Уреаза helicobacter pylori введення в патогенез і патобіохімія гастриту

А.А. Ніжевіч, Р.Ш. Хасанов, Республіканська дитяча клінічна лікарня, м Херсон

Уреаза Helicobacter pylori (сечовина амідогідролаза, ЄС 3.5.1.5) являє собою найважливіший ензим мікроорганізму, який визначає основні ланки патогенезу гострих і хронічних гастритів типу В. В даний час встановлено, що понад 5% всіх клітинних білків Н.pylori доводиться на частку уреази, що свідчить про «надзвичайну» рівні продукції даного ензиму (1). Продукція уреази є маркером багатьох мікроорганізмів (зокрема, Proteus mirabilis, Morganella morganii, Providencia rettgeri, Providencia stuartii, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Proteus vulgaris та ін.), Але H.pylori перевершує їх по інтенсивності експресії ферменту в 2-10 разів (2, 3). Властивості цього ферменту настільки унікальні, що на них слід зупинитися окремо.

Уреаза Н.pylori є мультімерной ензим з молекулярної масою 380,000 ± 30,000 дальтон (4). Нативний протеїн утворений 2-ма структуральні субодиницями Ure A (26,5 кілодальтон) і Ure В (60,3 кілодальтон) і 5-ю додатковими протеїнами: Ure I, Ure E, Ure F, Ure G, Ure H. Ці додаткові протеїни містять іон нікелю Ni 2+. присутність якого необхідно для оптимальної кількісної активності активного центру апофермента (5). Мабуть, ці поліпептиди утворюють комплекси з апоензімом в процесі формування каталітичної активності ферменту. Роль протеїну Ure I, присутність якого істотно не впливає на активність уреази, не ясна (6). Важливість іона Ni 2+ для Н.pylori настільки велика, що в процесі еволюції був сформований спеціальний механізм, опосредующий транспорт іонів нікелю всередину бактеріальної клітини за допомогою спеціального транспортного мембранного протеїну Nix А з молекулярної масою 34 кілодальтон (7). Формування активного центру обов'язково вимагає 2-х іонів Ni 2+. Активний центр ензиму локалізована в Ure В субодиниці, а сам фермент складається з 6-ти ідентичних копій кожної з субодиниць в еквімолярних кількості (як Ure А, так і Ure В) (5). Фермент має абсолютною специфічністю щодо одного єдиного субстрату -сечовина, яку він розщеплює гидролитическим шляхом до аміаку і вугільної кислоти. Афінність ензиму і субстрату у Н.pylori в десятки разів вище, ніж у інших бактеріальних патогенів (2, 3). Константа Міхаеліса (Km) ферменту дорівнює 0,3 ± 0,1 ТМ сечовини (в середньому 0,17 ТМ) (1, 4), причому Km абсолютно адекватна фізіологічним концентраціям сечовини в шлунковому вмісті (3, 8). Ізоелектрична точка ферменту дорівнює 5,99 + 0,03 мм (3, 4). Оптимум рН дорівнює 8,2, а оптимум температури відповідає 37 0 С (проте і при t = 18 0 C фермент проявляє досить високу активність, як в деяких випадках і при t = 43 0 C) (2, 3). Надзвичайно цікаво також і те, що уреаза при певних умовах має властивість як конститутивного, так і індуцібельная ферменту (9). Фермент локалізована переважно в цитоплазмі, проте уреаза може бути експресуватися на поверхні бактеріальної клітини (10). Зв'язок уреази з поверхнею бактеріальної клітини стабілізується двовалентними катіонами Са 2+ і Mg 2+. в той час як інші катіони можуть пригнічувати активність уреази (11). Уреаза бере участь у формуванні практично всіх стадій патогенезу хелікобактеріоза, починаючи від процесу первинної колонізації слизової оболонки шлунка аж до формування преканцероза шлунка у пацієнтів з хронічною хелікобактерної інфекцією.

Уреаза як фактор колонізації шлунка Н. pylori.

Helicobacter pylori, подібно до більшості мікроорганізмів, не володіє толерантністю щодо низьких величин рН, в той час як рН середовища в шлунку за рахунок присутності великої кількості НСl, як правило, менше (2). Для того, щоб вижити і колонізувати слизову оболонку шлунка, мікроорганізми змушені долати захисний бар'єр шлункового соку за допомогою спеціального еволюційного механізму, асоційованого з діяльністю мікробної уреази.

Таким чином, в фізіологічних умовах постійно надходить шляхом транссудації з плазми крові сечовина шлункового вмісту гидролитически розщеплюється уреазой Н.pylori до NНз і вугільної кислоти з подальшим утворенням гідроксиду амонію і НСО3 -аніона. Гідроліз сечовини завершується утворенням лужних продуктів, що призводить до алкалінізація і локальному підвищенню рН і відповідно - до захисту мікроорганізму за допомогою перифокального «аміачного хмари», що нейтралізує НС1 шлункового вмісту (13-15). Ця теза підтверджується численними експериментами на лабораторних тварин (16, 17). Використовуючи мутантні Уреаза-негативні штами H.pylori, дослідники не змогли домогтися колонізації шлунка лабораторних тварин, в той час як Уреаза-позитивні штами мали високу контаминирует здатністю. Використання специфічних інгібіторів уреази (ацетогідроксамовая кислота, флюорофенамід) також повністю запобігало контамінацію шлунка лабораторних моделей хелікобактер (18, 19). Уреаза з поверхні бактеріальної клітини вивільняється не шляхом аутолізу (тобто загибелі самої бактеріальної клітини), а за допомогою селективного секреторного до теперішнього часу детально не розшифрованого механізму (20). Роль цієї фракції уреази H.pylori в процесі заселення епітелію шлунка полягає в нейтралізації кислотної агресії мікрооточення бактерії. Внутрішньоклітинна уреаза H.pylori, поряд з регулюванням зовнішнього рН навколо клітинної стінки, стимулює синтез протеїнів в кислому середовищі шлункового вмісту, забезпечуючи таким чином виживання і процес розмноження мікроорганізму (21). Остання, гидролизуя сечовину в мікрооточенні (в перицеллюлярном просторі, а може бути, і інтрацелюлярна) нейтралізує пенетрацию Н + іонів крізь клітинну стінку бактерії, підтримуючи внутрішньоклітинний потенціал рН на рівні, необхідному для життєдіяльності бактерій (14).

Уреаза як регулятор азотистого балансу Н. pylori.

Синтез білка Н.pylori вимагає присутності постійного джерела азоту, без якого життєдіяльність бактерій просто неможлива. Уреаза Н.pylori, що є постачальником великої кількості аміаку, забезпечує мікроорганізми азотом. Ця реакція каталізується іншим ферментом мікроорганізму глютамінсінтетазой. Завдяки цим процесам NH3 инкорпорируется в амінокислоти, а потім перетворюється в білок (за рахунок реакції аміаку з глютамат з утворенням глютамина). Можливо, що еволюційно обумовлена ​​ключова роль уреази пов'язана саме з обмінно-метаболічними процесами, асоційованими з азотом сечовини (23).

Поряд із забезпеченням виживання Н.pylori і колонізації шлунка, продукти життєдіяльності уреази володіють прямим впливом на епітеліальні тканинні структури господаря.

Уреаза і її продукти як токсиканти і фактори агресії.

Уреаза Н.pylori гидролизует до 85% сечовини, транссудірованной в шлунковий вміст (31). Сам по собі NH3 здатний надати руйнівної шкоди на міжклітинні з'єднання епітелію слизової оболонки шлунка (3).

Накопичуючись в інфікованої слизу в області міжклітинних з'єднань аміак руйнує фізіологічний мікроклімат пристінного слизового бар'єру, що підтримує в нормі високий і варіабельний градієнт рН між порожниною шлунка і поверхнею епітеліальних клітин. Аміак значно підвищує рН всередині слизової оболонки, приводячи тим самим до підвищення пропорцій неионизированного аміаку (32). Добре відомо, що тільки неіонізовану аміак здатний проникати через ліпідні мембрани епітеліальних клітин, причому з підвищенням рН від 6,6 до 9,0 його проникаюча здатність збільшується на 50%. Легко проникнувши через мембрану клітини, неіонізовану аміак перетворюється в NH4 + і ОН, підвищуючи, в свою чергу, інтрацелюлярний і мітохондріальний рівень рН і пошкоджує таким чином митохондриальное і клітинне дихання і відповідно енергетичний метаболізм і життєздатність клітин (33). При постановці експерименту споживання кисню ізольованими клітинами і мітохондріями відзначено зниження пропорційно концентрації аміаку. Цікаво те, що ознаки токсичного впливу аміаку на шлунковий епітелій ідентичні змінам, які асоційовані з підвищенням рН середовища (32). Поряд з цим, аміак виснажує альфа-кетоглутарат в циклі трикарбонових кислот і порушує синтез ATOP в клітинах з аеробних диханням, приводячи до порушення функції парієтальних клітин в кіслотопродуцірующей ділянці слизової оболонки шлунка (14).

Поряд з вакуолізацією, аміак індукує в клітинах слизової оболонки шлунка в експерименті стаз в мікроциркуляторному руслі дезінтеграцію клітин поверхневого епітелію і їх некроз (37), а в поєднанні з ішемією -важкі геморагічні ушкодження і ульцерогенний ефект (38). Клінічні дослідження при Н.pylori - асоційованому хронічному гастриті підтвердили результати експериментальних робіт і продемонстрували ідентичні зміни в судинному руслі слизової оболонки шлунка (36).

Уреазна активність Н.pylori може бути також відповідальна за пошкодження слизової оболонки шлунка внаслідок взаємодії з імунною системою.

Уреаза Н.pylori і її роль в патогенезі ушкоджень слизової оболонки, потенціруемих імунною системою.

A. Morris et al. (43) встановили, що уреазна активність має високу ступінь кореляції з гістологічними ознаками хронічного гастриту. Пізніше A. Triebling et al. (44) підтвердили факт кореляції між гістологічної виразністю хронічного гастриту у дорослих і рівнем активності уреази Н.pylori, зазначивши у хворих інтенсивну нейтрофільних інфільтрацію слизової оболонки шлунка.

NН3 здатний також індукувати генерацію супероксіданіон і синглетних кисневих радикалів нейтрофилами ( «кисневий вибух») і може сприяти цим виникнення гострого гастриту (51).

Уреаза сама по собі здатна виступати в ролі активатора клітинмоноцитарно-макрофагального ряду, використовуючи механізм, незалежний від липополисахаридов Н.pylori (52). Поряд з цим, уреаза Н.pylori може виступати в якості хемотаксического фактора для моноцитів і нейтрофілів (53). В останні роки було встановлено, що уреаза грає роль модулятора імунних запальних реакцій при пилорическом хеликобактериозе. Так, уреаза Н.pylori індукує експресію на поверхні моноцитів рецептора інтерлейкіну 2 і експресію інтерлейкіну 8 і фактора некрозу пухлин (54).

Дані, отримані в нашій клініці, підтвердили зв'язок між уреазной активністю Н.pylori і запальними змінами в слизовій оболонці шлунка у дітей, інфікованих хелікобактер (55, 56). Згідно з результатами наших досліджень, концентрації метаболітів уреазної гідролізу (зокрема NH3) корелюють з тяжкістю шлункового запалення.

У той же час уреаза Н.pylori надає прямий токсичний ефект на поліморфноядерні нейтрофіли, знижуючи їх функціональну активність і сприяючи розмноженню Н.pylori (50). Цей ефект опосередковується аміаком, ингибирующим дегрануляцию нейтрофілів, зменшує величину актину цитоскелета, що збільшує деполимеризацию актину і блокуючим злиття фагосом і лізосом.

Підводячи підсумок всьому вищесказаному, очевидно, що уреаза Н.pylori є фактором, що забезпечує колонізацію шлунка і виживання бактерій в організмі господаря. Поряд з цим, продукти метаболізму гидролитических реакцій, асоційованих з уреазой, викликають важкі пошкодження слизової оболонки шлунка у пацієнтів з хелікобактеріозом. Тривала персистенція збудника викликає, поряд із запаленням, формування преканцерозностью змін.

Уреаза Н.pylori і шлунковий канцерогенез.

Накопичення великої кількості аміаку в слизовій оболонці антрального відділу сприяє розвитку атрофічних процесів. Зазвичай появи атрофічних змін у слизовій оболонці шлунка передує прискорення епітеліальної клітинної міграції. В експерименті було показано етіологічна роль аміаку в прискоренні клітинної епітеліальної міграції та атрофії, слизової шлунка у лабораторних тварин (57). У патогенетичної моделі канцерогенезу, розробленої Р.Соrrеа, мультифокальний атрофічний гастрит розглядається як потенційно преканцерозностью стан. У разі поєднаного впливу харчових нітрозамінів (є найбільш потужними індукторами канцерогенезу) і аміаку у лабораторних тварин відбувається значне прискорення клітинної проліферації з поступовим формуванням нізкодіфференцірованних аденокарцином (58,59). У той же час було б важко уявити, щоб все різноманіття патогенетичних факторів онкогенезу зводилося до простого механічного впливу аміаку, без урахування ролі генетичних та інших факторів. Це тим більш очевидно, оскільки далеко не всі пацієнти інфіковані Н.pylori, хворіють на рак шлунка. Однак скидати з рахунків роль уреази як потенційного промотора преканцерозностью змін слизової оболонки передчасно.

Роль уреази Н.pylori на сьогоднішній день тільки починає вивчатися і, незважаючи на досить значну кількість публікацій, вона ще до кінця не розшифрована. Подальші поглиблені дослідження в цій області будуть дуже бажані для остаточного прояснення механізмів виникнення хронічного гастриту, асоційованого з Н.pylori, особливо в дитячому віці.