Журнал «Здоровье ребенка» Том 13, №7, 2018

Введение

В предыдущей публикации представлены современные данные о таких антиоксидантных витаминах, как аскорбиновая кислота и токоферол [1]. Данная статья посвящена следующему антиоксидантному витамину — витамину А.

Витамин A был открыт Elmer Verner McCollum и Marguerite Davis из Висконсина-Мэдисона в 1913 году. Они пришли к выводу, что сливочное масло и желток куриного яйца содержат вещество, связанное с липоидами, необходимое для роста животных. Несколько месяцев спустя Thomas Burr Osborne и Lafayette Benedict Mendel из Йельского университета подтвердили и расширили наблюдения доктора Elmer Verner McCollum. Данное вещество первично получило название «жирорастворимый фактор А», а в последующем — «витамин А» [12, 57].

Витамин А

Витамин А включает ряд близких по структуре соединений: ретинол (истинный витамин A, транс-9,13-диметил-7-(1,1,5-триметилциклогексен-5-ил-6)-нонатетраен-7,9,11,13-ол), ретиналь (ретинальдегид), ретиноевую кислоту (полностью трансретиноевую кислоту (RA), эфиры этих веществ и их пространственные изомеры. В химическом отношении ретинол представляет собой циклический непредельный (ненасыщенный) одноатомный спирт, состоящий из 6-членного b-иононового кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена, имеющих первичную спиртовую группу. Дальнейшие метаболиты полностью трансретиноевой кислоты, такие как 4-гидрокси-ретиноевая кислота, 18-гидроксиретиноевая, 4-оксоретиноевая кислота и 5,6-эпоксиретиноевая кислота, являются биологически неактивными соединениями. Содержащиеся в растениях и животных продуктах провитамины А — каротины (a-, b-, g-изомеры) — в организме человека конвертируются в витамин А. Впервые они были выделены из моркови, с чем и связано их название (лат. carota — «морковь»). Каротин был открыт Рихардом Мартином Вильштеттером в 1831 году. В настоящее время идентифицировано более 750 каротиноидных соединений [53].

Всасывание ретиноидов в пищеварительном тракте происходит преимущественно в проксимальной части тонкой кишки. Ретиноиды поступают с пищей либо в виде преретиноидов, состоящих преимущественно из ретинола и эфиров ретинола, либо в виде проретиноидных каротиноидов, которые могут быть преобразованы в ретиноиды. Так, в сыворотке крови человека из каротиноидов содержатся преимущественно b-каротин, a-каротин, криптоксантин, ликопин, лютеин и в значительно меньшей концентрации — ксантофиллы (зеаксантин, астаксантин) и полиены (фитофлуен и фитоен). Проретиноидные каротиноиды, в частности b-каротин, попадают в энтероциты при участии скавенджерных рецепторов класса В 1-го типа (SR-B1). Процесс поглощения ретинола энтероцитами не требует участия SR-B1. Оказавшись внутри энтероцитов, b-каротин под действием b-каротин-15, 15´-монооксигеназы (BCMO1) конвертируется в ретиналь, который связывается с клеточным ретинолсвязывающим протеином II типа (CRBPII), или в неизмененном виде, взаимодействуя с холестерином, выделяется из энтероцитов и с хиломикронами попадает в лимфатические сосуды. Ретиналь под действием ретиналь-редуктазы конвертируется в ретинол, который при помощи базолатерального холестеринового АТФ-связывающего кассетного котранспортера ABCA1 секретируется из энтероцитов. В сыворотке крови 95 % ретиноидов находятся в виде ретинола. Остальная часть циркулирующих ретиноидов представлена различными сложными эфирами ретинола, которые связаны с липопротеинами и ретиноевой кислотой. Ретинол циркулирует в сыворотке крови в связке с сывороточным ретинолсвязывающим протеином 4 (RBP4) или с транстиретином. Протеин RBP4 взаимодействует с мембранным рецептором STRA6, в результате чего ретинол поглощается клеткой. Основным депо ретиноидов являются звездчатые клетки (Ito-клетки, перисинусоидальные клетки) печени. Во внутриклеточном пространстве ретинол или этерифицируется лецитинретинолацилтрансферазой (LRAT) и депонируется, или окисляется вначале обратимо ретинолдегидрогеназой (RDH/ADH) до ретиналя (RAL), а затем необратимо ретинальдегид дегидрогеназами (RALDH 1, 2 или 3) до RA, действие которой и обусловливает основные физиологические эффекты витамина A [17, 18, 20]. Ретиноиды являются нестероидными гормонами, которые определяют функционирование различных систем организма, реализуя свое действие через взаимодействие с ядерными рецепторами ретиноидов [11]. В настоящее время различают шесть видов различных ядерных рецепторов ретиноидов: три рецептора ретиноевой кислоты — RAR-a (NR1B1), RAR-b (NR1B2), RAR-g (NR1B3) и ретиноидные X-рецепторы — RXR-a (NR2B1), RXR-b (NR2B2), RXR-g (NR2B3), которые функционируют как гомо- (RXR/RXR) или гетеродимеры RAR/RXR [48, 61]. Связывание c RA: 1) инициирует изменения во взаимодействии гетеродимеров RAR/RXR с корепрессорами и коактиваторами и активацию транскрипции целевых генов; 2) модулирует эпигенетические сигналы; 3) индуцирует транскрипцию генов, кодирующих транскрипционные факторы и сигнальные протеины (например, FOX03A, Hoxa1, Sox9, TRAIL, UBE2D3); 4) приводит к изменениям в сигнальных путях, ассоциированных с рецептором a-эстрогена [27]. Ретиноевая кислота в организме людей существует в двух различных изомерных формах: в виде RA, которая является наиболее распространенной изоформой, и в значительно меньшей концентрации в виде 9-цис-ретиноевой кислоты. RAR связывается только с RA, а RXR взаимодействует исключительно с 9-цис-ретиноевой кислотой [8]. После связывания с полностью трансретиноевой кислотой RAR/RXR перемещаются в ядро клетки и взаимодействуют с cis-чувствительным элементом (RARE), образованным 5´-(A/G)G(G/T)TCA-3´ или 5´-(A/G)G(G/T)(G/T) (G/C)A-3´ последовательностями, которые присутствуют в более чем 500 генах-мишенях. Взаимодействие RAR/RXR с промоторами целевых генов изменяет уровень их транскрипционной активности [7, 26, 47]. Во взаимодействии ретиноидных рецепторов с RARE также участвуют Sin3a, N-COR1, PRAME, Trim24, NRIP1, Ajuba, Zfp423 и MN1/TEL, которые значительно модулируют эффекты действия индуцированных ретиноидных рецепторов и рассматриваются как возможные цели медикаментозной терапии [27]. Полностью трансретиноевая кислота непосредственно влияет на процесс активации многих факторов транскрипции путем фосфорилирования фактора транскрипции CREB, митогенактивированных протеинкиназ ERK1/2, JNK и р38. Также RA, ингибируя индукцию c-Jun и c-fos, подавляет активацию AP-1 [37, 40]. Витамин A играет ключевую роль во множестве различных физиологических процессов. Он участвует в эмбриональном и постнатальном развитии организма; поддержании окислительно-восстановительного и энергетического гомеостаза; модуляции иммунного ответа; в процессе синтеза зрительного пурпура родопсина; сперматогенезе; синтезе и секреции тестостерона; регуляции гликолиза, адипогенеза и липогенеза; модуляции рецепторов для конечных продуктов гликозилирования; регуляции апоптоза, дифференцировки и пролиферации клеток; функционировании внутриклеточных сигнальных путей и др. [30, 51]. Все эти процессы неразрывно связаны с контролем окислительно-восстановительного состояния. Ретиноиды в респираторном тракте играют полифункциональную роль: они участвуют во внутриутробном образовании альвеол, стимулируют пролиферацию и защищают альвеолоциты 2-го типа от эластазиндуцированного повреждения; подавляют цитокининдуцированную деградацию внеклеточного матрикса фибробластами; ингибируют активность металлопротеиназы-9 внеклеточного матрикса и индуцируют активность тканевого ингибитора 1 матриксных протеиназ [38, 58].

Антиоксидантное действие

Каротиноиды с длинными полиненасыщенными цепями являются хорошими скавенджерами свободных катион-радикалов, но их антиоксидантное действие гораздо менее очевидно, так как они не являются донорами электронов. Поэтому каротиноиды в большей степени антирадикальные, чем антиоксидантные вещества [22]. Каротиноиды являются особенно эффективными инактиваторами активных кислородсодержащих метаболитов АКМ при наличии аскорбиновой кислоты. По снижению антирадикальной активности каротиноиды могут быть представлены следующей последовательностью: ликопин, кантаксантин, b-каротин [13]. Ликопин является одним из самых мощных антирадикалов, его способность инактивировать синглетный кислород вдвое выше, чем у b-каротина, который в 10 раз активнее a-токоферола [35]. Следует отметить, что ликопин характеризуется относительно высокой скоростью окислительно-восстановительных процессов, поэтому он менее эффективен в защите липидов от действия свободных радикалов, чем более гидрофобные каротиноиды (ликопин и b-каротин). Такие каротиноиды, как лютеин, зеаксантин, астаксантин, кантаксантин, инактивируют не только 1O₂, но и активные азотсодержащие радикалы [19]. Астаксантин является самым мощным каротиноидным ингибитором перекисного окисления липидов липидного бислоя мембраны клеток [32, 41], действие которого изучается при аллергических заболеваниях органов дыхания [31] и болезнях сердечно-сосудистой системы [25]. Каротиноиды помимо прямого антирадикального действия оказывают и опосредованное влияние на окислительно-восстановительный статус. Так, установлено, что ликопин модулирует генерацию АКМ, ААМ, активность факторов транскрипции NRF2, NF-kB, AP-1, малых ГТФаз, МАРК, редокс-сенситивных протеинов, участвующих в росте клеток, например p53, и протеинов семейства Bcl-2 и Ku протеинов, связывающихся с концевыми участками двухцепочечных молекул ДНК. Показано, что ликопин и b-каротин подавляют генерацию АКМ, снижая экспрессию NOX2, NOX4, и ААМ, ингибируя iNOS. Ликопин, усиливая активность фактора транскрипции NRF2, способствует увеличению внутриклеточного глутатиона, повышению экспрессии EPHX1, SOD, CAT, HO-1, GST, GCL [35]. Бета-каротин и ликопин активируют цитохром Р450 в легочной ткани, препятствуя оксидантному действию табачного дыма [23]. Витамин A играет важную физиологическую роль в поддержании окислительно-восстановительного баланса. Показано, что дефицит витамина A у лабораторных крыс сопровождается развитием окислительного повреждения митохондрий. Было сделано предположение, что ретинол непосредственно участвует в переносе электрона от PKCd на цитохром C, в результате чего увеличивается поступление ацетил-КоА в цикл Кребса [30]. Функционирование PKCd/ретинол сигналосомы осуществляется следующим образом: PKCd образует комплекс с ретинолом, адаптерным протеином p66Shc и цитохромом С; данный комплекс получил название PKCd/ретинол сигналосомы. PKCd связывается по типу фосфо-Tyr/SH2, взаимодействуя с N-терминальным регионом, а цитохром C связывается с С-терминальной частью протеина p66Shc, используя гидрофобный глутамат-богатый сайт связывания p66Shc. Активация PKCd осуществляется путем окисления домена цинкового пальца. Дальнейший перенос электрона от PKCd к цитохрому осуществляется молекулярной структурой ретинола [29]. Ацетил-КоА образуется в результате последовательного процесса окислительного декарбоксилирования пирувата (пировиноградной кислоты), который происходит в матриксе митохондрий, с помощью мультиферментного пируватдегидрогеназного комплекса (PDHC), состоящего из 3 ферментов (пируватдекарбоксилаза (Е1), дигидролипоилтрансацетилаза (Е2), дигидролипоилдегидрогеназа (Е3)) и 5 коферментов (тиаминдифосфат, липоевая кислота, ФАД, НАД+ и КоА). Превращение пирувата в ацетил-КоА представлено следующим образом: СН3-СО-СООН + НАД⁺ + HSKoA →CH3-CO-SKoA + НАДH + H⁺ + CO₂.

В ходе этой реакции происходит окислительное декарбоксилирование пирувата, в результате которого карбоксильная группа удаляется в виде СО₂, а ацетильная группа включается в состав ацетил-КоА. Основной продукт — КоА-активированный двухуглеродный компонент может конденсироваться с оксалоацетатом в первой реакции цикла трикарбоновых кислот (цикле Кребса) или использоваться для синтеза жирных кислот и холестерола. Основным регулируемым компонентом PDHC является фермент Е1, активность которого модулируют киназа пируватдегидрогеназы (PDK) и фосфатаза пируватдегидрогеназы (PDP), инактивируя и активируя ее молекулу соответственно [3]. Активация PKCd приводит к дефосфорилированию PDK2, тем самым снижая ее активность и, соответственно, повышая активность PDH, что ведет к увеличению синтеза ацетил-КоА, ускорению процесса потребления кислорода и увеличению синтеза АТФ [42]. Таким образом, участвуя в окислении PKCd, ретинол регулирует поток поступления ацетил-КоА в цикл Кребса, модулируя редокс-состояние клетки. Также ретинол усиливает антиоксидантное действие витамина Е. Витамин А способствует поддержанию SH-групп протеинов в восстановленном состоянии, препятствуя их окислению. Вместе с токоферолом и аскорбиновой кислотой он активирует включение селена в состав глутатионпероксидазы [2]. Несмотря на наличие выраженного антиоксидантного действия, установлено, что RA является абсолютно необходимым соединением, которое поддерживает экспрессию DUOX2 в клетках первичного трахеобронхиального эпителия. Под влиянием RA в клетках эпителия респираторного тракта происходит увеличение практически в 6 раз содержания мРНК DUOX2 с одновременным пропорциональным увеличением генерации H₂O₂. Также продемонстрировано, что индукция DUOX2 риновирусами происходит исключительно при наличии RA. Но на экспрессию и активность DUOX1 в эпителиоцитах респираторного тракта RA не оказывает достоверного влияния [5].

Иммуномодулирующее действие

Каротиноиды оказывают влияние на иммунную систему независимо от их конвертации в витамин А. Каротиноиды повышают активность пролиферации лимфоцитов. Даже кантаксантин, который не обладает провитаминным свойством, индуцирует пролиферацию лимфоцитов. Каротиноиды, в частности ликопин, стимулируют дифференциацию нулевых Т-лимфоцитов, предопределяя генерацию CD4⁺ Т-хелперов. Применение b-каротина в дозе 180 мг/сут на протяжении 7 суток сопровождается увеличением на 30 % содержания CD4⁺ в периферической крови у здоровых взрослых людей. Каротиноиды увеличивают количество в периферической крови NK-клеток, а также их цитотоксическую активность. Бета-каротин усиливает синтез макрофагами TNF-b, стимулирует цитотоксическую и бактерицидную активность нейтрофилов, в то время как ретинол и ретиноевая кислота снижают активность фагоцитоза [16, 46]. Было установлено, что ликопин ингибирует функционирование NF-kB и NF-kB-зависимую экспрессию генов IL-8, MMP-9. Ликопин достоверно ингибирует ЛПС-индуцированную активацию ERK, р38, JNK и NF-kB [35, 36, 50, 55]. Витамин А следует рассматривать как иммуномодулятор, применение которого при вакцинации может способствовать повышению уровня синтеза специфических антител, но способно привести к развитию неблагоприятного исхода [9]. Роль витамина A в функционировании иммунной системы невозможно переоценить. Известно, что дефицит витамина A сопровождается повышением количества нейтрофилов и снижением представительства моноцитов в периферической крови, селезенке и костном мозге, уменьшением представительства и активности цитотоксичности NK-клеток, подавлением локомоторной функции фагоцитирующих клеток, ингибицией продукции IgA, IgM и IgG, усилением Th 1-ответа с повышенной секрецией IFN-g. Показано, что витамин A — необходимый фактор кооперации CD4⁺ Т-хелперов и В-клеток. Ретиноевая кислота усиливает экспрессию мембранного рецептора STRA6 дендритных клеток, Т-лимфоцитов. Взаимодействие RBP4 с STRA6 сопровождается усилением экспрессии молекул адгезии (ICAM-1/CD54), хемокинового рецептора CCR7 на CD4⁺ T-клетках и B-клетках, секретирующих IgA, и его лиганда CCL25 на эпителиоцитах. Ретиноевая кислота усиливает цитотоксичность и пролиферацию Т-клеток и может ингибировать пролиферацию B-лимфоцитов. Ретиноевая кислота модулирует процесс презентации антигена, оказывая прямое воздействие на дендритные клетки; предопределяет процесс дифференциации наивных CD4⁺ Т-лимфоцитов в Th₁-, Th₂-, Treg- или Th₁₇-клетки. Данные эффекты обусловлены способностью RA индуцировать экспрессию гена IL-4, который обусловливает Th₂-направленность процесса дифференцировки Т-клеток, и блокировать активность экспрессии основного регулятора Th₁-клеток — фактора транскрипции T-bet. Дефицит витамина A коррелирует со снижением уровня активности Th₂-ассоциированного ответа, и, наоборот, витамин A ингибирует продукцию Th₁-ассоциированных цитокинов. Ретиноевая кислота подавляет дифференцировку провоспалительных Th₁₇-клеток и индуцирует дифференцировку супрессорных регуляторных FOXP3⁺-Т-клеток. Таким образом, RA одновременно оказывает индуцирующее и толерогенное действие на иммунную систему [15, 33, 43, 60]. Дендритные клетки могут метаболизировать ретинол в ретиноевую кислоту, участие которой предетерминирует процессы индукции механизмов врожденного и приобретенного иммунитета. Дендритные клетки происходят из моноцитов и предшественников дендритных клеток. Все зрелые дендритные клетки характеризуются способностью презентировать антиген наивным Т-клеткам, однако субпопуляция дендритных клеток весьма неоднородна по своему происхождению, миграции, локализации, экспрессии маркеров на поверхности клеточной мембраны, спектру цитокиновой продукции. В респираторном тракте идентифицируются четыре основные субпопуляции DC: CD11c high CD11b low MHC II класса high CD207⁺ CD103⁺, CD11c int CD11b high MHC II класса high CD103^–, CD103^– MHC II класса neg med CD11b high моноцитарного происхождения и небольшая по представительству субпопуляция B220⁺Ly6C⁺MHC II класса low плазмацитоидных DC [21]. В 2004 году Makoto Iwata и соавт. [44] продемонстрировали, что DC слизистых оболочек обладают способностью метаболизировать ретинол в RA. Они показали, что клетки CD11c⁺DC брыжеечных лимфатических узлов высоко экспрессируют фермент RALDH2. Из субпопуляций DC наиболее активными продуцентами RA являются DC, экспрессирующие CD103. CD103⁺DC также экспрессируют протеины плотных контактов: клаудин-1, клаудин-7 и ZO-2, что, вероятно, облегчает их взаимодействие с эпителиоцитами респираторного тракта [21]. Эта субпопуляционная неоднородность является существенным фактором, который определяет ход развития специфического иммунного ответа [28]. Показано, что RA, которая продуцируется DC, стимулирует экспрессию рецепторов самонаведения (a4b7-интегрина и CCR9) к эпителиоцитам слизистой оболочки на Т- и В-лимфоцитах. При наличии TGF-b RA способствует дифференцировке наивных Т-клеток в регуляторные Foxp3⁺Т-клетки, а при высоких концентрациях ингибирует дифференцировку Th₁₇-клеток. При наличии IL-6 и IL-5 RA обусловливает переход иммуноглобулинового синтеза на Ig класса A [34, 37, 39, 59]. Необходимо отметить, что RA ингибирует пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов системного и легочного кровообращения. Также RA, модулируя активность пути PI3K/AKT, подавляет миграцию гладкомышечных клеток, которая возникает в ответ на действие тромбоцитарного фактора роста, тем самым, возможно, предупреждая ремоделирование респираторного тракта [14, 45]. В настоящее время на основе ретинола разработано несколько лекарственных средств. Согласно результатам исследования, в котором приняли участие 1194 человека, проведенного Европейским респираторным обществом, снижение концентрации b-каротина в сыворотке крови ассоциировано с уменьшением объема форсированного выдоха за 1 с (ОФВ₁) [49], а увеличение концентрации b-каротина и ретинола в сыворотке крови сопровождается улучшением вентиляционной функции легких [10]. Bharat Thyagarajan и соавт. [50], изучив взаимосвязь между концентрацией каротиноидов (b-криптоксантин, a-каротин, b-каротин, лютеин, зеаксантин и ликопин) в сыворотке и показателями вентиляционной функции легких, установили вес влияния различных каротиноидов на вентиляцию легких. Авторы, согласно результатам линейной регрессионной модели, в которой было учтено влияние таких факторов, как раса, возраст, рост, индекс массы тела, уровень физической активности и курение, показали, что максимальная форсированная жизненная емкость легких (Р ≤ 0,01) и ОФВ₁ (Р ≤ 0,05) зависят от суммарной концентрации каротиноидных провитаминов А и b-криптоксантина в сыворотке крови. Содержание лютеина, зеаксантина и ликопина не коррелировали с показателями вентиляционной функции легких. Наличие ассоциации обеспечения витамином A с хроническими заболеваниями органов дыхания установлено на основании метаанализа более чем 40 исследований. Показано, что относительно низкое потребление с продуктами питания витамина A достоверно ассоциировано с риском развития бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезнью легких [4, 52, 56]. Снижение уровня употребления витамина A особенно увеличивает риск развития бронхиальной астмы у детей [6]. Однако согласно данным метаанализа, проведенного Jinming Gao и соавт. [24], употребление витаминных антиоксидантов, в том числе и b-каротина, не влияет на риск развития бронхиальной астмы. В настоящее время стало очевидным фактом то, что биоконверсия b-каротина в витамин A гораздо менее эффективна и физиологически значима, чем это предполагалось раньше. Несмотря на то, что у многих каротиноидов, в частности астаксантина, ликопина, лютеина и зеаксантина, экспериментально установлено наличие антиоксидантного и иммуномодулирующего действия, а высокий уровень их употребления ассоциирован со снижением риска развития целого ряда хронических заболеваний, до настоящего времени нет прямых доказательных данных, достоверно подтверждающих клиническую эффективность терапии каротиноидами [51].

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии какого-либо конфликта интересов при подготовке данной статьи.