Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

3.3.2. Роль паратгормон-родственного белка в трансэпителиальном транспорте кальция во время беременности и в период лактации

Одно из важнейших проявлений физиологической роли ПТГрП состоит в регуляции транспорта кальция из скелета матери и кровотока в развивающийся плод и грудное молоко (Rodda C.P. et al., 1998). Самая известная функция ПТГрП в плодных мембранах – контроль транспорта плацентарного кальция (Farrugia W. et al., 2000; Strid H. et al., 2002) и плацентарного сосудистого тонуса (Mandsager N.T., 1994).

В исследованиях на эмбрионах мышей, гомозиготных по делеции гена ПТГрП, либо по делеции гена рецептора ПТГ/ПТГрП было установлено, что этот белок является важным физиологическим регулятором кальциевого обмена (Kovacs C.S. et al., 1996). Действие ПТГрП, по крайней мере, частично, осуществляется путем стимуляции особого рецептора, усиливающего плацентарный транспорт кальция, который отличается от ПТГ/ПТГрП-рецептора, присутствующего в других тканях, и выявлен только в плаценте. Указывается, что этот рецептор является важной детерминантой гомеостаза кальция у эмбриона. Farrugia W. et al. (2000) предположили, что ПТГрП является ключевым фактором в поддержании градиента кальция у матери-плода. В исследовании с использованием мембранной системы синцитиотрофобласта человека in vitro, авторы показали, что ПТГрП (1-34) и ПТГ (1-34) стимулируют опосредованно через ПТГ/ПТГрП-рецептор перенос кальция через базальные мембраны плацентарного синцитиотрофобласта.

Во время беременности кальций должен активно транспортироваться через плаценту от матери к плоду. Концентрация кальция в плоде выше, чем у матери, поэтому кальций должен транспортироваться против градиента (Kovacs C.S., 2001). У мышей с делецией гена ПТГрП этот градиент теряется, а ПТГрП-дефицитные плоды являются гипокальциемическими. Это говорит о том, что фетальный ПТГрП важен для переноса плацентарного кальция у матери (Kovacs C.S. et al., 1996). Показано, что плацентарное продуцирование ПТГрП регулируется кальциевым рецептором (Hellman P. et al., 1992; Kovacs C.S., 1996). Было описано несколько случаев перепроизводства ПТГрП в плаценте, сопровождавшихся развитием гиперкальциемии (Sato K., 2008; Eller-Vainicher C., 2012). Последний этап в трансплацентарном переносе кальция от матери к плоду включает транспорт против градиента концентрации через базальную плазматическую мембрану синцитиотрофобласта. На основе исследований на животных было предположено (Kovacs C.S., 2001; Kovacs C.S., et al., 1996) что ПТГрП играет основнуя роль в поддержании градиента концентрации кальция у матери и плода. Strid H. et al., (2002) изучили роль высококонсервативного фрагмента средней области (38-94) ПТГрП в переносе кальция через базальные плазматические мембраны человеческих синцитиотрофобластов, выделенных из полноценной плаценты человека. Полученные данные показали, что ПТГрП (38-94) стимулирует Ca2+ АТФазу в базальных мембранах человеческих синцитиотрофобластов через активацию продукции инозитол трифосфата и фосфорилирования протеинкиназы С. Таким образом этот фрагмент ПТГрП стимулирует АТФ-зависимый перенос кальция в базальной плазматической мембране человеческого синцитиотрофобласта. Авторы предполагают, что ПТГрП (38-94) важен для поддержания градиента концентрации кальция через плацентарный барьер у человека.

Было обнаружено, что циркулирующие уровни ПТГрП у кормящих женщин коррелируют с минеральной плотностью их костной ткани (Sowers M.F. et al., 1996). Высокий уровень ПТГрП влияет на ускоренную резорбцию кости и потерю костной массы у лактирующих мышей (Van Houten J.N., Wysolmerski J.J. (2003). ПТГрП способствует переносу кальция через плаценту, что делает его доступным для минерализации растущего скелета плода (Rodda C.P. et al., 1988). Были получены данные, что средняя молекулярная область ПТГрП была ответственна за этот плацентарный эффект. Это может быть достигнуто за счет ПТГрП (67-86) (Care A.D. et al., 1990) или с помощью ПТГрП (38-94) (Wu T.L. et al., 1996). Чтобы обеспечивать минерализацию скелета плода, кальций транспортируется через плаценту плацентарным насосом, который поддерживает более высокие концентрации кальция в сыворотке у плода, чем у матери. Этот материнско-плодный градиент отменяется у мышей с гомозиготной делецией гена ПТГрП (Kovacs C.S. et al., 1996), что указывает на то, что этот белок является главным регулятором переноса плацентарного кальция. Транспортировку кальция можно восстановить путем введения фрагментов средней области ПТГрП но не путем введения аминоконцевых фрагментов белка. (Kovacs C.S. et al., 1996; Abbas S.K. et al., 1989; Care A.D. et al., 1990). Плод использует пептид средней области ПТГрП для регуляции системного метаболизма кальция.

ПТГрП у крысы экспрессируется миоэпителиальными и эпителиальными клетками с 14-дня беременности. В течении беременности его концентрация в кровотоке возрастает Источником ПТГрП, контролирующим транспорт кальция от матери к плоду для минерализации скелета плода, является ткань плаценты (Simmonds C.S., Kovacs C.S., 2010). ПТГрП регулирует транспорт кальция от плаценты к плоду через рецептор, отличающийся от ПТГ/ПТГрП (Kovacs C.S. et al., 1996).

Роль ПТГрП в ткани молочной железы не ограничивается периодом ее развития. Гландулярные эпителиальные клетки молочной железы, а также миоэпителиальные клетки продуцируют большое количество ПТГрП. Это обстоятельство позволило предположить, что этот белок может быть ответственен за адаптацию метаболизма кальция у матери к процессу лактации. Среди многих неожиданных находок вскоре после открытия ПТГрП был тот факт, что этот белок продуцируется эпителиальными клетками лактирующей молочной железы, где его экспрессия индуцируется пролактином и актом сосании (Thiede M.A., Rodan G.A., 1988) и секретируется в высоких концентрациях в молоко. Было показано, что эпителий молочной железы является источником ПТГрП во время беременности и лактации (Liapis H. et al., 1993; Rakopoulos M. et al., 1992; Wojcik S.F. et al., 1998) и, по сути, уровни ПТГрП в молоке настолько высоки, что современными методами очистки белка можно легко получить достаточное количество ПТГрП из одного литра молока, чтобы определить полную последовательность белка (Martin T.J., 2016). ПТГрП участвует в регуляции транспорта кальция через плаценту в период беременности, когда он стимулирует рост костной ткани плода за счет резорбции кости матери и увеличения транспорта кальция через плаценту к плоду, а в период кормления грудью участвует в обеспечения насыщения молока необходимым для новорожденного количеством кальция (Rouffet J., Barlet J.P., 1995). Для производства молока требуется большое количество кальция, большая часть которого поступает из скелета матери. В результате лактирующие женщины теряют от 5 % до 8 % своей костной массы в течение первых 6 месяцев лактации, а кормящие грызуны могут потерять от 25 % до 30 % своей скелетной массы всего за 12–14 дней. Потеря костной массы в течение этого времени опосредуется, в частности, секрецией ПТГрП из эпителиальных клеток молочных желез в системный кровоток. Впериод лактации ПТГрП циркулирует в кровотоке у нормальных людей в значительных количествах и, подобно ПТГ, увеличивает резорбцию кости для освобождения скелетных запасов кальция.
(Swan K.L., Wysolmerski J.J., 2016). Эта ПТГ-подобная функция во время репродуктивных циклов, вероятно, является основным эволюционным давлением, которое помогло поддерживать способность ПТГрП взаимодействовать с общим с ПТГ-рецептором, хотя в любом другом аспекте два пептида функционируют по-разному.

В лактирующей молочной железе также экспрессируется кальций-чувствительный рецептор, активация которого индуцирует подавление секреции ПТГрП в ответ на поступление кальция в железу (Van Houten J.N., Wysolmerski J.J. (2003). Экспрессия ПТГрП и перенос кальция в эпителиальных клетках молочной железы регулируются внеклеточным кальцием, действуя через кальций-чувствительный рецептор. В этой системе регуляции стимуляция кальций-чувствительного рецептора ингибирует секрецию ПТГрП, а гипокальциемия индуцируемая диетическими ограничениями увеличивает продукцию ПТГрП в молочной железе в естественных условиях (Van Houten J. et al., 2004). Эти взаимодействия определяют классическую цепь обратной связи, при которой клетки молочной железы выделяют ПТГрП для мобилизации кальция из кости, а мобилизованный из скелета кальций, поступая с кровотоком в молочную железу ингибирует дальнейшую секрецию ПТГрП. Таким образом во время лактации молочная железа и костная ткань взаимодействуют в мобилизации скелетного кальция для обеспечения должного его количества, необходимого для секреции молока.

Уровни ПТГрП значительно повышаются в молозиве (Kocabagli N. et al., 1995). Во время лактации белок поступает в кровоток и в молоко. В миоэпителиальных клетках человека ПТГрП ингибирует стимулирующий эффект окситоцина на кальций и индуцирует секрецию кальция с молоком, вызывая вазодилатацию и повышая кровоток в молочной железе. ПТГрП находится в высоких концентрациях в грудном молоке и в амниотической жидкости. Концентрация ПТГрП в крови пикомолярная, а в молоке – наномолярная, т. е. намного выше. Исследование содержания N- и C- концевых доменов ПТГрП в молоке лактирующей женщины и изучение зависимости концентрации этого белка от содержания кальция в молоке позволило предположить, что пептид в женском молоке участвует в поддержании лактации посредством его N-концевой области, а в переносе кальция в молоко задействован C-концевой домен (Uemura H. et al., 1997). Повышенные плазменные уровни ПТГрП могут быть найдены в период лактации, когда в молочной железе индуцируется активная продукция этого белка в ответ на растяжение альвеолярной ткани вследствие секреции молока (Ardeshirpour L. et al., 2006).

ПТГрП обнаруживается в сыворотке кормящих матерей (Grill V. et al., 1992; Sowers M.F. et al., 1996). Тем не менее, ПТГрП продуцируемый молочной железой, вероятно, имеет системные последствия, поскольку высокие концентрации этого сывороточного протеина выявлены у женщин с редкими синдромами гиперкальциемии, связанной с лактацией (Lepre F. et al., 1993) и массивной гипертрофией молочной железы (Braude S. et al., 1991).

Содержание кальция и ПТГрП в молоке положительно коррелируют в период лактации (Stewart A.F. et al., 2000; Cao G. et al., 2009). Во время кормления грудью акт сосания может стимулировать молочную железу, синтезировать и секретировать ПТГрП и способствовать транспорту кальция, что, по-видимому, регулируется геном кальций-чувствительного рецептора. Во время лактации ПТГрП, выделяющийся на стимул сосания (Thiede M.A., Rodan G.A., 1988), присутствует в молоке в количествах, которые примерно в 10 000 раз выше, чем в сыворотке (Budayr A.A. et al., 1989). Это воссоздает для развивающейся кишки новорожденного среду близкую к внутриутробной, потому что амниотическая жидкость, проглоченная плодом, также содержала высокие концентрации ПТГрП (Ferguson J.E. et al., 1992).