В центре внимания – α-липоевая кислота

06.02.2017

Статья в формате PDF.

М.В. Власенко М.В. Власенко

Историю изучения α-липоевой кислоты (α-ЛК) обычно принято начинать с 1951 года, когда она была впервые выделена в чистом виде. Однако еще в 1937 г. Snell и соавт. обнаружили, что для роста некоторых бактерий необходимо вещество, которое содержится в экстракте картофеля. Именно это вещество, так называемый картофельный фактор роста, и было идентифицировано Reed и соавт. в 1951 г. как α-ЛК. Авторам удалось показать, что эта молекула участвует в переносе ацильных групп в процессе промежуточного обмена, а также является коэнзимом в реакциях цикла Кребса.

В 1980-е годы было установлено, что α-ЛК является мощным антиоксидантом – ​единственным из антиоксидантов, обладающим как водо-, так и жирорастворимыми свойствами. Выяснилось, что помимо картофеля и брокколи, где она обнаруживается в больших количествах, α-ЛК синтезируется в тканях животных и человека, особенно в печени и скелетных мышцах. Этот краткий обзор знакомит читателя с физиологической ролью и возможностями клинического применения этого уникального соединения.

Коэнзим или антиоксидант?
Место синтеза α-ЛК в клетках животных и растений есть митохондрии. И не случайно. Все метаболические реакции, в которых она выступает в роли коэнзима, протекают в матриксе митохондрий и напрямую связаны с процессами биологического окисления и образования энергии. Отличительной особенностью реакций, протекающих с участием α-ЛК, является то, что все они осуществляются сложными мультиферментными системами, которые принято объединять под названием «дегидрогеназные комплексы α-кетокислот». К ним относятся пируват-дегидрогеназный комплекс (ПДГ), α-кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс (α-КГДГ) и дегидрогеназный комплекс α-кетокислот с разветвленной цепью.

Первый из них осуществляет окислительное декарбоксилирование пирувата. Он играет ключевую роль в метаболизме углеводов и энергетическом обмене, поскольку является связующим звеном между анаэробным и аэробным обменом углеводов и обеспечивает их поступление в цикл Кребса в виде ацетил-коэнзима А. Активность ПДГ регулируется количеством образованного продукта (по механизму обратной связи), а также непосредственно – ​в зависимости от концентрации нуклеотидов и путем обратимого фосфорилирования специфической киназой (ПДК), угнетающей активность этого фермента. Показано (Korotchkina et al., 2008), что назначение α-ЛК в виде пищевой добавки способствует повышению активности ПДГ в митохондриях гепатоцитов как непосредственно, так и путем подавления ПДК.

Не меньшее значение отводится второму представителю названной тройки – ​α-КГДГ, играющему, согласно классическим воззрениям, ключевую роль в непосредственной регуляции цикла Кребса. Если ПДГ в силу занимаемого места в углеводном обмене оказывает влияние (посредством ряда механизмов, задействующих генетический аппарат ядра) на транспортные системы, обеспечивающие поступление глюкозы извне через плазматическую мембрану, то α-КГДГ, как выяснилось в последние годы (Mclain et al., 2011), выступает в роли «регулировщика» производительности не только для цикла Кребса, но и, далее, для процессов транспорта электронов в дыхательной цепи митохондрий. В отличие от классических представлений, согласно которым регуляция происходит главным образом по механизму обратной связи (в зависимости от соотношения количеств исходного продукта и субстрата в среде), в последние годы в ученом сообществе все больше укрепляется другое, более широкое, понимание обратной связи применительно к рассматриваемым процессам. Все большее количество исследователей перестают отводить главное место в тонкой регуляции этого дегидрогеназного комплекса смещению равновесия между субстратом и продуктами реакции, давно получившему право постоянной прописки на страницах учебников. Новейшие данные заставляют признать ведущую роль в изменении активности α-КГДГ (и последующих процессов) за преходящими колебаниями так называемого редокс-статуса (окислительно-восстановительного статуса) клетки, а сам ферментный комплекс считать наиболее чувствительным внутриклеточным редокс-сенсором (Nulton-Persson et al., 2001). Поскольку такая регуляция непосредственно «завязана» на α-ЛК, данный вопрос следует рассмотреть более подробно.

Свободные радикалы и оксидативный стресс: новый взгляд на старую проблему
На протяжении последних десятилетий в науке господствовал взгляд, объяснявший, по крайней мере отчасти, снижение физиологических функций, которое происходит с возрастом и при ряде дегенеративных заболеваний, за счет свободнорадикального повреждения главных внутриклеточных структур. Это косвенно доказывалось корреляцией между возрастом или наличием патологического состояния и увеличением показателей оксидативного стресса (ОС) в сочетании с накоплением подвергшихся окислительным модификациям белков, ДНК и/или липидов. Считалось, что длительное свободнорадикальное воздействие истощает внутриклеточные системы антиоксидантной защиты (специфические ферменты и малые молекулы – ​скавенджеры), открывая путь к непосредственному повреждающему воздействию на биологические макромолекулы.

Однако с помощью этой традиционной схемы оказалось трудно объяснить недостаточную эффективность назначения большинства антиоксидантов в устранении функциональных изменений, связанных с возрастом или заболеваниями, как в клинической практике, так и в эксперименте. Кроме того, оказалось, что свободные радикалы являются важными элементами ряда сигнальных путей (Yap et al., 2009) и при некоторых условиях (например, ишемическое прекондиционирование) могут оказывать благоприятный эффект. Более того, митохондрии, главный источник окислительных валентностей внутри клетки, способны обратимо изменять свои функции в ответ на изменения редокс-статуса (Cadenas et al., 2009). Все это указывает на то, что клетки обладают механизмами опознания и быстрого реагирования на изменения своего окислительно-восстановительного баланса.

Наиболее характерным примером такого механизма как раз и является α-КГДГ, в состав которой в качестве коэнзима входит α-ЛК. С учетом того, что, с одной стороны, комплекс регулирует образование восстановительных валентностей в цикле Кребса, а значит, и транспорт электронов в дыхательной цепи вместе с синтезом АТФ, а с другой стороны, сам является объектом окислительно-восстановительной регуляции, напрашивается вывод, что посредством его участия осуществляется регуляция продукции энергии со стороны редокс-статуса митохондрий и клетки.

Значение α-липоевой кислоты
α-КГДГ – ​крупный комплекс, состоящий из трех субъединиц: Е 1 (декарбоксилаза α-кетокислот), Е 2 (дигидролипоил-трансацетилаза) и Е 3 (дигидролипоамид-дегидрогеназа). Как следует из названий, α-ЛК входит в состав последних двух субъединиц, причем в Е 2 в своей окисленной форме, а в Е 3 – ​в восстановленной, при этом связь с Е 2 – ​ковалентная.

Именно α-ЛК является акцептором сукцинатного остатка, образующегося в результате декарбоксилирования α-КГ, и «передает» его затем восстановленной форме коэнзима А. Полученные «взамен» от коэнзима А протоны α-ЛК передает на субъединицу Е 3 (также липоевой кислоте), откуда они переносятся на ФАД+ и НАД+ (Reed et al., 1974). Подобный механизм делает α-ЛК центральным, с точки зрения биоэнергетики, участником процесса декарбоксилирования α-КГ.

Однако роль ее этим не ограничивается. Как центральное звено цепочки происходящих при этом окислительно-восстановительных про­цессов она оказывается и наиболее чувствительной к изменению редокс-статуса митохондрий и клетки.

Представления о регулирующем влиянии колебаний редокс-статуса восходят к исследованиям (Nulton-Persson et al., 2001), в которых изолированные митохондрии подвергались воздействию Н2О2. При этом, несмотря на наличие в среде инкубации всех необходимых для их работы составляющих, транспорт электронов и окислительное фосфорилирование оказывались подавленными. Принципиальным оказалось то, что, во‑первых, после удаления Н2О2 из среды функции митохондрий восстанавливались полностью, а во‑вторых, что никакими концентрациями Н2О2 не удавалось вызвать угнетение этих функций более чем на 50%.

Было выяснено, что этот эффект Н2О2 развивается за счет обратимого угнетения α-КГДГ. Последнее же является результатом не прямого воздействия гидроксила на фермент, а происходит вследствие обратимого ковалентного связывания α-ЛК с глутатионом (глутатионилирование) (Nulton-Persson et al., 2003), в результате чего α-ЛК становится устойчивой к действию своих главных внутриклеточных «врагов» – ​продуктов перекисного окисления липидов, таких как N-этилмалеимид и 4-гидроксиноненаль (Applegate et al., 2008), появляющихся при оксидативном стрессе. Таким образом, присоединенный глутатион играет роль «замка», навешенного на молекулу α-ЛК до тех пор, пока не восстановится исходный редокс-статус.

Биологический смысл редокс-­регуляции α-КГДГ через α-ЛК видят в следующем (Fukushima et al., 1989). Протекание многих внутриклеточных процессов (выброс ионов кальция в цитозоль и т.п.) носит характер качественно-количественных осцилляций. При этом по достижении определенного количественного уровня внутри самого процесса срабатывают механизмы обратной регуляции, возвращающие его в исходное состояние. Представляется, что такой динамичный процесс, как окисление субстратов в цикле Кребса и движение электронов в транспортной цепи митохондрий, подчиняется аналогичной закономерности.

Поскольку обязательным побочным продуктом биологического окисления являются свободные радикалы, а митохондрии – ​их главный продуцент в клетке в нормальных ­условиях, предположение о значении свободных радикалов в качестве механизма обратной связи, позволяющего избегать избыточного окисления субстратов и в случае необходимости переключаться на процессы биосинтеза, находит все большую поддержку у исследователей. В пользу этого говорит и невозможность с помощью Н2О2 добиться угнетения функции интактных митохондрий более чем на 50%.

Разумеется, на этом пути встают новые вопросы, обнаруживаются факты, ожидающие своего объяснения. Однако совершенно ясно, что прежняя концепция ОС все больше нуждается в пересмотре (Mclain et al., 2011).

Помимо продукции НАДН+, а значит, и синтеза АТФ, α-КГДГ играет ключевую роль в использовании аминокислот для получения энергии, в продукции сукцинил-коэнзима для биосинтеза гема, а субстрат фермента, α-КГ, участвует в инактивации транскрипционного гипоксического фактора HIF‑1α. Кроме того, специфическое ингибирование α-КГ приводит к выходу цитохрома с из митохондрий и развитию апоптоза. Реализация всех этих функций становится невозможной без неизменного коэнзима – ​α-ЛК.

Не только радикалы
Интерес к молекуле α-ЛК огромен как со стороны биохимиков, так и клиницистов. Благодаря своим амфифильным свойствам она обладает поистине уникальным диапазоном регуляторных ролей. Огромное количество экспериментальных данных подтверждает ее способность непосредственно стимулировать поступление глюкозы в клетки путем воздействия на инсулиновые рецепторы и транспортеры глюкозы GLUT1 и GLUT4, что открывает широкие перспективы для ее применения при инсулинорезистентности и сахарном диабете. К настоящему времени известен длинный список молекул – ​участников внутриклеточной регуляции, с которыми в физиологических условиях взаимодействует α-ЛК. Среди них АМФ-киназа, протеинкиназа-В, гликоген-синтаза-киназа‑3β, митоген-активируемая протеинкиназа, транскрипционные факторы PGC‑1α, mTOR, NF-κB, TNF-α, FOX. Кроме того, показана способность экзогенной α-ЛК восстанавливать систему антиоксидантной защиты вне и внутри клетки (глутатион, коэнзим Q), нейтрализовать один из эффекторов воспаления α-фетопротеин, тем самым подавляя воспалительную реакцию. Обнаружено снижение количества α-гранул в тромбоцитах и способности последних к агрегации под влиянием α-ЛК (Lai et al., 2010). Все это позволяет рассматривать α-ЛК как весьма перспективное дополнительное средство при многих заболеваниях.

Клиническое применение
Наибольшее количество данных к настоящему времени накоплено об эффективности α-ЛК при диабетической полинейропатии (ПНП). Клинические исследования в этом направлении проводились начиная с 1983 г. Наиболее масштабными проектами последних лет являются исследования SYDNEY (2003) и SYDNEY II (2006), а также NATHAN1 (2011). В них подтверждена клиническая безопасность и хорошая переносимость α-ЛК и убедительно показана ее клиническая эффективность. Так, у пациентов с ПНП легкой и средней тяжести, длительное время получавших α-ЛК в дозировке 600 мг в день, зафиксировано не только выраженное клиническое улучшение (сглаживание симптоматики), но и замедление прогрессирования заболевания.

О том же говорят и результаты последних метаанализов (D. Ziegler et al., 2004; G.S. Mijnhout et al., 2012), которые на большом материале (1258 и 653 больных с ПНП) демонстрируют выраженное улучшение (снижение проявлений ПНП до 30% по шкале TSS) при различных режимах назначения α-ЛК.

Помимо этого показано, что α-ЛК в комбинации с другими антиоксидантами и витаминами способна вызывать улучшение при диабетической ретинопатии (по данным электроретинографии; M. Nebbioso et al., 2012), диабетической нефропатии (некоторые показатели; J.W. Chang et al., 2007; M. Morcos et al., 2001), уменьшать проявления эндотелиальной дисфункции у больных диабетом 2 типа (в сочетании со снижением HbA1c, общего холестерина и триглицеридов крови; B.B. Heinisch et al., 2010), ускорять заживление ран у больных диабетом (S.A. Chen et al., 2012), снижать вариабельность ритма у больных с диабетической вегетативной кардиальной нейропатией (D. Ziegler et al., 1997; R. Pop-Busui et al., 2013).

17

Заключение
В клинической медицине широко применяется α-ЛК. В Украине α-ЛК представлена, в частности, препаратом Тиогамма немецкой компании WOERWAG PHARMA. Основным показанием для ее назначения является диабетическая полинейропатия. В последние годы все больше исследований подтверждают ее эффективность при других осложнениях сахарного диабета, а также при неалкогольной жировой болезни печени, нейро­дегенеративных заболеваниях (болезни Альц­геймера, Паркинсона, Хантингтона), патологиях, связанных с эндотелиальной дисфункцией.

СТАТТІ ЗА ТЕМОЮ Ендокринологія

15.06.2021 Терапія та сімейна медицина Ендокринологія Оновлений склад препарату Еутирокс®: більша стабільність діючої речовини та безлактозна формула

Первинний гіпотиреоз є одним із найпоширеніших ендокринних захворювань, яке в більшості випадків потребує пожиттєвої гормонозамісної терапії (Taylor P. N. et al., 2018). Клінічний гіпотиреоз уражає кожного трьохсотого мешканця США; більша поширеність спостерігається серед жінок та осіб похилого віку. Симптоми гіпотиреозу варіюють від мінімальних проявів хвороби до станів, які загрожують життю (мікседематозна кома). Типові клінічні ознаки включають непереносимість холоду, швидку втомлюваність, збільшення маси тіла, потемніння шкіри, закрепи, зміни голосу. Більшість ознак і симптомів, які свідчать про дисфункцію щитоподібної залози (ЩЗ), є неспецифічними (особливо ті, що з’являються на ранніх стадіях хвороби), тому діагноз має ґрунтуватися на визначенні рівня тиреотропного гормона (ТТГ) та вільного тироксину (Wilson S. A. et al., 2021)....

15.06.2021 Терапія та сімейна медицина Ендокринологія Метформін при цукровому діабеті 2 типу: більше, ніж контроль глікемїї

Метформін багато років є препаратом першої лінії в лікуванні цукрового діабету (ЦД) 2 типу й напевне посідатиме цю позицію ще дуже тривалий час. Він є основою лікування ЦД 2 типу завдяки потужній цукрознижувальній дії, відмінному профілю безпеки та низькій вартості, що робить його доступним для всіх пацієнтів із цим захворюванням. Окрім того, метформін має низку плейотропних ефектів, які вигідно вирізняють його серед інших цукрознижувальних препаратів. Лікарям корисно знати про такі властивості метформіну, адже це допоможе їм краще мотивувати хворих на тривале лікування. Пропонуємо огляд свіжих досліджень метформіну, що розкривають його нові грані....

15.06.2021 Терапія та сімейна медицина Ендокринологія Цукровий діабет і гострі коронарні синдроми

Цукровий діабет (ЦД) – ​один з основних чинників ризику хронічного коронарного синдрому (ХКС), а в >40% пацієнтів із гострими коронарними синдромами (ГКС) спостерігається ЦД. ЦД зумовлює зростання відсотка смертності в пацієнтів із ГКС, включаючи гострий інфаркт міокарда (ІМ) без підйому сегмента ST (ІМбпST), гострий ІМ із підйомом сегмента ST (ІМпST), реваскуляризацію, зокрема тромболіз або черезшкірне коронарне втручання (ЧКВ) тощо....

15.06.2021 Терапія та сімейна медицина Ендокринологія Ліраглутид у дітей та підлітків із цукровим діабетом 2 типу

У дітей та підлітків із цукровим діабетом (ЦД) 2 типу основним препаратом вибору є метформін, але за монотерапії цим цукрознижувальним засобом спостерігається досить швидка втрата глікемічного контролю. Мета цього рандомізованого плацебо-контрольованого дослідження – ​підтвердити перевагу ліраглутиду над плацебо в контролі глікемії у дітей та підлітків із ЦД 2 типу при додаванні до метформіну (з інсуліном або без нього)....