Механизм действия ингибиторов фдэ-5 при эректильной дисфункции

Аннотация

Спинальный рефлекс и «цепочка» l-аргинин – окись азота – гуанилил-циклаза – циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) играют важную роль в расслаблении гладкой мускулатуры, которое приводит к эрекции.

Нервные и эндотелиальные клетки выделяют окись азота в половой член, где она стимулирует выработку циклического гуанозинмонофосфата из гуанилил-циклазы и снижает содержание кальция в межклеточном пространстве. Это ведет к расслаблению гладкой мускулатуры артерий и трабекул, расширению артерий, пережатию вен седалищно-пещеристыми мышцами и, конечно, эрекции.

Из ферментов группы фосфодиэстераз больше всего в кавернозном теле содержится фосфодиэстеразы 5 (ФДЭ-5). В каталитическом центре ФДЭ-5 обычно происходит разрушение цГМФ, тогда как ингибиторы ФДЭ-5 (например, силденафил) останавливают этот процесс и способствуют увеличению концентрации цГМФ в организме. Фосфорилирование ФДЭ-5 стимулирует её ферментативную активность, а также повышает степень сродства её аллостерических центров с цГМФ. Связывание цГМФ с аллостерическим центром также усиливает ферментативную активность ФДЭ-5. Таким образом, фосфорилирование ФДЭ-5 и связывание цГМФ с некаталитическими центрами  оказывают негативное влияние на процесс выработки цГМФ.

Ключевые слова: ингибиторы фосфодиэстеразы, вазодилататоры, циклический гуанозинмонофосфат, импотенция, эрекция

Введение

В последние годы появление новых, более подробных данных о регуляции гладкой мускулатуры кавернозных тел полового члена привели к более глубокому пониманию физиологии эректильной функции и дисфункции (ЭД), а также роли ингибиторов фосфодиэстеразы (ФДЭ) в лечении ЭД. Оральные препараты-ингибиторы ФДЭ-5 (к примеру, силденафил) представляют собой эффективные и безопасные средства для лечения этого нарушения, однако сегодня специалисты все еще занимаются изучением механизма их действия. В данной статье мы рассмотрим биохимические особенности процесса возникновения эрекции, роль ФДЭ-5 в этом процессе и механизмы действия ФДЭ.

Эрекция возникает в результате расслабления гладкой мускулатуры полового члена. Этот процесс регулируется действием спинального рефлекса и подразумевает участие сенсорных и ментальных стимулов. Баланс между факторами, которые стимулируют сокращение и расслабление, определяет тонус сосудистой системы полового члена и гладкой мускулатуры кавернозного тела.

У приматов, в том числе и у человека, механизм образования эрекции включает следующую цепочку реакций: l-аргинин – окись азота – гуанилил-циклаза – циклический гуанозинмонофосфат (Рис.1). Окись азота (ОА) синтезируется из кислорода и l-аргинина синтазой оксида азота (ОА-синтазой). Сексуальное возбуждение стимулирует проводящие пути нервной системы, и приводит к выделению ОА  из клеток нервной ткани и эндотелия. ОА проникает в цитоплазму гладкой мускулатуры и связывается с гуанилил-циклазой. Взаимодействие ОА с гуанилил-циклазой вызывает изменения в этом ферменте и ведёт к образованию 3',5'-гуанозинмонофосфата из гуанозин-5'-трифосфата. Присутствие циклического ГМФ в клетках – основное условие возникновения эрекции. Циклический ГМФ активирует протеинкиназу, который в свою очередь вызывает фосфорилирование некоторых протеинов. В результате уровень кальция в клетке снижается, происходит расслабление гладкой мускулатуры артерий и трабекул, расширение артерий, пережатие вен – и возникает эрекция.

Рис.1 Механизм расслабления гладкой мускулатуры

Рис.1 Механизм расслабления гладкой мускулатуры

Поскольку цГМФ играет важную роль в этом процессе, возможное вмешательство подразумевает в том числе повышение уровня цГМФ в клетках. Разрушая цГМФ, ФДЭ-5 препятствует нормальному возникновению эрекции. Это разрушение происходит в каталитическом центре при участии связанного цинка. Ингибиторы ФДЭ-5 снижают активность этого фермента и повышают концентрацию цГМФ. Однако в отсутствие стимуляции описанной выше цепочки ингибиторы ФДЭ-5 теряют свою эффективность. В отдельных участках кавернозного тела силденафил расслабляет гладкую мускулатуру, усиливая обычные, эндогенные механизмы расслабления, связанные с цГФМ, но при отсутствии  доноров ОА его действие незначительно.

Поскольку сексуальное возбуждение стимулирует «цепочку» l-аргинин – окись азота – гуанилил-циклаза – цГМФ в определенной зоне, ингибиторы ФДЭ-5 оказывают слабое влияние на гладкую мускулатуру других тканей.

Фосфодистераза-5 – основной, но не единственный фермент группы фосфодиэстераз в кавернозном теле. У млекопитающих специалисты нашли по меньшей мере 11 ферментов этой группы (Рис.2, Таб.1). Некоторые типы ФДЭ связаны с более чем одним геном, и для определённых матричных РНК (мРНК) существует как минимум два варианта сплайсинга; в результате количество разновидностей ФДЭ возрастает до 50. Одни разрушают исключительно цАМФ, другие – цГМФ, третьи – оба нуклеотида. ФДЭ-11, к примеру, разрушает и цАМФ, и цГМФ, тогда как ФДЭ-4 – только цАМФ, а ФДЭ-5 – только цГМФ.

В кавернозном теле человека встречается матричная РНК изоформ ФДЭ: ФДЭ1A, ФДЭ1B, ФДЭ1C, ФДЭ2A, ФДЭ3A, ФДЭ4A, ФДЭ4B, ФДЭ4C, ФДЭ4D, ФДЭ5A, ФДЭ7A, ФДЭ8A и ФДЭ9A. Некоторые из них (как, например, ФДЭ-5) содержат две идентичных структуры (гомодимера), другие (ФДЭ-6, к примеру), два разных структуры (гетеродимера).

Рис. 2 Механизм ингибирования ФДЭ-5 при эректильной дисфункции

Рис. 2 Механизм ингибирования ФДЭ-5 при эректильной дисфункции

Группа

Субстрат

Локализация в тканях

1

цГМФ >

цАМФ

Головной мозг, сердце, почки, печень, скелетная мышечная ткань, гладкая мускулатура сосудов и внутренних органов

2

цАМФ

и цГМФ

Кора надпочечников, головной мозг, кавернозное тело, сердце, почки, печень, гладкая мускулатура внутренних органов, скелетная мышечная ткань

3

цАМФ

и цГМФ

Кавернозное тело, сердце, тромбоциты, гладкая мускулатура сосудов и внутренних органов, печень, почки, подкожно-жировая клетчатка

4

цАМФ

Почки, лёгкие, лаброциты, головной мозг, сердце, скелетная мышечная ткань, гладкая мускулатура сосудов и внутренних органов, щитовидная железа, яички, нервная ткань

5

цГМФ

Кавернозное тело, тромбоциты, скелетная мышечная ткань, гладкая мускулатура сосудов, бронхов и внутренних органов

6

цГМФ

Сетчатка

7

цАМФ

Скелетная мышечная ткань, сердце, лимфоциты, скорлупа (в основании переднего мозга), хвостатое ядро, поджелудочная железа

8

цАМФ

Яички, яичники, тонкая кишка, толстая кишка

9

цГМФ

Селезёнка, тонкая кишка, головной мозг

10

цАМФ

и цГМФ

Полосатое тело, яички, щитовидная железа

11

цАМФ

и цГМФ

Кавернозное тело, гипофиз, печень, почки, предстательная железа, вилочковая железа, яички

Таблица 1. Субстратная специфичность и распределение фосфодиэстераз

Ферменты группы ФДЭ отличаются друг от друга также природой регуляторного домена фермента и функцией фосфорилирования. Каталитический домен локализован на карбоксильном конце, регуляторный – на амино-конце. Мономерные фрагменты ФДЭ сохраняют основные каталитические черты димерного фермента. Регуляторный домен для каждого подтипа свой. Например, в случае с ФДЭ-1  фермент регулируется кальциевой связью. Для некоторых из них, в том числе и для ФДЭ-5, важную роль играет процесс фосфорилирования. Некоторые имеют один или несколько GAF-доменов, которые связывают цГМФ в ФДЭ-5, образуя аллостерический (некаталитический) центр. В дополнение к цГМФ-селективным каталитическим центрам, ФДЭ-5 имеет два потенциальных аллостерических центра для цГМФ и как минимум один фосфорилирующий центр цГМФ-зависимой протеинкиназы (Рис.3). ЦГМФ связывается с аллостерическими центрами ФДЭ-5; связывание хотя бы одного из этих центров стимулирует каталитический центр цГМФ. Связывание аллостерического центра цГМФ изменяет структуру ФДЭ-5, открывая фосфорилирующий центр (серин-92 в бычьем ферменте, серин-102 в человеческом ферменте) Фосфорилирование ФДЭ-5 цГМФ-зависимой протеинкиназой (ПКГ) стимулирует её ферментативную активность, а также повышает степень сродства её аллостерических центров с цГМФ.  В процессе фосфорилирования повышается уровень ферментативной активности (в среднем, в 1,6 раз).

Рис.3 Структура ФДЭ-5

Рис.3 Структура ФДЭ-5

В клетках аорты крыс и клетках гладкой мускулатуры человека активация цГМФ-зависимой протеинкиназы с участием 8-Br-цГМФ приводит к фосфорилированию и активации ФДЭ-5, на которую 8-Br-цАМФ не оказывает никакого действия. Это позволяет контролировать негативную реакцию в клетках гладкой мускулатуры, поскольку повышение уровня цГМФ стимулирует также процесс его разрушения. Блокирование этой реакции связыванием каталитического центра частично обусловливает эффект, который ингибиторы ФДЭ-5 оказывают на эрекцию.

Повышая уровень цГМФ, ингибиторы ФДЭ-5 усиливают собственное действие, поскольку связывание цГМФ с аллостерическим центром стимулирует дальнейшее связывание ингибиторов ФДЭ-5 с каталитическим центром. Считается, что все ингибиторы ФДЭ-5  имеют один механизм действия, однако достоверно это не установлено.

Существует несколько механизмов, которые обусловливают снижение повысившегося уровня цГМФ. Процесс разрушения цГМФ усиливается эффектом действующих масс (т.е. повышенной доступностью субстрата для ФДЭ-5). Кроме того, ПКГ фосфорилирует ФДЭ-5, вызывая активацию этого фермента. Этим и объясняется увеличение интенсивности разрушения цГМФ. Процесс фосфорилирования также усиливает процесс связывания аллостерических центров ФДЭ-5 с цГМФ, из-за чего снижается уровень цГМФ, доступного для активации ПКГ. Наконец, более интенсивное связывание цГМФ с аллостерическими центрами также способствует разрушению цГМФ каталитическими центрами ФДЭ-5 и усиливает фосфорилирование этого фермента.

В заключение хотелось бы отметить, что специфические молекулярные и фармакологические свойства обусловливают уникальность каждого из ингибиторов ФДЭ-5. Благодаря различиям между ними, селективные ингибиторы ФДЭ-5 позволяют находить им инновационное фармакологическое применение. Однако на некоторые вопросы о свойствах и функции ФДЭ специалистам всё ещё предстоит ответить. Например:

  • Оказывает ли фосфорилирование ФДЭ-5 влияние на связывание таких ингибиторов, как варденафил или тадалафил?
  • Усиливается ли связывание ингибитора с молекулой ФДЭ-5, если она фосфорилирована?
  • Усиливается ли связывание ингибитора с молекулой ФДЭ-5, если с ее аллостерическим центром связан цГМФ?
  • Задерживается ли выведение ингибиторов ФДЭ-5 из клеток гладкой мускулатуры из-за связывания этих ингибиторов с ФДЭ-5 в клетках?
Рейтинг@Mail.ru