Международный неврологический журнал 3(19) 2008

В настоящее время патогенез многих заболеваний рассматривается с позиций дерегуляции [9, 11, 27]. Этим продиктована актуальность углубленного изучения регуляторной системы и нарушения ее функций при многих соматических и неврологических заболеваниях, поскольку основными функциями этой системы являются поддержание гомеостаза и обеспечение адаптивных процессов [12]. Регуляторная система представлена тремя звеньями: иммунным, нервным и эндокринным, взаимодействующими по принципу взаимной регуляции, которая обеспечивается нейротрансмиттерами, нейропептидами, гормонами, цитокинами, трофическими факторами через соответствующий рецепторный аппарат, и с современных позиций определяется как единая иммунонейроэндокринная система [12, 29]. Согласованное функционирование звеньев иммунонейроэндокринной системы, с одной стороны определяет надежность их совместной деятельности, с другой стороны, создается риск развития функциональных расстройств общей регуляторной системы при первичном поражении какой-либо из подсистем. Такие расстройства определяются как дерегуляционная патология, патогенез которой может быть связан первично с нервными, эндокринными или иммунными механизмами [9].

Особенное значение в иммунонейроэндокринных взаимодействиях имеет тот факт, что нейроны головного мозга, подобно фагоцитам крови, продуцируют ряд регуляторных соединений (цитокины, простагландины, гормоны и родственные пептиды), а иммунокомпетентные клетки, в свою очередь, секретируют нейромедиаторы, нейропептиды и гормоны. На мембранах нервной и лимфоидной ткани присутствуют рецепторы к этим соединениям, а также экспрессируются аналогичные маркеры и антигены [1, 3–5].

Одним из важнейших медиаторов внутриклеточного и межклеточного взаимодействия в иммунонейроэндокринной системе является оксид азота (NO) [4, 11, 15, 16, 18, 25]. Изучение свойств и биологической роли этой молекулы позволило установить, что оксид азота — газообразный мессенджер, играющий роль универсального модулятора разнообразных функций организма, включая регуляцию дыхания, поддержание иммунного статуса организма, сердечно-сосудистого гомеостаза, активности макрофагов, экспрессии генов, пластичности нервной ткани, памяти, высвобождения нейротрансмиттеров [11, 13, 16]. Оксид азота выполняет роль нейромодулятора не только в центральной нервной системе, но и в нервно-мышечных синапсах, хотя впервые он был выделен из эндотелия сосудов как вазодилатирующий фактор. Показана важная модулирующая роль оксида азота при стресс-реакции, некоторые исследователи даже выделяют оксид азота как отдельную «стресслимитирующую NO-систему» [10, 18].

Помимо вазодилатирующих, нейротрансмиттерных и стресслимитирующих свойств, несомненно участие NO в реакциях оксидантного стресса, глутамат-кальциевого каскада и воспаления [19, 30, 32]. Свойства оксида азота как эффектора в тех или иных реакциях иммунонейроэндокринной системы зависят от количества и места продукции данного соединения. Таким образом, оксиду азота, в зависимости от конкретных условий, свойственны и повреждающие, и защитные функции [4, 11, 14, 16, 30].

Известно, что синтез оксида азота осуществляется с участием фермента NO-синтазы. В настоящее время идентифицированы три основные формы этого фермента, каждая из которых кодируется собственным геном [16]. Две изоформы являются конститутивными, третья — индуцибельной. К конститутивным формам NO-синтазы относятся эндотелиальная (eNOS, тип III), которая впервые была обнаружена в эндотелии кровеносных сосудов, и нейрональная (nNOS, тип I). Конститутивные изоформы NO-синтазы экспрессируются в эндотелиоцитах, нейронах и других клетках. Третья изоформа NO-синтазы — индуцибельная (iNOS, тип II) — была идентифицирована в цитоплазме иммунных, гладкомышечных, эпителиальных и печеночных клеток. В отличие от eNOS и nNOS, она не экспрессируется постоянно (конститутивно). Индуцибельная кальцийнезависимая NO-синтаза синтезируется в течение 6–8 часов в ответ на действие триггеров иммунонейроэндокринной системы — цитокинов, эндо- или экзотоксинов [15, 16, 18].

Нейрональная и индуцибельная формы фермента содержатся главным образом в цитоплазме клетки, в то время как эндотелиальная NO-синтаза, как правило, связана с клеточными мембранами [10, 18].

В последнее время установлена важная роль оксида азота в регуляции стрессреализующей реакции иммунонейроэндокринной системы [10, 13]. Известно, что регуляторная система чутко реагирует на любое изменение гомеостаза, очевидна и ее реакция на стрессорное воздействие, каковым являются многие тяжелые неврологические (черепно-мозговая травма, острые нарушения мозгового кровообращения, прежде всего острая церебральная ишемия) и соматические заболевания (сепсис, шоки, политравма) [9, 12]. Запуск стресс-реакции иммунонейроэндокринной системы происходит за счет активации основных ее стрессреализующих осей — гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой и симпатоадреналовой [21]. Стрессорная реакция, которая первично являлась адаптивной, вскоре начинает принимать участие в механизмах патологического процесса: избыточные гормональные изменения вызывают комплекс циркуляторных и метаболических нарушений и замыкают порочные круги патогенеза той или иной болезни. Таким образом, первично компенсаторный акт становится «болезнью адаптации» [27].

Общий паттерн стресс-реакции можно представить следующим образом. Активация стрессреализующей системы происходит с помощью провоспалительных цитокинов — интерлейкина-1-бета (IL-1β) и фактора некроза опухоли альфа (TNF-α), причем роль главного триггера стресс-ответа отводится интерлейкину-1-бета. Он действует непосредственно на нейросекреторные клетки гипоталамуса, стимулируя выработку кортиколиберина [5, 21, 26], который Г. Селье назвал «рилизинг-фактором стресса». Кортиколиберин, действуя на клетки гипофиза, стимулирует синтез в них проопиомеланокортина — общего предшественника адренокортикотропного гормона (АКТГ), меланоцитстимулирующего гормона и в-эндорфина. Установлено также, что кортиколиберин может повышать экспрессию нейрональной NO-синтазы и стимулировать образование TNF-β [24]. Второй важной осью, участвующей в реализации стресс-ответа, является симпатоадреналовая система, которая активируется в ходе стресс-реакции [21]. Симпатическая активация стимулирующим образом действует на нейросекреторные клетки паравентрикулярных ядер гипоталамуса, вызывая усиленный синтез и выделение в кровь аргинин-вазопрессина (вазопрессина) и кортиколиберина. В то же время кортиколиберин действует на группы норадренергических нейронов и усиливает симпатоадреналовую активность. Как упоминалось выше, кортиколиберин действует на клетки гипофиза, стимулируя выработку АКТГ. Известно, что помимо кортиколиберина стимулирующим действием на АКТГ-клетки обладает и вазопрессин. С современных позиций, эти два гормона рассматриваются как пусковые нейрогормоны, или либерины, для АКТГ. Кортикотропин, в свою очередь, вызывает стимуляцию стероидогенных клеток коркового вещества надпочечников и усиленную выработку глюкокортикоидов [5, 21].

Таким образом, главными эффекторными гормонами стресс-реакции являются глюкокортикоиды и катехоламины, между освобождением которых существуют положительные обратные связи [5]. В настоящее время повреждающее действие кортикостероидов на клетки связывают с угнетением экспрессии противоапоптозного фактора bcl-2, которое приводит к интенсификации процессов апоптоза [20, 28]. Цитотоксическое действие катехоламинов на сегодняшний день связывают с тем, что они вызывают перевозбуждение клеток, приводя к состоянию гипервосстановленности. При этом создаются условия для образования большого количества свободных радикалов, таким образом, активируются процессы свободнорадикального повреждения клеток [10, 11, 28].

Установлено, что оксид азота выступает как важный химический сигнал и выполняет одну из ключевых ролей в реализации нейроэндокринных ответов [18]. В гипоталамо-нейрогипофизарной системе крыс иммуногистохимическим методом было выявлено большое число крупных нейронов в супраоптическом ядре, в средних и боковых частях паравентрикулярного ядра, содержащих нейрональную изоформу NO-синтазы [13]. В этих же нейронах гистохимическими методами выявлена также высокая активность НАДФН-диафоразы, что указывает на совместную локализацию этого фермента с NO-синтазой. Установлено также, что NO оказывает ингибирующее влияние на гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему, подавляя ее функциональную активность и тем самым ограничивая стресс-реакцию. Это осуществляется за счет ингибирования выработки вазопрессина [28]. В исследованиях гипоталамо-гипофизарной системы крыс было показано, что торможение активности нейрональной NO-синтазы способствует увеличению уровней вазопрессина и окситоцина. Ингибирование нейрональной изоформы NOS приводило к уменьшению синтеза оксида азота в нейронах, усиливалось освобождение вазопрессина и окситоцина. Таким образом, NO ингибирует активацию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, вызываемую вазопрессином, и обладает стресслимитирующим действием [10, 13, 28].

Установлено, что симпатоадреналовое звено стресс-системы опосредовано NO-ергической иннервацией. NO-ергические нейроны иннервируют надпочечники, их аксоны контактируют с хромаффинными клетками, продуцирующими катехоламины, и выделение NO происходит одновременно с высвобождением норадреналина. В небольших концентрациях оксид азота угнетает высвобождение катехоламинов из надпочечников и симпатических нервных окончаний [22], приводя к ограничению стресс-реакции.

Симпатоадреналовая активность вызывает стимуляцию еще одной важной оси — ренин-ангиотензиновой. Выделяют системную ренин-ангиотензиновую систему и аналогичную тканевую систему. Тканевая ренин-ангиотензиновая система играет даже более значительную роль в формировании патологических процессов, чем системная. Наиболее важные ее эффекты связаны с активацией рецепторов ангиотензина I и II типов [23]. Стимуляция рецепторов I типа приводит к образованию внутриклеточных мессенджеров — диацилглицерола и инозитол-3-фосфата, что приводит к освобождению ионов кальция из внутриклеточных депо и активации протеинкиназы С, митогенактивируемых протеинкиназ, тирозинкиназ, интенсификации процессов свободнорадикального окисления, а также является причиной индукции генов раннего реагирования, стимулирующих апоптоз. Стимуляция рецепторов II типа вызывает повышение синтеза факторов роста, главным образом трансформирующего ростового фактора бета (ТРФ-β), который вызывает угнетение системы плазмина, играя существенную роль в процессах атеротромбогенеза. Имеются данные, что NO принимает участие в регуляции секреции ангиотензина II, вызывая ограничение функции ренин-ангиотензиновой системы, а также способствует поддержанию водно-электролитного баланса в организме [23, 13].

Наиболее впечатляющее сходство в функционировании клеток нервной и иммунной систем было продемонстрировано в исследованиях последнего десятилетия. Так, было показано, что содержащаяся в макрофагах аминокислота аргинин претерпевает после стимуляции макрофагов (эндотоксином, γ-интерфероном) окислительные превращения, в процессе которых образуются нитриты и нитраты, а в качестве промежуточного продукта выступает оксид азота. Как свободнорадикальное соединение, содержащее неспаренный атом азота, NO обладает высокой реакционной способностью. Наиболее ярким примером этого в иммунной системе является «убойная» сила макрофагов, с которой они обезвреживают фагоцитированные ими патогенные агенты [1].

Как уже указывалось выше, эффекты NO дозозависимы. Известно, что большие количества оксида азота участвуют в патофизиологических каскадах глутаматной эксайтотоксичности и реакциях оксидантного стресса [30], что способствует повреждению нейронов и лежит в основе патогенеза многих неврологических заболеваний (церебральная ишемия, нейродегенеративные болезни, боковой амиотрофический склероз, демиелинизирующие заболевания ЦНС) [19]. Было показано, что процессы, аналогичные тем, что происходят в макрофагах при фагоцитозе, имеют место в аргининсодержащих нейронах мозга, для которых возбуждающим нейротрансмиттером служит глутамат, а в качестве вторичного мессенджера используется циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ). При действии глутамата, опосредованном через NMDA-рецепторы (наиболее полно изученный подтип глутаматных рецепторов с высоким сродством к аминокислоте N-метил-D-аспартат), открываются потенциалзависимые кальциевые каналы аргининсодержащих нейронов мозга, что позволяет ионам кальция проникать в клетку [16]. В цитоплазме нейрона они связываются со своим рецептором кальмодулином, который в присутствии восстановленного НАДФ активирует нейрональную изоформу NO-синтазы, катализирующей окислительные превращения аргинина до его промежуточного продукта — оксида азота. NO, выделяясь из клетки, взаимодействует с соседними нейронами. Рецепторной мишенью оксида азота является атом железа в активном центре (имеющем структуру гема) молекулы фермента гуанилатциклазы [1]. Связываясь с железом, NO инициирует конформационные изменения молекулы фермента, что приводит к его активации и в конечном счете — к продукции цГМФ в клетках-мишенях. Таким образом, механизм действия оксида азота на клетку-мишень сходен с механизмом действия нейротрансмиттеров, опосредуемым через вторичный мессенджер. Именно поэтому NO в настоящее время рассматривается как нетрадиционный нейротрансмиттер мозга [16, 17, 19].

Особенно велика роль NO как медиатора иммунонейроэндокринной системы в патофизиологических процессах, происходящих в очаге острой церебральной ишемии [1, 4, 6, 30]. В ишемизированном участке мозга глутаматергические нейроны вместо физиологической порции нейротрансмиттера выделяют поток глутамата, который обрушивается на NO-синтезирующие нейроны, — присходит так называемый глутаматный каскад [31]. В этом случае воздействие нейротрансмиттера напоминает таковое при постсинаптической потенциации нейрона: разряды, следующие один за одним с высокой частотой, не позволяют потенциалзависимым кальциевым каналам закрываться, что ведет к повышенному поступлению кальция в клетку и, как следствие, к повышению синтеза и выделения из нейрона оксида азота [16]. Выделение больших количеств NO приводит не к продукции цГМФ, а к гибели окружающих нейронов. В этом случае NO-синтезирующие нейроны ведут себя как макрофаги. Подобного рода факты были экспериментально подтверждены в опытах на культуре нейронов коры головного мозга куриных эмбрионов. Добавление NMDA в культуру даже на короткое время вызывало гибель 90 % нейронов, тогда как ингибиторы синтеза оксида азота (метил-, нитроаргинин, гемоглобин) эффективно защищали нейроны, снижая их гибель на 73 % [19]. Окончательный путь нейротоксичности оксида азота, видимо, активируется в присутствии супероксидного аниона и NO, образующих полиокиси (NO₂, N2O₃, N₂O₅) и пероксинитрит (ONOO^–), высокореактивный оксидантный компонент, который при разложении образует другие токсичные радикалы — гидроксиловый и активированный диоксид азота [11, 31].

В то же время существует гипотеза, что NO может защищать нейроны при токсическом воздействии глутамата, повышая синтез цГМФ, а также блокируя NMDA-рецепторы за счет связывания нитрозониум-иона (NO⁺) с их регуляторным центром. Кроме того, известны вазодилатирующий и антиагрегантный эффекты NO при церебральной ишемии [6, 31]. Таким образом, это лишний раз подтверждает двоякую роль оксида азота при ишемическом повреждении мозга, что свойственно многим природным модуляторам.

Как известно, интегративную роль в регуляции воспалительной реакции играет иммунонейроэндокринная система. Помимо нейромедиации, оксид азота выполняет функции медиатора воспаления. Как известно, развитие асептического воспаления носит двухфазный характер, при этом каждая фаза ассоциирована с определенными изоформами NO-синтазы. Ранняя фаза воспалительной реакции характеризуется повышением продукции медиаторов воспаления: гистамина, брадикинина, простагландинов и лейкотриенов [32]. На данном этапе происходит стимуляция продукции оксида азота с помощью нейрональной изоформы NOS, локализованной в чувствительных нервах. Параллельно усиливается продукция NO посредством эндотелиальной изоформы NOS. В клетках сосудистого эндотелия оксид азота активирует растворимую гуанилатциклазу, что приводит к усиленному образованию цГМФ. Последний вызывает релаксацию гладкомышечных клеток сосудов, в результате чего увеличивается сосудистая проницаемость [14]. Эндотелиальные клетки становятся «протекающими», что способствует экссудации жидкости, белков плазмы и лейкоцитов. Обе конститутивные (eNOS и nNOS) и индуцибельная изоформы NO-синтазы имеют отношение к продукции NO в ранней фазе воспаления. Поздняя (замедленная) фаза воспаления связана с лейкоцитарной активностью и инфильтрацией. В ее развитие вносит вклад только оксид азота, продуцируемый с помощью индуцибельной изоформы NOS, локализованной в лейкоцитах. На этой стадии воспалительного процесса NO стимулирует синтез и высвобождение провоспалительных цитокинов — ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-6, лейкотриенов, хемокинов, которые, в свою очередь, стимулируют миграцию лейкоцитов в очаг воспаления [14, 32].

Будучи включенным в механизмы воспаления, оксид азота выполняет как провоспалительную, так и противовоспалительную функции. Это связано с тем, что развитие воспаления детерминировано генерацией оксида азота, синтезируемого при участии индуцибельной NOS. В то же время NO-синтаза контролирует биосинтез ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-11 и ИЛ-13, которые относятся к противовоспалительным цитокинам. В этом смысле оксид азота оказывается подлинным регулятором воспаления, что лишний раз доказывает его отношение к медиаторам регуляторной иммунонейроэндокринной системы [14]. Представления о двойственной роли оксида азота в развитии воспаления (NO-парадокс) основываются на результатах, полученных на различных экспериментальных моделях, включая опыты на животных, лишенных кодирующего iNOS-гена. Уровень экспрессии индуцибельной NOS и высокая продукция оксида азота являются триггером для коротко- и долгосрочных сигналов, которые в отношении развития воспалительного процесса могут носить как активирующий, так и ингибирующий характер. Направленность эффекта определяется пятью факторами: 1) состоянием метаболических путей, обеспечивающих индуцибельную NOS субстратами и кофакторами; 2) состоянием других путей, которые могут модулировать индукцию и активность iNOS; 3) молекулярными мишенями, с которыми взаимодействуют оксид азота и его производные (нитраты, нитриты, пероксинитрит); 4) локальными факторами, такими как восстановленное (redox) состояние клетки в условиях дефицита кислорода; 5) функциональной активностью эндогенных защитных и антиоксидантных механизмов [32].

Резюмируя вышеизложенные факты, можно судить о многогранной роли оксида азота в функционировании регуляторной иммунонейроэндокринной системы. Несомненна его стресслимитирующая роль, обеспечивающая ограничение стрессреализующей реакции, а следовательно, и уменьшение выраженности таких механизмов нейронального повреждения, как глутаматная экзайтотоксичность и оксидантный стресс. Чрезвычайно важны нейропротективный, вазодилатирующий и антиагрегантный эффекты NO, прежде всего при развитии церебральной ишемии. Интересна активность оксида азота как медиатора воспаления, которая требует дальнейшего изучения.

При этом всегда в реализации тех или иных эффектов NO прослеживается двойственность, зависящая от многих перечисленных выше факторов. Так, кроме нейропротективного и стресспротективного, оксиду азота свойственно и нейротоксическое действие; он участвует как в провоспалительных, так и в противовоспалительных каскадах реакций. Дальнейшее углубленное изучение роли NO в иммунонейроэндокринных взаимодействиях откроет перспективы для новых терапевтических стратегий в лечении неврологической и соматической патологии.