Представления о роли пептидов в регуляции поведенческих, висцеральных и других функций организма в последнее время претерпевают чрезвычайно бурное развитие. По сравнению с другими системами межклеточной сигнализации пептидная система наиболее многочисленная, а сами пептидные регуляторы оказываются особенно плейотропными, полифункциональными. Сформировалась концепция о функциональной непрерывности, регуляторном континууме, состоящем из пептидов и сопряженных с ними межклеточных сигнализаторов другой природы. Такой континуум характеризуется наличием сложных межпептидных взаимодействий — способностью каждого пептида индуцировать выход определенной группы других пептидов. В результате первичные эффекты того или иного пептида развиваются во времени в виде цепных либо каскадных процессов [1].
Пчелиный яд, эволюционно приспособленный к защите пчелиного жилища, представляет собой сложную многокомпонентную систему, в которой выделяют полипептиды, ферменты, амины и феромоны. Особую роль в регуляции функций организма, являющегося акцептором пчелиного яда, играет кластер пептидов (полипептидов). Это мелиттин, апамин, МСД-пептид, адолапин, тертиапин, секапин, минимин, кардиопеп [2-4].
Мелиттин
Мелиттин —основной физиологически нестабильный компонент. Он образован 26 остатками 12 аминокислот и составляет более 50% сухого вещества пчелиного яда. В водной среде мелиттин формирует тетрамер, состоящий из двух димеров, его молекулярная масса возрастает от 2840 (мономер мелиттина) до 11 200 (тетрамер мелиттина), при этом изменяется и объем молекулы.
Основные биологические эффекты мелиттина связаны с его способностью менять или нарушать структуру мембран. Связываясь с мембраной, пептид способен образовывать каналы, в результате повышается проницаемость для ионов, что может вызвать лизис клеток. При этом наблюдаются накопление Na+и Ca2+, утечка K+ и метаболитов (пропорционально количеству мелиттина, взаимодействующего с мембраной).
Мелиттин ингибирует работу различных АТФаз, из-за чего нарушается транспорт ионов через мембрану. Кроме того, он усиливает работу Na+—K+-насоса, увеличивая вход натрия в клетку, при этом может инициироваться митогенез, стимулироваться синтез ДНК.
Мелиттин способен образовывать комплексы с некоторыми пептидами, например: с альбумином, тропонином и кальмодулином. Как и кальмодулин, он обладает взаимоингифирующими свойствами. Прямым связыванием мелиттин подавляет активность белка киназы C, Ca-кальмодулинзависимой киназы, протеинкиназы, аденилатциклазы. Пептид повышает активность фосфолипазы A2, вызывая образование арахидоновой кислоты из мембранных фосфолипидов.
В результате стимулирования мелиттином систем, воспроизводящих в артериальных стенках простагландины, в несколько раз увеличивается количество простациклина, расширяющего кровеносные сосуды. Мелиттин нарушает процесс свертывания крови, действуя в двух направлениях: угнетает активность тромбопластина, зависящую от его связи с некоторыми фосфолипидами, и вызывает денатурацию фибриногена, вероятно, образуя связи между щелочным мелиттином и кислым фибриногеном.
Влияние мелиттина на тепловую денатурацию белков усиливается при повышении его концентрации (свыше 30 мг/мл) и уменьшается при ее снижении. Защитный эффект мелиттина наиболее сильно проявляется в отношении альбумина и гамма-глобулина при концентрации пептида 0,3 мг/мл. Повышение устойчивости белков, по мнению ряда авторов, противодействует воспалительной реакции.
Апамин
Апамин принадлежит к самым малым натуральным пептидам, действующим на центральную нервную систему (ЦНС). Он включает 18 аминокислот и составляет примерно 3% общего количества яда. Молекулярная масса равна 2036.
Это сильный нейротоксин. При внутривенном введении мышам сублетальных доз (1-2 мг/кг) апамина у них появляются некоординированные движения конечностей, переходящие в судороги мышц всего тела. После периода двигательной активности, продолжающейся в зависимости от дозы 30-50 ч, выжившие мыши проявляют двигательную сверхвозбудимость в следующие 20-30 ч. При введении в мозговые желудочки активность пептида возрастает в 1000 раз. Апамин избирательно блокирует кальцийзависимое проникновение калия через мембрану нервных клеток и угнетает пуринергическую иннервацию. Подавляя тормозные процессы в ЦНС, апамин положительно воздействует на процессы возбуждения.
Апамин влияет на постсинаптические мембраны центральной и периферической нервной системы. В концентрации 10-8-10-7 моль/л он обратимо угнетает неадренергическое торможение норадреналина, АТФ и кофеина в гладкомышечных клетках желудочно-кишечного тракта. Все эти процессы связаны с активацией кальцийзависимой калиевой проводимости. Установлено блокирующее действие апамина на некоторые типы данной проводимости и в других тканях: скелетных мышцах, некоторых нейронах и нейробластоме, гепатоцитах [5].
Под влиянием апамина увеличиваются скорость и сила работы сердца, но это не связано ни с расширением, ни с сужением сосудов. Действие апамина на сердце в большой мере обусловлено специфическим влиянием на кальциевый транспорт через клеточные мембраны. Апамин способен поддерживать пониженную работу сердца и предупреждать возникновение резкой слабости в результате снижения кровяного давления. При аритмии апамин в дозе 0,2 мг восстанавливает нормальный ритм работы сердца [4, 5].
Апамин ингибирует Ca2+— и активирует K+-каналы кардиомиоцитов. В то же время он может частично ингибировать калиевый ток, не влияя на кинетику активации. По мнению ряда авторов, существуют две различные популяции: апамин-чувствительные и апамин-нечувствительные K+-каналы.
При исследовании влияния компонентов пчелиного яда на гипофизарно-надпочечную систему обнаружено, что наиболее сильно ее активирует апамин. Внутривенное введение апамина кошкам в дозе 10 мг/кг вызывает быстрое увеличение в крови обоих надпочечных гормонов — кортизона и адреналина. Примерно через 1 ч после инъекции пептида уровень кортизона и адреналина был выше исходного в 9 и 8 раз соответственно. Одновременно наступали изменения в сердечно-сосудистой системе: давление крови внезапно повышалось на 30-50%. Эти данные дают основание считать, что апамин действует как стимулятор на мезенцефальную ретикулярную формацию мозга. Необходимо отметить, что адреналин также угнетает некоторые воспалительные реакции, в результате чего усиливается мощное антивоспалительное действие кортизола [8].
МСД-пептид
МСД-пептид вызывает дегрануляцию (разрушение) тучных клеток, за что и получил свое наименование Mast Cell Degranulating (МСД). При этом из мастоцитов высвобождаются гистамин, гепарин, серотонин и гемотрипсиноподобный протеолитический энзим. Данный пептид образован 22 аминокислотными остатками и составляет 2% общей массы яда. Молекулярная масса равна 2598. Пептид проявляет ярко выраженные свойства основания, его рН примерно 12. Щелочные свойства МСД-пептида зависят от девяти щелочных аминокислот против двух молекул аспарагиновой кислоты, причем одна из них имеет амидопириновую карбоксильную группу.
Этот пептид принадлежит к группе так называемых специфических гистамин-выделителей. Они дегранулируют мастоциты и освобождают находящиеся в них биологически активные вещества, приводя в действие специальную энергозависимую каталитическую систему.
МСД-пептид влияет на проницаемость капилляров и вызывает отек в месте инъекции. При использовании в дозах больших, чем необходимо для дегрануляции тучных клеток, МСД-пептид оказывает противовоспалительное действие. Он способен высвобождать гистамин из тучных клеток и в этом отношении в 10-1000 раз активнее мелиттина.
При введении МСД-пептида в мозговые желудочки в дозе 0,1 мкг появляются признаки раздражения ЦНС. Трехкратное увеличение дозы вызывает токсические явления и гибель животного. Способность МСД-пептида раздражать ЦНС, вероятно, обусловлена его структурным сходством с апамином.
Некоторые авторы опубликовали убедительные данные об антивоспалительной активности МСД-пептида. По массе он примерно в 1000 раз активнее, чем гидрокортизон при карагининовом воспалении лапы крысы. При внутривенном введении в дозе 200 мкг/кг МСД-пептид полностью снимает отек воспаленной лапы крысы, вызванный брадикинином, простагландином Е, серотонином, каликреином и гистамином.
Адолапин
Адолапин — единственный компонент пчелиного яда, обладающий болеутоляющим действием. Оно обусловлено свойством адолапина замедлять биосинтез и фармакологическую активность простагландинов Е, снижающих противоболевой порог. Полипептидная цепь состоит из 103 аминокислот. Молекулярная масса равна 11 500. Эта величина служит границей между молекулярной массой белков и пептидов.
Данный пептид препятствует агрегации (склеиванию) эритроцитов крови, наступающей, когда к эритроцитарной суспензии добавляют раствор желатина. По мнению многих авторов, задержка агрегации эритроцитов — свойство эффективных противовоспалительных средств.
Адолапин угнетает активность двух ключевых ферментов обменных процессов биосинтеза воспаления — циклооксигеназу и липооксигеназу. С циклооксигеназы начинается биосинтез простагландинов, а липооксидаза, включающая группу лейкотреинов, вызывает спазмы гладких мышц и действует гемотоксически.
Высокая активность, обезболивающее и противовоспалительное действие, высокий терапевтический индекс и незначительная анафилактогенность характеризуют адолапин как перспективное лекарственное средство. Его можно применять самостоятельно или в комбинации с другими препаратами. При фармакологическом и биохимическом изучении установлено определенное преимущество адолапина по сравнению с некоторыми другими синтетическими противовоспалительными препаратами.
Тертиапин и секапин
Тертиапин и секапин — минорные полипептидные компоненты пчелиного яда. Тертиапин характеризуется выраженным пресинаптическим действием на нервно-мышечный препарат лягушки. Его особенность проявляется в независимости пресинаптического действия от содержания кальция в среде [5]. Этот пептид ингибирует Са2+-связывающий белок кальмодулин, регулирующий активность большого числа Са2+-связывающих ферментов. Секапин при введении мышам в дозе 80 мкг/кг вызывает седативный эффект, гипотермию и пилоэрекцию [2].
Минимин
Минимин составляет около 3% общей массы пчелиного яда. Молекулярная масса около 6000. Вызывает прекращение роста личинок дрозофил, из которых развиваются мухи в 1/4 натуральной величины.
Кардиопеп
Кардиопеп обладает адреномиметическими и антиаритмическими свойствами.
Таким образом, данные литературы и собственные исследования позволяют утверждать, что пептиды в составе пчелиного яда являются регуляторными. При этом можно выделить следующие факторы:
- во-первых, их молекулярная масса не превышает величину, граничащую с белками;
- во-вторых, регуляторное действие данных пептидов реализуется при воздействии на организм в минимальных дозах;
- в-третьих, регуляторное действие осуществляется за счет совместного действия пептидов, ферментов и аминов, а также суммарного влияния нескольких пептидов, регулирующих одну из функций.
Широкий набор регуляторных пептидов, присутствующих в пчелином яде, совместно с ферментами и биогенными аминами обеспечивает многостороннее воздействие на организм человека, что служит основой клинической апитерапии [6, 7].
А.Е.Хомутов, д-р биол. наук, проф. кафедры биохимии и физиологии. Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского.
Источник: ж-л «Пчеловодство» №1, 2017г.
ЛИТЕРАТУРА
- Ашмарин И.П., Данилова РА., Рудько О.И. и др. Долговременное действие пептидных регуляторов: отложенные и инверсные эффекты холецистокинина-4 и -3 // Медицинский академический журнал. — 2004. — Т.4. —№ 1.
- Гелашвили Д.Б., Крылов В.Н., Романова Е.Б. Зооток-синология: биоэкологические и биомедицинские аспекты. — Н. Новгород, 2015.
- Гиноян Р.В., Хомутов А.Е., Лушникова О.В. Продукты пчеловодства и апитерапия. — Н. Новгород, 2008.
- Крылов В.Н. Пчелиный яд: свойства, получение, применение. — Н. Новгород, 1995.
- Овчинников Ю.А. Природные токсины в изучении молекулярных основ нервной проводимости // Фундаментальные науки — медицине. — М., 1980.
- Хомутов А.Е., Пурсанов К.А., Калашникова Л. М. Пчелы, пчелиный яд, апитоксинотерапия. — Н. Новгород, 2006.
- Хомутов А.Е., Пурсанов К.А. Биологические и клинические основы апитерапии. — Н. Новгород, 2011.
- Shkenderov S., Yosifov Т., Ovcharov R. Apamin effect on contical bioelektric pressure and level of adrenalin and Cortisol in cat blood //Acta, medica bulgarica. —1976. —V. 4.—N 2.
BEE VENOM — UNIQUE CLUSTER REGULATORY PEPTIDES
A.E.Chomutov Literature review and our own research suggests that the composition of bee venom includes a cluster of regulatory peptides (melittin, apamin, MSD-peptide, adolapin and others), which regulate the multifunctional activity of the organism. This phenomenon, together with enzymes and amines of bee poison provides biological and clinical basis for apitherapy. Keywords: bee venom, regulatory peptides.
