1. Обмен одноуглеродных фрагментов

Существует группа биохимических реакций, которые имеют специальный набор ферментов и коферментов. Они участвуют в метаболизме аминокислот, а также играют роль в метаболизме нуклеотидов. Эта группа реакций упоминается как одноуглеродный метаболизм, потому что у них общего есть перенос одноуглеродных групп. 

Одно углеродный метаболизм существует, потому что одноуглеродные группы слишком летучие и должны быть привязаны к чему-то во время метаболических превращений..

Принципиально, существует три способа перемещения групп атомов, содержащих один атом углерода, с использованием следующих молекул: 

• Тетрагидрофолат (ТГФ) в качестве кофактора в ферментативных реакциях. 
  
• S-аденозилметионин (SAM) в качестве донора метил (-CH3). 
  
• Витамин B12 (кобаламин) в качестве кофермента в реакции метилирования и перегруппировки.
  

1.1. Роль глицина и серина

 Обмен серина и глицина

Серин - заменимая аминокислота, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза - 3-фосфоглицерата, а аминогруппу получает от глутаминовой кислоты.

Глицин - также заменимая аминокислота, основным источником которой служит серии. Реакцию синтеза глицина из серина катализирует фермент серин-оксиметилтрансфераза, кофермен-том которой является Н₄-фолат (см. схему А).

Реакция превращения серина в глицин легко обратима. Основной путь катаболизма глицина у человека и других позвоночных также связан с использованием Н₄-фолата (см. схему Б).

Эта реакция обратима и катализируется глицинсинтазой - ферментным комплексом, похожим на пируватдегидрогеназный комплекс, и локализованным в митохондриях клеток печени. По последним данным глицинрасщепляющая ферментная система несколько отличается от глицинсинтазы и содержит 4 белка: Р-белок, включающий кофермент ПФ, Н-белок, содержащий липоевую кислоту, Т-белок с коферментом Н₄-фолат, L-белок, являющийся дигидролипоилдегидрогеназой с коферментом NAD⁺.

1. Пути метаболизма серина и глицина

Аминокислоты серии и глицин выполняют в организме человека разнообразные и очень важные функции. Роль серина и глицина в синтезе многих биологически важных соединений представлена на рис. 

1. Синтез из 3-Фосфоглицерата. Серин - заменимая АМК, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза - 3-фосфоглицерата, а аминогруппу получает от глутаминовой кислоты

2. Глицин синтезируется из серина, при этом образуется метилен ТГФК (Схема А). Основной путь катаболизма  глицина - обратимая реакция (также связанная с использованием ТГФК), катализируется глицинсинтазой - ферментным комплексом (аналог пируватдегидрогеназного комплекса), локализованным в митохондриях гепатоцитов (Схема Б).

Глицинсинтаза – мультиферментный комплекс, включающий:

Р-белок (глициндегидрогеназа, включает кофермент ПФ);

Н-белок (содержит липоевую кислоту);

Т-белок (аминометилтрансфераза включает кофермент ТГФК);

L-белок (дигидролипоилдегидрогеназа с коферментом NAD+)

Схема А

Схема Б

При соединении схем А и Б серина, реакция системы расщепления глицина становится:

2 глицина + NAD⁺ + H₂O → серин + CO₂ + NH₃ + NADH + H⁺

У людей и большинства позвоночных система расщепления глицина является частью наиболее известного пути глицинового и серинового катаболизма.

Рис. Биологическая роль серина и глицина.

На рисунке видно, что обе аминокислоты необходимы не только для синтеза белков и глюкозы (при её недостатке в клетках), но и нукле-отидов, коферментов, тема, сложных липидов, креатина и других соединений. Многие из этих реакций представлены в соответствующих разделах учебника.

2. Роль фолиевой кислоты
в обмене аминокислот

В превращениях серина и глицина главную роль играют ферменты, коферментами которых служат производные фолиевой кислоты. Этот витамин широко распространён в животных и растительных пищевых продуктах. Молекула фолиевой кислоты (фолата) состоит из 3 частей: птеринового производного, парааминобензойной и глутаминовой кислот (см. схему В).

Фолиевую кислоту (фолат) называют также птероилглутаминовой кислотой. Птерины широко распространены в природе. Некоторые из них, например ксантоптерин, являются пигментами глаз и крыльев насекомых (бабочек).

Коферментную функцию выполняет восстановленная форма фолата - тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК или Н₄-фолат) (см. схему Г).

Фолиевая кислота в печени превращается в Н₄-фолат в несколько стадий с участием ферментов фолатредуктазы и дигидрофолатредуктазы, коферментом которых служит NADPH.

Н₄-фолат - акцептор β-углеродного атома серина. При этом образуется метиленовый мостик между атомами азота в молекуле Н₄-фолата в положениях 5 и 10, образуя метилен-Н₄-фолат (см. схему Д).

3. Образование и использование
одноуглеродных фрагментов

Особое значение реакций катаболизма серина и глицина заключается в том, что они сопровождаются образованием одноуглеродного

Схема В

Схема Г

Схема Д

метиленового фрагмента (-СН₂-). Метиленовая группа в молекуле метилен- Н₄-фолата может превращаться в другие одноуглеродные группы (фрагменты): метенильную (-СН=), формильную (-НС=О), метильную (-СН₃) и формиминогруппу (-CH=NH).

Ещё один источник формального и формимино-фрагментов - гистидин. Катаболизм гистидина происходит только в печени (очень небольшой процент в коже) в результате следующих реакций.

Конечными продуктами катаболизма гистидина являются глутамат, NH3 и одноуглеродные фрагменты - формимино-Н₄-фолат и формил-Н₄-фолат.

Все образующиеся производные Н₄-фолата играют роль промежуточных переносчиков и служат донорами одноуглеродных фрагментов при синтезе некоторых соединений: пуриновых оснований и тимидиловой кислоты (необходимых для синтеза ДНК и РНК), регенерации метионина, синтезе различных формиминопроизводных (формиминоглицина и т.д.).

496

Рис.  Образование производных Н4-фолата.

Перенос одноуглеродных фрагментов к акцептору необходим не только для синтеза ряда соединений, но и для регенерации свободного Н₄-фолата в печени.

Глицинская энцефалопатия, также известная как некетотическая гиперглицинемия (NKH), является основным расстройством системы расщепления глицина, что является следствием пониженной функции системы расщепления глицина, вызывающей повышенный уровень глицина в биологических жидкостях. Болезнь впервые была клинически связана с системой расщепления глицина в 1969 году. [10] Ранние исследования показали высокий уровень глицина в крови, моче и цереброспинальной жидкости. Первоначальные исследования с использованием изотопов углерода показали снижение уровня образования СО₂ и серина в печени, что прямо указывает на недостатки реакции расщепления глицина [11]. Дальнейшие исследования показали, что делеции и мутации в 5'-области Р-белка являются основными генетическими причинами некетотической гипергликемии. . [12] В более редких случаях было обнаружено, что миссенс-мутация в генетическом коде T-белка, вызывающая гистидин в положении 42 для аргинина, приводит к некетотической гипергицинемии. Эта специфическая мутация непосредственно влияла на активный сайт Т-белка, что приводило к снижению эффективности системы расщепления глицина. [13]

10. Yoshida T, Kikuchi G, Tada K, Narisawa K, Arakawa T (May 1969). "Physiological significance of glycine cleavage system in human liver as revealed by the study of hyperglycinemia". Biochem. Biophys. Res. Commun. 35 (4): 577–83. doi:10.1016/0006-291x(69)90387-8. PMID 5788511.

11. Jump up ^ Hayasaka K, Tada K, Fueki N, Nakamura Y (June 1987). "Nonketotic hyperglycinemia: analyses of glycine cleavage system in typical and atypical cases". J Pediatr. 110 (6): 873–7. doi:10.1016/S0022-3476(87)80399-2. PMID 3585602.

12. Jump up ^ Kanno J, Hutchin T, Kamada F, Narisawa A, Aoki Y, Matsubara Y, Kure S (Mar 2007). "Genomic deletion within GLDC is a major cause of non-ketotic hyperglycinaemia". Journal of Medical Genetics. 44 (3): e69. doi:10.1136/jmg.2006.043448. PMC 2598024 Freely accessible. PMID 17361008.

13. Jump up ^ Kure S, Mandel H, Rolland MO, Sakata Y (April 1998). "A missense mutation (His42Arg) in the T-protein gene from a large Israeli-Arab kindred with nonketotic hyperglycinemia". Hum. Genet. 102 (4): 430–4. doi:10.1007/s004390050716. PMID 9600239.

1.2. Обмен одноуглеродных фрагментов в митохондриях

1.3. Тетрагидрофолиевая кислота (ТГФ)

ТГФ является наиболее универсальным донором фрагментов из одного углерода в биосинтетических реакциях. ТГФ состоит из трех типов групп. ТГФ получают из витаминной фолиевой кислоты (фолиевой кислоты). Фолиевая кислота производится растениями и микроорганизмами, и мы получаем ее из наших диет, например, зеленых листовых овощей, бобов и других. Мы принимаем фолат и используем фермент дигидрофолатредуктазу, чтобы превратить его в тетрагидрофолат, который является активной формой, которая несет 1-углеродные группы во множестве реакций.

Есть ферменты, задача которых заключается в присоединении 1-углеродной группы к ТГФ, другие ферменты служат для изменения природы этой 1-углеродной группы, а третьи для переноса 1-углеродной группы из ТГФ на субстрат. 

МТНFR (метилентетрагидрофолатредуктаза) – внутриклеточный фермент, участвующий в превращении гомоцистеина в метионин при наличии кофакторов – пиридоксина (витамина В6), цианокобаламина (витамина В12) – и субстрата – фолиевой кислоты. Активность данного фермента может снижаться в результате нуклеотидных замен в кодирующем его гене. Вследствие этого нарушается метаболический путь превращения гомоцистеина и его содержание в плазме крови увеличивается.
Одноуглеродистые группы добавляются или удаляются из ТГФ и изменяют их характер при привязке к ТГФ.

Недостаточность фолиевой кислоты

Недостаточность фолиевой кислоты у человека возникает редко. Гиповитаминоз фолиевой кислоты приводит к нарушению обмена одноуглеродных фрагментов. Такое же нарушение наблюдается и при недостаточности витамина В₁₂, использование которого связано с обменом фолиевой кислоты.

Первое проявление дефицита фолиевой кислоты - мегалобластная (макроцитарная) анемия. Она характеризуется уменьшением количества эритроцитов, снижением содержания в

497

Схема

Рис. Образование и использование производных Н₄-фолата.

них гемоглобина, что вызывает увеличение размера эритроцитов. Причина этих симптомов - нарушение синтеза ДНК и РНК из-за недостатка их предшественников - тимидиловой кислоты и пуриновых нуклеотидов вследствие дефицита производных Н₄-фолата. Клетки кроветворной ткани быстро делятся, поэтому они в первую очередь реагируют на нарушение синтеза нуклеиновых кислот снижением скорости эритропоэза.

Мегалобластная анемия возникает чаще всего в результате недостаточности фолиевой кислоты и/или витамина В₁₂.

Механизм антибактериального действия сульфаниламидных препаратов

Фолиевая кислота является витамином для человека и животных. Однако многие патогенные бактерии способны синтезировать это соединение, используя парааминобензойную кислоту (ПАБК) - одну из составных частей фолата. ПАБК поступает в бактериальные клетки из внешней среды. Сульфаниламидные лекарственные препараты - производные сульфаниламида (белого стрептоцида), похожи по строению на парааминобензойную кислоту. Отличаются они только радикалами (см. схему).

Схема

Эти препараты подавляют синтез фолиевой кислоты у бактерий, потому что они блокируют процесс синтеза дигидрофолиевой кислоты на стадии образования дигидроптероиновой кислоты из дигидроптеридина и парааминобензойной кислоты (ПАБК) с участием фермента дигидроптероатсинтетазы (дигидрофолатсинтетазы). Считают, что нарушение синтеза дигидроптероиновой кислоты происходит прежде всего в результате включения сульфаниламидных препаратов вместо ПАБК в качестве субстрата дигидроптероатсинтетазы, т.к. по химической структуре С. п. обладают сходством с ПАБК. В результате этого происходит образование аналогов дигидрофолиевой кислоты, не обладающих свойственной ей биологической активностью. Кроме того, при взаимодействии сульфаниламидов с дигидроптеридином в присутствии АТФ и ионов магния образуется промежуточный метаболит, ингибирующий дигидроптероатсинтетазу, что приводит к угнетению образования дигидрофолиевой кислоты. Возможно также, что сульфаниламиды препятствуют включению дигидроптеридина в процесс синтеза дигидрофолиевой кислоты. В конечном итоге нарушение образования дигидрофолиевой кислоты под влиянием сульфаниламидных препаратов приводит к снижению образования тетрагидрофолиевой кислоты и обусловленному этим угнетению биосинтеза нуклеотидов и задержке развития и размножения микроорганизмов. Этими особенностями механизма действия объясняется тот факт, что к С. п. проявляют чувствительность только те микроорганизмы, в которых происходит процесс синтеза дигидрофолиевой кислоты. Микроорганизмы и клетки макроорганизма, утилизирующие готовую дигидрофолиевую кислоту из внешней среды, к действию сульфаниламидных препаратов не чувствительны.

Метотрексат — цитостатический препаратиз группы антиметаболитов, антагонистов фолиевой кислоты. Оказывает выраженное иммуносупрессивное действие даже в относительно низких дозах, не обладающих заметной гематологической токсичностью. Благодаря этому метотрексат шире, чем другие цитостатики с иммуносупрессивной активностью, применяется в качестве подавляющего иммунитет препарата. Синтезирован в 1940-х годах сотрудником Лаборатории Ледерле (ныне часть «Pfizer») Йеллапрагадой Суббарао.

Действует в S-фазу клеточного цикла. Механизм действия связан с ингибированием синтеза пуриновых нуклеотидов и тимидилата в результате необратимого связывания с дигидрофолатредуктазой, что препятствует восстановлению дигидрофолата в активный тетрагидрофолат. Более активен в отношении быстро растущих клеток.

В значительной степени проникает через ГЭБ (в зависимости от применяемой дозы). При интратекальном введении в значительном количестве поступает в системный кровоток. Связывание с белками (преимущественно с альбумином) плазмы около 50 %. Биотрансформируется в печени. Выводится почками (в неизменённом виде) и с желчью (менее 10 %). T1/2 зависит от применяемой дозы и имеет существенные индивидуальные различия. При повторном введении накапливается в тканях в виде метаболитов.

Острый лимфолейкоз, трофобластическая болезнь, рак кожи, рак шейки матки и вульвы, рак пищевода, плоскоклеточный рак головы и шеи, рак почечной лоханки и мочеточников, остеогенная и мягкоклеточная саркома, саркома Юинга, рак легкого, рак молочной железы, герминогенные опухоли яичка и яичников, рак печени, рак почки, ретинобластома, медуллобластома, рак полового члена, лимфогранулематоз, апластическая анемия. Псориаз, воспалительные заболевания кишечника (язвенный колит, болезнь Крона), ревматоидный артрит, ряд других аутоиммунных заболеваний в адекватных дозах.

Принимают внутрь, вводят в/в, в/м, интралюмбально. Устанавливают индивидуально, в зависимости от показаний и стадии заболевания, состояния системы кроветворения, схемы противоопухолевой терапии. При лечении больных активной формой болезни Крона применяется в дозе 25 мг в\м 1 раз в неделю, что позволяет уменьшить дозу КС. В последующем, для поддержания ремиссии вводится по 15 мг в\м 1 раз в неделю.

Со стороны пищеварительной системы: возможны язвенный стоматит, анорексия, гингивит, фарингит, тошнота; редко — диарея, мелена, энтерит, панкреатит; в отдельных случаях (при длительном ежедневном применении) — некроз печени, цирроз, жировая атрофия, перипортальный фиброз печени.

Со стороны системы кроветворения: лейкопения, анемия, тромбоцитопения.

Со стороны ЦНС: чувство усталости, головокружение; редко — головная боль, афазия, сонливость, судороги.

Со стороны репродуктивной системы: нарушения оогенеза и сперматогенеза, олигоспермия, нарушения менструального цикла, снижение либидо, импотенция.

Со стороны мочевыделительной системы: гематурия, цистит, выраженные нарушения функции почек.

Аллергические реакции: озноб, снижение сопротивляемости к инфекции; редко — крапивница, токсический эпидермальный некролиз, синдром Стивенса-Джонсона.

Дерматологические реакции: кожная сыпь, фотосенсибилизация, нарушения пигментации, телеангиэктазии, акне, фурункулёз.

Выраженные нарушения функции печени и/или почек, лейкопения, тромбоцитопения, беременность. Метотрексат не следует применять при иммунодефицитных состояниях.

Метотрексат противопоказан к применению при беременности. При необходимости назначения в период лактации следует прекратить грудное вскармливание.

Женщины детородного возраста должны использовать надежные методы контрацепции во время применения метотрексата.

В экспериментальных исследованиях установлено эмбриотоксическое и тератогенное действие метотрексата.

Не следует применять метотрексат при асците, плевральном выпоте, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, язвенном колите, подагре или нефропатии (в том числе в анамнезе).

Не рекомендуют применять у пациентов с ветряной оспой (в том числе недавно перенесённой или после контакта с заболевшими), опоясывающим герпесом и другими острыми инфекционными заболеваниями.

Перед началом терапии и на фоне проводимого лечения следует контролировать картину периферической крови, функцию печени и почек, рентгенографию грудной клетки.

При лечении ревматоидного артрита или псориаза развёрнутый общий анализ крови следует делать не реже 1 раза в месяц, а лабораторные исследования функции печени или почек — не реже 1 раза в 1-2 месяца.

При применении по поводу псориаза не следует прерывать местное лечение заболевания. При передозировке рекомендуется применение кальция фолината (но не позднее, чем через 4 ч).

При проведении комбинированной противоопухолевой терапии следует соблюдать особую осторожность при одновременном применении метотрексата в высоких дозах с препаратами, оказывающими нефротоксическое действие (например, с цисплатином).

Не рекомендуют проводить вакцинацию пациентов и членов их семей.

С осторожностью следует сочетать метотрексат (даже в низких дозах) с ацетилсалициловой кислотой. В экспериментальных исследованиях установлено канцерогенное и мутагенное действие метотрексата.

Метотрексат в форме таблеток, лиофилизированного порошка для инъекций и раствора для инъекций включён в Перечень ЖНВЛС.

При одновременном применении с витаминными препаратами, содержащими фолиевую кислоту или её производные, возможно снижение эффективности метотрексата.

Одновременное применение НПВС в высоких дозах может привести к увеличению концентрации метотрексата в плазме и к удлинению периода его выведения, а также к увеличению концентрации метотрексата, не связанного с альбуминами плазмы, что, в свою очередь, усиливает токсические эффекты метотрексата (прежде всего на ЖКТи систему кроветворения).

При одновременном применении с пенициллинами метотрексата (даже в низких дозах) возможно усиление его токсических эффектов.

При одновременном применении с сульфаниламидами, особенно с котримоксазолом, существует риск усиления миелодепрессивного действия.

При применении азота закиси у пациентов, получающих метотрексат, возможно развитие тяжелой непредсказуемой миелодепрессии, стоматита.

При одновременном применении с метотрексатом вальпроевой кислоты возможно уменьшение её концентрации в плазме крови.

Колестирамин связывает метотрексат, уменьшает его энтерогепатическую рециркуляцию, что приводит к снижению его концентрации в плазме крови.

При одновременном применении с меркаптопурином возможно повышение его биодоступности вследствие нарушения метаболизма при первом прохождении через печень.

Неомицин и паромомицин уменьшают абсорбцию метотрексата из ЖКТ.

У пациентов, получающих омепразол, возможно повышение концентрации метотрексата в плазме крови.

При одновременном применении с пробенецидом возможно 3—4-кратное увеличение концентрации метотрексата в плазме крови вследствие уменьшения его почечной экскреции.

При одновременном применении метотрексата с ретиноидами возможно повышение риска гепатотоксического действия.

Салицилаты потенцируют действие метотрексата вследствие уменьшения его почечной экскреции.

После курса лечения тетрациклином метотрексат, применяемый даже в низких дозах, может оказывать токсическое действие.

При последовательном введении метотрексата и фторурацила возможен синергизм действия; фторурацил, введённый перед метотрексатом, может уменьшать его токсичность.

Цисплатин оказывает нефротоксическое действие и поэтому может уменьшать почечную экскрецию метотрексата, что приводит к усилению его токсичности.

Возможно повышение токсичности при применении циклоспорина у пациентов, получавших метотрексат.

1.4. Синтез формалина в клетке человека

В организме человека нашли источник формалина

Опубликовано kur в 18 августа, 2017 - 18:19

Мозг человека в формалине — водно-метанольном растворе формальдегида, используемом для консервации тканей.

Молекулярные биологи из Великобритании, США и Испании обнаружили, что в клетках человека в ходе одного из важнейших метаболических циклов из производных фолиевой кислоты может высвобождаться формальдегид (его раствор в смеси воды и метанола широко известен как формалин). Это крайне ядовитое вещество, способное повреждать молекулы ДНК и белков. Ученые предполагают, что этот нестандартный процесс можно использовать в качестве новой цели для терапии некоторых видов рака молочной железы. Вместе с тем интересно, что выработка формальдегида имеет и положительные эффекты — при его окислении образуются формиаты, участвующие в синтезе нуклеотидов для ДНК и РНК. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Синтез нуклеотидов и аминокислот в клетке происходит путем сложных метаболических процессов — циклов превращения одних химических веществ в другие. Один из таких циклов — фолатный — отвечает за химические процессы, в результате которых к исходным молекулам присоединяется один атом углерода. Например, таким образом формируются пурины, важные компоненты ДНК и РНК, а также происходит восстановление метионина из гомоцистеина. Метионин — незаменимая аминокислота, с которой начинается синтез любого белка в организме. 

Цикл грубо можно описать следующим образом. Фолиевая кислота в организме превращается в тетрагидрофолиевую — это активная форма витамина B9. Затем к ней присоединяется один атом углерода в виде метильной или метиленовой группы или в какой-либо другой форме. Источником углерода может быть, например, аминокислота серин. Полученное производное переносит атом углерода на необходимую молекулу, возвращаясь к исходной форме тетрагидрофолиевой кислоты. 

Схема фолатного цикла и механизма формирования формальдегида. Guillermo Burgos-Barragan et al. / Nature, 2017

Однако многие производные тетрагидрофолиевой кислоты легко окисляются. Ее молекула состоит из двух фрагментов, связанных между собой одним атомом углерода, «метиленовым мостиком» (—CH₂—). При окислении этот мостик может образовывать формальдегид (H₂CO). На то, что в организме может быть внутренний источник формальдегида, указывала сравнительно высокая концентрация вещества в крови (от 0,6 миллиграмма в литре). В новой работе авторы подтвердили, что одним из его источников является распад производных фолиевой кислоты. 

Одним из важных экспериментов стала работа с клетками, у которых отсутствовал специальный фермент, окисляющий формальдегид до формиата (сравнительно безвредного аниона муравьиной кислоты). Для таких клеток (на основе клеток человека, мыши и курицы) активная форма фолиевой кислоты оказалась губительной. Более того, даже при полном «отключении» фолатного цикла с помощью методов CRISPR/Cas9 тетрагидрофолиевая кислота оставалась токсичной. 

Механизм окисления тетрагидрофолиевой кислоты до формальдегида. Guillermo Burgos-Barragan et al. / Nature, 2017

Вместе с тем, выработка формальдегида оказалась важна для синтеза нуклеотидов. Биохимики отследили, что углерод формальдегида встраивается в аденозиновые фрагменты ДНК. Это происходит через промежуточную стадию окисления его до формиатов. Если «отключить» синтез формиатов в митохондриях, то доля встроенного в нуклеотиды формальдегида резко растет.

Подобная находка позволяет разработать новые подходы к атаке раковых клеток. Известно, что некоторые виды рака молочной железы (BRCA1 и BRCA2) лишены механизмов, необходимых для исправления сшивки молекул ДНК. Доставка к таким клеткам источников формальдегида (в виде фолиевой кислоты) и ингибиторов окисления формальдегида поможет целенаправленно уничтожать клетки только этого типа.

2. Внутриклеточный обмен гомоцистеина.

При невозможности полноценного реметилирования гомоцистеина или его превращения в цистеин, развивается состояние гипергомоцистеинемии.

Гипергомоцистеинемия сама по себе является мультифакториальным процессом, с вовлечением генетических и негенетических аспектов метаболизма гомоцистеина. Нормальное содержание гомоцистеина в плазме крови составляет 5-12 мкмоль/л. Легкой степенью гипергомоцистеинемии считается 15-30 мкмоль/л, средней степенью - 31-100 мкмоль/л. а тяжелой более 100 мкмоль/л.

В течение жизни концентрация гомоцистеина в крови постепенно повышается. До периода полового созревания уровни гомоцистеина у мальчиков и девочек примерно одинаковы (около 5 мкмоль/л). В период полового созревание уровень гомоцистеина повышается до 6-7 мкмоль/л, у мальчиков это повышение более выражено, чем у девочек. У взрослых уровень гомоцистеина колеблется в районе 10-11 мкмоль/мл, у мужчин этот показатель обычно выше, чем у женщин. С возрастом уровень гомоцистеина постепенно возрастает, причем у женщин скорость этого нарастание выше, чем у мужчин. Постепенное нарастание уровня гомоцистеина с возрастом объясняют снижением функции почек, а более высокие уровни гомоцистеина у мужчин — большей мышечной массой.

Уровень гомоцистеина в крови может повышаться по многим причинам. Одним из факторов является повышенное поступление метионина с пищей. Поэтому во время беременности дополнительное назначение метионина в таблетках, до сих пор практикуемое некоторыми врачами, следует проводить с осторожностью и под контролем уровня гомоцистеина. Самыми частыми причинами повышения уровня гомоцистеина являются витаминодефицитные состояния. Особенно чувствителен организм к недостатку фолиевой кислоты и витаминов В₆, В₁₂ и В₁. Повышенную склонность к гипергомоцистеинемиии имеют курящие. Потребление больших количеств кофе является одним из самых мощных факторов, способствующих повышению уровня гомоцистеина в крови. У лиц, выпивающих более 6 чашек кофе в день, уровень гомоцистеина на 2-3 мкмоль/л выше, чем у не пьющих кофе. Предполагается, что негативное действие кофеина на уровень гомоцистеина связано с изменением функции почек, а с другой стороны, через взаимодействие с витамином В₆ (снижая его уровень). Уровень гомоцистеина часто повышается при сидячем образе жизни. Умеренные физические нагрузки способствуют снижению уровня гомоцистеина при гипергомоцистеинемии. Потребление небольших количеств алкоголя может снижать уровень гомоцистеина, а большие количества спиртного способствуют росту гомоцистеина в крови (ингибиция метионин-синтетазы ацетальдегидом, снижение уровня фолатов, витамина В₁₂ и/или В₆).

На уровень гомоцистеина влияет прием целого ряда лекарств. Механизм их действия может быть связан с влиянием на действие витаминов, на продукцию гомоцистеина, на функцию почек, и на уровень гормонов. Особенное значение имеют метотрексат (антагонист фолиевой кислоты, часто применяется для лечения псориаза), противосудорожные препараты (фенитоин и др., опустошают запасы фолиевой кислоты в печени), закись азота (препарат, использующийся при наркозе и при обезболивании родов, инактивирует витамин В₁₂), метформин (препарат, использующийся для лечения сахарного диабета и синдрома поликистозных яичников) и антагонисты Н₂-рецепторов (влияют на всасывание витамина В₁₂), эуфиллин (подавляет активность витамина В₆, часто применяется в акушерских стационарах для лечения гестозов). На уровень гомоцистеина может неблагоприятно влиять прием гормональных контрацептивов, но это бывает не всегда. Еще одним фактором, способствующим повышению уровня гомоцистеина, являются некоторые сопутствующие  заболевания.  Самыми  важными  из  них являются витаминодефицитные состояния и почечная недостаточность. Заболевания щитовидной железы, сахарный диабет, псориаз и лейкозы могут способствовать значительному росту уровня гомоцистеина в крови. Одной из главных причин витаминодефицитных состояний, приводящих к гипергомоцистеинемии,    являются   заболевания   желудочно-кишечного    тракта, сопровождающиеся нарушением всасывания витаминов (синдром мальабсорбции). Это объясняет более высокую частоту сосудистых осложнений при наличии хронических заболеваний ЖКТ, а также то, что при В₁₂-витаминодефиците частой причиной смерти служит не анемия, а инсульты и инфаркты.

3. Метилентетрагидрофолатредуктаза

МТНFR (метилен) – внутриклеточный фермент, участвующий в превращении гомоцистеина в метионин в присутствии кофакторов – пиридоксина (витамина В6) и цианокобаламина (витамина В12) – и субстрата – фолиевой кислоты. Активность фермента может снижаться в результате нуклеотидных замен в кодирующем его гене. Вследствие этого нарушается метаболический путь превращения гомоцистеина и его содержание в плазме крови увеличивается.

Метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR) является ферментом, ограничивающим скорость,  в метильном цикле и кодируется геном MTHFR. Метилентетрагидрофолатредуктаза катализирует превращение 5,10-метилентетрагидрофолата в 5-метилтетрагидрофолат, вещество для ремилирования гомоцистеина в метионин. Естественная вариабельность этого гена распространена у здоровых людей. Хотя сообщалось, что некоторые варианты влияют на восприимчивость к окклюзионным сосудистым заболеваниям, дефектам нервной трубки, болезни Альцгеймера и другим формам деменции, рака толстой кишки и острой лейкемии, результаты небольших ранних исследований не были воспроизведены. Некоторые мутации в этом гене связаны с дефицитом метилентетрагидрофолатредуктазы.

В метиловом цикле MTHFR необратимо восстанавливает 5,10-метилентетрагидрофолат (субстрат) до 5-метилтетрагидрофолата (продукт). 

5,10-метилентетрагидрофолат используется для превращения dUMP в dTMP для синтеза de novo тимидина. 

5-Метилтетрагидрофолат используется для превращения гомоцистеина (потенциально токсичной аминокислоты) в метионин ферментом метионин-синтазой. (Обратите внимание, что гомоцистеин также может быть превращен в метионин не зависящим от фолата ферментом бетаин-гомоцистеин метилтрансферазой (BHMT)). MTHFR содержит связанный флавин-кофактор и использует NAD (P) H в качестве восстановителя.

Активность MTHFR может ингибироваться связыванием дигидрофолата (DHF) и S-аденозилметионина (SAM или AdoMet). MTHFR также может быть фосфорилирован - это уменьшает его активность на ~ 20% и облегчает его ингибирование SAMом.

Среди всех известных генетических причин гипергомоцистеинемии наиболее распространены замены в гене MTHFR. Известно около десяти вариантов этого гена, влияющих на изменение функции кодируемого им фермента.

Самым изученным является вариант, в котором цитозин (С) в позиции 677 заменен на тимин (T). Такой полиморфизм MTHFR обозначается как C677Т SNP (Ala222Val) и сопровождается повышением уровня гомоцистеина в крови.

Другим вариантом полиморфизма гена MTHFR является замена нуклеотида аденина (A) на цитозин (С) в позиции 1298, приводящая к изменению структуры фермента, в котором глутаминовая кислота в позиции 429 меняется на аланин. Данная замена приводит к снижению активности фермента, более выраженному у носителей двух аллелей 1298С (генотип С/С). Биохимические характеристики измененного фермента не отличаются от свойств фермента дикого типа (неизмененного).

Комбинация генотипов 677 С/T и 1298 А/C сопровождается не только снижением активности фермента, но и повышением концентрации гомоцистеина в плазме и снижением уровня фолата, как это бывает при носительстве двух аллелей 677T. Кроме того, эта комбинация увеличивает вероятность дефектов нервной трубки у плода. Дефицит MTHFR способствует тератогенному (повреждающему плод) и мутагенному (повреждающему ДНК) действию из-за нарушения процессов метилирования ДНК.

Увеличение концентрации гомоцистеина повышает риск атеросклероза и тромбоза. Накапливаясь в организме, гомоцистеин повреждает внутреннюю стенку артерий, что приводит к разрывам эндотелия. На поврежденную поверхность осаждаются холестерин и кальций, образуя атеросклеротическую бляшку, вследствие чего просвет сосуда сужается, а иногда закупоривается.

В исследованиях был подтвержден протективный эффект присутствия аллеля 1298С при врожденных пороках сердца. Поскольку фермент MTHFR участвует в процессе синтеза нейромедиаторов (серотонина, мелатонина, дофамина, адреналина и др.), изменения функции белка могут влиять на умственную, эмоциональную и физическую деятельность.

Таким образом, присутствие аллеля С по маркеру А1298С может способствовать развитию в основном сердечно-сосудистых заболеваний и осложнений беременности, особенно в комбинации с нарушениями в работе других ферментов, а также в условиях наличия дополнительных факторов риска развития гипергомоцистеинемии или дефицита фолатов (нерациональное питание, лекарственная терапия, сопутствующие заболевания, вредные привычки).

4. Осложнения гипергомоцистеинемии

В последние годы появились данные о важной роли гипергомоцистеинемии в патогенезе микроциркуляторных и тромботических осложнений при различных заболеваниях, в том числе и в акушерской практике. Гипергомоцистеинемия рассматривается в настоящее время как фактор повышенного риска целого ряда акушерских осложнений, таких, как привычное невынашивание беременности, бесплодие в результате дефектов имплантации зародыша, гестозы, преждевременная отслойка нормально расположенной плаценты, антенатальная смерть плода, тромбозы и тромбоэмболии. Наряду с некоторыми другими нарушениями обмена, гипергомоцистеинемия является независимым фактором риска развития, как атеросклероза, так и различных тромбоассоциированных осложнений.

5. Участие гомоцистеина в запуске тромбозов

При функциональной недостаточности фермента или снижении количества витамина В12 гомоцистеин еще не элиминируется за пределы клетки, а подвергается воздействию фермента СВS при каталитическом участии витамина В6 и через промежуточный продукт цистатионин необратимо трансформируется в цистеин. Если обе реакции не протекают внутри клетки, то гомоцистеин элиминируется в межклеточное пространство и кровоток. Это своеобразная защитная реакция от токсического влияния гомоцистеина на клетку. Повышенный уровень гомоцистеина вызывает повреждение сосудистой ткани, нарушая коагулянтный баланс. При этом гомоцистеин может оказывать как непосредственное цитотоксическое влияние на эндотелий, так и повреждать его посредством других молекул. Одновременно усиливается потребление оксида азота, который используется для нейтрализации   гомоцистеина.    Неутилизироваиный    гомоцистеин   подвергается аутоокислению с образованием Н2О2, супероксидных и гидроксильных радикалов, повреждающих эндотелий. Кроме того, под влиянием гомоцистеина происходит чрезмерная пролиферация гладкомышечных клеток сосудистой системы.

Повышенный уровень гомоцистеина вызывает активацию и гиперагрегацию тромбоцитов. Характерным является повышение уровня агониста агрегации тромбоцитов и вазоконстриктора тромбоксана А₂.

Гомоцистеин сам по себе обладает прокоагулянтный свойствами, вызывая активацию XII фактора, V фактора и тканевого фактора. Другими возможными механизмами является снижение активности антитромбина III и эндогенного гепарина, как в циркуляции, так и на эндотелии, а также уменьшение содержания на поверхности внутренней выстилки сосуда тромбомодулина.

Учитывая особенности физиологической адаптации системы гемостаза к беременности, абсолютное большинство генетических и приобретенных форм тромбофилии клинически проявляются именно в течение гестационного процесса, и как оказалось, не только в форме тромбозов, но и в форме типичных акушерских осложнений. Процесс имплантации, инвазии трофобласта и дальнейшее функционирование плаценты представляется многоступенчатым процессом эндотелиально-гемостазиологических взаимодействий со сложной регуляцией, который объективно нарушается при тромботической тенденции и в случае генетических дефектов свертывания. И проявляться эти нарушения могут на всех сроках беременности, начиная с момента зачатия. Микротромбообразование и нарушения микроциркуляции при гипергомоцистеинемии приводят к целому ряду акушерских осложнений. Нарушение плацентарной функции при этом возникает в результате микротромбозов в межворсинчатом пространстве и сосудах плаценты и сопутствующего тромбофилии дисбаланса между тромбоксаном А₂ и простациклином, приводящим к спазму спиральных артерий и резкому повышению резистентности сосудистого русла матки.

Нарушение плацентации и фетоплацентарного кровообращения (изменение качества спиральных артерий и нарушение процесса инвазии их в трофобласт) могут быть причиной репродуктивной недостаточности на ранних сроках: невынашивания беременности и бесплодия в результате дефектов имплантации зародыша. На более поздних стадиях беременности  гипергомоцистеинемия  является  причиной  развития  хронической фетоплацентарной недостаточности и хронической внутриутробной гипоксии плода. Это приводит к рождению детей с низкой массой тела и снижению функциональных резервов всех жизнеобеспечивающих систем новорожденного и развития целого ряда осложнений периода новорожденности.

Гипергомоцистеинемия может быть одной из причин развития генерализованной микроангиопатии во второй половине беременности, проявляющейся в виде позднего токсикоза (гестоза): нефропатии, преэкламсии и экламсии. Для гипергомоцистеинемии характерно развитие тяжелых, часто неуправляемых состояний, которые могут приводить к досрочному прерыванию  беременности  по  медицинским  показаниям.  Рождение  незрелого недоношенного ребенка в таких случаях сопровождается высокой детской летальностью и большим процентом неонатальных осложнений.

Гомоцистеин свободно переходит через плаценту и может оказывать тератогенное и фетотоксическое действие. Было доказано, что гипергомоцистеинемия является одной из причин анэнцефалии и незаращения костномозгового канала. Анэнцефалия приводит к стопроцентной летальности, а «spina bifida» — к развитию серьезных неврологических проблем у ребенка, включая моторный паралич, пожизненную инвалидность и преждевременную смерть. Нельзя исключить прямое токсическое действие избыточного уровня гомоцистеина на нервную систему плода. Часто   наблюдается   сочетание   наследственных   или   приобретенных   форм гипергомоцистеинемии с повышением уровня антител к фосфолипидам (кардиолипину). В этом случае образование таких антител может рассматриваться как вторичная аутоиммунная реакция. В части случаев образование антител к фосфолипидам (кардиолипину) не связано с гипергомоцистеинемией   (заболевания  соединительной  ткани,  прием   некоторых лекарственных  средств,  вирусная  и  бактериальная  инфекция,  злокачественные новообразования). Показана роль гомоцистеина в нарушении репродуктивной функции у женщин, а также влияние гипергомоцистеинемии сочетанной с повышением уровня антител к фосфолипидам (кардиолипину), на увеличение риска проявления плацентарной недостаточности по сравнению с воздействием собственно гипергомоцистеинемии или антифосфолипидного синдрома. Это говорит о возможном потенцировании патологического воздействия гомоцистеина и антител к кардиолипину. Таким образом, гипергомоцистеинемия является самостоятельным многофакторным состоянием риска развития осложнений беременности с элементами каскадного самоусиления. Учитывая серьезность возможных последствий гипергомоцистеинемии, рекомендуется проверять уровень гомоцистеина всем женщинам, готовящимся к беременности. В обязательном порядке следует проверять уровень гомоцистеина у пациенток с бывшими ранее акушерскими осложнениями и у женщин, у родственников которых были инсульты, инфаркты и тромбозы в возрасте до 45-50 лет. Традиционные методики ведения тромбофилических состояний при беременности (в том числе и снижение уровней гомоцистеина) значительно улучшают прогноз беременности у женщин с факторами риска невынашивания беременности. Наши исследования показывают, что своевременная коррекция гипергомоцистеинемии позволяет резко снизить агрессию организма беременной женщины по отношению к плацентарной функции и в ряде случаев полностью устранить тромбофилическое состояние. Профилактическое назначение дополнительных доз фолиевой кислоты и витаминов группы В позволяет повысить порог активации системы гемостаза и снизить риск нарушения плацентарной функции. Это показывает, что необходимость и качество исследования гомоцистеинового профиля больных с клиникой сосудистой патологии является реальным шансом диагностического, лечебного и прогностического успеха в борьбе с акушерскими осложнениями, а также с большинством сосудистых патологий.