Резольвины, протектины и марезины: новые медиаторы воспаления

© КУЛИКОВ В.А., ГРЕБЕННИКОВ И.Н., 2012

РЕЗОЛЬВИНЫ, ПРОТЕКТИНЫ И МАРЕЗИНЫ -НОВЫЕ МЕДИАТОРЫ ВОСПАЛЕНИЯ

КУЛИКОВ В.А., ГРЕБЕННИКОВ И.Н.

У О «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет»,

кафедра общей и клинической биохимии

Резюме. Разрешение острого воспаления, ранее рассматриваемое как пассивный процесс, сегодня расценивается как активный процесс, протекающий с участием многих эндогенных медиаторов. Недавно идентифицированные липидные медиаторы - резольвины, протектины и марезины, синтезируемые из ю-3 полиненасыщенных жирных кислот, являются активными участниками фазы разрешения острого воспаления. В настоящем обзоре суммированы данные о строении, биосинтезе и биологическом действии этих новых медиаторов.

Ключевые слова: резольвины, протектины и марезины.

Abstract. The resolution of acute inflammation earlier considered as a passive process is regarded today as an active process developing with the participation of numerous endogenous mediators. Recently identified lipid mediators

- resolvins, protectins and maresins, synthesized from œ-3 polyunsaturated fatty acids, are active participants of the phase of the outcome of acute inflammation. In the present review data about the structure, biosynthesis and biological action of these new mediators are summed up.

Острое воспаление, развивающееся в ответ на инфекцию или тканевое повреждение, характеризуется классической пентадой Галена-Цельса (rubor, calor, tumor, dolor et functio 1аеБа). На тканевом уровне острый воспалительный процесс характеризуется усилением кровотока вследствие вазодила-тации, повышением сосудистой проницаемости, накоплением в очаге воспаления лейкоцитов. Выделяют три возможных варианта

Адрес для корреспонденции: 210023, г.Витебск, пр-т Фрунзе, 27, Витебский государственный медицинский университет, кафедра общей и клинической биохимии, тел. 8 (0212) 37-24-52 - Куликов В.А.

исхода острого воспаления: 1) переход в хроническое воспаление; 2) формирование рубца; 3) полное разрешение воспалительного процесса [1]. Разрешение острого воспаления

- сложный процесс и включает в себя несколько этапов: 1) прекращение инфильтрации очага воспаления полиморфно-ядерными лейкоцитами; 2) восстановление сосудистой проницаемости; 3) гибель полиморфно-ядерных лейкоцитов (главным образом путем апопто-за); 4) нефлогогенное привлечение в очаг воспаления моноцитов; 5) фагоцитоз макрофагами апоптотических полиморфно-ядерных лейкоцитов, микробов и некротического дет-

рита [2-4]. Как только число полиморфноядерных лейкоцитов в очаге воспаления снижается, падает уровень провоспалительных цитокинов и изменяется метаболизм полине-насыщенных жирных кислот. Происходит переключение биосинтетических путей их метаболизма от синтеза провоспалительных липидных медиаторов (лейкотриенов и простаг-ландинов) к образованию таких противовоспалительных липидных медиаторов, как ли-поксины, резольвины, протектины и марези-ны [5, 6].

Липоксины - первое идентифицированное семейство липидных медиаторов с противовоспалительным действием, известно с 1984 года и описано достаточно хорошо [1]. Открытие в 2000-2002 годах новых медиаторов, образующихся из ю-3 полиненасыщен-ных жирных кислот и обладающих сходным с липоксинами биологическим действием, дало мощный толчок к новым научным исследованиям молекулярных механизмов воспаления и противовоспалительного действия ю-3 по-линенасыщенных жирных кислот.

Цель настоящего обзора - сфокусировать быстро растущий объем научной информации об образовании и биологическом действии но-

вых липидных медиаторов острого воспаления

- резольвинах, протектинах и марезинах.

Резольвины

Резольвины - небольшие липидные молекулы, синтезирующиеся из главных щ-3 по-линенасыщенных жирных кислот: эйкозапен-таеновой (С 20:5, ЭПК) и докозагексаеновой (С 22:6, ДГК).

Резольвины впервые были идентифицированы в 2000 году при экспериментальном воспалении у мышей с использованием методов липидомики (жидкостная хроматография в сочетании с тандемной масс-спектрометри-ей) и биометриотики [7]. Термин «резольвины» отражает их участие в качестве продуктов фазы разрешения острого воспаления (от англ. resolution phase interaction products).

Резольвины подразделяются на резольвины Е-серии (образуются из ЭПК), Д-серии (образуются из ДГК) и эпимеры этих классов резольвинов, образующихся при ингибировании циклооксигеназы аспирином (рис. 1).

Е-серия резольвинов включает в себя резольвин Е1 (РЕ1) и резольвин Е2 (РЕ2). Образование РЕ1 происходит при развитии ост-

Эйкозапентаеновая кислота Докозагексаеновая кислота

18-гЭПК

15ЛО

12/15Л О

I

і

1

5ЛО 17-гпДГК 14-гпДГК

/ \

/ \

РЕ1

РЕ2

PD1-4 IID1-4

Мар!

резольвины Е-серии резольвины протектины марезины

D-серии

Рис. 1. Схема синтеза резольвинов, протектинов и марезинов: гЭПК - гидроксиэйкозапентаеновая кислота, гпДГК - гидропероксидокозагексаеновая кислота, ЛО - липоксигеназа.

рого воспаления, когда эндотелиальные клетки взаимодействуют с лейкоцитами. Так, в присутствии аспирина эндотелиоциты могут ферментативно превращать ЭПК в 18Я-гид-роксиэйкозапентаеновую кислоту (18Я-гидро-кси-ЭПК) посредством действия циклоксиге-назы 2 (ЦОГ-2). Аспирин ацетилирует ЦОГ-2 и ацетилированный фермент не может генерировать простагландины, но может превращать ЭПК в 18Я-гидрокси-ЭПК, предшественник резольвина Е1. Затем 18Я-гидрокси-ЭПК высвобождается из эндотелиоцитов и быстро превращается с помощью 5-липокси-геназы нейтрофилов в 58,12Я,18Я-тригидрок-

Резольвин D1

ОН

Протектин D1

Марезин 1

Рис. 2. Строение резольвинов, протектинов и марезинов.

си-ЭПК, названную резольвином E1 [6,8] (рис. 2). Ферменты микросомальной системы окисления как бактерий, так и млекопитающих также могут превращать ЭПК в 18Я-гидрокси-ЭПК, которая может трансформироваться при участии нейтрофилов в РЕ1 и РЕ2 [9]. РЕ1 образуется и у здоровых людей, причем его уровень в крови повышается при приеме аспирина и/или ЭПК [8].

Биологическая активность РЕ1 подтверждена как в опытах in укго,так и in vivo. Противовоспалительное действие РЕ1 заключается в предотвращении активации и трансэндотелиальной миграции нейтрофилов [7]. Кроме того, РЕ1 блокирует функциональный ответ полиморфно-ядерных лейкоцитов на воспалительные стимулы путем ингибирования активации ядерного фактора каппа В (NF-kB) и уменьшения образования супероксид-аниона. РЕ1 снижает экспрессию молекул клеточной адгезии - L-селектина и CD-18, а взаимодействуя с тромбоцитами, он уменьшает АДФ-стимулированную агрегацию тромбоцитов и образование тромбоксанов. Также РЕ1 способствует фагоцитозу макрофагами полиморфноядерных лейкоцитов, погибших в результате апоптоза [4], ингибирует миграцию в очаг воспаления дендритных клеток и высвобождения из них интерлейкина-12 (ИЛ-12) [8], стимулирует экспрессию апоптотическими лейкоцитами рецептора к хемокинам CCR5 [10]. Повышение экспрессии CCR5 приводит к связыванию хемокинов апоптотическими лейкоцитами, которые затем фагоцитируются макрофагами. Таким образом, обнаруженные биологические эффекты РЕ1 обеспечивают как его противовоспалительную активность, так и действие, способствующее разрешению воспалительного процесса (табл. 1).

Биологическое действие РЕ1 было показано на многих экспериментальных моделях воспаления. Так, при периодонтите у кроликов РЕ1 уменьшает инфильтрацию тканей ней-трофилами, предотвращает разрушение костной и соединительной тканей, способствует процессу заживления [11]. При развитии перитонита у мышей введение РЕ1 тормозит поступление нейтрофилов в очаг воспаления и регулирует характер образования цитокинов

Таблица І

Основные биологические эффекты резольвинов, протектинов и марезинов

Название Основные биологические эффекты

Резольвины, протектины и марезины 1. Останавливают трансмиграцию и хемотаксис полиморфно-ядерных лейкоцитов. 2. Снижают высвобождение цитокинов и блокируют активацию КБ-кБ. 3. Стимулируют нефлогогенное привлечение моноцитов. 4. Стимулируют захват и удаление апоптотических полиморфно-ядерных лейкоцитов и микробов макрофагами.

[12]. При экспериментальном колите у мышей РE1 также уменьшает поступление нейтрофи-лов в очаг воспаления, снижает экспрессию генов провоспалительных цитокинов, повышает выживаемость [13]. При ретинопатии у мышей РE1 подавляет неоангиогенез [14], а при развитии дерматита тормозит инфильтрацию очага воспаления нейтрофилами [7].

По меньшей мере два рецептора вовлечены в биологическое действие РE1. Первый G-протеин-сопряженный рецептор обозначен как ChemR23 (Chemerin Receptor 23). Этот белок, имеющий семь трансмембранных сегментов, экспрессируется на моноцитах, дендритных клетках и тромбоцитах [8]. Первично ChemR23 был охарактеризован как рецептор для белка хемерина, стимулирующего хемотаксис дендритных клеток и макрофагов к очагу воспаления [15]. РE1 является агонистом этого рецептора, и его взаимодействие с рецептором блокирует активацию NF-kB. Связывание РЕ1 с рецептором ChemR23 на поверхности макрофагов усиливает фагоцитоз путем активации фосфатидилинозитол-З-киназного/ Akt-киназного пути передачи «сигнала» в клетку [16]. Второй G-протеин-сопряженный рецептор, с которым взаимодействует РE1, найден на нейтрофилах, обозначается как BLT1 (leukotriene B4 receptor І) и является рецептором для лейкотриена B4. РE1 действует как антагонист этого рецептора, блокируя биологические эффекты провоспалительных лейкот-риенов [13].

Быстрая метаболическая инактивация RE1 происходит сложными, до конца не изученными, метаболическими путями. Однозначно охарактеризован только первый шаг в

инактивации РЕ1 - это образование 18-оксо-РЕ1 [17].

Резольвин Е2 - структурно отличный от РЕ1 член Е-серии резольвинов с тривиальным названием 58,18(К/8)-дигидрокси-ЭПК (рис. 2). РЕ2 синтезируется из ЭПК нейтрофилами и имеет биологическую активность сходную с РЕ1. Однако предполагается, что РЕ2 действует посредством других рецепторов, которые пока не охарактеризованы [18].

Резольвины D-серии впервые были обнаружены в экссудатах при развитии экспериментального воспаления у мышей. Источником для их синтеза служит ДГК. Эндогенная ДГК является субстратом для фермента 15-липоксигеназы, который превращает ДГК в 178-гидроперокси-ДГК. Этот интермедиат затем может превратиться в несколько биоактивных компонентов, включая PD1, 2, 3 и 4 [19]. В условиях применения аспирина из ДГК также образуются эпимеры резольвинов D-серии. Тривиальные названия резольвина D1

- 78,8К,178-тригидрокси-ДГК, а его эпимера, образуемого в присутствии аспирина -78,8Я,17Я-тригидрокси-ДГК (рис. 2).

Два G-протеин-сопряженных рецептора, а именно рецептор липоксина A4 (ALX) и G-протеин-сопряженный рецептор 32 (GPR32), идентифицированы как прямо взаимодействующие с PD1 [2].

PD1 является мощным регулятором активности полиморфноядерных лейкоцитов. Он тормозит миграцию нейтрофилов через эндотелий, в микроглиальных клетках блокирует транскрипцию ИЛ- 1в, а при экспериментальном перитоните у мышей снижает инфильтрацию брюшины полиморфно-ядерны-

ми лейкоцитами [6, 19]. Введение PD1 перед или после экспериментальной ишемии почек уменьшает морфологические признаки повреждения [20]. Сходно с резольвинами E-серии, резольвины D-серии также быстро инактивируются посредством превращения в 17-оксо-производные [21].

Протектины

Эндогенная ДГК может превращаться in vivo в триеносодержащие метаболиты при участии ферментов липоксигеназ [19]. Первичный продукт -178-гидроперокси-ДГК - трансформируется в 10Я,178-дигидрокси-ДГК [22], названную протектином D1 (nD1), который также известен как нейропротектин D1, если он образуется в нервной ткани (рис. 2). Название протектины (от англ. protect - защищать) происходит от наблюдаемого при их воздействии противовоспалительного и органозащитного действия. Ряд клеток может участвовать в биосинтезе ПО 1, включая клетки головного мозга, моноциты и Т-лимфоци-ты [19, 23].

Введение nD1 снижает инфильтрацию нейтрофилами брюшины при экспериментальном перитоните у мышей, способствует заживлению поврежденной роговицы, снижает процессы неоангиогенеза при экспериментальной ретинопатии и уменьшает повреждение почек при их ишемии, снижает выраженность воспалительного ответа при экспериментальной бронхиальной астме [24]. Впервые обнаруженный в нервной ткани, нейро-протектин D1 ограничивает повреждение при экспериментальной ишемии головного мозга, снижая поступление в область повреждения полиморфно-ядерных лейкоцитов [25].

Марезины

В 2007 году в экссудате при развитии экспериментального перитонита у мышей были обнаружены новые биоактивные продукты с мощным противовоспалительным действием, образуемые макрофагами из ДГК. Во время фазы разрешения перитонита в экссудате накапливалась 17-гидрокси-ДГК, изве-

стная как маркер синтеза 178-Б-серии резоль-винов и протектинов, а также 148-гидрокси-ДГК. Добавление к активированным макрофагам или самой докозагексаеновой кислоты, или её интермедиата 148-гидрокси-ДГК превращает эти субстраты в новые 7,14-дигид-роксильные продукты, которые обладают мощным противовоспалительным действием. Обнаружен новый путь метаболизма ДГК с участием 14-липоксигеназы, генерирующий биологически активную 7,14-дигидроксидоко-загексаеновую кислоту, обозначенную как ма-резин 1 (от англ. macrophage mediator in resolving inflammation). Детали биосинтеза окончательно не выяснены, однако предполагают обязательное участие ферментов 12- и 15-липоксигеназ. Марезин 1 способен тормозить инфильтрацию тканей полиморфно-ядерными лейкоцитами и стимулировать фагоцитарную активность макрофагов. Изомер марезина 1 - 78,148-дигид-рокси-ДГК обладает таким же, но менее мощным биологическим действием [26].

Заключение

Стадия разрешения является критически важной для всего воспалительного процесса. Если процесс разрешения нарушается, воспаление может перейти в хроническую форму. Именно поэтому исследованию процесса разрешения воспаления уделяется особое внимание. Новый класс липидных медиаторов, включающий в себя резольвины, протектины и марезины, играет значимую роль в разрешении воспалительного процесса. Снижая инфильтрацию очага воспаления полиморфно-ядерными лейкоцитами, стимулируя поступление в очаг воспаления моноцитов и активируя фагоцитоз апоптотических лейкоцитов, они прямо способствуют процессу разрешения острого воспаления. Изучение этих медиаторов открывает новые возможности в терапевтической стратегии лечения воспалительных заболеваний. Суть этой стратегии заключается в фармакологической коррекции процессов разрешения воспаления. До сих пор лечение острого воспалительного процесса было направлено на подавление воспаления на стадии инициации и/или развития. Не-

смотря на эффективность эта стратегия часто приводит лишь к уменьшению интенсивности воспаления. Соответственно, разработка и использование лекарственных средств, способствующих разрешению воспалительного процесса, таких как сочетанное применение аспирина и ю-3 полиненасыщенных жирных кислот и/или использование стабильных синтетических аналогов резольвинов и протекти-нов, должны повысить эффективность лечения воспалительных заболеваний.

Литература

1. Robbins and Cotran Pathologic Basis of Disease / V Kumar [et al.]. - 8-th ed. - Elsevier/Saunders, 2010. -1464 p.

2. Cherhan, C. N. Novel lipid mediators and resolution mechanism in acute inflammation / C. N. Cherhan // Am. J. Pathol. - 2010. - Vol. 177. - P. 1576-1591.

3. Uller, L. Resolution of airway disease: removal of inflammatory cells through apoptosis, egression or both? / L. Uller, C. G. Persson, J. S. Erjefalt // Trends Pharmacol. Sci. - 2006. - Vol.27. - P. 461-466.

4. Resolvin E1 and protectin D1 activate inflammation resolution programmes / J. M. Schwab [et al.] // Nature. -2007. - Vol. 447. - P. 869-874.

5. Lipid mediator class switching during acute inflammation: signals in resolution / B. D. Levy [et al.] // Nat. Immunol.

- 2001. - Vol. 2. - P. 612-619.

6. Resolvins: a family ofbioactive products of omega-3 fatty acid transformation circuits initiated by aspirin treatment that counter proinflammation signals / C. N. Serhan [et al.] // J. Exp. Med. - 2002. - Vol. 196. - P. 1025-1037.

7. Novel functional sets of lipid derived mediators with antiinflammatory actions generated from omega-3 fatty acids via cyclooxygenase 2-nonsteroidal antiinflammatory drugs and transcellular processing / C. N. Serhan [et al.] // J. Exp. Med. - 2000. - Vol. 192. - P. 1197-1204.

8. Stereochemical assignment, antiinflammatory properties, and receptor for the omega-3 lipid mediator resolvin E1 / M. Arita [et al.] // J. Exp. Med. -2005. - Vol. 201. - P. 713-722.

9. Serhan, C. N. Resolving inflammation: dual antiinflammatory and proresolution lipid mediators / N. Chiang, T.E. Van Dyke // Nat. Rev. Immunol. - 2008. - Vol. 8. - P. 349-361.

10. Apoptotic neutrophils and T cells sequester chemokines during immune response resolution through modulation of CCR5 expression / A. Ariel [et al.] // Nat. Immunol. -2006. - Vol. 7. - P. 1209-1216.

11. RvE1 protects from local inflammation and osteoclast mediated bone destruction in periodontitis / H. Hasturk [et al.] // FASEB J. - 2006. - Vol. 20. - P. 401-403.

12. Molecular circuits of resolution: Formation and actions of resolvins and protectins / G. L. Bannenberg [et al.] // J.

Immunol. -2005. - Vol. 174. - P. 4345-4355.

13. ResolvinEl selectively interacts with leukotriene B4 receptor BLT1 and ChemR23 to regulate inflammation / M. Arita [et al.] // J. Immunol. -2007. - Vol. 178. - P. 3912-3917.

14. Increased dietary intake of omega-3-polyunsaturated fatty acids reduces pathological retinal angiogenesis / K. M. Connor [et al.] // Nat. Med. - 2007. - Vol. 13. - P. 868-873.

15. Synthetic chemerin-derived peptides suppress inflammation through ChemR23 / J. L. Cash [et al.] // J. Exp. Med. - 2008. - Vol. 205. - P. 767-775.

16. Fredman, G. Specialized proresolving mediator targets for RvE1 and RvD 1 in peripheral blood and mechanisms of resolution / G. Fredman, C.N. Serhan // Biochem. J. -2011. - Vol. 437. - P. 185-197.

17. Metabolic inactivation of resolvin E1 and stabilization of its anti-inflammatory actions / M. Arita [et al.] // J. Biol. Chem. -2006. - Vol. 281. - P. 22847-22854.

18. Resolvin E2: identification and anti-inflammatory actions: pivotal role of human 5-lipoxygenase in resolvin E series biosynthesis / E. Tjonahen [et al.] // J. Chem. Biol. - 2006.

- Vol. 13. - P. 1193-1202.

19. Novel docosatrienes and 17Sresolvins generated from docosahexaenoic acid in murine brain, human blood and glial cells. Autacoids in anti-inflammation / S. Hong [et al.] // J. Biol. Chem. - 2003. - Vol. 278. - P. 14677-14687.

20. Resolvin D series and protectin D1 mitigate acute kidney injury / J. S. Duffield [et al.] // J. Immunol. - 2006. - Vol. 177. - P. 5902-5911.

21. Resolvin D1 and its aspirin-triggered 17R epimer. Stereochemical assignments, anti-inflammatory properties, and enzymatic inactivation / Y P. Sun [et al.] / / J. Biol. Chem. - 2007. - Vol. 282. - P. 9323-9334.

22. Resolvin D1, protectin D1, and related docosahexaenoic acid derived products: analysis via electrospray/low energy tandem mass spectrometry based on spectra and fragmentation mechanisms / S. Hong [et al.] // J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 2007. - Vol. 18. - P. 128-144.

23. Anti-inflammatory actions of neuroprotectin D 1/protectin D1 and its natural stereoisomers: assignments of dihydroxy-containing docosatrienes / C. N. Serhan [et al.] // J. Immunol. - 2006. - Vol. 176. - P 1848-1859.

24. Serhan, C. N. Endogenous pro-resolving and antiinflammatory lipid mediators: a new pharmacologic genus / C. N. Serhan, N. Chiang // British J. Pharmacol. - 2008. -Vol. 153. - P. S200-S215.

25. Novel docosanoids inhibit brain ischemia-reperfusion mediated leukocyte infiltration and pro-inflammatory gene expression / V L. Marcheselli [et al.] // J. Biol. Chem. -2003. - Vol. 278. - P. 43807-43817.

26. Maresins: novel macrophage mediators with potent antiinflamatory and proresolving actions / C. N. Serhan [et al.] // J. Exp. Med. - 2008. - Vol. 206. - P 15-23.

Поступила 20.12.2011 г. Принята в печать 02.03.2012 г.