В.Н. Титов
Журнал "Лаборатория" №9, 1997 г.

Для переноса в крови (водной среде) гидрофобных, т. е. водонерастворимых веществ, сформированы транспортные системы. Несмотря на существенное различие гидрофобных веществ (кислород, билирубин, стероиды, тиреоидные гормоны, жирорастворимые витамины, ионы двухвалентных металлов), транспорт их к клеткам основан на единых принципах.

1. Основу каждой транспортной системы составляет транспортный белок.
2. Все транспортные белки переносят в крови простые вещества.
3. Каждая транспортная система специфична и переносит к клеткам одно простое вещество.

Система липопротеинов (ЛП) переносит в кровотоке жирные кислоты (ЖК). При этом аполипопротеином (апо) является белок, который формирует белок-липидный комплекс (БЛК) из одного класса липидов, определяет функциональные свойства БЛК и вызывает гиперлипопротеинемию (ГЛП) при генетическом дефекте или отсутствии синтеза апобелка.

Структурно жирные кислоты подразделяют на насыщенные и ненасыщенные (Табл. 1). Насыщенные кислоты и мононенасыщенная олеиновая кислота, окисляясь в митохондриях, поставляют клетке основное количество АТФ. Полиненасыщенные или полиеновые жирные кислоты выполняют структурную функцию, определяют специфичность клеточных мембран высокодифференцированных клеток и являются предшественниками синтеза эйкозаноидов (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены).

Физико-химическая индивидуальность жирных кислот настолько велика, что транспортировать разные свободные жирные кислоты в одном ЛП невозможно. Индивидуальность жирных кислот можно снизить, если ковалентно связать несколько жирных кислот с одной матрицей. В качестве матрицы служат спирты с разной степенью гидрофобности (глицерол, холестерол, сфингозин). Однако, и после этого насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты оказываются в разных сложных липидах. Триглицериды являются транспортной формой преимущественно насыщенных, а фосфолипиды - преимущественно ненасыщенных жирных кислот.

Табл. 1. Жирные кислоты эукариот

Атомы углерода: число и положение двойных связей	Семейство	Название	Систематическое наименование	Распространение
Насыщение
16:0	-	Пальмитиновая	Гексодеканоевая	Все растительные и животные жиры
18:0	-	Стеариновая	Оптадеканоевая	Все растительные и животные жиры
Моноеновая
16:1;9	w-7	Пальмитоолеиновая	цис-Гексадеценовая	"
18:1;9	w-9	Олеиновая	цис-Октадеценовая	"
18:1;9	w-9	Эллаидиновая	транс-Октадеценовая	Жиры жвачных, процесс гидрогенизации
22:1;13	w-9	Эруковая	цис-13-Докозеновая	Рапсовое и горчичное масло
Диеновая
18:2;9,12	w-6	Линолевая	цис-9,12-Октадекадиеновая	Растительные масла
Триеновая
18:3;6,9,12	w-6	g-Линоленовая	цис-6,9,12- Октадекатриеновая	Льняное масло
18:3;9,12,15	w-3	а-Линоленовая	цис-9,12,15- Октадекатриеновая	Льняное масло
Тетраеновые
20:4;5,8,11,14	w-6	Арахиденовая	цис-5,8,11,14- Эйкозотетраеновая	Арахисовое масло
Пентаеновые
20:5;5,8,11,14,17	w-3	Тиинодоновая	цис-5,8,11,14,17- Эйкозопентаеновая	Рыбий жир
20:5;7,10,13,16,19	w-3	Клупанодоновая	цис-7,10,13,16,19- Докозопентаеновая	Рыбий жир, фосфолипиды ткани мозга
Гексаеновые
22:6;4,7,10,13,16,19	w-3	Цервоновая	цис-4,7,10,13,16,19- Докозогексаеновая	Рыбий жир, фосфолипиды ткани мозга

Липидами являются ЖК и все сложные липиды-производные ЖК (триглицериды, фосфолипиды, гликолипиды, цереброзиды, ганглиозиды). Холестерин является спиртом, но после взаимодействия с ЖК образованные эфиры холестерина являются сложными липидами.

Простые и сложные липиды делятся на полярные (свободные ЖК, моно- и диглицериды, фосфолипиды; полярным является и холестерин). К неполярным липидам относятся триглицериды и эфиры холестерина. Полярные липиды формируют монослойные структуры. Неполярные липиды образуют гидрофобную массу. Между неполярными липидами и водной средой всегда формируется монослой полярных липидов.

Стационарными апобелками, которые формируют ЛП, являются апоА-1, изобелки апоВ-48 и апоВ-100. Транспортную функцию выполняют также белок, переносящий эфиры холестерина (БПЭХ), альбумин и альфа-фетопротеин (Табл. 2).

В превращении в крови полярных липидов в неполярные задействованы функциональные апоЛП (апоА-II, апоС-II и апоС-III) и ферменты - постгепариновая липопротеидлипаза и печеночная глицеролгидролаза. В свою очередь, в превращении в крови полярных липидов в неполярные участвуют апоА-1, апоА-11, апоА-1У и лецитин-холестерин ацилтрансфераза. Динамичным апобелком с уникальной функцией лиганда является апоЕ.

Филогенетически ранними являются ЛП высокой плотности (ЛПВП) и перенос ЖК в полярных липидах. Более поздним и совершенным является транспорт ЖК в неполярных липидах.

Каждый апобелок формирует БЛК из одного класса простых или сложных липидов. АпоА-1 связывает только полярные фосфолипиды. АпоВ-100, имея два разных липидсвязывающих домена, формирует два БЛК - один из триглицеридов, второй из эфиров холестерина (Табл. 3). Несмотря на название, БПЭХ связывает только моно- и диацилглицериды.

Табл. 3. Функция белок-липидных комплексов в транспорте жирных кислот

Белок-липидные комплексы	Функция
АпоА-1	акцептор полярных фосфолипидов
АпоА-II	кофактор лецитин-холестерин ацилтрансфераэы (динамичный БЛК)
АпоА-IV	акцептор холестерина (динамичный БЛК)
АпоВ-48	акцептор неполярных триглицеридов (стационарный БЛК)
АпоВ-100	акцептор триглицеридов третьим и эфиров холестерина пятым доменом, лиганд для апоВ-100 рецепторов (стационарный БЛК)
АпоС-II	кофактор постгепариновой липопротеидлипазы (динамичный БЛК)
АпоС-III	кофактор печеночной глицеролгидролазы (динамичный БЛК)
АпоЕ	лиганд для апоЕ рецепторов (апоЕ/А-1, апоЕ/В-48 и апоЕ/В-100) (динамичный БЛК)

В крови циркулируют как БЛК, так и ЛП.
БЛК являются первичные хиломикроны (ХМ), апоВ-48 БЛК; первичные ЛП очень низкой плотности (ЛПОНП), апоВ-100 БЛК из триглицеридов; ЛП низкой плотности (ЛПНП) апоВ-100 БЛК из эфиров холестерина; ЛП высокой плотности 2а (ЛПВП-2а, апоА-1 БЛК). В ассоциации БЛК формируют ЛП, в которых проходят биохимические превращения липидов (Табл. 4).
Липопротеинами являются зрелые ХМ, зрелые ЛПОНП, ЛП промежуточной плотности (ЛППП), ЛПВП-26, ЛПВП-З, ЛП очень высокой плотности (ЛПОВП). Каждый БЛК в ЛП выполняет специфичную функцию. По окончанию биохимических превращений липидов ЛП диссоциируют на отдельные БЛК.

В энтероцитах синтезированные фосфолипиды связывает апоА-1 и формирует первичные ЛПВП. ЛПВП в фосфолипидах переносят ко всем клеткам полиеновые ЖК. АпоА-1 связывается с белками мембраны клеток и при действии фосфолипаз проходит транcэтерификация ЖК: более полиеновая ЖК из фосфолипидов ЛПВП переходит в фосфолипиды мембраны, а менее ненасыщенная ЖК - в обратном направлении; поглощения ЛПВП при этом не происходит. Это - пассивный транспорт в клетки полиеновых омега-6 ЖК. Более длинные и более ненасыщенные омега-3 ЖК так в клетки поступать не могут. В энтероцитах триглицериды связывает апоВ-48 и формирует первичные ХМ. В крови первичные ХМ ассоциируются с апоЕ БЛК и формируют зрелые ХМ. Последние переносят насыщенные ЖК только в гепатоциты, которые поглощают ХМ путем апоЕ/В-48 рецепторного эндоцитоза. Врожденное нарушение структуры апоЕ и апоЕ/В-48 эндоцитоза приводит к ГЛП типа III.

Функциональное отличие апоА-1 ЛП от апоВ ЛП (ХМ, ЛПОНП, ЛППП и ЛПНП) состоит в том, что первые переносят ЖК только в полярных (простых и сложных) липидах, а вторые - в неполярных сложных липидах. Поэтому, когда в ходе транспорта в апоВ ЛП образуются полярные (простые или сложные) липиды, они переходят в ЛПВП. Когда же в ЛПВП синтезируются неполярные сложные липиды, они переходят в более гидрофобные ЛПНП или ЛПОВП.

ХМ транспортируют в гепатоциты экзогенные насыщенные ЖК с длиной 4-24 атомов углерода. Гепатоциты оптимизируют ЖК по длине и в секретруемых ими триглицеридах содержатся только С 1б и С 18 ЖК. АпоВ-100 связывает триглицериды и формирует первичные ЛПОНП, которые гепатоциты секретируют в кровь. В крови первичные ЛПОНП ассоциируются с апоЕ БЛК и формируют зрелые ЛПОНП. Постгепариновая липопротеидлипаза гидролизует часть триглицеридов ЛПОНП и образуемые полярные свободные ЖК, моно- и диацилглицериды покидают ЛПОНП; насыщенные ЖК связывает альбумин, а моно- и диацилглицериды переходят в ЛПВП-2а, превращаясь при этом в глицерид-содержащие ЛПВП-26. Акцептором моно-, диглицеридов является БПЭХ, В ходе липолиза ЛПОНП превращаются в ЛППП. При генетическом дефекте постгепариновой липопротеидлипазы и нарушении гидролиза триглицеридов в ХМ и ЛПОНП, формируется ГЛП типа 1.

Поскольку ЛППП являются ассоциатом апоВ-100 и апоЕ БЛК, дальнейший их транспорт может быть разным. При дефиците насыщенных ЖК клетки синтезируют апоЕ, который инициирует поток в клетки насыщенных ЖК в состав ЛППП. Клетки поглощают ЛППП путем апоЕ/В-100 эндоцитоза. Так происходит активный транспорт в клетки насыщенных ЖК. При врожденном изменении структуры апоЕ и нарушении апоЕ/В-100 лиганд-рецепторного взаимодействия формируется ГЛП типа III.

По второму пути липолиз в ЛППП продолжается и освобождаемые свободные С 1биС 18 ЖК связывает альбумин. Альбумин переносит ЖК к миоцитам и адипоцитам, взаимодействует с мембраной клеток, ЖК переходят на мембрану и далее путем диффузии поступают в клетки. Альбумин не связывает полиеновые ЖК, поэтому альбумин формирует пассивный транспорт в клетки только насыщенных ЖК.

При раздельном транспорте в клетки насыщенных и полиеновых ЖК и те, и другие поступают в клетки как пассивным, так и активным путем (Рис. 1).

Рис. 1. Транспорт липопротеинами в крови насыщенных и полиеновых ЖК

Сплошные линии - транспорт полиеновых ЖК (толстая линия - активный, тонкая - пассивный).
Точечная линия - транспорт полиеновых ЖК в эфирах холестерина.
Пунктирная линия - транспорт насыщенных ЖК.

Существенное отличие состоит в том, что пассивно в клетки поступают ЖК из полярных липидов без поглощения клетками ЛП. При активном транспорте ЖК поступают в клетку в составе неполярных липидов и при этом клетки поглощают ЛП посредством рецепторного эндоцитоза. Пассивный путь филогенетически более древний; активный транспорт более молодой и более совершенный.

Пассивным путем насыщенные ЖК поступают в клетки в связи с альбумином; активным путем насыщенные ЖК поступают в клетки при апоЕ/В-100 рецепторном эндоцитозе ЛППП. Пассивно транспорт омега-6 полиеновых ЖК проходит при транеэтерификации ЖК между фосфолипидами ЛПВП и фосфолипидами мембраны. Однако, омега-3 ЖК поступать в клетки пассивным путем не могут.

Как же омега-3 ЖК поступают в клетки?
Потребность в омега-3 ЖК продиктована тем, что клетки рыхлой соединительной ткани используют их для синтеза эйкозаноидов (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены). Эйкозаноиды локально регулируют кровоток в капиллярах, агрегации тромбоцитов, экскрецию электролитов, реакцию воспаления. Эйкозаноиды, синтезированные клеткой из арахидоновой омега- 6 и эйкозапентаеновой омега-З ЖК, существенно различаются по активности, Эйкозаноиды действуют всего несколько минут, депонировать их клетки не могут, поэтому их синтез и действие происходят одновременно. Это требует рецепторного поступления в клетки омега-3 ЖК. Однако, рецепторным эндоцитозом клетки поступают только неполярные сложные липиды.

Первым этапом активного транспорта в клетки омега-3 ЖК является транеэтерификация ЖК из полярных фосфолипидов в неполярные эфиры холестерина (ЭХ); реакция проходит в ЛПВП. На втором этапе ЭХ переходят в ЛППП при действии БПЭХ. Замещая триглицериды, более гидрофобные ЭХ инициируют превращение ЛППП в ЛПНП. Если ЛПОНП и ЛППП транспортируют в клетки насыщенные ЖК, то ЛПНП переносит только полиеновые, преимущественно омега-3 ЖК. Третий этап - поглощение клетками ЛПНП путем апоВ-100 эндоцитоза.

Рис. 2. Кругооборот холестерина в транспорте в клетки полиеновых ЖК и места
блокады транспорта ЖК с формированием ГЛП разных типов по Д. Фредриксону

Мы полагаем, что апоВ-100 эндоцитоз является ключевым этапом поступления в клетки омега-3 ЖК. Генетический дефект структуры апоВ-100 лиганда или отсутствие на мембране апоВ-100 рецепторов приводят к ГЛП типа IIа. Функциональный дефект апоВ-100 лиганда, вызванный неполным замещением триглицеридов на эфиры холестерина и нарушением превращения ЛППП в ЛПНП, составляет основу ГЛП II б типа (Рис. 2).

В лизосомах гидролиз ЭХ освобождает полиеновые ЖК, которые использует клетка. Холестерин же транспортные белки цитозоля переносят на мембрану, с которой он диффундирует в кровь. В крови холестерин связывает апоА-IV и в ЛПВП его опять используют для этерификации следующей полиеновой ЖК. Так происходит кругооборот холестерина в транспорте полиеновых ЖК.

Определяя в крови содержание холестерина, мы на самом деле оцениваем уровень ЭХ, которые являются транспортной формой полиеновых ЖК и которые клетки не могут поглотить. Следовательно, холестерин крови отражает дефицит в клетках полиеновых ЖК.

Однако, апоВ-100 рецептор является ключевым этапом транспорта полиеновых ЖК только у части видов млекопитающих (морские свинки, свиньи, кролики, приматы), в том числе и у человека; все они имеют в крови высокий уровень БПЭХ. У животных, которые в крови имеют следовые количества этого белка (мыши, крысы, собаки), ЭХ не переходят из ЛПВП в ЛПНП и транспорт полиеновых ЖК в клетку проходит без участия апоВ-100 рецепторов. У этих животных ЭХ из ЛПВП переходят не в ЛПНП, а в ЛПОНП (апоА-1 + апоЕ БЛК); клетки активно поглощают ЛПОВП путем апоЕ/А-1 эндоцитоза. Активный транспорт полиеновых ЖК через апоЕ/А-1 рецепторы филогенетически более поздний и более резистентный к эндогенной блокаде. Мы полагаем, транспорт в клетки полиеновых ЖК путем апоВ-100 эндоцитоза обуславливает чувствительность животных к атеросклерозу, а апоЕ/А-1 эндоцитоз резистентность к атеросклерозу (Рис. 3).

Рис. 3. Два варианта активного транспорта в клетки полиеновых ЖК,
которые определяют чувствительность (верх) и резистентность (низ)
млекопитающих к атеросклерозу

Обозначения в тексте

Атеросклероз, мы полагаем, является синдромом дефицита в клетках полиеновых ЖК. Симптомами атеросклероза являются ГЛП, гипертония, гиперагрегация тромбоцитов, гиперинсулинемия и диабет II типа, гиперкоагуляция, активация гуморального и клеточного звеньев иммунной системы и воспаление. Существенное различие транспорта в клетки ЖК дает основание дифференцировать два вида патологии - патологию транспорта полиеновых и патологию транспорта насыщенных ЖК. К первой относится атеросклероз, ко второй - эссенциальная гипертония.

Литература:

1. Титов В. Н. Вопр. мед, химии 1995. 1. стр. 3-8,
2. Титов В. Н. Биохимия 1996. 61. стр. 3-23.
3. Титов В. Н. Биохимия 1997. 62. стр. 3-19.
4. Титов В. Н. Успехи современной биологии 1997. 113.2, стр. 240-255.
5. Титов В. Н. Кардиология 1998. 38. 1. стр. 143-149.