Влияние предшественника лей-энкефалина на активность ферментов обмена регуляторных пептидов головного мозга и периферических органов крыс в норме и при эмоционально-болевом стрессе

Известно, что АПФ участвует как в процессинге, так и в инактивации нейропептидов, проявляя при этом дипептидилкарбоксипептидазную и эндопептидазную активности [182, 183, 209, 223, 241]. Поскольку предполагается, что экзогенный лей-энкефалин-арг инициирует процессы образования активных форм некоторых нейропептидов, то, не исключено, что АПФ может играть роль регулирующего фактора в этих реакциях, контролируя уровень введенного пропептида. Достаточно высокая активность АПФ после введения предшественника лей-энкефалина обнаружена в гипофизе и стриатуме (рис.6). Причем, следует подчеркнуть, что статистически достоверное повышение активности в этих отделах зарегистрировано только через 0,5 часа (рис.2). Возможно, что столь кратковременное повышение активности АПФ в исследуемых регионах мозга связано с его участием в инактивации введенного проэнкефалина или в деструкции избытка синтезируемых регуляторных пептидов. Существенное и длительное повышение активности АПФ при введении лей-энкефалин-арг отмечено в семенниках. Вероятно, что АПФ участвует в процессинге ряда биологически активных веществ, синтезируемых в этом органе в ответ на введение лей-энкефалин-арг. Известно также, что в семенниках высок уровень процессов катаболизма. Следовательно, не исключена возможность участия АПФ и в процессах инактивации избытка синтезируемых нейропептидов.

Таким образом, обнаруженное после введения лей-энкефалин-арг повышение активности исследуемых ферментов в тех отделах мозга и тканях, где синтезируется большое количество нейропептидов, является свидетельством изменения метаболической активности головного мозга и периферических тканей. Вероятно, что КПН, ФМСФ-ингибируемая КП и АПФ участвуют в процессах синтеза и/или инактивации ряда биологически активных пептидов, синтезируемых в ответ на введение лей5-энкефалин-арг6. В связи с этим, не исключено, что цепные реакции образования или деградации регуляторных пептидов в ответ на введение индуктора “запускаются” посредством изменения активности данных пептидгидролаз.

Следовательно, представляется интересным вопрос о механизме регуляции активности КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ под влиянием лей-энкефалин-арг. Обнаружено, что in vitro активность КПН и АПФ ингибируется пропептидом, что согласуется с литературными данными [160, 207]. На активность ФМСФ-ингибируемой КП предшественник лей-энкефалина не оказывал влияния (табл.4).

Показанный эффект ингибирования активности КПН может быть обусловлен конкуренцией двух субстратов (дансил-фен-ала-арг - субстрат для определения активности фермента и экзогенно введенный лей-энкефалин-арг) за связывание с ферментом [38]. Однако известно, что КПН локализована в секреторных везикулах, проникновение в которые экзогенного пропептида представляется маловероятным [187, 195]. Известно также, что энкефалины влияют на уровень экспрессии мРНК ряда нейропептидов [231, 246]. Уровень мРНК КПН и многих нейропептидов координированно регулируется секретогенами. Поэтому представляется более вероятным, что экзогенно введенный лей-энкефалин-арг, влияет на уровень экспрессии мРНК КПН, что приводит к изменению активности фермента. Активация АПФ, вероятно, объясняется действием экзогенного лей-энкефалин-арг на активность эндогенных ингибиторов АПФ [73, 85]. Таким образом, показанное несоответствие во влиянии лей-энкефалин-арг на активность КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ in vivo и in vitro свидетельствует о существовании in vivo механизмов, опосредующих действие экзогенного предшественника лей-энкефалина.

Известно, что экзогенное введение опиоидных пептидов способствует стимуляции образования и выброса эндогенных опиоидов, что является одним из факторов естественной профилактики истощения стресс-лимитирующих систем и направлено на адаптацию организма к стрессу [69, 116, 198]. Выдвинутое ранее предположение о инициации процессов синтеза и деградации некоторых биологически активных пептидов при введении лей-энкефалин-арг, послужило основанием для использования этого вещества в качестве агента, повышающего активность эндогенной энкефалинэргической системы.

При введении лей-энкефалин-арг непосредственно перед моделированием острого ЭБС активность всех изучаемых протео-литических ферментов изменялась по сравнению с соответствующими показателями у животных, подверженных стрессу, введению пропептида и интактных животных.

При совместном влиянии острого ЭБС и лей-энкефалин-арг активность КПН во всех исследуемых отделах мозга и периферических тканях крыс достоверно отличалась от соответствующих показателей стрессированных животных (табл.5, рис.7). Полученные данные свидетельствуют о вовлечении КПН в реализацию биохимических процессов, индуцированных введением пропептида. Наиболее существенное повышение активности фермента отмечено в отделах мозга, характеризующихся высоким содержанием стресс-протективных веществ. Не исключено, что предшественник лей-энкефалина, предварительно введенный в организм животного, способствовал “запуску” каскада биохимических реакций синтеза веществ, участвующих в адаптации организма к стресс-факторам [116, 132, 241, 242].

Согласно полученным данным, введение лей-энкефалин-арг перед началом стресс-воздействия предотвращало повышение активности КПН в гипофизе (табл.5, рис.7), отмеченное при остром ЭБС. Известно, что при любой форме стресса общим и наиболее существенным моментом является активация ГГНС, характеризующаяся избыточным образованием и секрецией гормонов стресса [21, 128, 134, 143, 144, 150]. Показано также, что введение энкефалинов блокирует активность ГГНС [74, 124, 134], приостанавливая процессы синтеза гормонов пептидной природы, в частности АКТГ. Поскольку, КПН участвует в биосинтезе АКТГ в гипофизе, то показанное после введения лей-энкефалин-арг снижение активности КПН по сравнению с группой стрессированных животных позволяет выдвинуть предположение о способности лей-энкефалин-арг проявлять эффекты сходные с таковыми активных форм энкефалинов. Ранее мы предположили, что повышение активности карбоксипептидазы Н в гипофизе на поздних этапах исследования (24 и 72 часа) после воздействия острого ЭБС показывает ее участие в активизирующихся при стрессе процессах синтеза стресс-протективных пептидов. Полученные в данной серии эксперимента результаты об увеличении активности КПН через 24 и 72 часа в гипофизе по сравнению с интактной группой, могут являться свидетельством того, что при введении пропептида стрессированным животным фермент также включается в процессы синтеза пептидов, способствующих адаптации организма к стресс-воздействию.

Таким образом, снижение активности КПН в гипофизе при совместном действии лей-энкефалин-арг и стресса через 0,5 и 4 часа может способствовать уменьшению выработки и секреции стресс-пептидов, а повышение активности через 24 и 72 часа - активизации процессов синтеза стресс-протективных веществ и, следовательно, адаптации к стрессу.

Существенное повышение активности КПН отмечено в стриатуме - отделе, где синтезируются нейропептиды, обладающие выраженным антистрессорным действием [221] (табл.5, рис.7). В ранние промежутки времени (0,5 и 4 часа) активность КПН была выше по сравнению с активностью у стрессированных и интактных животных. Напротив, при воздействии острого ЭБС активность фермента в стриатуме повышалась (табл.2, рис.1) на более поздних этапах исследования (через 24 и 72 часа). Известно, что предварительное введение компонентов стресс-лимитирующих систем вызывает ограничение катаболической и удлинение анаболической стадии, которая характеризуется активацией синтеза веществ, играющих важную роль в развитии адаптационных реакций [121]. На основании полученных нами данных о повышении активности КПН в стриатуме на ранних стадиях после совместного воздействия двух факторов, можно предположить, что при инстилляции предшественника лей-энкефалина при ЭБС происходит активация синтеза многих стресс-протективных веществ (вещество Р, энкефалины и др), что способствует уменьшению размаха стресс-реакции.

Обнаруженное увеличение активности исследуемого фермента через 4 часа после введения лей-энкефалин-арг на фоне стресса (относительно группы стрессированных животных, не получавших пропептид) в гиппокампе, больших полушариях, гипоталамусе и надпочечниках - характеризующимися высоким содержанием нейропептидов [156] (табл.5, рис.7) свидетельствует, вероятно, о включении КПН в процессинг регуляторных пептидов в этих структурах.

Таким образом, предварительное введение стрессированным животным предшественника лей-энкефалина вызывает изменения активности КПН в регионах мозга и периферических тканях, способствующие адаптации к стрессу. Поскольку проникновение экзогенного пропептида в секреторные везикулы, где локализован фермент [38, 189] представляется маловероятным, следовательно, лей-энкефалин-арг при стрессе опосредовано влияет на активность КПН, вероятно, через изменение уровня экспресии гена фермента.

При совместном воздействии лей-энкефалин-арг и острого ЭБС обнаружены разнонаправленные изменения активности ФМСФ-ингибируемой КП в отделах головного мозга и периферических тканях крыс.

Предварительное введение лей-энкефалин-арг стрессированным животным предотвращает повышение активности фермента через 72 часа, отмеченное при воздействии острого ЭБС. В более ранние промежутки времени активность ФМСФ-ингибируемой КП была выше (табл.6, рис.8). Наиболее выраженные изменения обнаружены в гипофизе, среднем мозге, гипоталамусе и надпочечниках (рис.8) - структурах, богатых нейропептидами, синтез которых, по нашему предположению, усиливается под воздействием введенного пропептида.

Известно, что при совместном действии опиоидных пептидов и стресса обмен веществ, по прошествии более одного часа после воздействия, ускоряется, однако смещения его в сторону катаболизма, как это отмечается при стрессе, не происходит [18, 22, 121, 138]. ФМСФ-ингибируемая КП, предположительно, является изоферментом лизосомальной КПА, участвующей в деградации биологически активных веществ [49, 53, 233]. Следовательно, отмеченное через 72 часа после введения лей-энкефалин-арг стрессированным животным снижение активности фермента в гипофизе, среднем мозге, гипоталамусе, больших полушариях по сравнению с показателями стрессированных животных свидетельствует о снижении уровня катаболических процессов в исследуемых отделах. Активность фермента при этом практически не отличается от соответствующих показателей нормы (рис.8).

Иная динамика изменения активности ФМСФ-ингибируемой КП обнаружена в стриатуме и гиппокампе - отделах лимбической системы, характеризующихся высоким содержанием нейропептидов, участвующих в регуляции эмоционального статуса организма [145, 221]. Повышение активности фермента наблюдалось только через 0,5 часа после совместного воздействия двух факторов. Снижения активности через 72 часа не обнаружено. У стрессированных животных активность ФМСФ-ингибируемой КП в стриатуме и гиппокампе через 72 часа повышалась незначительно (рис.2). На основании полученных экспериментальных данных можно предположить, что ФМСФ-ингибируемая КП стриатума и гиппокампа не вовлекается в деградацию избытка синтезированных в ответ на оказанное воздействие нейропептидов. Не исключено, что существенное повышение активности ФМСФ-ингибируемой КП в стриатуме и гиппокампе может быть связано с участием фермента в процессинге биологически активных пептидов в этих отделах.

Принципиально отличная динамика изменения активности ФМСФ-ингибируемой КП отмечена в семенниках (рис.8). Активность изучаемого фермента в них через 4, 24 и 72 часа существенно повышена, по сравнению с показателями активности как интактных, так и стрессированных животных. Известно, что в семенниках синтезируются многие биологически активные пептиды, кроме того, в них достаточно высок уровень катаболизма. Поскольку активность ФМСФ-ингибируемой КП при стрессе повышалась только через 0,5 часа, а процесс деградации является достаточно длительным процессом, то мы предположили, что исследуемый фермент не вовлекается в процессы катаболизма в семенниках. Известно также, что функции семенников модулируются опиоидными пептидами [197]. В связи с вышесказанным, существенное повышение активности ФМСФ-ингибируемой КП в семенниках при совместном воздействии стресса и лей-энкефалин-арг может быть связано с включением фермента в процессинг биологически активных пептидов в этом органе.

Таким образом, в исследуемых отделах мозга и периферических тканях отмечены различные, как по степени выраженности, так и по направленности, изменения в активности ФМСФ-ингибируемой КП. Показанные отличия могут быть связаны с присутствием в исследуемых тканях разных форм фермента с близкими физико-химическими свойствами, но, отличающимися при этом своей биологической ролью.

По нашему предположению, лей-энкефалин-арг принимает участие в инициации синтеза многих нейропептидов, в том числе и опиоидных. Известно, что эндогенные опиоидные пептиды оказывают стимулирующее действие на стресс-лимитирующую - ГАМК-эргическую систему, способны ограничивать активацию стресс-реализующей адренергической и симпатоадреналовой системы [5, 74, 121, 240], следствием чего является ограничение стресс-реакции. Таким образом, можно заключить, что показанные изменения активности ФМСФ-ингибируемой КП в исследованных регионах мозга и органах свидетельствуют о вовлечении этого фермента в реализацию адаптационных реакций, индуцированных введением лей-энкефалин-арг.

При совместном воздействии на организм животного острого ЭБС и лей-энкефалин-арг обнаружено, что активность АПФ изменялась. Наиболее выраженное и продолжительное повышение активности фермента по сравнению со стрессированными животными обнаружено в семенниках (рис. 9, табл. 7). Однако, по сравнению с нормой, статистически достоверных отличий не обнаружено. Известно, что АПФ принимает участие в инактивации энкефалинов и субстанции Р [180, 209]. Установлено, также, что клетки семенников связывают вещество Р, а их функции регулируются опиоиднами пептидами [197, 260]. В связи с этим, показанное в семенниках - органе, характеризующимся довольно высоким уровнем катаболизма белка, первоначальное (через 0,5 часа) снижение и существенное (через 4, 24 и 72 часа) повышение активности АПФ по сравнению с группой стрессированных животных (рис.9), свидетельствует, вероятно, об участии исследуемого фермента в инактивации избытка регуляторных пептидов, синтезированных в ответ на воздействие.

В гипофизе и стриатуме - регионах, где синтезируются многие нейропептиды, обладающие антистрессорным действием [156, 201, 221], активность АПФ повышалась по сравнению со стрессированными животными (рис.9). Известно, что введение даларгина вызывает повышение активности АПФ и содержания ангиотензина II в мозге [87] и способствует ограничению активации ГГНС - важной составляющей стресс-реализующих систем [87, 125, 134, 150]. Активация ГГНС характеризуется, прежде всего, повышением синтеза стресс-гормонов в гипофизе [150]. На основании полученных нами данных, можно предположить, что предшественник лей-энкефалина, при введении которого в гипофизе и стриатуме отмечено повышение активности исследуемого фермента (рис.9), также принимает участие в регуляции функций ГГНС, вероятно, блокируя ее активность. Подтверждением этого является отмеченное ранее снижение активности КПН - фермента, который участвует в синтезе АКТГ в гипофизе. Поскольку, КПН включается также в процессинг ряда стресс-протективных веществ в отделах мозга, а АПФ - в образовании ангиотензина II - регуляторного пептида, обладающего противоположным действием, то показанное более существенное и продолжительное повышение активности КПН в мозге при совместном влиянии двух факторов может свидетельствовать о превалирующем содержании в нем компонентов стресс-лимитирующих систем. Выдвинутое предположение подтверждается экспериментальными данными о снижении роли ангиотензинового звена при увеличении активности энкефалинобразующей системы [87].

Полученные данные об изменении активности АПФ при совместном воздействии лей-энкефалин-арг и острого ЭБС, свидетельствуют о вовлечении фермента, наряду с КПН и ФМСФ-ингибируемой КП, в реализацию адаптивных эффектов лей-энкефалин-арг.

Таким образом, инстилляция предшественника лей-энкефалина на конъюнктиву глаза крыс перед острым ЭБС вызывает изменения КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ и способствует адаптации к стрессу. Полученные данные позволяют выдвинуть предположение, что одним из механизмов регулирующего действия лей-энкефалин-арг при стрессе может быть его влияние на активность изучаемых ферментов.

При сравнении полученных данных по влиянию предшественника лей-энкефалина на активность КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ головного мозга и периферических тканей интактных крыс и крыс, подвергавшихся воздействию острого ЭБС, выявлены некоторые различия (рис. 4-6 и 7-9). При введении лей-энкефалин-арг интактным крысам наблюдалось более выраженное увеличение активности всех изучаемых ферментов. Известно, что важным фактором, определяющим проникновение в мозг экзогенно введенных веществ, является уровень обменных процессов в ЦНС [108]. В связи с этим, обнаруженное несоответствие во влиянии экзогенного пропептида на активность изучаемых ферментов при оптимальном функционировании физиологических систем и при патологических изменениях, вызванных стрессом, вероятно, объясняется снижением проницаемости ГЭБ для экзогенных веществ при воздействии острого ЭБС.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что в ответ на воздействие острого ЭБС вовлекаются все изучаемые ферменты. Изменения в активности КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ в различные сроки после воздействия острого ЭБС, по нашему предположению, связаны с их участием в инициирующихся при стрессе процессах синтеза и/или деградации регуляторных пептидов в отделах мозга и периферических тканях. Различия в динамике изменения активности КПН и ФМСФ-ингибируемой КП при воздействии острых стресс-факторов позволили предположить, что данные ферменты включаются в обмен регуляторных пептидов на разных этапах. Вероятно, что ФМСФ-ингибируемая КП участвует в процессах деградации избытка нейропептидов, синтезированных в ответ на стресс.

Изучение влияния предшественника лей-энкефалина на активность КПН, АПФ и ФМСФ-ингибируемой КП в норме и при действии острого эмоционально-болевого стресса, показало, что все исследуемые ферменты вовлекаются в ответ на введение пропептида. Однако обнаруженные изменения активности при введении лей-энкефалин-арг интактным животным несколько отличались от таковых при совместном воздействии стресса и пропептида и по степени выраженности и по направленности. Наиболее значительные изменения активности КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ при введении предшественника лей-энкефалина обнаружены в отделах мозга и периферических тканях животных, не подвергавшихся воздействию стресса.

Введение лей-энкефалин-арг перед острым ЭБС предотвращало повышение активности ферментов в отделах мозга, связанных с синтезом и секрецией стресс-пептидов. Активность ферментов при этом практически не отличалась от нормы. В отделах мозга и периферических органах, где осуществляется синтез стресс-протективных веществ, активность ферментов повышалась в начальный период после введения лей-энкефалин-арг. Таким образом, инстилляция предшественника лей-энкефалина на конъюнктиву глаза вызывает изменения активности ферментов, способствующие адаптации к стрессу. Принимая во внимание данные ряда исследователей о способности экзогенных нейропептидов стимулировать синтез и выброс других биологически активных пептидов в организме [12, 13, 78, 113, 119, 132,], а также полученные в нашей работе результаты, мы предположили, что экзогенный лей-энкефалин-арг инициирует процессы синтеза регуляторных пептидов стресс-протективного действия. Образующиеся в результате каталитических реакций биологически активные пептиды способны в свою очередь модулировать деятельность различных функциональных систем организма [78]. Обнаруженные отличия в динамике изменения активности КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ между стрессированными животными и животными, получавшими перед стрессом лей-энкефалин-арг, могут свидетельствовать об участии изучаемых ферментов в каталитических реакциях синтеза и/или деградации регуляторных пептидов, индуцированных введением предшественника лей-энкефалина.

Реализация показанных эффектов лей-энкефалин-арг в норме и при действии острого ЭБС, вероятно, осуществляется посредством влияния его на активность эндогенных активаторов и ингибиторов и/или уровень экспрессии генов изучаемых ферментов. Поскольку, в настоящее время эндогенные ингибиторы обнаружены только для АПФ [73, 85], то изменения активности данного фермента, вероятно, объясняются инициированием лей-энкефалин-арг механизмов действия этих эндогенных регуляторов. Изменения в активности КПН не могут быть следствием прямого действия экзогенного лей-энкефалин-арг на фермент, так как проникновение пропептида в секреторные везикулы, где локализована КПН представляется маловероятным. Мы предположили, что действие экзогенного лей-энкефалин-арг на активности КПН опосредовано через изменение уровня экспрессии гена фермента. ФМСФ-ингибируемая КП на данный момент является малоизученным ферментом. Возможно, что in vivo существуют сходные с КПН и/или АПФ механизмы, опосредующие влияние экзогенного предшественника лей-энкефалина на активность ФМСФ-ингибируемой КП.

Таким образом, полученные в нашей работе данные свидетельствуют о вовлечении протеолитических ферментов - КПН, ФМСФ-ингибируемой КП и АПФ в процессы адаптации организма к действию острых стресс-факторов, которые усиливаются при введении лей-энкефалин-арг. Одним из механизмов адаптогенного действия лей-энкефалин-арг при стрессе может быть влияние на активность изучаемых ферментов обмена нейропептидов.