Почему же холестерин ЛПНП, выполняющих важнейшую задачу транспортировки холестерина к клетке, приобрел репутацию «плохого» холестерина? Ведь холестерин в составе ЛПНП и ЛПВП совершенно одинаков, эти комплексы отличаются лишь содержанием в них этого вещества. Частичный ответ нам даст рассмотрение механизма метаболизма ЛПНП, к которому мы и перейдем.
Итак, холестерин в составе ЛПНП по кровяному руслу транспортируется к клеткам, которые в нем нуждаются. Каким же образом частицы ЛПНП не проходят мимо клетки-мишени, нуждающейся в холестерине? Очевидно, что эта клетка должна каким-то образом «выхватить» именно частицы ЛПНП из кровяного русла, а поэтому должна быть снабжена для этих целей соответствующим «устройством».
Исследования различных аспектов холестеринового обмена показали, что таким «устройством» являются специальные рецепторы липопротеидов низкой плотности, расположенные на поверхности клетки-захватчицы. Сами же частицы ЛПНП имеют в своем составе соответствующие сигнальные белки. Такой белок, как структурный элемент ЛПНП, именуют аполипротеидомВ (АпоВ). ЛПНП посредством АпоВ связываются с рецепторами клетки и проникают в нее. Один рецептор связывает одну частицу ЛПНП, а общее число рецепторов на одной клетке-потребителе колеблется от 25 до 70 тысяч. Взаимодействие ЛПНП происходит в области специальных образований мембраны, получивших название окаймленных ямок. После связывания ЛПНП с рецепторами окаймленные ямки втягиваются внутрь клетки и отрываются от мембраны, образуя эндоцитозные везикулы. В результате слияния везикул с внутриклеточными гладкими везикулами образуются эндосомы. Впоследствии эндосомы, поглотившие ЛПНП, сливаются с лизосомами, где и происходит деградация ЛПНП: в клетке ЛПНП распадаются с освобождением холестерина (происходит высвобождение эфира холестерина с последующим расщеплением на жирные кислоты и свободный холестерин, которые и являются строительным материалом клеточной мембраны). Освободившиеся рецепторы вновь встраиваются в мембрану.
Рассмотренный процесс метаболизма ЛПНП называется рецепторно-опосредованным эндоцитозом. Чем примечателен этот процесс? Оказывается, при избытке внутриклеточного холестерина синтез рецепторов к ЛПНП подавляется, а при низком уровне внутриклеточного холестерина синтез рецепторов к ЛПНП, наоборот, возрастет. Регулятором при этом является сам холестерин, который по механизму отрицательной обратной связи снижает скорость его синтеза. Блокирование рецепторного захвата холестерина и его внутриклеточного синтеза при высоком содержании внутриклеточного холестерина и соответствующая активация рецепторного захвата холестерина при его недостатке в клетке составляют первый механизм метаболизма холестерина. Здесь важно подчеркнуть, что рецепторно-опосредуемый эндоцитоз обеспечивает не только внутриклеточный баланс холестерина, но и поддержание нормального уровня ЛПНП в крови, препятствуя тем самым развитию атеросклероза.
Мы сочли уместным представить читателю довольно сложную картину регулирования холестерина. Разумеется, что нет необходимости оставлять в своей памяти «окаймленные ямки» и другие тонкости рассмотренного процесса метаболизма ЛПНП, однако читателю важно здесь уяснить, что нарушение рецепторного механизма метаболизма холестерина является ключевым фактором в становлении атеросклеротического процесса. Отметим, что рассмотрение этого механизма выходит за рамки кажущейся «теории» и имеет практический смысл, в чем читатель сможет убедиться при дальнейшем чтении книги, в частности при рассмотрении лекарственных препаратов из серии статинов.
Когда рассмотренный механизм стал достоянием медицинской общественности? Оказывается, что совсем недавно, если учесть, что «атеросклероз» как самостоятельное заболевание существует почти два века назад.
Рассмотренный выше механизм метаболизма холестерина в составе ЛПНП посредством рецепторно-опосредуемого эндоцитоза стал известным благодаря блестящим работам американских исследователей: генетика Майкла Брауна и врача Джозефа Гольдштейна, которые за исследования в области обмена холестерина при наследственной (семейной) гиперхолестеринемии и открытие рецепторов ЛПНП в 1985 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Таким образом, природа предусмотрела совершенный механизм метаболизма холестерина. У «здоровых» (с позиции содержания холестерина) людей этот механизм с определенной степенью совершенства реализуется, у «больных» (подверженных гиперхолестеринемии) этот механизм нарушен.
Кто же является нарушителем этого процесса? Чем отличаются указанные здесь «здоровые» и «больные» люди? Внимательный читатель уже догадался: конечно же, генами, поскольку указанные выше исследователи получили высокую награду за исследования в области наследственной гиперхолестеринемии. И читатель прав. Однако прежде чем выяснить причастность генов к развитию атеросклероза, поговорим немного о самих генах.
Гены и наследственная гиперхолестеринемия
Часто в разговорах на тему здоровья можно услышать глубокомысленную фразу: «Гены решают все». Однако далеко не все представляют, что стоит за этим выражением. Краткое рассмотрение вопроса о генах нам представляется целесообразным из тех соображений, что, во-первых, это интересно и познавательно, во-вторых, гены, оказывается, имеют непосредственное отношение к «поломке» рассмотренного выше процесса метаболизма ЛПНП, а, таким образом, и к развитию атеросклероза.
Стало известно (60-е годы XX века), что носителем генетической информации является ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК находится в ядре клеток хромосом, а также в митохондриях. Здесь речь пойдет о ядерной ДНК. Что собой представляет эта молекула? Она состоит из двух длинных цепей химических звеньев, скрученных, как коса, в двойную спираль. При этом четыре вида звеньев в ДНК подчиняются строгому закону: звену одного какого-то типа в первой цепи соответствует звено определенного типа во второй цепи. Эти повторяющиеся звенья именуются нуклеотидами. В состав ДНК входят 4 типа нуклеотидов: аденин (А), тимидин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). Во всех молекулах ДНК одиночной клетки содержатся более 3 млрд. пар нуклеотидов. Геном человека это совокупность наследственного материала, заключенного в клетке. Состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, при этом на каждую пару хромосом приходится по одной молекуле ДНК. Найдено, что на долю генов приходится только около 3% общей длины ДНК человека. Внегенные участки ДНК ранее называли «мусорными». Однвко сегодня функциональная роль этой «мусорной» части ДНК, составляющей около 97% общей длины цепи ДНК, пересматривается.
Ген это участок цепочки ДНК, который кодирует определенный белок. Гены не организованы в одну длинную последовательность, а состоят из участков, называемых экзонами. Они отличаются от других участков цепи тем важнейшим свойством, что именно на генах образуются «инструкции» для производства белков, которые управляют всей жизнью организма. Полагают, что ДНК человека содержит около 30 тысяч генов.
Если строение гена отличается от «стандарта», то можно говорить о его мутации. Эта мутация найдет свое отражение в структуре и функции белка, которым управляет данный ген. В случае, когда синтезированный под управлением дефектного гена измененный белок играет ключевую роль в том или ином обменном процессе, может развиться генетически детерминированная болезнь. Важнейшей характеристикой мутантного гена является его способность или неспособность к доминированию. Соответственно различают доминантные и рецессивные гены. Если ген доминантный, то контролируемый им признак (болезнь) обязательно проявится не только при гомозиготном, но и при гетерозиготном наследовании. Если ген рецессивный, то при гетерозиготном наследовании он, как правило, не проявляет себя.
Таким образом, весь набор генов распределен в 46 хромосомах, содержащихся в каждой соматической клетке. Расшифровка генома это выяснение, в каком порядке расположены звенья полимерной цепи. Именно от этого порядка зависит вся наша биологическая индивидуальность вплоть до различных болезней, к которым мы предрасположены. Очевидно, что геномы различных людей отличаются друг от друга. Однако оказалось, что из миллиардов генетических букв, из которых состоит ДНК человека, 99,9% одни и те же у всех людей. Получается, что всего от одной десятой доли процента генома зависит, кто мы есть здоровые или больные, сильные или слабые, оптимисты или пессимисты и т. д. Как ДНК кодирует белки? Какую «грамматику» она использует? Как мы уже отмечали выше, «буквами» в ДНК-тексте служат нуклеотиды. Поскольку их всего 4 типа, то иногда геном человека именуют «энциклопедией, написанной четырьмя буквами». У одного человека кусочек цепочки ДНК представлен одним чередованием звеньев (нуклеотидов), у другого другим чередованием. Суть в том, что последовательность звеньев в цепочке может быть любой, но эта последовательность строго связана с последовательностью звеньев в другой (парной) полимерной цепочке: напротив А должно быть Т, напротив Т должно быть А, напротив С должно быть G, а напротив G должно быть С. Одиночная замена одного какого-то нуклеотида в данной точке ДНК на другой нуклеотид на языке генетиков называют снипсом. Снипсы являются своего рода биологическими маркерами, помогающими найти гены, связанные с тем или иным заболеванием.