Natriuretické peptidy: 25 let historie
Publikováno v Bulletinu České společnosti pro biochemii a molekulární biologii 33(2), 48-52, 2005.
Natriuretické peptidy jsou skupinou peptidických hormonů, zasahujících do regulace vylučování sodíku a exkrece vody ledvinami. Jsou známy tři typy natriuretických peptidů. vedle nejdéle známého atriálního natriuretického peptidu (ANP) jsou to ještě BNP (brain natriuretic peptide) a CNP (C-type natriuretic peptide).
Natriuretické peptidy: 25 let historie
Jiří Patočka
Katedra toxikologie, fakulta vojenského zdravotnictví Univerzity obrany, Hradec Králové a Katedra radiologie a toxikologie, Zdravotně sociální fakulta Jihočeské univerzity, České Budějovice, 2 Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, Praha
Úvod
Natriuretické peptidy, skupina peptidických hormonů zasahujících do regulace vylučování sodíku a exkrece vody ledvinami, byly objeveny před 25 lety. De Bold se spolupracovníky (1981) nalezli tehdy v extraktech krysích srdečních předsíní látku se silnou natriuretickou aktivitou, která byla později identifikována jako peptid složený z 28 aminokyselin (Palluk et al. 1985). Dnes je tento peptid znám pod označením atriální natriuretický peptid (ANP), atriální natriuretický faktor (ANF), nebo atriopeptin. Později bylo zjištěno, že natriuretických peptidů je několik druhů a že se podílí na řadě fyziologických funkcí (Brenner et al. 1990). V české literatuře byly informace o natriuretických peptidech sumarizovány naposledy před 8 lety (Schreiber 1998; Patočka 1998), takže nebude na škodu se podívat, co je v této oblasti nového. O tom, že jde o významnou problematiku svědčí fakt, že k datu napsání rukopisu bylo jen v databázi MEDLINE nalezeno na klíčové slovo „natriuretic peptide“ 16 445 odkazů.
Typy natriuretických peptidů
Natriuretické peptidy byly izolovány z mnoha živočichů (21 až 32 aminokyselin, u člověka 28), kde se nacházejí v různých tkáních (Smith et al. 1989). Většinou jsou tkáňově specifické a jsou kódovány rozdílnými, nezávislými geny. Mimo ANP jsou známy ještě BNP (brain natriuretic peptide) a CNP (C-type natriuretic peptide). Navzájem se liší nejen chemickou strukturou, ale i místem účinku a fyziologickou funkcí (Baxter 2004). Natriuretické peptidy hrají významnou úlohu v patogenézi kardiovaskulárních nemocí (Abassi et al. 2004). Studium natriuretických peptidů a jejich receptorů otvírá také nový prostor pro diagnostiku a terapii kardiovaskulárních a pulmonárních onemocnění (Abbassi et al. 2004; Cea 2005).
Receptory natriuretických peptidů
Biologické účinky natriuretických peptidů jsou zprostředkovávány jejich vazbou na specifické membránové receptory několika druhů. Až dosud byly identifikovány tři typy receptorů natriuretických peptidů. Receptory ANPA a ANPB vykazují guanylátovou aktivitu. Po navázání ANP na tyto receptory dochází k aktivaci intracelulárního signálního převodníkového systému, jehož druhým poslem je cGMP. Další dva typy receptorů byly nalezeny v endotelu cév a krevních kapilár, kde jsoumlokalizovány na povrchu endoteliálních buněk (Leitman et al. 1986). Existují dva subtypy tohoto receptoru. Vysokomolekulární subtyp ANP-R1 je spojen s aktivitou guanylátcyklázy a tvoří méně než 10% celkové populace ANP receptorů endoteliálních buněk. Více než 90% ANP receptorů tvoří nízkomolekulární subtyp ANP-R2, známý též jako C-receptor či ANPC. Vazba ANP na ANP-R2 receptor nevyvolá jeho aktivaci a není doprovázena zvýšením cGMP, jako je tomu u receptoru ANP-R1. Původně se proto předpokládalo, že jeho fyziologická úloha spočívá pouze v rychlém odstraňování nepotřebného ANP z krve. Nedávno však byly objeveny některé analogy ANP vážící se na ANP-R2 receptor s vysokou afinitou a selektivitou, schopné tento receptor aktivovat. To ukazuje i na další jejich možnou fyziologickou funkci (Smyth a Keenan 1994; Moreau et al. 2000). Receptor ANPC je místem vazby pro všechny natriuretické peptidy. ANP a BNP uplatňují svou biologickou aktivitu prostřednictvím ANPA receptorů a CNP prostřednictvím ANPB receptorů (Yandle 1994).
ANP
Tento peptid s natriuretickou a vazodilatační aktivitou, objevený v roce 1981 (De Bold et al. 1981) byl sekvenován o dva roky později (Flynn et al. 1983). Lidský ANP je složen z 28-aminokyselin a mezi Cys7 a Cys23 je disulfidický můstek. ANP ostatních živočichů mají vysoký stupeň homologie (Patočka 1998).
Biosyntéza a odbourávání ANP
ANP je syntetizován především ve svalových buňkách (kardiocytech) srdečních předsíní, podíl ostatních tkání na jeho syntéze je menší než 1% (Ruskoaho 1992). Gen pro ANP je u člověka lokalizován na 1. chromosomu. Transkripce ANP genu je zprostředkována specifickou mRNA, která kóduje prekursorový protein (pre-proANP) složený ze 151 aminokyselin, obsahující 25-aminokyselinovu signální sekvenci. Tato sekvence je důležitá pro translokaci pre-proANP z ribozomu do sarkoplasmatického retikula. Tam je z pre-proANP odštěpen signální peptid a vzniká proANP1-126, který je zásobní formou ANP. Tento proANP1-126 je transportován přes Golgiho aparát do sekretorních granulí atriálních kardiocytů a z nich pak exocytózou uvolňován do extracelulárního prostoru (Ruskoaho 1992). Tam je z něj odštěpen N-terminální fragment (proANP1-98) a biologicky aktivní hormon (C-terminální peptid ANP99-126), který je znám pod označením ANP1-28 nebo ANP (Michener et al. 1986; Thibault et al. 1988). Cirkulující 28-aminokyselinový ANP je biologicky aktivní formou tohoto hormonu (Misono et al. 1984). Volný ANP je rychle desaktivován neutrální Zn2+-metaloproteázou, jejíž nejvyšší aktivita byla nalezena v ledvinách a plicích (Michel et al. 1998). Poločas ANP u člověka je proto velmi krátký, jen asi 2 až 5 minut (Rosenzweig a Seidman 1991) a na rychlém snižování jeho koncentrace v oběhu se podílí také internalizace ANPc receptory. ANPc receptor s internalizovaným ANP je transportován do lysozomů, kde je ANP je degradován, zatímco samotný receptor je recyklován a vrácen k opětovnému použití. Nejdůležitějším enzymem regulujícím eliminaci ANP je neutrální endopeptidáza 24.11 (D’Orleans-Juste et al. 2003), která je ve vysoké koncentraci v ledvinných glomerulech a také v cévách hladké svaloviny (Yandle 1994). Inhibice tohoto enzymu potencuje účinek ANP (Kukkonen et al. 1992) a inhibitory, které inhibují tento enzym současně s angiotensin-konvertujícím enzymem, jsou účinnějšími antihypertenzivy než samotné ACE-inhibitory (Backlund et al. 2001).
Regulace uvolňování ANP
Hlavním signálem pro uvolňování ANP z granulí atriálních kardiocytů je roztažení stěny srdečních předsíní způsobené objemovou expanzí (Lang et al. 1985). Silným stimulem pro uvolněná ANP je ale také hypoxie (Lew a Baertschi 1989). Silným induktorem sekrece ANP v srdci je endothelin-1 (Mantymaa et al. 1990), účinný vazokonstriktor cév hladké svaloviny (Patočka et al. 2004). Méně účinnými induktory sekrece ANP jsou katecholaminy, prostaglandiny, arginin vasopressin, angiotensin (Ruskoaho 1992), acetylcholin (Ruskoaho et al. 1985), glukokortikoidy a hormony štítné žlázy (Rosenzweig a Seidman 1991). Inhibice endothelinových receptorů ER-1 snižuje uvolňování ANP (Leskinen et al. 1997).
Fyziologická úloha ANP
Nejvýznamnější fyziologickou úlohou ANP je jeho účinek na funkci ledvin a na funkci kardiovaskulárního systému. Tím, že ANP vykazuje silnou natriuretickou aktivitu, je 10 000krát účinnější než současná diuretika, reguluje vylučování sodíku a vody ledvinami. Inhibuje totiž aktivitu renin-angiotensin-aldosteronového systému (RAAS) a rovnováha mezi natriuretickým a vazokonstrikčním účinkem RAAS je mechanismem, udržujícím elektrolytovou rovnováhu a osmolaritu (Brenner et al. 1990; Willenbrock et al. 2000). ANP spolu s oxidem dusnatým (NO) syntetizovaným v endotelu, představují nejdůležitější nástroje pro regulaci arteriálního krevního tlaku (Bubikat et al. 2005).
BNP
Tento peptid byl nejprve izolován z vepřového mozku (proto brain nantriuretic peptide), je však produkován především kardiomyocyty srdečních komor. Peptid je složen z 26 až 45 aminokyselin, lidský BNP má 32 aminokyselin a jeden disulfidický můstek mezi Cys10 a Cys26 (Kojima et al. 1989).
Biosyntéza a odbourávání ANP
Podobně jako ANP, také BNP je syntetizován ve formě biologicky neúčinného prekurzoru (proBNP). Je to peptid o 121 aminokyselinách, jehož 21 aminokyselin na C-konci tvoří signální peptid, 32 aminokyselin na N-konci má sekvenci totožnou s BNP (Kojima et al. 1089). BNP byl nalezen u všech studovaných savců, nikoliv však u ryb (Loretz a Pollina, 2000).
Fyziologická úloha BNP a jeho význam v diagnostice
U člověka je BNP syntetizován především v srdci a hlavním stimulem jeho sekrece je komorová dilatace a vzestup napětí ve stěně komor (Cauliez et al. 2005). Cirkulující BNP je zvýšen u pacientů s komorovou hypertrofií a s chronickým srdečním selháním a v tomto směru je mnohem citlivějším ukazatelem než ANP (McCullough 2004; Yap 2004). BNP se proto stal důležitým biomarkerem poškození pravého srdce, akutního infarktu myokardu a velmi dobrým prognostickým ukazatelem u chronických srdečních chorob a pulmonární hypertenze (Machado et al. 2004; Yap et al. 2004).
CNP
Tento peptid se vyskytuje v organismu člověka ve dvou molekulárních formách. Obě vznikají ze stejného matečného peptidu o 115 aminokyselinách (ProCNP). Menší fragment (22 aminokyselin, disulfidická vazba mezi Cys6 a Cys22) se vyskytuje v adenohypofýze, ledvinách a cévním endotelu; jeho biologická aktivita je mnohem větší než u druhého, velkého fragmentu, který je složen z 53 aminokyselin (disulfidická vazba mezi Cys28 a Cys44) (Suzuki et al. 1992).
Fyziologická úloha CNP
Na rozdíl od ANP a BNP, které fungují převážně jako kardiovaskulární hormony, CNP působí převážně jako endotheliální hormon s antimitogenní aktivitou a reguluje endochondrální osifikaci (Walther a Stepan 2004). Jeho biologické účinky jsou zprostředkovávány intracelulárním cGMP, který aktivuje specifickou membránově vázanou guanylylcyklázu B (GC-B). Množí se také důkazy, že tento peptid se podílí i při reprodukci a embryonálním vývoji Walther a Stepan 2004) a že jeho menší fragment o 22 aminokyselinách působí jako endoteliální hyperpolarizační fakror (Endothelium-derived hyperpolarising factor (EDHF) (Chauhan et al. 2004). Tento aspekt jeho biologické aktivity hraje významnou úlohu v regulaci vaskulárního tonu, lokálního průtoku krve a celkového krevního tlaku. CNP má také klíčovou úlohu v regulaci proliferace hladké svaloviny, při tvorbě leukocytů a reaktivitě krevních destiček. Díky tomu projevuje CNP silný anti-atherogenní účinek na stěny krevního řečiště a představuje tak nový terapeutický přístup v boji se zánětlivými chorobami srdce (Ahluwalia a Hobbs 2005).
Další peptidy s natriuretickou aktivitou
Seznam peptidů, u nichž byla zjištěna natriuretická aktivita, se postupně rozrůstá. Tak např. v jedu zelené mamby (Dendroaspis angusticeps) byl nalezen peptid složený z 38 aminokyselin, u něhož byl zjištěn vysoký stupeň homologie s ANP a také obdobná natriuretcká aktivita (Schweitz et al. 1992). Je označován jako DNP (Dendroaspis natriuretic peptide) a způsobuje silnou dilataci koronárních artérií (Collins et al. 2000). Tento peptid byl nedávno nalezen také v lidské plasmě a srdečních předsíních (Khurana et al. 2004). Bylo zjištěno, že vyvolává apoptózu srdečních svalových buněk mechanismem regulace proteinů rodiny Bcl-2 (Haet al. 2005). Peptid podobného složení a biologického účinku byl nalezen rovněž v jedu jihoamerického hada, korálovce Micrurus corallinus (Ho et al. 1997).
Natriuretické peptidy hrají také významnou úlohu při akutním selhání ledvin (Vesely 2003). V ledvinách byl objeven specifický peptid zvaný urodilatin. Prekursorem lidského urodilatinu je stejný protein jako pro ANP, má ale na N-konci o 4 aminokyseliny více (32 aminokyselin) (Forssmann et al. 2001).
Závěr
Natriuretické peptidy hrají významnou fyziologickou úlohu v regulaci arteriálního krevního tlaku, v regulaci plicního cévního řečiště při hypoxii i při chronických plicních nemocech, při akutním selhání ledvin apod. Farmakologické intervenci v syntéze a účinku natriuretických peptidů je proto přisuzována důležitá úloha při hledání nových léčiv (Cho et al. 1999).
Literatura
Abassi Z,. et al. Pharmacol. Ther. 102, 223 (2004).
Ahluwalia A., Hobbs A.J.: Pharmacol. Sci. 26, 162 (2005).
Backlund T. et al.: Pharmacol. Res. 44, 411 (2001).
Baxter G.F.: Basic Res. Cardiol. 99, 71 (2004).
Brenner B.M. et al.: Physiol Rev. 70, 665 (1990).
Bubikat A. et al.: J. Biol. Chem. 2005 Mar 26; [Epub ahead of print]
Cauliez B. et al.: Ann. Biol. Clin. (Paris) 63, 15, (2005).
Cea L.B.: Curr. Med. Chem. Cardiovasc. Hematol. Agents 3, 87 (2005).
Collins E. et al.: J. Cardiovasc. Pharmacol. 35, 614 (2000).
De Bold A.J. et al.: Life Sci. 28, 89 (1981).
D'Orleans-Juste P. et al.: Can. J. Physiol. Pharmacol. 81, 503 (2003).
Flynn T.G. et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 117, 859 (1983).
Forssmann W. et al.: Cardiovasc. Res. 51, 450 (2001).
Ha K.C. et al.: Immunopharmacol. Immunotoxicol. 27, 33 (2005).
Ho P.L. et al.: Eur. J. Biochem. 250, 144 (1997).
Chauhan S.D. et al.: J. Biochem. Cell. Biol. 36, 1878 (2004).
Cho Y. et al.: Heart Dis. 1, 305 (1999).
Khurana V.G. et al.: Neurosurgery 55, 69 (2004).
Kojima M. et al.: Biochem. Biophys. Res. Commun. 159, 1420 (1989).
Kukkonen P. et al.: Endocrinology 130, 755 (1992).
Lang R.E. et al.: Nature 314, 264 (1985).
Leitman D.C. et al. J. Biol. Chem. 261, 11650 (1986).
Leskinen H. et al. Circ. Res. 80, 114 (1997).
Lew R.A., Baertschi A.J.: Am. J. Physiol. 257, H147 (1989).
Loretz C.A., Pollina C.: Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 152, 169 (2000).
Machado M. et al.: Rev. Port. Cardiol. 23, 1005 (2004).
McCullough P.A.: Am. Heart. Hosp. J. 2, 26 (2004).
Michel A. et al.: Peptides 19, 907 (1998).
Michener M.L. et al.: Mol. Pharmacol. 30, 552 (1986).
Misono K.S. et al.: Biochem. Biophys. Res. Commun. 119, 524 (1984).
Moreau R. et al.: Liver 20, 88 (2000).
Palluk R. et al.: Life Sci. 36, 1415 (1985).
Patočka J.: Bull. ČSBMB 26, 60 (1998).
Patočka J. et al.: Acta Med. 47, 157 (2004).
Rosenzweig A., Seidman C.E.: Annu. Rev. Biochem. 60, 229 (1991).
Ruskoaho H. et al.: Biochem. Biophys. Res. Commun. 133, 581 (1985).
Ruskoaho H.: Pharmacol. Rev. 44, 479 (1992).
Schreiber V.: Cesk. Fysiol. 47, 13 (1998).
Schweitz H. et al.: J. Biol. Chem. 267, 13928 (1992).
Smith F.G. et al.: Develop. Physiol. 12, 55 (1989).
Smyth E.M., Keenan A.K.: Cell Signal. 6, 125 (1994).
Suzuki R. et al.: J. Endocrinol. 153, 317 (1992).
Thibault G.: Peptides 9, 47 (1988).
Vesely D.L.: Am. J. Physiol. Renal Physiol. 285, F167 (2003).
Walther T., Stepan H.: J. Endocrinol. 180, 17 (200).
Willenbrock P. et al.: J. Renin Angiotensin Aldosterone Syst. 1, Suppl. 1, 24 (2000).
Yandle T.G.: J. Intern. Med. 235, 561 (1994).
Yap L.B.: Heart. Fail. Rev. 9, 99 (2004).
Yap L.B. et al.: Clin. Biochem. 37, 847 (2004).
