Молекулярные механизмы воздействия оротата магния на сердечно-сосудистую систему

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОРОТАТА МАГНИЯ НА СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТУЮ СИСТЕМУ

И.Ю. Торшин, О.А. Громова*

Лаборатория вычислительной и системной биологии, Вычислительный центр им. А.А. Дородница РАН, Москва, Ул. Вавилова, д. 42

Российский сателлитный центр института Микроэлементов ЮНЕСКО,

109652, Большой Тишинский переулок, д. 26, стр. 15-16

Молекулярные механизмы воздействия оротата магния на сердечно-сосудистую систему

И.Ю. Торшин, О.А. Громова*

Лаборатория вычислительной и системной биологии, Вычислительный центр им. А.А. Дородница Российской академии наук, 1 19333 Москва, ул. Вавилова, д. 42 Российский сателлитный центр Института микроэлементов ЮНЕСКО, 109652 Москва, Большой Тишинский пер., д. 26, стр. 15-16

Оротовая кислота является одним из продуктов биосинтеза пиримидинов. Механизмы физиологических эффектов оротовой кислоты недостаточно известны. Проведен систематический анализ этих механизмов. Обсуждается воздействие оротовой кислоты и оротата магния на сердечно-сосудистую систему и терапевтическое значение применения оротата магния в кардиологии.

Ключевые слова: оротовая кислота, оротат магния, кардиоваскулярная система.

РФК 2008;5:63-66

Molecular mechanisms of action of magnesium orotate on cardiovascular system

I.Yu. Torshin, O.A. Gromova*

Laboratory of Computing and Systemic Biology, Computing Centre of Russian Academy of Sciences, Vavilova ul. 42, Moscow, 1 19333 Russia Russian Satellite Centre of UNESCO Institute of Microelements, Bolshoy Tishinsky per. 26, stroen. 15-16, Moscow, 109652 Russia

Orotic acid is one of the intermediates in the pyrimidine biosynthesis. Mechanisms of physiological effects of orotic acid are poorly known. Analysis of data about these mechanisms is presented. Effects of orotic acid and magnesium orotate on cardiovascular system as well as therapeutic implementation of magnesium orotate in cardiology are discussed. Key words: orotic acid, magnesium orotat, cardiovascular system.

Rational Pharmacother. Card. 2008;5:63-66

*Автор, ответственный за переписку (Corresponding author): E-mail: unesco.gromova@gmail.com

В организме человека оротовая кислота (рис. 1) синтезируется в печени из аспартата и карбамоилфосфа-та. Пищевыми источниками, богатыми оротовой кислотой, являются молочные продукты, морковь и свекла [1,2]. Наибольшее количество оротовой кислоты образуется при синтезе пиримидиновых нуклеотидов. Уровень оротовой кислоты в моче отражает нарушения биосинтеза аргинина - аминокислоты, имеющей особое значение для функционирования миокарда. Перо-ральный прием оротовой кислоты рекомендуется после хирургических операций на сердце в течение временного отрезка от 3 недель до 2 месяцев.

В фармакологии соли оротовой кислоты используются в качестве переносчика минералов, так как оротовая кислота повышает клеточную биодоступность катионов и имеет ряд дополнительных преимуществ по сравнению с неорганическими солями. Например, оротат магния не вступает в реакцию с кислотой желудка и не оказывает слабительного действия. Показана эффективность оротата магния при состояниях, сопровождающихся дефицитом магния, в том числе у больных, подвергшихся коронарной хирургии [3]. Оротат оказывает антиаритмическое, сосудорасширяющее и кардиопротективное воздействие. Повышая

Оротат Дигидрооротат

Рисунок 1. Основные формы оротовой кислоты

устойчивость миоцитов к ишемии, оротат магния благоприятно влияет на клиническое течение инфаркта миокарда и сердечной недостаточности [4].

Хотя эти эффекты оротовой кислоты и оротата магния известны в медицине, механизмы положительного действия оротата остаются не вполне ясными. Пищевая оротовая кислота повышает диацилглицериды и снижает активность супероксиддисмутазы в печени [5] путем увеличения активности фосфатидатфосфо-гидролазы [6]. В то же время, пероральный прием оротовой кислоты тормозит секрецию печенью липопро-теидных частиц низкой и очень низкой плотности, что приводит к снижению триглицеридов в крови [7,8]. Оротовая кислота оказывает влияние на метаболизм жирных кислот, триглицеридов, фосфолипидов, процессы

бета-окисления, синтеза нуклеотидов и углеводный обмен [9].

Цель публикации - систематический и исчерпывающий анализ эффектов оротата и связанных с ним метаболитов, эффектов магния и обсуждение механизмов молекулярного действия оротата магния в сопоставлении с опытом практического применения.

Молекулярные механизмы действия оротата

Повышение концентрации оротата в результате приема солей оротовой кислоты значительно увеличивает концентрацию уридинмонофосфата (УМФ), уридиндифосфата (УДФ) и уридинтрифосфата (УГФ). Эти три уридинфосфата, наиболее вероятно, и являются сигнальными молекулами, опосредующими положительное воздействие оротата на сердечно-сосудистую систему. Они обладают кардиопротективным действием, особенно в течение раннего периода острой ишемии [10, 11]. ДействиеУTФ характеризуется уменьшением перегрузки кальцием митохондрий на клеточном уровне [1 2], вазодилатационным и седативным эффектами на системном уровне [13]. Экспериментальные исследования подтверждают, что пероральный прием оротовой кислоты увеличивает концентрацию уридинфосфатов плазмы и приводит к уменьшению глобальной ишемии при инфаркте [14]. Вероятно, увеличение уровней уридинфосфатов является основным (если не единственным) следствием перорального приема оротата.

Уридинфосфаты не единственные нуклеотиды, обладающие кардиопротективным действием. Аденозин и аденозинфосфаты также способствуют восстановлению тканей сердца после инфаркта миокарда. Данный механизм опосредуется аденозин A1 рецепторами [15]. Вполне возможно, что специфические рецепторы также опосредуют действие уридинфосфатов. Первоначальное предположение, что кардиопротек-тивный эффект уридинфосфатов связан с митохондриальными АТФ-зависимыми каналами [11], впоследствии не оправдалось. Кардиопротективный эффект уридинфосфатов сохранялся и при использовании специфического ингибитора этой разновидности митохондриальных каналов [1 6].

Наиболее вероятно, что физиологическое действие уридинфосфатов осуществляется через пуринергиче-ские рецепторы. Пуринергические рецепторы - недавно открытый класс G-белок-зависимых рецепторов, которые вовлечены в вазореактивные реакции, апоптоз и секрецию цитокинов. Подобно адренергическим и аденозиновым рецепторам, пуринергические рецепторы активируют G-белки, а через них - внутриклеточные аденилат-циклазы (рис. 2). Существует четыре класса этих рецепторов. Класс P2Y содержит 1 2 пури-

Рисунок 2. Внутриклеточная передача сигнала от пуринергических рецепторов P2Y - пуринергические рецепторы, G - G-белок(

PO4 - фосфат, присоединенный к белку, цАМФ - циклический аденозин монофосфат

нергических рецепторов P2Y1, P2Y2, P2Y4, P2Y5, P2Y6, P2Y8, P2Y9, P2Y1 0, P2Y11, P2Y1 2, P2Y1 3 и P2Y14. Особенно важно отметить, что именно рецепторы класса P2Y связывают не только АТФ и АДФ, но также и УДФ и УTФ [17].

Из 1 2 пуринергических рецепторов класса P2Y рецепторы P2RY2, P2RY4, P2RY6 и P2RY14 представляют особый интерес. Каждый из них может связывать УДФ с высоким сродством. Все четыре рецептора дей-ствуютчерез один и тотже G-белок Gq/1 1. В то время как практически не имеется экспериментальных исследований функций рецепторов P2RY4 и P2RY14, имеющиеся данные однозначно указывают на рецепторы P2RY2 и P2RY6 как опосредующие кардиопро-тективные эффекты уридинфосфатов. Кардиопротек-тивные эффекты УТФ соответствуют вовлечению именно P2Y рецепторов [18], и генетические полиморфизмы гена P2RY2 были ассоциированы с изменениями артериального давления [19]. P2Y6 рецепторы воздействуют на внутриклеточные пути, предотвращая апоптоз, вызванный фактором некроза опухолей [20]. Также возможно, что вазодилатационный эффект УТФ опосредуется именно P2RY6 или P2RY6-подобными рецепторами [21].

Молекулярные механизмы кардиопротективного действия магния

Магний обладает значительным кардиопротективным эффектом как сам по себе [22], так и через усиление протективного эффекта нуклеозидов (в частности, аденозина) [23]. Использование магния на моделях инфаркта в эксперименте позволяет уменьшить размер инфаркта и увеличить выживаемость клеток в ишемической области [24]. Кардиопротективный эффект связан с уменьшением уровня кальция в области инфаркта [25], ингибированием роста P-селектина [26], а также

уменьшением вазоконстрикции [27]. Магний также необходим для нормального протекания энергетического метаболизма, внутриклеточной передачи сигнала и поддержания структуры соединительной ткани. Дефицит магния отрицательно сказывается на всех этих процессах.

Взаимодействие магния с АТФ наиболее важно для энергетического метаболизма. В дополнение к взаимодействию магния с АТФ Mg-зависимые белки участвуют в синтезе важных коферментов, в метаболизме углеводов (в частности, в гликолизе). В митохондриях Mg-зависимые белки участвуют в метаболизме пирувата и жирных кислот [28]. В частности, гли-колитические ферменты енолаза (ENO1, ENO2), фос-фоглюкомутаза (PGM1, PGM2, PGM3) и 6-фосфоф-руктокиназа ^^) требуют магний в качестве кофактора. Енолаза также участвует в ряде других процессов, таких как контроль роста клеток, гипоксия и аллергический иммунный ответ. Фосфоглюкомутаза-1 является биосинтетическим белком, который участвует как в гликолизе, так и в глюконеогенезе. Фосфофруктоки-наза конвертирует D-фруктоза-6-фосфат в 1,6-фрук-тоза-дифосфат и играет важную роль в гликолитической деградации углеводов.

Вазодилатационный эффект магния можно объяснить с точки зрения деполяризации мембран. Ионы магния деполяризуют мембраны клеток гладкомышечной ткани и могут приводить к значительному (60%) ослаблению агонист-стимулированной вазоконстрикции стволовых артерий. Вместе с тем, прямая деполяризация мембраны - далеко не единственный путь, посредством которого ионы магния могут влиять на гладкомышечные клетки. Вазоконстрикция/вазо-дилатация осуществляется посредством действия нейротрансмиттеров на рецепторы мышечных клеток, передачи сигнала внутри клеток и изменение мембранного потенциала с помощью ионных каналов. Ряд Mg-зависимых плацентарных белков участвует в этих процессах. Катехол О-метилтрансфераза (КOMT) инактивирует катехоламины. Дефицит магния приводит к уменьшению активности КOMT и, следовательно, к повышенной констрикции гладкой мускулатуры сосудов.

Внутриклеточный сигнал от рецепторов катехоламинов (а также от пуринергических рецепторов, которые активируются УДФ и УТФ) передается внутрь клетки через вторичную сигнальную молекулу - циклический аденозин монофосфат (цАМФ, см. рис. 2). Амплитуда сигнала ограничена активностью магний-зависимых аде-нилатциклаз (ADCY1, ADCY2 и т.д., около 10 генов). Недостаточная активность аденилатциклаз, вызванная внутриклеточным дефицитом магния, приведет к замедлению передачи сигнала и, следовательно, к понижению чувствительности клеток к внешним стимулам (в частности, к эффектам, вызванным уридинфосфатами, связанными с пуринергическими рецепторами).

Рисунок 3. Молекулярные механизмы действие оротата магния Указанные на диаграмме названия соответствующих генов и белков расшифрованы в тексте статьи

В магний-зависимое регулирование состояния соединительной ткани вовлечены, по меньшей мере, 20 белков [29]. Возможные механизмы влияния дефицита магния на синтез и деградацию соединительной ткани включают активацию матричных металлопротеиназ, лизилоксидазы, глутаминазы, замедление синтеза коллагена, эластина и гиалоуронана. При дефиците Mg2+ белковый синтез соединительной ткани замедляется. При этом активность матричных металлопротеиназ увеличивается, и внеклеточная матрица активно деградирует, так как структурная поддержка ткани (в частности, коллагеновые волокна) разрушается быстрее, чем синтезируется.

Таким образом, ионы магния и оротата оказывают терапевтическое воздействие через различные молекулярные механизмы (рис. 3), включая повышение синтеза УМФ, улучшение внутриклеточной передачи сигнала от пуринергических рецепторов и вазодилатацию, которая повышает выживаемость клеток при ишемии.

Кроме того, эксперименты показывают, чтооротовая кислота и оротат магния способствуют улучшению липидного профиля (соотношение LDL/HDL) плазмы крови [30]. Действие оротовой кислоты на липиды опосредовано, вероятнее всего, также пуринергическими рецепторами, которые действуют на транскрипцию многих генов с помощью фосфорилирования транскрипционного регулятора CREB. Накопление липидов в печени, вероятно, связано с повышением экспрессии арилацетамид деацетилазы [31] и фосфатидат фос-фогидролазы, в то время как вызванное оротовой кислотой снижение сывороточных липидов является, по всей вероятности, результатом увеличения уровней и активности фосфолипазы C [32]. Степень влияния оротовой кислоты на липиды печени зависит от вида пищевого белка: более высокое возрастание уровня липидов наблюдалось при диете, обогащенной казеином [33].

Клиническое использование оротата магния

Исследование 79 больных с тяжелой сердечной недостаточностью, получавших лечение оротатом магния, показало, что однолетняя выживаемость составила 76% по сравнению с 52% в группе плацебо [34]. Использование оротата магния увеличивает продолжительность физических нагрузок у больных ИБС [35]. Оротат магния у пожилых пациентов с ИБС улучшал параметры качества жизни и психоэмоционального статуса [36]. Позитивное влияние оротата магния в этих случаях может быть связано с вазодилатацией и повышением энергетического метаболизма кардиомиоцитов.

В случае идиопатического пролапса митрального клапана (который часто рассматривается как разновидность дисплазии соединительной ткани) положительный эффект обеспечивается не только через вазодилатацию и улучшение энергетического метаболизма, но также за счет структурных изменений соединительной ткани. Систематическое использование оротата магния оказалось эффективным при лечении детей с синдромом дисплазии сердечной соединительной ткани (в частности, пролапсом митрального клапана и аномальными chordae tendineae) [37]. Исследование 144 пациентов с идиопатическим пролапсом митрального клапана поЛитература

1. Salerno C., Crifo C. Diagnostic value of urinary orotic acid levels: applicable separation methods. J Chro-matogr B AnalytTechnol Biomed Life Sci 2002;781(1-2):57-71.

2. MotylT., Krzeminski J., Podgurniak M. etal. Variability of orotic acid concentration in cow's milk. Endocr Regul 1991;25(1-2):79-82.

3. Classen H.G. Magnesium orotate--experimental and clinical evidence. RomJ Intern Med 2004;42(3):491-501.

4. СтепураО.Б.,Томаева Е.Е., Зверева ТВ. Оротовая кислота как метаболический агент. Вестн Россакад мед наук 2002;(2):39-41.

5. Aoyama Y, Morifuji M. Dietary orotic acid increases 1 ,2-diacylglycerol level and lowers superoxide dis-mutase activity in rat liver. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo) 2002;48(1):40-46.

6. ChaJ.Y., Mameda Y, Yamamoto K. etal. Association between hepatic triacylglycerol accumulation induced by administering orotic acid and enhanced phosphatidate phosphohydrolase activity in rats. Bio-sci Biotechnol Biochem 1998;62(3):508-13.

7. Windmueller H.G. An orotic acid-induced, adenine-revereed inhibition of hepatic lipoprotein secretion in the rat. J Biol Chem 1964;239:530-7.

8. Robinson J.L., Dombrowski D.B.,Tauss L.R., Jones L.R. Assessment in humans of hypolipidemia induced by orotic acid. Am J Clin Nutr 1985;41(3):605-8.

9. Griffin J.L., Bonney S.A., Mann C. etal. An integrated reverse functional genomic and metabolic approach to understanding orotic acid-induced fatty liver. Physiol Genomics 2004;17(2):140-9.

10. Бульон В.В., Крылова И.Б., Родионова О.М. и др. Сравнительное исследование кардиопротективных эффектов уридин моно- итрифосфатов. Бюлл эксп биол мед 2007;144(3):322-5.

11. Krylova I.B., Kachaeva E.V, Rodionova O.M. et al. The cardioprotective effect of uridine and uridine-5'-monophosphate: the role of the mitochondrial ATP-dependent potassium channel. Exp Gerontol 2006;41(7):697-703.

12. Yitzhaki S., Shainberg A., CheporkoY etal. Uridine-5'-triphosphate (UTP) reduces infarct size and improves rat heart function after myocardial infarct. Biochem Pharmacol 2006;72(8):949-55.

13. Kimura T, Miki M., Ikeda M. etal. Possible existence of a novel receptor for uridine analogues in the central nervous system using two isomers, N3-(S)-(+)- and N3-(R)-(-)-alpha-hydroxy-beta-phenethyluridines. Biol Pharm Bull 2001 ;24(6):729-31.

14. Rosenfeldt F.L., Richards S.M., Lin Z. etal. Mechanism of cardioprotective effect of orotic acid. Cardio-vasc DrugsTher 1998;12 Suppl 2:159-70.

15. Lasley R.D., Mentzer R.M. Jr. Adenosine improves recovery of postischemic myocardial function via an adenosine A1 receptor mechanism. Am J Physiol 1992;263(5 Pt 2):H1460-H1465.

16. Yitzhaki S., Shneyvays V., Jacobson K.A., Shainberg A. Involvement of uracil nucleotides in protection of cardiomyocytes from hypoxic stress. Biochem Pharmacol 2005;69(8):1215-23.

17. Abbracchio M.P, Burnstock G., Boeynaems J.M. etal. International Union of Pharmacology LVIII: update on the P2Y G protein-coupled nucleotide receptors: from molecular mechanisms and pathophysiology to therapy. Pharmacol Rev 2006;58(3):281 -341.

18. Wee S., PeartJ.N., HeadrickJ.P P2 purinoceptor-mediated cardioprotection in ischemic-reperfused mouse heart. J Pharmacol Exp Ther 2007;323(3):861 -7.

19. Kokubo Y, Tomoike H., Tanaka C. et al. Association of sixty-one non-synonymous polymorphisms in forty-one hypertension candidate genes with blood pressure variation and hypertension. Hypertens Res 2006;29(8):611-9.

казало, что использование оротата магния приводило к снижению максимального систолического и диастолического, а также среднего диастолического артериального давления, снижению числа эпизодов тахикардии [38]. Шесть месяцев терапии полностью или частично сокращают симптомы пролапса более чем у половины пациентов [39].

Заключение

Наиболее вероятным механизмом действия оро-товой кислоты/оротата является увеличение синтеза ури-динмонофосфата и других уридинфосфатов. Уридин-фосфаты - сигнальные молекулы, взаимодействующие с пуринергическими рецепторами. Активация этих рецепторов приводит к вазодилатации и к позитивным изменениям липидного профиля. Магний положительно воздействует на энергетический метаболизм, структуру соединительной ткани и сосудистый тонус, способствуя уменьшению катехоламинов в плазме. Таким образом, с физиологической точки зрения, совместное применение магния и оротата является синергичным. Применение оротата магния в комплексной терапии имеет положительный эффект на выживаемость и качество жизни пациентов с ИБС.

20. Kim S.G., Soltysiak K.A., Gao Z.G. et al. Tumor necrosis factor alpha-induced apoptosis in astrocytes is prevented by the activation of P2Y6, but not P2Y4 nucleotide receptors. Biochem Pharmacol 2003;65(6):923-31.

21. Guns PJ., Van AsscheT, Fransen P. etal. Endothelium-dependent relaxation evoked by ATP and UTP in the aorta of P2Y2-deficient mice. BrJ Pharmacol 2006;147(5):569-74.

22. Matsusaka T, Hasebe N., JinY.T. etal. Magnesium reduces myocardial infarct size via enhancement of adenosine mechanism in rabbits. Cardiovasc Res 2002;54(3):568-75.

23. Ebrahimi S., Faghihi M., Keshavarz M.etal. Anti-infarct effect of magnesium is not mediated by adenosine A1 receptors in rat globally ischaemic isolated hearts. Clin Exp Pharmacol Physiol 2004;31(12):868-72.

24. Faghihi M.,SukhodubA.,JovanovicS.,JovanovicA. Mg2+protects adult beating cardiomyocytes against ischaemia. IntJ Mol Med 2008;21(1):69-73.

25. McCully J.D., Levitsky S. Mechanisms of in vitro cardioprotective action of magnesium on the aging myocardium. Magnes Res 1997; 10(2):157-68.

26. Ying S.Q., Fang L., Xiang M.X. etal. Protective effects of magnesium against ischaemia-reperfusion injury through inhibition of P-selectin in rats. Clin Exp Pharmacol Physiol 2007;34(12):1234-9.

27. Chakraborti S., ChakrabortiT, Mandal M. etal. Protective role of magnesium in cardiovascular diseases: a review. Mol Cell Biochem 2002;238(1-2):163-79.

28.Торшин И.Ю., Громова О.А., Сухих ГТ, Сотникова Н.Ю. Магний-зависимые плацентарные белки и их роль в физиологии плаценты. Акушерство и гинекология 2008;(12):3-9

29. Громова О.А.,Торшин И.Ю. Дисплазия соединительной ткани, клеточная биология и молекулярные механизмы воздействия магния. РМЖ 2008;16(4):230-9.

30. Jellinek H., Takacs E. Course of the progression of experimentally induced arteriosclerotic vessel wall changes after treatment with magnesium orotate [in German]. Arzneimittelforschung 2000;50(12):1071-7.

31. Trickett J.I., Patel D.D., Knight B.L. etal. Characterization of the rodent genes for arylacetamide deace-tylase, a putative microsomal lipase, and evidence for transcriptional regulation. J Biol Chem. 2001 ;276(43):39522-32.

32. Fidale F, Rossi M.A. The increase of phospholipase Cactivity induced by orotic acid is unrelated to lipid peroxidation. Boll Soc Ital Biol Sper 1997;73(1 1-12):1 57-63.

33. Aoyama Y, Wada M. Effects of dietary protein type on the response of lipid metabolism to orotic acid in rats. Biosci Biotechnol Biochem 1999;63( 11):2005-2008.

34. Stepura O.B., MartynowA.I. Magnesium orotate in severe congestive heart failure (MACH). IntJ Cardiol 2008 Feb 15. [Epub ahead of print].

35. Geiss K.R., Stergiou N., Jester etal. Effects of magnesium orotate on exercise tolerance in patients with coronary heart disease. Cardiovasc Drugs Ther 1998; 12 Suppl 2:153-6.

36. Ежов А.В., Пименов Л.Т Влияние сопроводительной магниетерапии на качество жизни и эмоциональный статус пожилых больных со стабильной стенокардией. Усп геронтол 2002;10:95-8.

37. ДомницкаяТМ., Дьяченко А.В., Куприянова О.О., Домницкий М.В. Клиническое использование оротата магния у подростков с дисплазией соединительной ткани сердца. Кардиология 2005;45(3):76-81.

38. Акатова Е.В., Суханова Е.Д., Мельник О.О., Мартынов А.И. Динамика функционального состояния кардиоваскулярной системы у пациентов с идиопатическим пролапсом митрального клапана на фоне приема магнерота и альпразолама. Клин мед 2008;86(3):55-58.

39. Мартынов А.И., Степура О.Б., ШехтерА.Б. и др. Новые подходы клечениюбольныхс идиопатическим пролабированием митрального клапана. Терарх 2000;72(9):67-70.