В оригинальной статье можно посмотреть структуру AGTR1 и трехмерную модель ARBs
JOURNAL OF INDEPENDENT MEDICAL RESEARCH
Предполагаемые антибактериальные механизмы блокаторов рецепторов ангиотензина II
Trevor G Marshall, PhD, Belinda Fenter, BS, and Frances E Marshall, GradDipPharm, RPh
Autoimmunity Research Foundation, Thousand Oaks, California AutoimmunityResearch.org, Fort Worth, Texas Los Robles Regional Medical Center, Thousand Oaks, California 91360
Реферат
Ангиотензин II имеет важную роль в Th1 иммунопатологических заболеваниях. Он непосредственно модулирует NF-kappa B, необходимый предшественник генерации воспалительных цитокинов и хемокинов, включая TNF-alpha. Кортикостероиды проявляют свое противовоспалительное действие полностью блокируя активацию NF-kappa B, в то время как блокаторы рецепторов ангиотензина (ARBs) ингибируют чрезмерную активацию NF-kappa B, позволяя фагоцитам отвечать на иммунный вызов менее агрессивно. Новый ARB, Ольмезартан Медоксимил был полезен при лечении саркоидоза, Th1 воспалительной болезни и было предположено, что ARBs могут непосредственно воздействовать на бактериальные патогены. Белковые рецепторы, активно связывающие ангиотензин II, были обнаружены на нескольких разновидностях бактерий. Мы не обнаружили никаких совпадений между рецептором ангиотензина человека и любым подобным белком в 294 бактериальных геномах, секвенированных к настоящему времени, что делает правдоподобным предложение, что бактерии могут использовать этот гормон хозяина таким образом, чтобы ускользать от воздействия иммунной системы хозяина. Дозировка Ольмезартана Медоксимила 40 mg каждые 8 часов, наиболее полезная при иммуномодуляции, находится выше уровня, необходимого, чтобы произвести максимальный гипотензивный эффект. Таким образом, вероятно, Беникар действует на атипичные рецепторы, возможно непосредственно на патогенах, или на некоторые пока не известные ангиотензин-связывающие белки человека.
Введение
Ангиотензин II имеет глубокое действие при Th1 иммунопатологическом заболевании. Поскольку мы ранее отметили, что ангиотензин II непосредственно модулирует NF-kappa B в цитоплазме зрелых фагоцитов [1], вызывая начало транскрипции многих воспалительных хемокинов и цитокинов, включая IL-1beta, IL-6, и IL-8, MCP-1, CAM-1, IFN-gamma и TNF-alpha [2,3,4,5,6,7,8,9]. Блокада рецепторов ангиотензина II редуцирует генерацию этих цитокинов, включая TNF-alpha [6,7] и ингибирует воспалительный процесс [1,3,4,6,7].
В свете новых данных, что Th1 воспалительная болезнь может быть вызвана бактериальными патогенами [10,11], мы должны определить, могут ли ARBs также иметь антибактериальное действие на бактерии.
Блокада рецепторов ангиотензина имеет противовоспалительное действие
Marta Ruiz-Ortega исследовала действие ангиотензина при иммунопатологических заболеваниях. Идентифицировав прямое стимулирующие действие ангиотензина II на NF-kappa B [2], Ruiz-Ortgea с тех пор занимается идентифицикацией ангиотензина II как ключевого фактора при воспалительной нефропатии, особенно при диабетической нефропатии [3,7] и подтвердила роль ARBs в контроле воспаления.
Belline с коллегами также подтвердили наблюдения Iwai [8], что фагоцитоз в мышиной модели перитонеального воспаления непосредственно модулируется ангиотензином [4]. Belline с коллегами затем показали, что ARB уменьшал фагоцитоз перитонеальных макрофагов. Losartan продемонстрировал, что AT1 рецепторы участвуют в ''изменении устойчивости хозяина к инфекции''.
Производство воспалительных цитокинов и хемокинов в ''аутоиммунном'' Th1 воспалении начинается, когда NF-kappa B активизирован в цитоплазме моноцитов, макрофагов и дендритных клеток. NF-kappa B заставляет ядра фагоцитов эмитировать мРНК, которая содержит генетический код, определяющий транскрипцию цитокинов и хемокинов в цитоплазме [1,2,4,5,7].
Кортикостероиды проявляют свое противовоспалительное действие, полностью ингибируя активацию NF-kappa B [12] (дозозависимо).
Однако, эти два противовоспалительных механизма существенно различаются. Рецепторы ангиотензина II на мембране фагоцитов являются только одним из способов, которым иммунная система может быть активизирована. Кроме рецепторов ангиотензина II имеются другие рецепторы, каждый из которых может активизировать NF-kappa B, позволяя фагоцитам реагировать на иммунный вызов. Блокада рецепторов ангиотензина отключает только один из каналов, с помощью которого NF-kappa B может быть активизирован. Фагоцит может реагировать на иммунный вызов посредством других рецепторов. Кортикостероиды блокируют NF-kappa B напрямую и полностью подавляют фагоциты, безотносительно источника иммунного вызова.
Необычные клинические наблюдения
Авторы наблюдали выгодные эффекты ARBs в группе пациентов с саркоидозом. Саркоидоз - хроническая воспалительная болезнь, вызванная неконтролируемой Th1 иммунной реакцией. Эти клинические наблюдения имеют характерные особенности, возможно указывающие, что ARBs действуют не только на рецепторы ангиотензина II тип 1 (AGTR1).
Во-первых, требования по дозированию кажутся аномальным. Пациенты сообщают, что ARBs продолжают давать возрастающее симптоматическое улучшение при дозировке много больше уровня, дающего максимальный гипотензивный эффект. Например, Ольмезартан (Беникар/Ольметек) (CS-866) продолжает подавлять симптомы болезни до дозировки 40 mg каждые 4 часа, дозировка 40 mg каждые 6-8 часов является оптимальной. Этот ARB достигает максимальной гипотензивной активности при дозировке 10-20 mg через день [13].
Во-вторых, различные ARBs не были одинаково эффективны в подавлении симптомов болезни. О действии Ольмезартана сообщалось как о ''превосходном'', в то время как Вальсартан - ''второй из лучших ARBs'', Ирбесартан ''полезный''. Все эти ARBs обеспечивают ''непреодолимую'' блокаду AGTR1. Каким образом одна ''непреодолимая'' блокада может отличиться от другой ''непреодолимой'' блокады?
Наконец, Вальсартан не подавлял синусовые симптомы. Даже при том, что он имел адекватный паллиативный эффект на мышечную боль, неврозы [14] и одышку, у некоторых пациентов остались воспаленные и болезненные пазухи. После того, как эти паценты начали принимать Ольмезартан, синусовые проблемы исчезли. Так как имеется только один тип AGTR1 рецепторов, как могут различные ARB иметь различную активность в пазухах?
Рецепторы ангиотензина II тип 1 у человека
AGTR1 - G-протеин-связывающий рецептор (GPCR), член большого семейства рецепторов на поверхности клеток, которые облегчают передачу гормональных сигналов через мембрану фагоцитов [15]. Другие GPCRs включают Toll-like рецепторы, которые также являются медиаторами иммунной реакции [16,17]. Увеличенное число рецепторов ангиотензина II экспрессировано в вовлеченной ткани при Th1 болезни, по сравнению с здоровой тканью [18].
AGTR1 (P30556) состоит из 4 внеклеточных доменов, 7 трансмембранных регионов и 4 внутриклеточных доменов [15]. Присутствие внеклеточного ангиотензина II определяется структурными изменениями, которые происходят в трансмембранном регионе 7, когда ангиотензин II связывается около границ внеклеточных доменов и трансмембранных регионов 5 и 7. Карбоксильный конец (O=C-OH) связывается Lys-199 регионом из трансмембранного региона 5, и гуанидиновая группа Arg2 [(NH2) 2-C-NH-C] связывается с Asp-281 в трансмембранном регионе 7 [15,20].
Разработка и производство ARBs - многомиллиардный бизнес, и молекулярные модели очень немногих ARB были размещены в Белковом Банке Данных (PDB) или любых других публично доступные местах. Минимальная энергия конформации для молекулы (не принимая во внимание pH) была оптимизирована. Оптимизация была выполнена, используя автоматизированный пакет молекулярного моделирования Ghemical. Ангиотензин II доступен в PDB, номер 1N9V.
Карбоксильный конец ARBs (включая Кандесартан, Ирбесартан, Ольмезартан и Вальсартан) связывается с Lys-199 регионом AGTR1. На трансмембранный регион 7 не воздействуют все ARBs. Несмотря на это, ARBs эффективно блокируют действие ангиотензина II (у человека), производя окклюзию этого ключевого региона AGTR1.
Ангиотензин II - полипептид с последовательностью аминокислот Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe. Между структурами ARB имеются значительные вариации, и все они отличаются карбоксильным концом ангиотензина II. Хотя они чрезвычайно эффективны при связывании трансмембранного домена 6 AGTR1, ясно, что небольшие различия в структуре или конформации (различные пространственные формы) рецептора, могут делать один или несколько антагонистов ARB неэффективными. Если имелись генетические мутации рецептора, они могли бы влиять на способность каждого ARB связываться с Lys-199 доменом. Фактически, известны 5 мутаций гена AGTR1, но все они находятся в трансмембранном регионе, не смежном с Lys-199 доменом. Следовательно, только генетические мутации не могут адекватно объяснить отличия в эффективности ARBs, наблюдаемые в клинических исследованиях. Можно предположить, что мы можем иметь дело с рецепторами, иными чем AGTR1 ...
Бактериальные рецепторы с афинностью к ангиотензину II
Nickenig с коллегами [21] исследовал ткань полученную при биопсии кожи человека. Они заметили нечто странное. Ткань содержала ''AT1 рецепторы и предположительно новый рецептор ангиотензина, активизированный ангиотензином (1-7), оба участвующих в передаче сигналов, вовлеченных в синтез ДНК''. Они отметили существование этого нового рецептора, но не смогли объяснить его происхождение.
Ранее, 1993, Whitebread с коллегами предупредил относительно ''загрязнения молликутами'' тканей крысы, описав атипичный клеточный рецептор ангиотензина II, который исчез после применения ''комбинации антибиотиков BM-Cyclin'' [22]. Они отметили, что изучение рецепторов ангиотензина II крысы не было возможным в присутствии рецепторов контаминантов (''молликуты'' - синоним ''микоплазмы'', ''L-формы'' или бактерий без клеточной стенки). Бактерии были идентифицированы как Acholeplasma laidlawii. Наконец, они отметили, что бактериальные рецепторы не блокирует ARB Лозартан (Козаар).
Bergwitz с коллегами [23] охарактеризовали рецептор ангиотензина II, который они обнаружили у Mycoplasma hyorhinis, и отметили, что бактерия тесно прилегает к мембране клеток млекопитающих. Они отметили, что атипичные рецепторы ангиотензина II могли появиться из-за взаимодействия паразит-хозяин, поскольку афинность рецептора к ангиотензину II была 7 раз выше, когда бактерия инфицировала клетки, чем когда бактерия находилась в изолированной культуре. Они подтвердили, что бактериальный рецептор ангиотензина II был специфичен для ангиотензина II и ангиотензина I. Антибиотики бацитрацин и апротинин (естественный ингибитор протеазы) были мощными ингибиторами связи с рецептором на M. hyorhinis. Бацитрацин или апротинин не воздействовали на чувствительность AGTR1.
Servant с коллегами [24] изолировал атипичный рецептор ангиотензина II в клетках феохромоцитомы крысы. Бацитрацин сильно замедлял действие этого атипичного рецептора и иммунологический анализ фермента подтвердил, что клетки были загрязнены M. hyorhinis. Участки связи с ангиотензином II были устранены при обработке ткани BM-cycline.
Используя аналоги ангиотензина II, они оценили массу бактериального рецептора в 95kDa, что достоверно различается от массы AGTR1 рецептора млекопитающих. Лозартан был неэффективен для блокирования [связи] ангиотензина II c бактериальным рецептором.
Smith [25] обнаружил, что бактериальный рецептор на M. hyorhinis имеет значительную афинность к ангиотензину II и ангиотензину I и что афинность была связана с PH. Поэтому, он выдвинул гипотезу, что микроорганизм может быть способен реагировать на величину PH окружающей среды, балансируя степенью связи ангиотензина II с его рецептором.
Bergwitz [23] заключил (в 1991 г.) ''Хотя биологическое значение этих участков сцепления неизвестно, они могут иметь значения для участия микоплазмы в патогенезе аутоиммунных болезней''. Трудно не согласиться.
Исследования генома
294 бактериальных генома доступны в базе NCBI, большинство из них полностью расшифрованы. Если взять ген AGTR1 и выполнить сравнение между геномом человека и всеми бактериальными геномами (2,199,823 последовательностей), становится очевидно, что только млекопитающие обладают геном AGTR1, подобным человеческому. Takanayagi [26] обнаружил, что ''последовательность аминокислот рецептора ангиотензина II человека была на 95.3 % и 94.2 % идентична последовательности у крыс и коров, соответственно''.
Дальнейшие исследования подтвердили, что не имеется никаких последовательностей в любом бактериальном геноме, способных к транскрипции белка, даже приблизительно подобному AGTR1 человека.
Поэтому мы взяли маленький фрагмент расшифрованного гена AGTR1, только 30 последовательностей аминокислот в позиции 181-210 (afhyesqnst lpiglgltkn ilgflfpfli), охватывающий регион, где карбоксильный конец ангиотензина II связывается с AGTR1 человека.
Поиск этой последовательности в полной базе геномов (tblastn), показал абсолютное совпадение с homo sapiens, почти полное совпадение с геномом коров, свиней и крыс, но нулевую корреляцию с любым из микробных геномов. Таким образом, теперь можно окончательно утверждать, что никакой микробный рецептор ангиотензина II не идентичен с AGTR1, и даже не подобен структурно.
Поэтому, может быть предположено, что микробный рецептор эволюционировал таким образом, что имеет полностью отличную функцию от таковой у AGTR1 человека. McLaren считает, что связь белков хозяина микроорганизмами может помочь им избежать узнавания иммунной системой хозяина [27].
Если ARB способны к фактическому ингибированию снабжения ангиотензином II микроорганизма, таким образом устраняя способность микроорганизма защитить себя от уничтожения процессом фагоцитоза, тогда действие ARB может классифицироваться как ''антимикробное''.
Дополнительная гипотеза - неизвестные гены человека, чувствительные к ангиотензину II
Несколько генов человека имеют активность рецепторов ангиотензина II тип 2 (AT2). Протоонкоген MAS, рецептор ангиотензина / вазопрессина (LOC171390), рецептор меланокортина тип 2 (адренокортикотропный гормон) (MC2R) и AK007383, мышиный AT1 рецептор-связанный белок, как сообщалось, имеют клеточные рецепторы ангиотензина II. За исключением последнего, маловероятно, что любой из ARBs мог иметь значимый клинический эффект на эту, преимущественно AT2 активность рецепторов. Маловероятно, но не невозможно. Кроме того, если бы ангиотензин связывался с другими, пока не идентифицированным рецептором или белком человека, тогда возможна дополнительная гипотеза - что ARBs воздействуют непосредственно на пока неизвестный метаболизм в геноме человека, а не в бактериальном геноме. Должно быть сделано большее количество исследований, чтобы полностью исключить эту возможность.
Некоторые ARBs не могут блокировать микробные рецепторы ангиотензина II
Лозартан (DuP 753), самый ранний из ARBs, не способен блокировать сцепление ангиотензина II с микробными рецепторами ангиотензина [21,23, 24]. Но Лозартан был одним из первых ARB и соревновательно связывался ангиотензином. Его структура радикально различается от современных ARBs. Только на основании того, что Лозартан не может игибировать метаболизм ангиотензина бактериями, нельзя сделать вывод, что современные ARBs не могут делать это лучше. Это особенно истинно для более высоких дозировок, клинические исследования которых являются необходимыми.
Вариации структуры AT1 рецептора
Fierens с коллегами [28] исследовали влияние вариаций структуры рецептора ангиотензина, вариации, которые, как подтверждает генетический банк, должны существовать между рецепторами ангиотензина бактерий и человека. Они обнаружили замену лизина в положении 199 глутамином, и что эта единственная замена уменьшает аффинность в 45 раз для Кандесартана, в 10 раз для Ирбесартана и в 5 раз для Лозартана. Примечательно, что когда это исследование было предпринято, Ольмезартан еще не был доступен.
Кандесартан, Ирбесартан и Лозартан - одинаково эффективны для AGTR1 человека, но имеют различную эффективность блокады атипичных рецепторов. Можно ожидать, что различия в активности также будут наблюдаться при блокаде бактериальных рецепторов (атипичных) .
Резюме и перспективы
В то время как имеется мало сомнений, что ангиотензин II вносит значительный вклад в воспалительные болезни, имеется немного исследований, точно идентифицировавших и подтвердивших, как именно блокаторы рецепторов ангиотензина могут уменьшать повреждения и страдания пациентов при этих болезнях. В 1991 г. Bergwitz [23] заключил, ''Хотя биологическое значение этих участков сцепления неизвестно, они могут иметь значения для участия микоплазмы в патогенезе аутоиммунных болезней''. Очевидно, что необходимо большее количество исследований, чтобы точно идентифицировать, почему бактерии метаболизируют ангиотензин, используют ли они фрагменты этого гормона человека, чтобы увеличить свою способность скрыться от иммунной системы [27], или они используют их, чтобы непосредственно исказить сам процесс фагоцитоза [28,29].
Литература
1. Marshall TG, Marshall FE: New Treatments Emerge as Sarcoidosis Yields Up its Secrets. Clinmed 2003 Jan 27;2003010001
Available from URL