Определение и синтез глицина
Глицин простейшей аминокислотой в природе , а у животных он является основным компонентом внеклеточных структурных белков, таких как коллаген и эластин. У млекопитающих глицин классифицируется как заменимая аминокислота, которая синтезируется из трех различных субстратов: (i) серина посредством фермента серингидроксиметилтрансферазы, (ii) холина посредством образования саркозина и (iii) треонина , в пути с участием фермента треониндегидрогеназы. Однако , у людей количество глицина, синтезируемого in vivo, недостаточны для удовлетворения клеточных потребностей. Глицин — это природная нетоксичная аминокислота, циркулирующая в крови в диапазоне 100–200 мкМ при нормальных условиях. Кроме того, клинические испытания доказали безопасность диетического глицина. Введение глицина in vitro и in vivo ингибирует агрегацию тромбоцитов и вызывает удлинение времени кровотечения. Введение глицина эффективно снижает [Ca 2+ ] i и продукцию цитокинов в воспалительных клетках посредством активации глицинзависимых хлоридных каналов, тем самым уменьшая общее (системное) воспаление.
Таким образом, многие специализированные клетки обладают различными системами для активного транспорта глицина через свои клеточные мембраны: глиальные клетки, энтероциты, гепатоциты, плацентарные клетки и эритроидные клетки. В нейронах глицин действует как тормозной нейротрансмиттер, в то время как в резидентной популяции макрофагов (клеток Купфера), альвеолярных макрофагов и нейтрофилов печени эта аминокислота снижает их чувствительность к провоспалительным стимулам . В 1996 г. Ikejima et al. продемонстрировали, что диета, обогащенная 5% глицином, уменьшала поражения печени и смертность в крысиной модели эндотоксического шока и предотвращала рост фактора некроза опухоли альфа (TNF-α) в сыворотке крови.
Лечение шизофрении глицином
Несмотря на то,что система Gly была впервые описана в эритроидных клетках, она широко изучалась прежде всего в центральной нервной системе. Глицин и D-серин необходимы как коагонисты глутаматных рецепторов NMDA-типа, расположенных в возбуждающих глутаматергических синапсах. Уровни глицина в синапсах контролируются транспортерами глицина, которые непосредственно влияют на гомеостаз глицина в центральной нервной системе и, следовательно, контролируют баланс между ингибированием и возбуждением нейронов в нескольких нейронных цепях. Ингибирование обратного захвата глицина переносчиками глицина является обоснованием для разработки третьего поколения препаратов для лечения шизофрении.
Было показано, что глицин, простая заменимая, нетоксичная аминокислота и тормозной нейротрансмиттер, гиперполяризует постсинаптические моторные нейроны за счет увеличения проводимости хлоридов . Глицин оказывает тормозящее действие, связывая свой рецептор (GlyR), который в основном локализован в постсинаптических мембранах нейронов и часто упоминается как глицинзависимый хлоридный канал. Известно, что этот эффект глицина избирательно блокируется стрихнином - растительным алкалоидом. Кроме того , широкий спектр лейкоцитов и макрофагов (например, клетки Купфера, альвеолярные и перитонеальные макрофаги и нейтрофилы) также содержат глицин-управляемые хлоридные каналы. Связывание глицина с рецептором стимулирует приток Cl- , вызывая гиперполяризацию мембраны, что предотвращает индуцированный агонистом приток кальция.
Глицин является тормозным нейротрансмиттером, действующим путем прямой активации ионотропных глициновых рецепторов, которые преимущественно находятся в тормозных синапсах в спинном мозге, стволе головного мозга и сетчатке. Транспортеры глицина контролируют уровни глицина в тормозных и возбуждающих синапсах, а GlyT1-опосредованный обратный захват глицина способствует активации рецепторов NMDA. Таким образом, клинические состояния, связанные с дефицитом передачи сигналов рецептора NMDA, такие как шизофрения, потенциально могут лечиться путем ингибирования обратного захвата глицина в синапсах. Целью терапевтических ингибиторов GlyT1 является восстановление гомеостаза глицина в определенных областях центральной нервной системы и облегчение клинических симптомов шизофрении. Этот новый подход представляет собой альтернативу современным методам лечения, которые основаны главным образом на блокировании дофаминовых рецепторов.
Многочисленные исследования in vitro и in vivo продемонстрировали, что миллимолярные концентрации глицина снижают стимулированные агонистами сигналы Ca 2+ и ослабляют образование активных форм кислорода, продукцию провоспалительных цитокинов, фагоцитарную активность и пролиферацию клеток. В отличие от ранее предложенной гипотезы ( Zhong et.al., 2003 ), в исследовании T. Schilling , C. Eder ( 2004) на макрофагах не были обнаружены функциональные глициновые рецепторы. Следующие экспериментальные данные свидетельствуют против присутствия глициновых рецепторов: во-первых, вызванные глицином токи макрофагов головного мозга были Na + -зависимыми и Cl- независимыми . Во-вторых, на токи не влиял антагонист глициновых рецепторов стрихнин. В-третьих, агонист глициновых рецепторов таурин не мог генерировать токи. Разница в экспрессии глициновых рецепторов между периферическим и макрофагов головного мозга (настоящее исследование) можно объяснить различием в исследованных типах клеток. Также возможно, что экспрессия глициновых рецепторов зависит от функционального состояния макрофагов, как сообщалось для различных типов ионных каналов в периферических и мозговых макрофагах . Необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы выяснить, при каких условиях функциональные рецепторы глицина экспрессируются макрофагами. В макрофагах головного мозга глицин вызывал деполяризацию мембран и повышение внутриклеточной концентрации Na + . Эти данные привели нас к заключению, что глицин активирует транспортеры аминокислот , связанные с Na+ в макрофагах головного мозга.
Были идентифицированы два основных типа специфических переносчиков глицина, а именно GLYT1 и GLYT2 . Однако маловероятно, что GLYT1 и/или GLYT2 экспрессируются макрофагами головного мозга. Оба переносчика глицина являются Na + и Cl- зависимыми , тогда как вызванные глицином токи в макрофагах мозга не обнаруживают никакой зависимости от вне- и внутриклеточного Cl-. Кроме того, вызванные глицином токи в макрофагах головного мозга не влияли на ингибитор GLYT1 NFPS или ингибитор GLYT2 амоксапин. Исследователи предполагают, что глициновые ответы макрофагов головного мозга опосредованы активацией переносчиков нейтральных аминокислот системы А, т.е. SNAT1, SNAT2 и/или SNAT4. Этот вывод основан на наблюдениях, что в макрофагах головного мозга (i) глутамин и MeAIB индуцировали внутренние токи, подобные тем, которые вызываются глицином, и (ii) токи, вызванные глицином, не индуцировались ни в присутствии MeAIB, ни глутамина. Транспортеры системы А являются электрогенными, Na + -зависимыми и Cl- независимыми . Они поглощают глутамин и MeAIB, а также способны переносить глицин . Однако , эти данные не позволяют нам определить, какой из транспортеров системы А, SNAT1, SNAT2 или SNAT4, участвует в глициновых реакциях макрофагов головного мозга. Ни один из этих транспортеров не был описан ранее в каком-либо препарате макрофагов. Необходимы дальнейшие эксперименты для выяснения молекулярной идентичности транспортера системы А, посредством которого глицин оказывает свое действие на макрофаги головного мозга.
Концентрации глицина, необходимые для возбуждения внутренних токов и увеличения [Na + ] в макрофагах головного мозга ( > 100 мкм ), относительно высоки и не достигаются внеклеточно в центральной нервной системе (ЦНС) в нормальных физиологических условиях . Однако широкий спектр заболеваний головного мозга, таких как травма, ишемия, эпилепсия и другие, сопровождаются гибелью нейронов и глиальных клеток. Предполагается, что внутриклеточные концентрации глицина составляют 10 мМ в нейронах ( Roux & supplisson , 2000 ) и 2 мМ в глиальных клетках . Таким образом, высвобождение глицина из умирающих клеток, скорее всего, вызовет увеличение внеклеточной концентрации глицина до значений, достаточных для активации переносчиков нейтральных аминокислот системы А в макрофагах головного мозга. Таким образом, можно предположить, что глицин модулирует иммунные ответы макрофагов головного мозга при патологических состояниях ЦНС, сопровождающихся гибелью клеток. Активированные макрофаги мозга в поврежденной ЦНС, по-видимому, менее чувствительны, чем активированные макрофаги мозга в клеточной культуре ( Hurley et al. 1999 ). В ЦНС глицин может участвовать в механизмах, предотвращающих необратимую гиперактивацию макрофагов головного мозга, которая может вызвать нейродегенерацию или стойкое воспаление ( Nakamura, 2002) .). Опосредованное глицином снижение выработки нейротоксических веществ активированными макрофагами мозга может помочь предотвратить вторичное повреждение здоровых нейронов в непосредственной близости от поврежденной ткани мозга.
Эритроциты
В эритроцитах человека основным путем поглощения глицина, описанным в 1980-х годах, является Na- и Cl-зависимый активный механизм поглощения, получивший название «System Gly». Было показано, что у некоторых видов млекопитающих его активность теряется во время развития эритроцитов до зрелых эритроцитов.
Первоначально предполагалось, что транспортные системы глицина обеспечивают глицин главным образом для синтеза глутатиона в незрелых эритроцитах, тогда как решающее значение глицина как одного из субстратов для синтеза гема совершенно игнорировалось. Действительно, гораздо раньше Shemin et.al. ( 1948) продемонстрировали, что инкубация in vitro ретикулоцитов человека с тяжелым азотом [N] глицином приводит к образованию значительных количеств [N] гема.
D. Garcia-Santos et.al. ( 2017) продемонстрировали, что GlyT1( транспортер глицина) экспрессируется в клетках печени плода, и его экспрессия увеличивается во время опосредованной эритропоэтином индукции эритроидной дифференцировки. Авторы заметили , что у взрослых крыс, получавших битпертин (ингибитор GlyT1) , наблюдалось снижение среднего корпускулярного объема, среднего корпускулярного гемоглобина и уровней гемоглобина по сравнению с контрольной группой. D. Garcia-Santos et.al. ( 2017) получили убедительные доказательства того, что поглощение глицина эритробластами представляет собой ограничивающий этап образования гема и, следовательно, образования гемоглобина. Подавление GlyT1 вызывало нарушение синтеза гемоглобина in vitro и гипохромную микроцитарную анемию in vivo. Кроме того, как и ожидалось, введение битпертина приводило к повышению уровня эритропоэтина у крыс. В совокупности эти данные показывают уникальность эритроидных клеток с точки зрения их высокой потребности во внеклеточных субстратах для биосинтеза гема, а также поднимают вопрос о том, как в этих клетках координируется транспорт глицина и железа.
Долгосрочное ингибирование поглощения глицина эритробластами у человека может привести к развитию сидеробластной анемии из-за нарушения биосинтеза гема, что, следовательно, может вызвать печеночную и системную перегрузку железом.
Umbritch et al. ( 2014) провели рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование битпертина с участием 323 пациентов с шизофренией. Их исследование показало умеренный, но клинически значимый эффект битпертина в улучшении негативных симптомов, связанных с шизофренией. Однако при всех исследованных дозах битпертина у значительного числа пациентов наблюдалось снижение уровня гемоглобина более чем на 2 г/дл.
Таким образом , можно предполагать наличие прямых корреляций уровня глицина с RBC, HB, HCT, MCV , MCH и MCHC.
Лейкоциты
Отмечено уменьшение WBC под влиянием глицина. Глицин оказывает ингибирующее действие на иммунные клетки, включая макрофаги, моноциты, нейтрофилы и лимфоциты.
Кроме того широкий спектр лейкоцитов и макрофагов (например, клетки Купфера, альвеолярные и перитонеальные макрофаги и нейтрофилы) также содержат глицин-управляемые хлоридные каналы. Ранее было показано, что глицин предотвращает увеличение внутриклеточного кальция ([Ca 2+ ] i ) в клетках Купфера. Поскольку клетки Купфера и Т-лимфоциты происходят из одной и той же плюрипотентной стволовой клетки, было высказано предположение, что глицин предотвращает увеличение [Ca 2+ ] i в лимфоцитах и ингибирует клеточную пролиферацию. Удивительно, но глицин не оказывал влияния на продукцию IL-2 в смешанной культуре лимфоцитов; поэтому было проверено влияние глицина на IL-2-зависимую пролиферацию. Глицин и рапамицин вызывали дозозависимое снижение стимулированного IL-2 роста клеток Ctll-2 примерно до 60% и 40%, соответственно, от контроля. Кроме того, глицин также ингибировал стимулированный IL-2 рост лимфоцитов селезенки крыс. Сделан вывод, что глицин притупляет пролиферацию независимым от IL-2 образом.2+ ] i , которые необходимы для транскрипции факторов, необходимых для клеточной пролиферации. Поскольку глицин предотвращает увеличение [Ca 2+ ] i в других типах лейкоцитов, а кальций важен для активации Т-лимфоцитов, была выдвинута гипотеза, что глицин может предотвращать пролиферацию Т-лимфоцитов и оказывать иммунодепрессивное действие благодаря механизму, включающему активацию глицин- закрытый хлоридный канал.
Тромбоциты
Введение глицина in vitro и in vivo ингибирует агрегацию тромбоцитов и вызывает удлинение времени кровотечения. Можно предполагать, что глицин увеличивает PLT. Кроме того, глицин улучшает микроциркуляцию ( Shechter et al., 1999 ; Zhong et al., 1996 ) и подавляет воспаление ( Wheler et al., 1999 , 2000 ; Stachlewitz et al., 2000 ) и следовательно , может быть использован для лечения заболеваний, сопровождающихся повышенной агрегацией тромбоцитов и тромбозом (Schemmer P., et.al., 2012).
Различные реагенты предотвращают агрегацию тромбоцитов с помощью различных механизмов. Например, аспирин ингибирует превращение арахидоновой кислоты в сильнодействующие медиаторы агрегации тромбоцитов, такие как тромбоксан А2 ( Ferri et al. 1994). PGE1 и папаверин повышают уровень цАМФ в тромбоцитах , а SGB-1543, производное фенилпиперазина, ингибирует агрегацию, блокируя серотонические и адренергические рецепторы.
Глицин ингибирует агрегацию тромбоцитов, скорее всего, влияя на отток кальция. Внутриклеточный кальций играет центральную роль в регуляции функции тромбоцитов. В состоянии покоя тромбоциты [Ca 2+ ] поддерживаются на низком уровне . Когда [Ca 2+ ] i увеличивается под действием агонистов либо за счет притока Ca 2+ , либо высвобождения из внутренних запасов, тромбоциты активируются и подвергаются агрегации Было показано, что глицин гиперполяризует нейроны и клетки Купфера за счет увеличения проводимости хлоридов Глицин связывается со своим рецептором (GlyR), который представляет собой анионный канал. Когда этот канал активирован, приток хлоридов увеличивается
Приток хлорида, скорее всего, вызывает гиперполяризацию тромбоцитов, и известно, что кальциевые каналы труднее открыть, когда клетка гиперполяризована . Следовательно, глицин может свести к минимуму увеличение внутриклеточного кальция, тем самым ингибируя агрегацию тромбоцитов. Действительно, настоящее агрегация тромбоцитов увеличивалась после стимуляции АДФ и коллагена, и этот эффект блокировался глицином. Эффект глицина на агрегацию тромбоцитов блокировался стрихнином (специфический антагонист кальциевого хлоридного канала) что указывает на то, что эффекты глицина затрагивают этот канал. Кроме того, это исследование показало, что, подобно лейкоцитам и макрофагам, тромбоциты также содержат хлоридные каналы, управляемые глицином (Froh et al. 2002). Таким образом, глицин ингибирует агрегацию тромбоцитов, скорее всего, за счет активации глицинзависимых хлоридных каналов в тромбоцитах, что снижает ответ на различные тромбогенные агонисты.
Добавить комментарий