Эндотелин относится к числу биологически активных бициклических полипептидов широкого спектра действия. На сегодняшний день эндотелин является одним из наиболее значимых регуляторов функционального состояния эндотелия сосудов [6]. Впервые о роли эндотелиальных клеток, как регулятора сосудистого тонуса, написали ученые в 1980 году [15]. Исследователи охарактеризовали эндотелиоциты, как «сердечно-сосудистый эндокринный орган, способствующий взаимосвязи крови и тканей в критический момент». Информация о самом эндотелине, как о факторе с вазомоторной активностью, появилась в 1985 году, когда группа ученых во главе с Hickey изучали культивированные эндотелиальные клетки крупного рогатого скота (эндотелиоциты аорты быка) [17]. В течение последующих лет присоединившимся к исследованию ученым удалось очистить данный фактор и определить аминокислотную последовательность пептида, который состоял из 21 аминокислотного остатка с четыремя цистеиновыми мостиками ввиде дисульфидных связей и молекулярной массой 2492 дальтона. Выделенный фактор ученые назвали – эндотелин и в 1988 году появилась работа о пептиде, который вырабатывается эндотелиальными клетками и обладает мощным сосудосуживающим действием [44]. Вслед за столь важным открытием в научном мире последовали многочисленные экспериментальные исследования с использованием эндотелина. Однако с появлением результатов исследований выяснилось, что принцип действия данного пептида не так прост, как показалось с первого взгляда.
Спустя год при интенсивных исследованиях были открыты три изоформы эндотелина: эндотелина-1, эндотелин-2 и -3 [45]. Выяснилось, что все изоформы состоят из 21 аминокислотных остатков, и синтез всех трех изоформ кодируется тремя разными генами, которые присутствуют только у позвоночных, что позволяет ученым отследить эволюцию эндотелинов [14]. При этом, эндотелин-2 имеет очень близкую гомологию с эндотелином-1 и отличается по структуре всего двумя аминокислотными остатками.
Известно, что полипептид вырабатывается эндотелиальными клетками в виде предшественника – препроэндотелина, преобразующегося в большой эндотелин (Big-эндотелин) путем отщепления олигопептидных фрагментов [35]. Big-эндотелин состоит из 39 аминокислотных остатков. При участии эндотелинпревращающего фермента (ЭПФ), находящегося внутри и на поверхности эндотелия, образуется эндотелин-1 [21]. При этом вазомоторная активность эндотелина-1 увеличивается в 140 раз, а период полураспада сокращается. Период полураспада эндотелина-1 от 40 секунд до 4-7 минут [9] и большая часть эндотелина (80 %) инактивируется при прохождении через сосуды легких.
Эндотелин-1 является самым распространенным из семейства эндотелинов, а также самым мощным вазоконстриктором, который в 10 раз сильнее ангиотензина II и в 100 раз превышает эффект норадреналина [37]. При определении аминокислотной последовательности установлено, что данный белок имеет колоссальное сходство с токсическим компонентом яда пауков и некоторых видов змей [23; 45]. В частности, пептид (сарафотоксин), полученный из яда змеи Atractaspis engaddensis имеет структурное и функциональное сходство с эндотелинами. При попадании сарафотоксина в кровь жертвы возникает коронароспазм, вплоть до остановки сердца. Однако, незначительные различия в химической структуре яда и эндотелина являются существенными для объяснения специфики связывания лигандов с рецепторами эндотелинов [34].
Большая часть эндотелин-1 образуется в эндотелиальных клетках и, в отличие от других эндотелинов, может синтезироваться в подлежащих гладкомышечных клетках сосудов, нейронах, астроцитах, эндометрии, гепатоцитах, мезангиоцитах, клетках Сертоли, эндотелиоцитах молочных желез, тканевых базофилах [3]. Эндотелин-2 обнаружен в почках, кишечнике, миокарде, плаценте, матке. А эндотелин-3 находится в головном мозге, кишечнике, почках и легких [28]. Эндотелин-1 не накапливается в эндотелиальных клетках, однако быстро образуется под влиянием адреналина, ангиотензина-II, вазопрессина, тромбина, цитокинов и механического воздействия [42]. За несколько минут происходит активация транскрипции иРНК и синтез предшественников эндотелина, а также превращение их в эндотелин-1 с последующей секрецией. В то же время катехоламины, ангиотензин II, липопротеины высокой плотности, ростовые факторы, тромбин, тромбоксан А2, Са2+ – ионофор и форболовый эфир активируют внутриклеточные механизмы синтеза эндотелина-1, минуя взаимосвязь с рецепторами клеточной мембраны, благодаря влиянию на протеинкиназу С и высвобождению Са2+ из саркоплазматической сети [31]. Гипоксия при некоторых опухолях также ведет к выработки эндотелина, что в свою очередь приводит к прогрессированию заболевания [36].
Концентрация эндотелина-1 в плазме крови человека в норме 0,1–1 фмоль/мл или не выявляется. Именно уровень концентрации определяет какой эффект (расслабление или сокращение) будет реализован. При невысоких концентрациях эндотелин аутокринно-паракринным способом действует на эндотелиальные клетки, высвобождая факторы релаксации, а повышение концентрации паракринным способом активирует рецепторы на гладкомышечных клетках и наблюдается сосудистый cпазм [40]. Одним из наиболее значимых регуляторов выработки эндотелина в эндотелиоцитах является трансформирующий фактор роста (TGF) β, который приводит к увеличению выработки препроэндотелина [11].
В настоящее время известно, что вазоконстрикторный эффект, увеличение частоты и силы сердечных сокращений (хроно- и инотропные эффекты) эндотелина-1, а также потенцирование им роста и дифференцировки тканей реализуются путем активации двух типов рецепторов – ЭТ-А и ЭТ-В [8; 5]. ЭТ-А обладает высокой аффинностью к эндоттелину-1 и эндотелину-2. У ЭТ-В нет предпочтительности, зато он имеет два подтипа – ЭТ-В1 и ЭТ-В2 [2]. Около десяти лет назад выделен еще один тип рецепторов эндотелина – ЭТ-С. Его структура и роль до конца не изучены. Но предполагается, что действие эндотелина-3 происходит именно через рецепторы ЭТ-С [38].
Подтипы рецепторов по-разному локализованы в сосудистой системе: ЭТ-А обнаруживаются в гладкомышечных клетках сосудов, кардиомиоцитах, в ткани мозга и в желудочно-кишечном тракте; ЭТ-В находятся в гладкомышечных клетках, в венечных сосудах, кардиомиоцитах, клетках юкстагломерулярного аппарата и в подвздошной кишке [30]. Немаловажную роль играет и половая принадлежность. Доказано, что самцы имеют большую активацию ЭТ- А к эндотелину-1, а у самок отмечалась активация ЭТ-В. Также имеет значение диаметр сосудистого просвета. В сосудах с небольшим диаметром экспрессируются ЭТ-А, а в венечных артериях и сосудах легких преобладают ЭТ-В. Различная локализация рецепторов позволяет объяснить большое количество эффектов, связанных с функцией эндотелинов в норме и патологии.
На сегодняшний день существуют прямые и не прямые эффекты эндотелинов. К прямым эффектам относится воздействие на гладкие мышцы сосудов. При их взаимосвязи происходит вазоконстрикция, активация митогенеза, пролиферация клеток и фиброз интимы с повышением жесткости сосудов [22]. К опосредованным – высвобождение из эндотелия вазоактивных факторов (оксида азота, простациклина и натрийуретического пептида предсердий), приводящих к релаксации сосудов [20]. Кроме этого эндотелины влияют на секрецию гормонов гипофиза и надпочечников, подавляют эффекты вазопрессина в почках, а также увеличивают реакции сердца на симпатические стимулы, повышают сосудистую проницаемость, активируют нейтрофилы и тучные клетки. Эндотелины причастны к иммуномодулирующим эффектам, активируя Т-лимфоциты в вилочковой железе и усиливая иммунный ответ. Следует отметить о роли эндотелина-1 в качестве ингибитора апоптоза. В клетках эндотелия из аорты крысы с апоптозом, под воздействием эндотелина-1 выживаемость эндотелиоцитов повышалась [33].
Экспериментально доказана значимость эндотелина-1 в процессе развития тимуса и щитовидной железы [25]. Считается, что уровень эндотелина-1 в крови повышается при гиперплазии щитовидной железы и остается повышенным в течение фазы йодид-индуцированной инволюции [13]. Также эндотелин влияет на процесс остеогенеза. Доказано, что применение эндотелина-1 приводит к усилению остеогенеза [43].
В экспериментальных работах при моделировании глаукомы у крыс выяснилось, что измерение уровня эндотелина-1 позволяет определить тяжесть нарушения микроциркуляции глаза. А у людей с первичной открытоугольной глаукомой и ретинопатией уровень эндотелина-1 в слезной жидкости увеличивался в 2-3 раза [4].
Значимое место отведено эндотелину в заболеваниях кожи с гиперпигментацией [29]. В образцах кожи людей отмечалась повышенная экспрессия эндотелина-1 и ЭТ-В. Синтезированный эндотелин-1 активирует рецепторы типа В и стимулирует меланогенез.
Сегодня эндотелин-1 рассматривают, прежде всего, как маркер и предиктор тяжести и исхода сердечно-сосудистых заболеваний: инфаркта миокарда и ишемической болезни сердца в целом [30]. Следствием нарушений метаболизма и сократительной функции миокарда становятся изменения сердечного ритма, приводящие к развитию фибрилляций [16]. Считается, что эндотелин-1 причастен к легочной гипертензии, атеросклеротическому повреждению сосудов, послеродовым сосудистым осложнениям, поражению почек при гломерулонефрите, ишемическим повреждениям мозга, сахарному диабету [2; 19]. Существует исследование, доказывающее, что эндотелин-1 способствует разрушению суставного хряща [1]. При исследовании пациентов с остеоартрозом концентрация в сыворотке крови коррелировала с развитием и прогрессированием заболевания.
При изучении эндотелина-2 выяснилось, что увеличение его содержания наблюдается при овуляции. В эксперименте на крысах при исследовании цикла овуляции ученые зафиксировали повышение экспрессии эндотелина-2, что по времени коррелировало с разрывом фолликула [24]. В то время, как недостаточное количество эндотелина-2 ведет к нарушению процесса овуляции и желтое тело не образуется [10]. Наряду с этим эндотелин-2 имеет решающее значение для роста и выживания постнатальных мышей, играет важную роль в гомеостазе энергии, терморегуляции, развитии и нормальном функционировании легких [12], а также диабетической кардиомиопатии, усугубляя течение заболевания [26].
Разрабатывая новые методы лечения рассеянного склероза выяснилось, что эндотелин-2 и ЭТ-В способствуют ремиелинезации клеток центральной нервной системы, что представляет собой многообещающий терапевтический подход для улучшения регенерации миелина [46]. Кроме того, эндотелин-2 участвует в патофизиологических процессах сердечной недостаточности, иммунологии и онкологии [27].
Эндотелин-3 имеет огромное значение в поддержании водно-солевого гомеостаза [18]. В малых концентрациях он способен ослаблять воспалительные ответы посредствам активации ЭТ-В2 и NO. Так, в эксперименте на крысах с отеком задних лап, вызванным различными провоспалительными веществами, показано, что при низких концентрациях эндотелин-3 ингибировал фактор активации тромбоцитов, через ЭТ-В2 типа, что в свою очередь опосредованно снижало воспалительный ответ. А при онкологических заболеваниях эндотелин-3 является новым кандидатом опухолевого гена-супрессора, подавляющего рост раковых клеток. Активация экспрессии эндотелина-2 и эндотелина-3 значительно снижает миграцию и инвазию клеток рака толстой кишки, подавляет агрессию злокачественной меланомы [7], инактивирует клетки опухолей молочных желез [41], а применение препаратов с эндотелином-3 имеет клиническое значение для профилактики рецидива опухоли. Вовлечен эндотелин-3 в развитие болезни Гиршпрунга, характеризующейся аномалией развития толстой кишки, приводящей к нарушению иннервации кишечного фрагмента [32]. Эндотелин-3 влияет на формирования энтеральной нервной системы, участвует в регуляции пролиферации и выживания эпителиальных клеток, особенно это касается бокаловидных клеток. А при артериальной гипертензии эндотелина-3 способствует легочной вазоконстрикции путем активации рецепторов ЭТ-В при низкой концентрации, и ЭТ-А – при высокой. Однако, его потенциальный патофизиологических вклад остается неопределенным. Подобное многообразие функций эндотелина, а также недостаточная изученность данного пептида позволяет считать исследование актуальным.