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血管壁功能的翻译研究:系统性和特异性因素的调节作用

亚历山大五世

实验心脏病学研究所,俄罗斯心脏病学研究和生产综合体,俄罗斯莫斯科121552

电子邮件:bhuvaneswari.bibleraaj@uhsm.nhs.uk

DOI: 10.15761 / JTS.1000180

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摘要

随着生物医学技术的发展,内皮糖萼作为个体研究对象的研究越来越多。血管壁水化对包括动脉粥样硬化在内的病理病变进展的影响已经被揭示和检查。有证据表明动脉粥样硬化与水-硫酸盐和水-钠交换有关。有人认为动脉粥样硬化是由于缺乏含硫化合物引起的。糖萼对氧化应激损伤血管壁的保护作用与抗氧化剂在血管表面的积累和滞留有关。本文综述了抗氧化酶衍生物的保护活性、确定糖萼功能原理的计算方法以及糖萼与全身和特异性因素相互作用的模型。强调了从临床向生命科学的侧风和从生命科学向临床的侧风对转化医学发展的限制性影响。

关键字

内皮糖萼,血管壁水化,水电解质平衡,抗氧化酶,三维蛋白质结构模型

缩写

BTH:牛睾丸透明质酸酶;猫:过氧化氢酶;exSOD:细胞外超氧化物歧化酶;呕吐:粘多糖;ROS:活性氧;SOD:超氧化物歧化酶;SOD-CHS-CAT:超氧化物歧化酶-硫酸软骨素-过氧化氢酶共轭物

简介

转化医学的发展提高了治疗的有效性,并促进了新的药理制剂进入临床实践的实施。值得注意的是,目前转化医学的成就并不符合预期。心脏病学也是如此。对大型动物模型心肌梗死研究的meta分析显示,以下限制因素阻碍实验数据成功转化为临床实践:临床相关模型的选择和研究设计[1]。结果评估的时间、动物的性别和操作者的致盲显著影响所获得的结果,部分原因是过渡到临床应用的失败。大动物模型(与小动物模型相比)更适合人体(解剖学、血液和药效学、治疗方案的适用性)并不能消除差异。在大型动物中建模伴随疾病和状况,如糖尿病、高血压、吸烟、超重等,使实验研究复杂化,并大大增加了其成本。

这一问题因各种心脏疾病而加剧。因此,急性情况的治疗,如血栓形成,需要消除闭塞,一种既定的血管紊乱[2]。这是通过在临床实践中作为溶栓剂[3]使用的纤溶酶原激活剂实现的。值得注意的是,在最近的大多数实验室研究中,纤溶酶原激活剂衍生物与母体物质相比具有更大的分子量。目前临床上使用的溶栓剂(Metalyse, Reteplase)与母体化合物相比,具有较小的相似分子尺寸。临床数据和大量实验证据之间的差异对生物医学研究的生产方向提出了问题。即纤溶酶原激活物衍生物的分子大小是增大还是减小[3]。对于转化医学的成功,所选择的急性心脏病病变阶段/类型的有效性是另一个需要考虑的方面。

目前生物药理学研究的目标是开发突破性疗法[4],并在最有前途的领域[5]展开竞争,这表明转化医学的结果在临床实践[6]中得到了有效的应用。

确立从临床实践向生命科学方向的研究目标图1 А现在在生物医学研究组织中占主导地位。这种方法是基于临床医学和医学研究中药物开发的不同层次的证据和计划。同时,从生命科学到医学的转变也可以启动新药物的开发图1 B.这种方法的生产力在很大程度上取决于研究目标和方向的选择,与药物生产有效技术的发展并行。从使用基于组织和尿激酶型纤溶酶原激活剂的溶栓剂作为治疗剂以及开发用于其生产的重组DNA技术来看,这些方法的组合是成功的[2,3]。显然,从临床实践到生命科学的方向是和谐平衡的图1 А从生命科学到治疗图1 B它们的侧风移动增强了转化医学的有效性图1 C

图1所示。显示生物医学研究方向的方案,从临床实践中药物开发的各种证据和方案(А)到该药物的后续临床前实验室调查(B),然后是其临床试验和大规模生产(C)。

保存血管壁完整性的主要屏障

细胞糖萼是循环系统中功能重要的组成部分[7,8]。随着激光扫描显微镜技术的改进,人们对糖萼的研究兴趣增加了,激光扫描显微镜技术可以重建可视化物体并对其进行精确分析。用共聚焦扫描显微镜[9]在培养的内皮细胞表面可见厚度为2 ~ 3µm的糖萼。用双光子显微镜[10]观察小鼠颈动脉糖萼(厚度3.5 ~ 5.5µm)。糖萼是由一层大分子构成的外层,主要是与质膜结合的蛋白质-碳水化合物和碳水化合物-脂复合物,与血浆蛋白一起形成具有特定结构和广泛功能的内衬[7,8,11]。图2.非侵入性诊断方法已被用于分析内皮糖萼状态与人类心血管风险之间的关系。分析使用正交偏振光谱(OPS)[12]和侧流暗场成像(SDF)[13]获得的数据。微循环网络中内皮糖萼的厚度与心血管病变的风险之间存在反向关系。收集到的大量证据表明,内皮糖萼是健康与血管疾病[14]之间的潜在屏障,这表明它可以作为心血管医学[15]的诊断标志物和治疗靶点。因此,血管壁的管腔表面具有双重保护内皮/糖萼内衬,糖萼是防止血管损伤的第一道防御屏障。

图2。血管管腔表面的内皮糖萼与透明质酸和糖蛋白的膜结合(syndecans和glypican-1)和可溶性(给出一般形式)蛋白聚糖示意图。syndecan族的蛋白聚糖(具有跨膜蛋白结构域)根据其糖胺聚糖链的组成可分为4个亚型。Glypican基团(通过糖基磷脂酰肌醇结构域与质膜结合)根据键合类型和糖胺聚糖链的数量分为6个亚型。glypican-1的n端片段(指向腔内)含有大量半胱氨酸残基,与syndecans的细长胞外结构域相反,这些残基决定了球状形状。内皮糖萼蛋白聚糖根据各种参数(种类来源、糖胺聚糖链的组成和数量、核心蛋白类型等)进行分类,根据其在体内的功能进行组合:内皮功能的细胞外和细胞内信号的偶联。

糖萼破坏与病理因素

正常糖萼作为单个的血管内皮表层,是一个与循环血液动态平衡的自我更新的三维网络。糖萼具有多种功能,如血管渗透性屏障和分子筛,血流剪切应力的机械转导器,白细胞和血小板粘附调节,趋化因子和生长因子的结合,血管活性药物和凝血因子抑制剂的沉积,其功能的实现对维持血浆和血管壁稳态具有重要意义[15,16]。

糖萼破坏是由病理因素引起的血管病变发展的初始事件。它是糖尿病相关微血管病变和慢性静脉疾病必不可少的初始阶段[17]。贫血/再灌注、感染、糖尿病和肾功能衰竭可引起糖萼破坏[18-20]。高血糖时其体积减少,增加血管易损性,与内皮功能障碍(血浆透明质酸升高)和体内凝血激活(血中1+2凝血酶原片段和纤维蛋白d -二聚体含量高)[21]有关。各种病理因素(高胆固醇血症、炎症、高血糖、体内盐分过多、剪应力、肾病综合征等)破坏糖萼[22-24]。研究表明,糖萼破坏表现为其组成的改变和厚度的减少,在内皮功能障碍的发生中起重要作用[22,25],并在急性冠状动脉综合征[26]患者中发生。引起糖萼破坏并导致各种疾病进展的病理因素的多样性意味着循环疾病的发生有一个共同的阶段,随后出现各种病理。

血管壁的水合和脱水

在正常组织中,细胞外(基质,间质)和细胞旁(糖萼)凝胶成分在相对脱水的条件下保持[27]。这有助于适当的循环和血管通透性。凝胶基质的水化体积受多种力的平衡调节,包括聚合物组分的弹性、化学亲和力、固定电荷和渗透相互作用,依赖于糖胺聚糖,即影响其在完整组织中的含量和空间分布的机械和结构因素。

控制和决定动脉粥样硬化形成的大分子相互作用旨在对抗正常情况下体内普遍存在的脱水力。事实上,由于各种病理因素导致糖萼破坏,脱水/水合平衡向水合转变图3(28、29)。这反过来影响水化量,改变糖胺聚糖的结构和分布[27]。糖萼完整性在抵抗水肿的组织保护中起着重要作用。在病理条件下(炎症、血栓形成、感染等),水化表现为动脉组织水肿,阻碍营养物质和药物的流动。动脉粥样硬化中发生的内膜弥漫性增厚和纤维紊乱与局部水稳态的改变[27]有关。

图3。该方案说明内皮糖萼破坏导致动脉粥样硬化、糖尿病、败血症、缺血/再灌注损伤、肿瘤血管生成、转移性生长和急性肺部疾病的发展。

这些结果表明,内皮糖萼的脱水和水化是正常和死亡血管壁的重要参数。一个心肺健康的成年人体内60%都是水[30],这一事实支持了这一点。三分之二的体积在细胞内,三分之一在细胞外。间质包含80%的体积;另外20%是血浆体积的一部分。

Water-sulfate交换

糖胺聚糖的硫酸化是影响糖萼中水分平衡的一个特殊因素。该参数的变化与水化过程中可用/所需溶剂的体积有关[27,31]。硫酸软骨素的水化随着动脉粥样硬化病变的进展而增加,这降低了其抗凝血活性(抗凝血酶激活)[26],增加了糖萼水化。插入35所以4在鸡的糖胺聚糖中,糖萼被透明质酸四糖及其高分子质量的衍生物[32]缓慢抑制(12 h)。总的证据表明,在有动脉粥样硬化斑块的血管中,硫酸盐插入与在动脉粥样硬化斑块中硫酸化糖胺聚糖的再分配有关。这可以被认为是一种间接的准备,以低硫酸化增加血管面积,适合于潜在的病变[33]。硫酸化的糖胺聚糖维持结构水的区域,这是正常循环(内皮和红细胞沿毛细血管运动的状况)所必需的。体内缺乏硫可导致胆固醇硫酸盐水平和糖胺多糖硫酸酯[33]的降低。硫酸盐的损失引起结构水的变化,导致胆固醇在动脉粥样硬化中积聚,因为其在水基介质中的运输依赖于硫酸盐化,即胆固醇运输障碍与循环中硫酸盐的低生物利用度有关。据推测,低胆固醇硫酸盐含量和体内糖胺聚糖硫酸盐化降低是动脉粥样硬化进展的关键病变[33]。

Water-sodium交换

血管壁上的负电荷(主要由糖萼产生)和循环血液成分(如红细胞)上的负电荷促进了无摩擦的血液流动。表面负电荷的去除(酶反应的结果)增强了红细胞对内皮细胞[34]的粘附。钠阳离子也有类似的作用。在较高的生理浓度(>140 мМ) Na+饱和表面负变化,从而增加附着力。在Na+浓度<140 мМ空负电荷的数量仍足以维持红细胞与内皮衬里的低水平粘附。钠使内皮细胞对红细胞[34]具有粘性。等离子体钠的储存+在糖萼中(与负表面电荷的部分中和)允许一个人将糖萼分为“好”,有钠的容量+在正常血浆中保持足够的负电荷+浓度和“坏”时,负电荷的损失增加内皮和红细胞之间的不良相互作用[35]。红细胞深入内皮糖萼与微血管灌注受损[36]相关。当定量测定红细胞钠可间接评估管腔血管壁状态[35]时,糖萼“好”与“坏”的概念为盐血试验奠定了基础。根据这项试验,不论治疗方法如何,高血压患者都有较高的盐敏感性。有趣的是,平均Na+/ K+红细胞在糖萼中的选择性为6.1±0.39,其与内皮表面的粘附量为180:1[37]。因此,低浓度的钠阳离子可以维持红细胞通过毛细血管的无摩擦通道,而内皮糖萼的保存对于维持血管系统的平衡功能很重要[35,37]。

水-硫酸根交换和水-钠交换的数据强调了水-电解质平衡对维持内皮糖萼和血管壁功能的重要性。这一方向的进一步研究为阐明心血管系统的新调控机制提供了前景。

糖萼和活性氧

血管内皮糖萼与氧化应激等全身因素在血液循环中的多种形式相互作用,强调并奠定了不断开发新的预防和治疗方法以维持和治愈心血管疾病的意义和前景。

糖萼参与循环系统的氧代谢。在中等浓度时,活性氧(reactive oxygen species, ROS)参与细胞信号转导,而在较高浓度时,活性氧产生破坏作用[38]。内皮功能障碍是动脉粥样硬化发展的关键初始阶段,可能与高ROS生成或氧化应激有关,氧化应激是这一过程的主要致病因素。一种常见的损伤作用机制使氧化应激成为各种心血管疾病发展的主要因素[39,40]。过多的ROS生成导致内皮糖萼[41]的破坏。为了防止和减少这种损害,糖萼积累抗氧化剂,如细胞外超氧化物歧化酶exSOD,图4.由于肝素类化合物具有特定的带正电荷的结合域,且[11]的高表达(高达70%的总血管超氧化物歧化酶/SOD/含量),该酶对内皮糖花冠的肝素硫酸盐具有高亲和力。据报道,糖萼在NO和ROS的产生[42]中起作用。用透明质酸酶体外培养去除透明质酸可降低亚硝酸盐含量和血管舒张。肝素酶III和神经氨酸酶分别降解硫酸乙酰肝素蛋白聚糖和乙酰丙酸,通过增加超氧化物的产生降低NO的生物利用度。这一发现表明,透明质酸参与了剪切应力诱导的NO生成,硫酸肝素和syal酸共同参与了剪切应力诱导的ROS生成。由于绝大多数心血管疾病都与氧化应激有关,因此应阻止或减少其损害作用。内源性和外源性抗氧化剂可用于此目的。

图4。一个假设的方案显示主要的糖萼成分在内皮表面。细胞外超氧化物歧化酶(SOD)对内皮型硫酸肝素结构具有亲和力。硫酸Heparansulfate通过积累抗氧化剂来实现保护功能,包括细胞外SOD,它将细胞毒性超氧自由基转化为过氧化氢。

抗氧化疗法的形成

抗氧化剂的临床研究验证了低含量的谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶增加主要不良心血管事件[43]的风险的假设,抗氧化酶的修饰表达和/或活性与氧化应激有关,氧化应激是年龄相关(黄斑变性)和退行性疾病[44]发病的重要因素,并评估抗氧化治疗的有效性,识别氧化应激对心血管治疗特定临床参数的不利影响[39,40]。

抗氧化疗法的形成意味着新的抗氧化药物的研究和开发[45,46]。抗坏血酸、trolox、褪黑素、多酚[47]、人重组Mn-SOD[48]对肝脏疾病的保护作用,化学修饰的SOD对糖尿病大鼠脂质氧化和抗氧化状态的影响[49],镉诱导的不正确折叠[50]导致SOD和过氧化氢酶(CAT)活性的变化。抗氧化酶仍然是生物医学研究的重要对象。

超氧化物歧化酶和过氧化氢酶(总含量高达30%)沉淀在保护性抗氧化纳米载体上,用于内皮靶向,并与对抗内皮粘附分子的抗体结合,提供靶向[51]。在内毒素所致肺损伤小鼠模型中,CAT衍生物保护内皮细胞,减少肺水肿和白细胞浸润。SOD衍生物降低细胞因子诱导的内皮细胞促炎激活和内毒素诱导的肺炎。针对血管壁[51]的治疗酶,提出了一种模块化的方法。在氧氮活性形态的三个浓度区间(生理性、增强性和毒性)中,中心特异性、纳米载体疗法[52]、三维超分子集成抗氧化剂或酶[53]和纳米疗法,抗氧化核阻断动脉粥样硬化氧化应激和两亲性多糖覆盖靶向清道夫受体抑制动脉粥样硬化-炎症循环[54]。值得注意的是,阻断所有ROS的有效性需要抗氧化剂[55]的协同作用,包括抗氧化酶的增效剂组合,如原始双酶共轭超氧化物歧化酶-硫酸软骨素-过氧化氢酶(SOD-CHS-CAT)[56]。

抗氧化生物催化剂的双酶偶联

SOD-CHS-CAT结合物中超氧化物歧化酶和过氧化氢酶通过硫酸软骨素的共价结合提供了这些酶在受损区域的同时作用。结合物在体内产生的抗血栓作用高于其组分的各种组合和混合物(天然或改性)[46,56],在低剂量(每只大鼠25-50 U SOD和55-110 U CAT)下即可实现,比天然或改性酶[57]低一两个量级。在动脉粥样硬化病变的初始阶段,血管表面的硫酸软骨素含量增加[58]。内膜增厚与versican的存在有关,versican是一种蛋白聚糖,具有硫酸软骨素和硫酸真皮聚糖链[59]。凡士林在人血管内膜内积累,容易形成动脉粥样硬化。硫酸软骨素的特殊特性[58-60]使其成为抗氧化酶[45]的高效连接剂,并有助于将所产生的缀合物靶向于血管病变上方的糖萼。这可能解释了SOD-CHS-CAT偶联物在小剂量下的有效性[45,46]。值得注意的是,在内毒素休克动物模型中,SOD-CHS-CAT在预防和治疗给药后显著提高生存能力[56]。这些结果与模块化方法[51]的模型治疗效果进行了比较,并有助于更好地理解涉及no依赖和no不依赖途径的共轭活性的机制。SOD- chs -CAT结合物的有效性促使基因和生物工程技术进一步发展,以生产具有SOD和CAT活性[61]以及能够进入细胞的过氧化物酶和SOD[62]的三功能酶。

氧化应激对血管壁的损伤作用是由多种因素共同决定的。在评估和控制这种影响时,应考虑到一系列变量,从而实现使用计算方法优化特定生物医学问题的解决方案。

系统因素及其调节因素的计算研究

几十年来,计算相互作用(计算模型)一直被用于评估和预测生物系统的功能,如纤溶、凝血等。然而,这种方法意味着对获得的数据进行复杂的处理和表示,并且有很大的实验验证差距。然而,计算方法的重要性增加,因为新的系统因素被认为是为了实现转化医学所设定的目标。目前的方法多以实验验证为导向,覆盖被分析系统的一般对象。使用糖萼-内皮-红细胞相互作用模型研究了微循环的变化[63]。这些变化由与内皮细胞形状相关的血管壁改变、糖萼相关的影响和血液的特定参数决定。血液被建模为双组分(血浆和微粒元素)不可压缩流体。内皮糖萼是一种可变和自适应孔隙率的介质,表现为血流速率及其剪切应力的大小和时间变化。内皮壁波动、糖萼压缩和排斥以及血液的特定性质对流动特性的联合和同时影响已被证实[63]。

为了分析血管壁的状态,对影响生物系统的成分和外部因素进行了结构重建。利用自动化三维结构生成技术(计算碳水化合物嫁接),研究了来自细胞甘蔗阵列(glycane array, glycome)的甘聚糖结合蛋白与同源甘聚糖之间特异性相互作用的机制[64]。糖聚糖筛选和蛋白质晶体学的大量数据的整合有助于构建假定的共络合物结构,可以客观地评估和迭代地改变,直到与实验达到高度一致。这种方法允许将活性糖基决定因子与潜在的糖基决定因子区分开来。当将接枝技术应用于已报道晶体学和阵列数据的10个蛋白质-聚糖复合物时,1223个阵列聚糖中90% >的结合特异性在结构上得到了合理化[64]。自动化分子对接和相互作用映射技术用于描述糖胺聚糖-蛋白质相互作用[65]。该方法用于鉴定能与酸性成纤维细胞生长因子结合的糖胺聚糖(GAG)。所获得的结果证明了基于图谱的技术在识别蛋白质识别的特定GAG表位和基于GAG的药物设计方面的价值。利用组合虚拟文库筛选技术预测高特异性GAG序列,考虑到其显著的结构多样性[66]。结果强调了肝素/硫酸肝素寡糖之间的关键相互作用,调节特异性,最小的特异性元素是肝素的双糖。

抗氧化酶过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶是对抗氧化应激的防御剂。这些酶的三维结构被建模,并与诱发氧化应激的壬基酚和双酚A对接[67]。研究表明,这些酶具有壬酚和双酚的结合位点。壬酚对过氧化氢酶有最大抑制作用,双酚A对超氧化物歧化酶有最大抑制作用。这些发现明确了SOD和CAT的使用条件。微循环障碍可以通过酶(如透明质酸酶)改变糖萼状态来控制[68]。透明质酸酶在天然和硫酸软骨素修饰形式下的作用证明了激光多普勒血流仪对缺血/再灌注后微循环恢复的调节潜力。这一作用在急性心肌梗死、血栓形成、无再流的心血管治疗中是实际的[69]。然而,关于这些生物催化剂结构的信息很少,阻碍了对糖萼状态调控的研究。为了解决这一问题,基于已建立的人透明质酸酶三级结构[71],采用分子同源建模方法构建了牛睾丸透明质酸酶(BTH)[70]的三维模型在网上图5.BTH与人类和蜂毒透明质酸酶的叠加揭示了这些酶之间的差异[70]。人透明质酸酶具有与表皮生长因子同源的Ser-353 - Trp-435 c端结构域[71],该结构域存在于我们的BTH模型中(图5)还有蜂毒透明质酸酶。表皮生长因子结构域具有三个二硫键,基本稳定,可调节与其他蛋白质的结合并调节全尺寸酶的活性[70,71]。通过模拟酶赖氨酸残基与苯醌激活的硫酸软骨素链接之间的共价结合,构建了软骨素修饰BTH的三维结构模型图6.通过改变酶修饰的程度和共价结合的硫酸软骨素链的大小,证明了BTH深度修饰对生产其活性和稳定衍生物的重要性,并在实验中得到了证实[70]。硫酸软骨素涂层的有效尺寸是通过使用30-50-kDa和/或120-140-kDa硫酸软骨素获得的180-kDa酶衍生物来实现的。BTH表面的赖氨酸残基具有不同的生物利用度:有外源游离残基和半游离残基(其修饰影响催化结构域)和隐残基[70]。需要注意的是,附生菌可通过聚束硫酸软骨素与I、III、VII、VIII、X型胶原的赖氨酸残基有效结合,而与II、IV、V、VI、IX型胶原的结合亲和力较低[72]。胶原赖氨酸残基的化学修饰降低了簇状硫酸软骨素的结合亲和力,并决定了对附生菌的结合亲和力。对BTH与硫酸软骨素三聚体或肝素四聚体对接的三维建模初始阶段的检查显示,酶分子上有几个GAG的表面结合位点。可逆和不可逆构象变化取决于其他带负电荷的GAG配体在蛋白球上的位置被证明。在不可逆构象变化中,在酶活性中起关键作用的Glu-149 (E 149)和Asp-147 (D 147)残基从活性中心转移到外围,导致酶失活图7.这些发现提示了一些阈值相互作用,并确定了它们的鉴定目标,以获得对血管壁上透明质酸酶功能的控制。

图5。牛睾丸透明质酸酶三维模型的图示可视化。指出了赖氨酸和天冬酰胺残基以及谷氨酸和天冬酰胺氨基酸的定位。6个第一级可用性赖氨酸残基(外部游离氨基酸)用绿色突出显示。

图6。由两条硫酸软骨素链共价修饰的牛睾丸透明质酸酶的三维模型(指定为CHS,突出显示灰色、红色和棕色)的可视化说明。这些链对于酶的19个赖氨酸残基(位置77、106、122、129、176、187、190、198、206、244、255、271、292、376、392、416、430、446、447)的深度修饰是必要的。酶的结构表现为带状和节段形式,被共价结合的硫酸软骨素链(30 kDa)所掩盖。

图7。牛睾丸透明质酸酶发生不可逆构象变化,Glu-149/E 149和Asp-147/D 147转移到酶结构的外围,蛋白环/活性中心链发生显著改变(紫色突出)。由糖胺聚糖配体诱导的分子动力学第40秒(米色)和第160秒(蓝色)的酶结构位置。

上述数据表明,随着计算方法的应用和对其状态调控方法的连续确定,我们对多组分生物系统功能的认识发生了变化。

结论及未来展望

对糖萼的广泛系统研究揭示了限制其功能的特定因素。更好地理解糖萼水化调节机制,为研究与水-电解质平衡紊乱相关的初始血管壁损伤开辟了新的视角。本研究的进一步进展取决于临床资料。控制血管糖萼和氧化应激等广泛系统中因素的相互作用为抗氧化治疗提供了有效的方法,并强调了抗氧化酶在纠正代谢紊乱中的作用。多组分系统的计算方法被证明对血管系统功能的治疗调节是有用的,并且随着其有效使用方法的发展,可以更好地理解内皮糖萼功能的原理。实验结果在很大程度上决定了这一方向的进展。对血管系统中分子和细胞机制的基本洞察有助于转化心脏病学。对血管壁水化和水电解质平衡的临床和生化研究为血管病变的发生、预防和治疗机制提供了新的见解。糖萼功能的连续研究,其与氧化应激关系的计算研究,以及糖萼状态调节的研究,旨在开发新的血管壁保护方法。转化医学的成功发展取决于科学家和临床医生之间的密切合作,以及从生命科学实验室到临床诊所的不断增加的数据流,反之亦然。 This crosswind move is a determinant factor of efficacy for translational cardiology.

确认

该研究得到了俄罗斯基础研究基金会(赠款15-04-03584)和俄罗斯联邦卫生部的资助。

参考文献

  1. van Hout GPJ, Jansen of Lorkeers SJJ, Wever KE, Sena ES, Kouwenberg LHJA,等。(2016)抗炎化合物治疗心肌梗死的转化失败:大型动物模型的meta分析。Cardiovasc Res109: 240 - 248。(Crossref)
  2. Van de Werf F(2014)冠状动脉再灌注史。Eur Heart J35: 2510 - 2515。(Crossref)
  3. Maksimenko AV(2012)心脏生物制药在药物靶向传递的概念:实际结果和研究前景。Acta Naturae4: 72 - 81。(Crossref)
  4. Scott C(2015)在提高质量的同时加快开发和降低成本:2015年BIO大会上的BPI剧院圆桌会议。生物处理整数1(增刊4):23-25。
  5. Hoefer IE, Steffens S, Ala-Korpela M, Bäck M, Badimon L,等(2015)代表ESC工作小组动脉粥样硬化和血管生物学。动脉粥样硬化中生物标志物发现的新方法。Eur Heart J36: 2635 - 2642。(Crossref)
  6. Lüscher TF(2013)通往证据的崎岖之路:为什么许多研究发现在翻译中丢失了。Eur Heart J34: 3329 - 3335。(Crossref)
  7. Reitsma S, Slaaf DW, Vink H, van Zandvoort MAMJ, onde Egbrink MGA(2007)内皮糖萼:组成、功能和可视化。弗鲁格拱4: 345 - 359。(Crossref)
  8. Maksimenko AV, Turashev AD(2014)血液循环系统内皮糖萼。一、检测、组成及结构组织。Russ J Bioorg Khim40: 119 - 128。
  9. Barker AL, Konopatskaya O, Neal CR, Macpherson JW, Whatmore JL,等(2004)用共聚焦激光扫描显微镜观察和表征存活的人内皮细胞糖萼。物理化学化学物理6: 1006 - 1011。
  10. Megens RT, Reitsma S, schiffer PH, Hilgers RH, De Mey JG等(2007)小鼠重要弹性动脉和肌肉动脉的双光子显微镜。结合亚细胞分辨率的结构和功能成像。J Vasc Res44: 87 - 98。(Crossref)
  11. Maksimenko AV, Turashev AD(2014)血液循环系统内皮糖萼。2生物功能,正常和病理状态,生物工程应用。Russ J Bioorg Khim40: 237 - 251。(Crossref)
  12. Nieuwdorp M, Menwese MC, Mooij HL, Ince C, Broekhuizen LN,等(2008)测量人体内皮糖萼尺寸:一种潜在的监测血管易损性的新工具.J应用物理104: 845 - 852。(Crossref)
  13. 陈晓明,王晓明,王晓明,等。(2008)微循环与危重症的关系。心血管疾病进展51: 161 - 170。(Crossref)
  14. 李志强,李志强,李志强,等。(2005)血管内皮糖萼与血管疾病的关系。Curr Opin Lipidol16: 507 - 511。(Crossref)
  15. 陈志强,陈志强,陈志强,等。(2009)内皮糖萼在心血管疾病诊断和治疗中的作用。Curr Opin Lipidol20: 57 - 62。(Crossref)
  16. Becker BF, Jacob M, Leipert S, Salmon AH, Chappell D(2015)临床环境中内皮糖萼的降解:寻找sheddase。Br J临床药物80: 389 - 402。(Crossref)
  17. Minari FAC(2014)内皮糖萼的医学意义。第2部分。它在血管疾病和糖尿病并发症中的作用。Arch Cardiol Mex84: 110 - 116。(Crossref)
  18. Salmon AH, Satchell SC(2012)疾病中的内皮糖萼功能障碍:蛋白尿和微血管通透性增加。中草药226: 562 - 574。(Crossref)
  19. 刘志刚,王志刚,王志刚,等。(2012)透析患者血管内皮糖萼损伤的研究进展。J Am Soc Nephrol23日:1900 - 1908。(Crossref)
  20. Singh A, Friden V, Dasgupta I, Foster RR, Welsh GI,等(2011)高糖引起人类肾结石内皮糖萼功能障碍.Am J Physiol肾Physiol300: F40-F48.(Crossref)
  21. Nieuwdorp M, van Haeften TW, Gouverneur MC, Mooij HL, van Lieshout MA,等(2006)急性高血糖时内皮糖萼丢失与体内内皮功能障碍和凝血激活一致。糖尿病55岁:480 - 486。(Crossref)
  22. Salmito FT, de Oliveira Neves FM, Meneses GC, de Almeida Leitao R, Martins AM,等(2015)成人肾病综合征糖萼损伤与内皮功能的关系。临床化学学报447: 55-58。(Crossref)
  23. Shakya S, Wang Y, Mack JA, Maytin EV(2015)高血糖诱导的透明质酸变化与糖尿病皮肤伤口愈合受损:综述与展望。细胞生物学2015: 1 - 11。
  24. Vlahu CA, Krediet RT(2015)血浆透明质酸和透明质酸酶能否作为肾脏疾病患者内皮糖萼状态的标志物?Adv Perit拨号31日:3 - 6。(Crossref)
  25. Miranda S, Armengol G, Le Besnerais M, Levesque H, Benhamou Y(2005)通过舌下微循环和血管糖萼层评估系统性硬化症相关微循环功能障碍的新认识。初步研究结果。Microvasc Res99: 72 - 77。(Crossref)
  26. Miranda CH, de Carvalho Borgers M, Schmidt A, Marin-Neto JA, Pazin-Filho A(2016)急性冠脉综合征患者内皮糖萼损伤的评估。动脉粥样硬化247: 184 - 188。(Crossref)
  27. McGee M, Wagner WD(2003)硫酸软骨素抗凝血活性与水转移有关。动脉粥样硬化中蛋白多糖结构的相关性。Arterioscler血栓血管生化23日:1921 - 1927。(Crossref)
  28. van den Berg BM, Vink H, span JA(2003)内皮糖萼对心肌水肿的保护作用。中国保监会Res92: 592 - 594。(Crossref)
  29. 董aonkar RM, Stewart RH, Geissler HJ, Laine GA(2010)心肌微血管通透性、间质水肿与心功能损害。Cardiovasc Res87: 331 - 339。(Crossref)
  30. 贝克尔BF, Chappell D, Jacob M(2010)内皮糖萼与冠状动脉血管通透性:边缘效益。心脏基本指标105: 687 - 701。(Crossref)
  31. Di Cera E (2003) At2021版权所有OAT。>动脉血栓血管生物学版权所有23日:1713 - 1714。(Crossref)
  32. 孙志强,王志强,王志强,杨志强(2002)外源性透明质酸对体外培养鸡胚肢体软骨细胞细胞外基质中蛋白多糖合成和沉积的影响。开发生物75: 121 - 129。(Crossref)
  33. Seneff S, Davidson RM, Lauritzen A, Samsel A, Wainwright G(2015)动脉粥样硬化作为胆固醇硫酸盐缺乏综合征的新假设。理论生物医学模型12: 9。(Crossref)
  34. Oberleithner H, Wälte M, Kusche-Vihrog K(2015)钠使内皮细胞对红细胞具有粘性。前面的杂志6: 188。(Crossref)
  35. (2015)血管糖萼钠贮存-盐敏感性的决定因素?血Purif39: 7 - 10。(Crossref)
  36. Lee DH, Dane MJ, van den Berg BM, Boels MG, van Teeffelen JW等(2014)NEO研究组。红细胞深入内皮糖萼与微血管灌注受损有关。《公共科学图书馆•综合》9: e96477。(Crossref)
  37. 奥伯莱特纳H(2015)钠选择性红细胞糖萼与盐敏感性。弗鲁格拱467: 1319 - 1325。(Crossref)
  38. Dröge W(2002)自由基在细胞功能生理控制中的作用。杂志牧师82: 47 - 95。(Crossref)
  39. Münzel T, Gori T, Bruno RM, Taddei S(2010)氧化应激是心血管疾病的治疗靶点吗?Eur Heart J31日:2741 - 2748。(Crossref)
  40. Ekelof S, Jensen SE, Rosenberg J, Gögenur I(2014)原发性经皮冠状动脉介入治疗和抗氧化治疗降低STEMI患者的氧化应激:一项系统综述。心血管药物28日:173 - 181.(Crossref)
  41. Vink H, Constantinescu AA, span JA(2000)氧化脂蛋白降解内皮表层:对血小板-内皮细胞粘附的影响。循环101: 1500 - 1502。(Crossref)
  42. 熊志刚,吕晓霞,王志刚(2009)糖萼在流动诱导产生一氧化氮和活性氧中的作用。自由基生物医学47: 600 - 607。(Crossref)
  43. 王晓明,王晓明,王晓明,等(2014)抗氧化酶在急性冠脉综合征中的临床意义。Cardiovasc Res10(增刊1):S142。
  44. Tokarz P, Kaamiranta K, Blasiak J(2013)抗氧化酶和小分子抗氧化剂在老年性黄斑变性(AMD)发病中的作用。Biogerontology14: 461 - 482。(Crossref)
  45. Maksimenko AV(2005)通过修饰超氧化物歧化酶和过氧化氢酶来保护血管壁的实验性抗氧化生物疗法。Curr Pharm Design11: 2007 - 2016。(Crossref)
  46. Maksimenko AV, Vavaev AV(2012)抗氧化酶在心血管疾病的心脏保护和治疗中的潜在靶点。酶抗氧化剂:对抗氧化应激的下一阶段药理作用。心Int14 - 19 7:。(Crossref)
  47. Martinez Mdel C, Afonso SG, Buzaleh AM, Batlle A(2014)抗氧化剂对灰黄霉素所致肝损伤的保护作用。ScientificWorldJournal2014: 982358。(Crossref)
  48. Hide D, Ortega-Ribera M, Fernandez-Iglesias A, Fondevila C, Salvado MJ,等(2014)人锰超氧化物歧化酶的一种新形式保护大鼠和人肝脏缺血再灌注损伤。临床科学(伦敦)127: 527 - 537。(Crossref)
  49. 王晓明,王晓明,王晓明,等(2015)SOD对糖尿病大鼠脂质过氧化及抗氧化状态的保护作用。Int J生物大分子72: 79 - 87。(隔条)
  50. 王娟,张华,张涛,张荣,刘锐,等。(2015)镉诱导过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性变化的分子机制。Int J生物大分子77: 59 - 67。(Crossref)
  51. 胡德华,李志强,李志强,等。(2014)抗氧化酶纳米载体对血管氧化应激和炎症的保护作用。生物材料35: 3708 - 3715。(Crossref)
  52. Weissig V, Guzman-Villanueva D(2015)基于纳米载体的抗氧化治疗:承诺还是妄想?专家Opin药物输送12: 1783 - 1790。(Crossref)
  53. Richard PU, Duskey JT, Stolarov S, Spulber M, palalivan CG(2015)抗氧化应激的新概念:纳米尺寸的三维超分子抗氧化剂组合。专家Opin药物输送12: 1527 - 1545。(Crossref)
  54. Lewis DR, Petersen LK, York AW, Ahuja S, Chae H,等(2016)纳米疗法抑制动脉粥样硬化斑块的粥样硬化形成和调节炎症。Cardiovasc Res109: 283 - 293。(Crossref)
  55. 闫峰,穆勇,闫刚,刘娟,沈娟等。(2010)抗氧化酶的协同模拟。迷你医学化学10: 342 - 356。(Crossref)
  56. Maksimenko AV(2016)对治疗性抗氧化酶衍生物的连续研究进行了扩展和阐述。氧化医学细胞寿命2016: 3075695。(Crossref)
  57. Maksimenko AV, Golubykh VL, Tischenko EG(2004)修饰抗氧化酶联合抗血栓保护血管壁:超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性共价连接的意义。J Pharm Pharmacol56: 1463 - 1468.(Crossref)
  58. Ylä-Herttuala S, Sumuvuori H, Karkola K, Möttönen M, Nikkari T(1986)正常和动脉粥样硬化的人冠状动脉中的糖胺聚糖。实验室投资54: 402 - 407。(Crossref)
  59. Kolodgie FD, Burke AP, Farb A, Weber DK, Kutys R,等。(2002)病变中蛋白多糖和透明质酸的差异积累:斑块侵蚀的见解。动脉血栓血管生物学22日:1642 - 1648。(Crossref)
  60. Wight TN, Merrilees MJ(2004)蛋白多糖在动脉粥样硬化和再狭窄中的关键作用。中国保监会Res94: 1158 - 1167。(Crossref)
  61. Luangwattananun P, Yainoy S, Eiamphungporn W, Songtawee N, Bülow L,等。(2016)一种具有MnSOD、过氧化氢酶和细胞渗透活性的新型三功能酶的工程。Int J生物大分子85: 451 - 459。(Crossref)
  62. Karaduleva EV, Mubarakshina EK, Sharapov MG, Volkova AE, Pimenov OY,等。(2016)氧化应激条件下修饰过氧氧还蛋白对离体心脏逆行灌注的心脏保护作用。公牛Exp生物医学160: 639 - 642。(Crossref)
  63. Pantrelli G, Halliday I, Spencer TJ, Konig CS, Cöllins MW(2015)模拟糖萼-内皮-红细胞在微循环中的相互作用:一项计算研究。计算方法生物技术生物工程18: 351 - 361。(Crossref)
  64. Grant OC, Tessier MB, Meche L, Mahal LK, Foley BL,等(2016)将3D结构与糖基阵列数据相结合,可以深入了解糖基特异性的起源。糖生物学26日:772 - 783。(Crossref)
  65. 阿戈stino M, Gandhi NS, Mancera RL(2014)位点映射方法在糖胺聚糖设计中的开发与应用。糖生物学24: 840 - 851。(Crossref)
  66. Sankaranarayanan NV, Desai UR(2014)研究了一种用于识别对目标蛋白具有高特异性的糖胺聚糖序列的稳健计算筛选策略。糖生物学2: 1323 - 1333。(Crossref)
  67. Jayakanthan M, Jubendradass R, D’cruz SC, Mathur PP(2015)利用同源建模和分子对接方法:探索壬基酚和双酚A与抗氧化酶的结合机制。方法Mol Biol1268: 273 - 289。(Crossref)
  68. Maksimenko A, Turashev A, Fedorovich A, Rogoza A, Tischenko E(2013)透明质酸酶证明内皮糖萼参与微循环障碍。生命科学7: 171 - 188。
  69. Maksimenko AV, Turashev AD (2012) No-reflow现象与微循环内皮糖萼。生物化学研究2012: 859231。(Crossref)
  70. Maksimenko AV, Turashev AD, Beabealashvili RS(2015)牛睾丸透明质酸酶三维模型中硫酸软骨素结合位点的分层和修饰蛋白的糖胺聚糖涂层的有效尺寸。生物化学(莫斯科)80: 284 - 295。(Crossref)
  71. 赵建平,张晓明,张晓明,等(2007)透明质酸酶在肿瘤生长和血管生成过程中的作用。生物化学46: 6911 - 6920。(Crossref)
  72. Tatara Y, Kakizaki I, Suto S, Ishioka A, Negushi M,等。(2015)鲑鱼鼻软骨骨骺中硫酸软骨素簇定义了胶原蛋白的结合特异性。糖生物学25日:557 - 569。(Crossref)

编辑信息

主编

特里Lichtor

文章类型

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出版的历史

收稿日期:2017年2月2日
录用日期:2017年2月20日
出版日期:2017年2月23日

版权

©2017 Maksimenko AV.这是一篇开放获取的文章,根据创作共用署名许可的条款分发,允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制,前提是注明原作者和来源。

引用

Maksimenko AV(2017)血管壁功能的转化研究:系统性和特异性因素的调节作用。翻译科学3:DOI: 10.15761/JTS.1000180

相应的作者

A.V. Maksimenko

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图1所示。显示生物医学研究方向的方案,从临床实践中药物开发的各种证据和方案(А)到该药物的后续临床前实验室调查(B),然后是其临床试验和大规模生产(C)。

图2。血管管腔表面的内皮糖萼与透明质酸和糖蛋白的膜结合(syndecans和glypican-1)和可溶性(给出一般形式)蛋白聚糖示意图。syndecan族的蛋白聚糖(具有跨膜蛋白结构域)根据其糖胺聚糖链的组成可分为4个亚型。Glypican基团(通过糖基磷脂酰肌醇结构域与质膜结合)根据键合类型和糖胺聚糖链的数量分为6个亚型。glypican-1的n端片段(指向腔内)含有大量半胱氨酸残基,与syndecans的细长胞外结构域相反,这些残基决定了球状形状。内皮糖萼蛋白聚糖根据各种参数(种类来源、糖胺聚糖链的组成和数量、核心蛋白类型等)进行分类,根据其在体内的功能进行组合:内皮功能的细胞外和细胞内信号的偶联。

图3。该方案说明内皮糖萼破坏导致动脉粥样硬化、糖尿病、败血症、缺血/再灌注损伤、肿瘤血管生成、转移性生长和急性肺部疾病的发展。

图4。一个假设的方案显示主要的糖萼成分在内皮表面。细胞外超氧化物歧化酶(SOD)对内皮型硫酸肝素结构具有亲和力。硫酸Heparansulfate通过积累抗氧化剂来实现保护功能,包括细胞外SOD,它将细胞毒性超氧自由基转化为过氧化氢。

图5。牛睾丸透明质酸酶三维模型的图示可视化。指出了赖氨酸和天冬酰胺残基以及谷氨酸和天冬酰胺氨基酸的定位。6个第一级可用性赖氨酸残基(外部游离氨基酸)用绿色突出显示。

图6。由两条硫酸软骨素链共价修饰的牛睾丸透明质酸酶的三维模型(指定为CHS,突出显示灰色、红色和棕色)的可视化说明。这些链对于酶的19个赖氨酸残基(位置77、106、122、129、176、187、190、198、206、244、255、271、292、376、392、416、430、446、447)的深度修饰是必要的。酶的结构表现为带状和节段形式,被共价结合的硫酸软骨素链(30 kDa)所掩盖。

图7。牛睾丸透明质酸酶发生不可逆构象变化,Glu-149/E 149和Asp-147/D 147转移到酶结构的外围,蛋白环/活性中心链发生显著改变(紫色突出)。由糖胺聚糖配体诱导的分子动力学第40秒(米色)和第160秒(蓝色)的酶结构位置。