помощь и внимательное чтение рукописи Gilson Nogueira и Dr. M J. Amaya (Йельский университет, США)