Болезнь Вильсона-Коновалова (БВК)

11 Августа в 2:11 3206 0


Болезнь Вильсона-Коновалова [по Вильсону — гепатолентикулярная дегенерация (ГЛД), по Коновалову — гепатоцеребральная дистрофия (ГЦД)] является редким заболеванием (примерно 4 случая на миллион человек), вызванным генетически обусловленным нарушением металл-лигандного гомеостаза (МЛГ). Механизм развития болезни начинается с коллагеноза.

Патогенез БВК

Этиология заболевания связана с рецессивным геном на длинном плече 13 хромосомы, кодирующим Сu-транспортирующую АТФ-азу P-типа. На сегодняшний день обнаружено уже более 60 мутаций в различных отделах этого гена, чем объясняется значительный фенотипический полиморфизм БВК. У славян более чем в 60% случаев наблюдается мутация Hisl069Gln в 14 экзоне гена. Тем не менее, все эти мутации нарушают синтез церулоплазмина (ЦП) — Сu-содержащего гликопротеина (массой около 150 тыс. Да), относящегося к фракции α2-глобулинов и служащего метаболическим депо Сu в организме.

Поскольку в норме в этом депо находится около 95% Сu плазмы, все обменные процессы с участием меди видоизменяются, что приводит к многообразным нарушениям метаболизма. В частности, отмечается избыточное накопление Сu2+ в печени, почках, мозге, задней пограничной пластинке глаза. Избыточное (более 92,7 мкмоль/г сухой массы = 5,9 ррм) накопление Сu в ткани печени приводит к ее циррозу (Лекарь, Макарова, 1984). Таким образом, в основе болезни лежит дефицит многофункционального биолиганда — ЦП.

Церулоплазмин

ЦП выполняет многообразные функции (Вавилова с соавт., 2005). Он является универсальным внеклеточным «гасителем» свободных радикалов, имеет выраженную супероксиддисмутазную активность, то есть восстанавливает в крови супероксидные радикалы до O2 и H2O, защищая от повреждения липидные структуры мембран. Эти свободные радикалы образуются макрофагами и нейтрофилами во время фагоцитоза, а также при интенсификации окислительных процессов в очагах воспаления. ЦП также окисляет серотонин, катехоламины, полиамины, полифенолы, Fe2+. Кроме того, ЦП участвует в синтезе цитохром-с-редуктазы в клетках печени.

Таким образом, этот металлопротеин является фактором естественной защиты организма при воспалении и аллергических процессах, при стрессовых состояниях и повреждении тканей, в частности, при инфаркте миокарда и ишемии. Снижение концентрации или активности ЦП в сыворотке крови до 100-150 мг/л и ниже (при норме 350 мг/л), то есть дефицит ЦП, приводит к депонированию Си в печени, мозге, почках и других органах, где этот металл блокирует активные центры ферментов тканевого дыхания. Клинически БВК проявляется главным образом печеночными и неврологическими расстройствами.

Синтез ЦП происходит в гепатоцитах из безмедного комплекса апоЦП на полирибосомах гладкого ЭР и в аппарате Гольджи (Пучкова с соавт., 1982). Экспрессия гена ЦП обнаружена также в лимфоцитах, мононуклеарных клетках селезенки, ткани мозга, бронхов и матки. Синтезированный ЦП состоит из 1000 аминокислотных остатков (около 132 кДа), содержит 6 доменов с 6 ионами Си. Углеводный компонент ЦП составляет до 8% массы молекулы и содержит глюкозамины (18%), маннозу (14%), галактозу (12%), фукозу (2%) и терминальные сиаловые кислоты (до 9%). Потеря части сиаловых кислот приводит к быстрому удалению ЦП из крови.

В соответствии с физико-химическими законами Куст комплексов ионов металлов с белками и их функции заметно различаются. Так, ионы Си2+ классифицируют на три типа. Ион первого типа определяет характерный цвет оксидаз, координируя 2 атома N гистидина и SH-группу цистеина и метионина в α2-глобулине. ЭПР-спектр Си2+ второго типа аналогичен спектру супероксиддисмутазы. Два иона третьего типа образуют двуядерный комплекс — антиферромагнитную пару. Три иона второго и третьего типов в составе оксидаз образуют «трехъядерный кластер», координирующий 8 гистидиновых остатков в 4 пептидах.

Основное количество ЦП (300-850 мг/л) содержится в плазме крови, однако рецепторы к ЦП обнаружены также на купферовских клетках, фибробластах, астроцитах, эритроцитах, лейкоцитах, мембранах клеток аорты и кардиомиоцитах. Широкая распространенность рецепторов указывает на важную роль ЦП в организме. Действительно, известно несколько функций ЦП, которые сказываются на развитии патологического процесса. Среди физиологических функций, кроме участия в транспорте и депонировании Си, отмечают его роль в обмене Fe (ферроксидазная активность), окислении биогенных аминов, антиоксидантной системе, в частности, в регуляции перекисного окисления липидов (рис. 1).

Функции ЦП в метаболизме

Рис. 1. Функции ЦП в метаболизме

Роль ЦП в обмене подтверждается также тем, что при дефиците Си у человека и у животных может развиваться железодефицитная анемия (ЖДА). На этом фоне введение ЦП приводит к тому, что уже через 5 мин. содержание Fe в крови животных быстро увеличивается. Ферроксидазная активность ЦП способствует мобилизации Fe3+ из печени и селезенки и встраиванию иона в молекулу апотрансферрина с дальнейшим переносом трансферрином в костный мозг для синтеза гемина и гема.

При ацерулоплазминемии, когда в крови отсутствует ЦП, в тканях мозга и внутренних органов накапливается Fe. Клинические проявления такого состояния — дегенеративные изменения сетчатки глаза, неврологические дефициты, диабет. Увеличенная концентрация Fe активирует перекисное окисление липидов в сыворотке крови, мембранах эритроцитов и в спинномозговой жидкости, а образовавшиеся свободные радикалы повреждают нервные клетки и нарушают функции митохондрий.

Известна также детоксицирующая функция ЦП, связанная с катаболизмом нейротоксина 6-гидроксидофамина и адренергических медиаторов. При болезни Паркинсона, которая связана с нарушением обмена нейромедиаторов (дофамина) (рис. 2), уровень ЦП в сыворотке крови и в спинномозговой жидкости снижается.

Биосинтез нейромедиаторов

Рис. 2. Биосинтез нейромедиаторов

ЦП относится к белкам «острой фазы». Его недостаток наблюдается не только при БВК (накопление Си), но и при болезни Менкеса (недостаток Си в печени при нарушении адсорбции из ЖКТ), хроническом нефротическом синдроме с протеинурией, хроническом алкогольном отравлении. С другой стороны, при инфекциях и при раке уровень ЦП значительно возрастает. Препараты ЦП применяют при лечении онкологических заболеваний, используя его слабые супероксиддисмутазные свойства. Механизм действия ЦП в этом случае заключается не в нейтрализации супероксидрадикалов, а в окислении их предшественников.

Диагностика БВК

Поступающая с пищей и напитками медь (2,5-5 мг/сут) очень быстро, в течение часа, откладывается в печени в так называемые «медные депо», состоящие из белков с низкой (около 10 кДа — металлотионеины, и L-6-D) (Evans et al., 1973, Тегао, Owen, 1974) и средней (около 35 кДа — перекисные дисмутазы) (Fridovich, 1974) относительной молекулярной массой. Кроме того, в печени ежесуточно около 1 мг Си расходуется на синтез ЦП. Некоторая часть металла входит в состав высокомолекулярных ферментов — моноаминоксидаз, участвующих в инактивации разных аминов (серотонина, допамина, норадреналина), а также допамин-3-гидроксилазы, тирозиназы, цитохромоксидазы и лизилоксидазы (170 кДа). Последний фермент участвует в синтезе коллагена.

Не утилизированный Си выводится из организма двумя путями: с мочой (50-60 мкг) после абсорбции в почечных канальцах и — в основном — с калом. В последнем случае после разрушения ЦП его асиаловый остаток с 6-7 атомами Си поглощается клетками печени и с помощью лизосом экскретируется в желчь. В среднем за сутки выводится до 2 мг Си, что сохраняет его баланс нулевым и свидетельствует о достаточно совершенном гомеостазе этого элемента у человека.

Для диагностики БВК обычно принимают во внимание абсолютное содержание Си в крови и моче. Так, содержание меди в моче увеличивается с 0,76 до 5,29 мкмоль/л (соответственно, 48 мкг и 336 мкг) в сутки, т.е. в 7 раз. Считается, что выделение с мочой более 115 мкг/сут Си позволяет подтвердить диагноз БВ, например, в форме хронического гепатита, цирроза печени «вильсоновской» этиологии (Лойко, 1968).

Диагностическое значение определения содержания Си в цельной крови неоднозначно. Содержание Си, связанной с плазмой крови, при БВК оно снижается с 15,24 до 10,76 мкмоль/л (с 0,97 до 0,68 ррм), т.е. до 0,7 нормы. Напротив, содержание «неЦП-Cu» («прямой» меди) увеличивается с 1,34 мкмоль (0,048 ррм) до 3,31 мкмоль/л при преневрологической стадии заболевания и до 5,1 мкмоль/л при неврологической стадии (соответственно, 0,21 и 0,32 ррм), т.е. в 2,5 и 3,8 раз. Таким образом, тенденция к изменению содержания Си в крови при БВК проявляется достаточно явно, если определять не абсолютное, а «фракционное» содержание: в составе ЦП оно уменьшается, а вне него — увеличивается. При этом общее содержание Cu в крови остается примерно одинаковым и, следовательно, диагностического значения этот показатель не имеет.

Наиболее информативны для диагностики БВК следующие показатели:

а) Наличие пигментных колец Кайзера-Флейшера, образующихся в результате отложения свободных фракций Си в задней пограничной пластинке глаза; в неврологической стадии они имеют темно-зеленый цвет. Однако в преневрологической стадии их может не быть.

б) Наиболее простым и информативным тестом для выявления БВК является низкое содержание ЦП (менее 1,32 при норме 1,65-2,3 мкмоль/л). Однако снижение содержания ЦП может наблюдаться и у здоровых лиц, а также у больных с болезнями, фенотипически сходными с БВК (например, при хронических гепатитах, циррозах, некоторых хронических прогрессирующих заболеваниях нервной системы).

в) Суточное выделение Си с мочой. Гиперкупрурия при БВК может достигать 11,57 мкмоль при норме 0,58-1,74 (соответственно, 735 и 37-110 мкг). Особенно резко выделение Си усиливается после назначения тиоловых препаратов, что позволяет использовать эти препараты для дифференциальной диагностики. Однако интенсивность гиперкупрурии колеблется, а иногда она встречается при других заболеваниях.

г) Один из наиболее надежных методов диагностики — определение содержания Си в ткани печени. БВК диагностируют, если содержание Си выше 31,48 мкмоль/г сухой массы. Однако при билистазах любой этиологии содержание Си в печени также повышено.

Таким образом, абсолютно специфичных показателей обмена Си, позволяющих отличать БВК от ее возможных гепатогенно-обусловленных фенокопий, не существует. Поскольку БВК проявляется как типичное нарушение МЛГ, достаточно специфичным показателем при диагностике могут служить данные о содержании в организме, в первую очередь в крови и моче, не только Си, но и других тяжелых металлов (ТМ), а также их соотношение, пропорции.

Среди таких ТМ особое место занимают металлы со сходными внешними электронными оболочками, то есть того же 4 периода Периодической таблицы, поскольку в процессах метаболизма они проявляют антагонистические взаимоотношения. Для Си это в первую очередь Zn и Fe. Эти металлы конкурируют в процессах всасывания в ЖКТ, при проникновении через мембраны клеток, при комплексообразовании с одними и теми же лигандами и активации некоторых ферментов.

При БВК Си, благодаря увеличенной «прямой» фракции, вытесняет Zn из ряда комплексных соединений, в том числе ферментов. Это проявляется уменьшением содержания Zn и в крови, и в моче, т.е. наблюдается гипоцинкемия и гипоцинкурия. Содержание Zn в плазме крови и экскреция с мочой в сутки снижаются, соответственно, до 9,82 мкмоль/л (0,64) и до 34,8 мкмоль (2,28 мкг). Поэтому при лечении БВК часто пользуются Zn-содержащими препаратами с двоякой целью: с одной стороны, для восполнения запаса Zn в организме, с другой — для вытеснения избытка «прямого» Си из крови.

Таким образом, в общем виде патогенез БВК представляется следующим (рис. 3): при БВК формируется порочный круг — уменьшение синтеза ЦП уменьшает количество Си2+, выводимого с деградированным (асиаловым) ЦП, приводя к накоплению иона. Создается парадоксальная ситуация избытка Си в отдельных тканях при его недостатке в нормальной цепи метаболизма в большинстве других тканей. Токсичность металла приводит к многообразным последствиям, в зависимости от состояния разных тканей и организма в целом.

Предполагаемый механизм патологии БВК

Рис. 3. Предполагаемый механизм патологии БВК

Эффективность Сu-элиминирующей терапии значительно увеличилась после появления очень эффективного при этой болезни комплексона — d-пеницилламина (продукт гидролиза антибиотика пенициллина; препарат «купренил») (рис. 4). Он представляет собой аминокислоту с дополнительной SH-группой и является практически единственным препаратом для эти- отропного лечения БВК.

d-пеницилламин

Рис. 4. d-пеницилламин

Его действие можно объяснить следующим образом: многоэлементный комплекс ЦП имеет несколько Куст для каждого из 6 ионов Сu. При неполном насыщении ЦП при БВ Куст комплекса Сu-ЦП оказывается несколько большей, чем Куст комплекса Cu-препарат. В этом случае прием препарата удаляет излишек Сu из фракций неЦП-Сu, не влияя на основное транспортное депо металла. При этом чрезвычайно важно то, что близкие Кусг этих двух комплексов позволяют комплексу Сu-препарат выполнять в организме основные функции ЦП, в первую очередь связанные с его антиокислительными свойствами. При всей простоте молекулы пеницилламина видно, что в нем имеется целых 3 группы, способных к взаимодействию с металлами: -SH, -NH2 и -СООН.

В целом переходные металлы блокируют SH-группы ферментов, образуя хелатные комплексы (меркаптиды). В условиях хронического отравления Сu при БВК содержание общих SH-групп в крови снижено. После назначения купренила количество общих SH-групп увеличивается при одновременном снижении общих дисульфидных групп. Из-за хелатных свойств препарата происходит выравнивание нарушенного при БВК тиолсульфидного равновесия. Реакционноспособные SH-группы препарата восстанавливают активность тиоловых ферментов, приводя к клиническому эффекту. Образующиеся хелаты d-пеницилламина с тяжелыми металлами нетоксичны и водорастворимы, то есть легко выводятся через почки.

Кроме того, SH-группы препарата помогают разлагать S-S переплетения высокомолекулярных иммунных комплексов макроглобулинов, способствуют снижению уровня нерастворимого коллагена, подавляют мезенхиматозные реакции, тормозят клеточный (Т-лимфоциты) и гуморальный (В-лимфоциты) иммунный ответ.

Изменения содержания элементов при БВК и при лечении купренилом следующие: в норме соотношение Zn/Cu в крови колеблется от 3,6 до 6,2 (Барашков с соавт., 2003,6), при БВК оно увеличивается до 15-21. При этом в моче это соотношение может превышать значение 120. При лечении купренилом оно снижается в моче до 3,8, причем абсолютное выделение обоих элементов увеличивается более чем в 10 раз. Длительный неконтролируемый прием купренила может усугубить микроэлементоз, приводя к снижению содержания Zn в крови до 8,9 мкмоль/л (0,58 мкг/г) и дополнительной потере с мочой до 50,3 мкмоль (3,29 мкг) металла.

При длительном приеме купренила могут возникать побочные эффекты, аналогичные наблюдаемым в случае неконтролируемого приема препаратов других элементов. Из-за смещения при БВК металл-лигандного равновесия в сторону Сu в нормальных комплексах возникает дефицит Zn, на фоне избытка Zn в ионной форме. Это проявляется дисбалансом аминокислот, нарушением тиолдисульфидной и аскорбатно-восстановительной систем (соотношение аскорбиновой кислоты к ее окисленным формам снижается в 3 раза).

Поскольку d-пеницилламин является мягким комплексоном, при длительном приеме он может вытянуть из крови (плазмы и даже клеток) другие ТМ, в том числе, эссенциальные Zn, Fe, Со и Мп. При этом возникают нарушения синтеза гема, дыхательной цепи (ДЦ) и реакций, катализируемых ферментами с указанными металлами, начиная с реакций синтеза коллагена.

Поэтому, назначая этот препарат при Сu-элиминирующей терапии, необходимо периодически контролировать элементограмму крови и принимать меры для восстановления нормального соотношения других элементов с учетом их распределения в плазме и клетках.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74046 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19350 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17137 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы