Рецептор тромбоксана ( TP ), также известный как простаноидный рецептор TP , представляет собой белок , который у людей кодируется геном TBXA2R . Рецептор тромбоксана является одним из пяти классов простаноидных рецепторов [5] и был первым клонированным эйкозаноидным рецептором . [6] Рецептор TP получил свое название от своего предпочтительного эндогенного лиганда тромбоксана A2 . [ 5]
Ген , отвечающий за управление синтезом рецептора тромбоксана, TBXA2R , расположен на человеческой хромосоме 19 в позиции p13.3, охватывает 15 килобаз и содержит 5 экзонов . [7] TBXA2R кодирует член суперсемейства семитрансмембранных рецепторов, связанных с G-белком . [8] [9]
Результаты молекулярной биологии предоставили окончательные доказательства существования двух подтипов рецепторов TP у человека. [5] Первоначально клонированный подтип TP из плаценты человека (длиной 343 аминокислоты) известен как α- изоформа , а вариант сплайсинга, клонированный из эндотелия (с 407 аминокислотами), называется β-изоформой. [9] Первые 328 аминокислот одинаковы для обеих изоформ, но β-изоформа демонстрирует расширенный C-концевой цитоплазматический домен. [10] Обе изоформы стимулируют клетки частично, активируя семейство Gq белков G. [6] Однако, по крайней мере, в некоторых типах клеток TPα также стимулирует клетки, активируя семейство Gs белков G, в то время как TPβ также стимулирует клетки, активируя класс Gi белков G. Это приводит к стимуляции или ингибированию, соответственно, активности аденилатциклазы и, следовательно, к совершенно разным клеточным реакциям. [6] Различия в последовательности их C-концевого хвоста также допускают значительные различия в интернализации двух рецепторов и, следовательно, десенсибилизации (т.е. потере способности стимулировать G-белок и, следовательно, клетки) после активации агонистом; TP β , но не TP α, подвергается интернализации, вызванной агонистом. [11]
Экспрессия изоформ α и β не одинакова внутри или между различными типами клеток. [9] Например, тромбоциты экспрессируют высокие концентрации изоформы α (и обладают остаточной РНК для изоформы β), в то время как экспрессия изоформы β не была задокументирована в этих клетках. [9] Изоформа β экспрессируется в эндотелии человека . [11] Более того, каждая изоформа TP может физически объединяться с: a) другой из своих изоформ, чтобы создать гомодимеры TPα-TPα или TPβ-TPβ , которые способствуют более сильной клеточной сигнализации, чем достигаемая их мономерными аналогами; b) их противоположной изоформой, чтобы создать гетеродимеры TPα-TPβ , которые активируют больше клеточных сигнальных путей, чем любая изоформа или гомодимер; и c) с рецептором простациклина (т.е. рецептором IP) для образования гетеродимеров TP-IP, которые, в отношении гетеродимеров TPα-IP, вызывают особенно интенсивную активацию аденилциклазы . Последний эффект на аденилциклазу может служить для подавления стимулирующего действия клеток TPα и, таким образом, некоторых из его потенциально вредных действий. [12]
Мыши и крысы экспрессируют только изоформу TPα. Поскольку эти грызуны используются в качестве животных-моделей для определения функций генов и их продуктов, отсутствие у них двух изоформ TP ограничило понимание индивидуальных и различных функций каждой изоформы рецептора TP. [13]
Исторически наибольшее внимание уделялось участию рецепторов TP в функционировании тромбоцитов. Однако теперь ясно, что рецепторы TP широко распространены в различных типах клеток и среди различных систем органов. [9] Например, рецепторы TP были локализованы в сердечно-сосудистых, репродуктивных, иммунных, легочных и неврологических тканях, среди прочих. [9] [14]
Стандартные простаноиды имеют следующую относительную эффективность в качестве лигандов рецепторов при связывании и активации TP: TXA 2 = PGH2 >> PGD2 = PGE2 = PGF2alpha = PGI2 . Поскольку TXA 2 крайне нестабилен, исследования связывания рецепторов и биологические исследования TP проводятся со стабильными аналогами TXA 2 , такими как I-BOP и U46619 . Эти два аналога имеют половину своей максимальной связывающей способности и клеточно-стимулирующей активности при ~1 и 10-20 наномолярных концентрациях соответственно; предполагается, что TXA 2 и PGH2 (который также нестабилен) имеют связывающую и клеточно-стимулирующую активность в этом диапазоне. PGD2, PGE2, PGF2alpha и PGI2 обладают связывающей и стимулирующей активностью, которая более чем в 1000 раз слабее, чем I-BOP, и поэтому предполагается, что они не обладают заметной способностью стимулировать TP in vivo. 20-гидроксиэйкозатетраеновая кислота (20-HETE) является полным агонистом, а некоторые изопростановы , например, 8-изо-PGF2 альфа и 8-изо-PGE2, являются частичными агонистами рецептора TP. В моделях животных и тканях человека они действуют через TP, способствуя реакции тромбоцитов и стимулируя сокращение кровеносных сосудов. [15] Синтетические аналоги TXA 2 , которые активируют TP, но относительно устойчивы к спонтанной и метаболической деградации, включают SQ 26655, AGN192093 и EP 171, все из которых обладают связывающей и активирующей активностью для TP, аналогичной I-BOP. [13] [16] [17]
Несколько синтетических соединений связываются с TP, но не активируют его, и тем самым ингибируют его активацию путем активации лигандов. Эти антагонисты рецепторов включают I-SAP, SQ-29548, S-145, домитробан и вапипрост, все из которых имеют сродство к связыванию TP, аналогичное сродству I-BOP. Другие известные антагонисты рецепторов TP — это сератродаст (AA-2414), терутробан (S18886), PTA 2 , 13-APA, GR-32191, сулотробан (BM-13177), SQ-29,548, SQ-28,668, ONO-3708, Bay U3405, EP-045, BMS-180,291 и S-145. [5] [18] Многие из этих антагонистов рецепторов TP были оценены как потенциальные терапевтические средства для лечения астмы , тромбоза и гипертонии . [18] Эти оценки показывают, что антагонисты рецепторов TP могут быть более эффективными, чем препараты, которые селективно блокируют выработку ингибиторов тромбоксансинтазы TXA 2. [18] Этот, казалось бы, парадоксальный результат может отражать способность PGH2, выработка которого не блокируется ингибиторами, заменять TXA 2 при активации TP. [13] Были обнаружены новые антагонисты рецепторов TP, которые также обладают активностью в снижении выработки TXA 2 путем ингибирования циклооксигеназ , и они находятся в стадии разработки для тестирования на животных моделях. [19]
TP классифицируется как сократительный тип простаноидного рецептора на основе его способности сокращать различные типы тканей, содержащих гладкие мышцы, такие как ткани легких, кишечника и матки. [20] TP сокращает гладкие мышцы и стимулирует различные реакции в широком диапазоне других типов клеток путем связывания и мобилизации одного или нескольких семейств класса G-белков рецептор-регулируемых сигнальных молекул клеток. При связывании с TXA 2 , PGH 2 или другими его агонистами TP мобилизует членов: [14] [21] [22]
После активации этих путей способность рецепторов TP стимулировать клетки быстро обращается вспять в результате процесса, называемого гомологичной десенсибилизацией , т. е. TP больше не может мобилизовать свои мишени G-белка или дополнительно стимулировать функцию клетки. Впоследствии β-, но не α-изоформа TP подвергается интернализации рецептора . Эти события подавления рецептора запускаются рецепторными киназами, связанными с G-белком, мобилизованными во время активации рецептора TP. Агенты, независимые от рецептора TP, которые стимулируют клетки активировать протеинкиназы C или протеинкиназы A, также могут подавлять TP в результате процесса, называемого гетерологичной десенсибилизацией . Например, активация простациклинового рецептора (IP) , вызванная простациклином I2 (PGI2) , и активация простагландинового рецептора DP1, вызванная простагландином D2, вызывают десенсибилизацию рецептора TP путем активации протеинкиназ A, в то время как активация простагландинового рецептора F, вызванная простагландином F2альфа , и активация простагландинового рецептора EP1, вызванная простагландином E2, десенсибилизируют TP путем активации протеинкиназ C. Эти реакции десенсибилизации служат для ограничения действия агонистов рецепторов, а также общей степени возбуждения клеток. [12]
В дополнение к своей способности подавлять TPα, рецептор IP активирует клеточные сигнальные пути, которые противодействуют тем, которые активируются TP. Более того, рецептор IP может физически объединяться с рецептором TPα, образуя гетеродимерный комплекс IP-TPα, который при связывании с TXA 2 активирует преимущественно клеточные сигнальные пути, связанные с IP. Природа и степень многих клеточных ответов на активацию рецептора TP, таким образом, модулируются рецептором IP, и эта модуляция может служить для ограничения потенциально пагубных эффектов активации рецептора TP (см. следующий раздел о функциях). [12] [13]
Исследования с использованием животных, генетически модифицированных с отсутствием рецептора TP, и изучение действия агонистов и антагонистов этого рецептора на животных и на ткани животных и человека показывают, что TP выполняет различные функции у животных и что эти функции также встречаются у людей или служат парадигмой для дальнейшего изучения.
Тромбоциты человека и животных , стимулированные различными агентами, такими как тромбин, производят TXA 2 . Ингибирование этого производства значительно снижает конечную адгезию, агрегацию и дегрануляцию тромбоцитов (т. е. секрецию содержимого гранул) в ответ на исходный стимул. Кроме того, тромбоциты мышей, лишенных рецепторов TP, имеют аналогичные дефектные реакции адгезии, агрегации и дегрануляции, и эти мыши с дефицитом TP не могут образовывать стабильные сгустки крови и, как следствие, проявляют тенденцию к кровотечениям. TP, как показывают исследования, является частью положительной обратной связи, которая функционирует для содействия адгезии тромбоцитов, агрегации, дегрануляции и тромбоцит-индуцированным реакциям свертывания крови in vitro и in vivo. Направляемые тромбоцитами функции TP во многих отношениях противоположны функциям рецептора IP . Это дополнительно указывает (см. предыдущий раздел), что баланс между осями TXA 2 -TP и PGI 2 -IP способствует регулированию функции тромбоцитов, свертыванию крови и кровотечению. [14] [13]
Исследования на животных моделях показывают, что активация рецептора TP сокращает сосудистые гладкомышечные клетки и действует на сердечные ткани, увеличивая частоту сердечных сокращений, вызывая сердечные аритмии и вызывая ишемию миокарда . Эти эффекты могут лежать в основе, по крайней мере частично, защитных эффектов нокаута гена TP у мышей. Мыши TP(-/-): a) устойчивы к кардиогенному шоку, вызванному инфузией агониста TP, U46619, или предшественника простагландина и тромбоксана A 2 , арахидоновой кислоты ; b) частично защищены от повреждения сердца, вызванного гипертонией у мышей с дефицитом рецептора IP , получающих высокосолевую диету; c) не подвержены развитию гипертонии, вызванной ангиотензином II и метиловым эфиром N-нитроаргинина, вместе с сопутствующей гипертрофией сердца; d) устойчивы к повреждению сосудов, вызванному повреждением наружной сонной артерии, вызванным баллонным катетером; e) менее вероятно развитие тяжелой дисфункции микроциркуляции печени, вызванной TNFα , а также повреждение почек, вызванное TNFα или эндотоксином бактериального происхождения ; и f) замедление развития сосудистого атеросклероза у мышей с нокаутированным геном ApoE . [12] [13] [14] [23] Кроме того, антагонисты рецепторов TP уменьшают размер инфаркта миокарда в различных моделях животных этого заболевания и блокируют сердечную дисфункцию, вызванную обширной ишемией тканей в моделях животных с дистанционным ишемическим прекондиционированием . [24] Таким образом, TP имеет широкий спектр функций, которые, как правило, вредны для сердечно-сосудистой сети у животных и, скорее всего, у людей. Однако функции TP не являются одинаково вредными для сердечно-сосудистой системы: у мышей с истощенными рецепторами TP наблюдается увеличение повреждения сердца, а также смертности из-за заражения трипаносомой крузи . Механизмы, лежащие в основе этого предполагаемого защитного эффекта, и его применимость к людям пока неизвестны. [14]
20-гидроксиэйкозатетраеновая кислота (20-HETE), продукт арахидоновой кислоты, образованный омега-гидроксилазами цитохрома P450 , [25] и некоторые изопростаны, которые образуются путем неферментативной атаки свободных радикалов на арахидоновую кислоту, [17] сужают препараты артерий грызунов и человека, напрямую активируя TP. Хотя он значительно менее эффективен, чем тромбоксан A2 в активации этого рецептора, исследования препаратов мозговых артерий крыс и человека показывают, что увеличение кровотока через эти артерии запускает выработку 20-HETE, который, в свою очередь, связывает рецепторы TP, чтобы сузить эти сосуды и тем самым уменьшить их кровоток. Действуя в последнем качестве, 20-HETE, как предполагается, функционирует как аналог TXA 2 для регулирования притока крови к мозгу и, возможно, другим органам. [15] [26] Изопростаны образуются в тканях, подвергающихся острому или хроническому окислительному стрессу , например, в местах воспаления и артериях больных диабетом. [17] Высокие уровни изопростанов образуются в ишемических или иным образом поврежденных кровеносных сосудах и, действуя через TP, могут стимулировать артериальное воспаление и пролиферацию гладких мышц; предполагается, что эта ось изопростан-TP способствует развитию атеросклероза и, следовательно, сердечных приступов и инсультов у людей. [17] [19]
Активация рецептора TP сокращает препараты гладкой мускулатуры бронхов, полученные от животных моделей, а также людей, и сокращает дыхательные пути в животных моделях. [14] В мышиной модели астмы (т. е. гиперчувствительности к овалабумину) антагонист рецептора TP уменьшил количество эозинофилов, инфильтрирующих легкие, судя по их содержанию в жидкости бронхоальвеолярного лаважа , а в мышиной модели астмы, вызванной пылевым клещом, удаление TBXA2R предотвратило развитие сокращения дыхательных путей и легочной эозинофилии в ответ на аллерген. Другие агонисты рецептора TP также уменьшили реактивность бронхов дыхательных путей на аллерген, а также симптомы у добровольцев с астмой. [27] Рецептор TP, по-видимому, играет существенную роль в проастматических действиях лейкотриена C4 (LTC4): у мышей, сенсибилизированных овальбумином, лейкотриен C4 увеличивал количество эозинофилов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа и одновременно снижал процент эозинофилов в крови, но эти реакции не наблюдались у мышей с дефицитом TBXA2R . LTC4 также стимулировал экспрессию в легких провоспалительных внутриклеточных молекул адгезии, ICAM-1 и VCAM-1, с помощью механизма, зависящего от рецептора TP. [28] Эти результаты свидетельствуют о том, что TP способствует развитию астмы в животных моделях, по крайней мере частично, опосредуя действия LTC4. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, могут ли антагонисты рецептора TP быть полезными для лечения астмы и других синдромов сужения дыхательных путей, таких как хронические обструктивные заболевания легких у людей.
Наряду с PGF2α , действующим через свой FP-рецептор , TXA 2 , действующий через TP, сокращает препараты гладких мышц матки у грызунов и людей. Поскольку матка человека теряет чувствительность к PGP2α, но не к TXA 2 на ранних стадиях родов при вагинальных родах , агонисты TP, как предполагается, могут быть полезны для лечения преждевременных родовых неудач. [14]
Активация рецепторов TP стимулирует провоспалительные реакции эндотелиальных клеток сосудов, такие как повышенная экспрессия адгезионных белков клеточной поверхности (т. е. ICAM-1 , VCAM-1 и E-селектин ); стимулирует апоптоз (т. е. гибель клеток) лимфоцитов CD4+ и CD8+ ; вызывает хемокинез (т. е. движение клеток) собственных Т-клеток ; и нарушает адгезию дендритных клеток к Т-клеткам, тем самым подавляя зависимую от дендритных клеток пролиферацию Т-клеток. Мыши с дефицитом TP проявляют усиленную реакцию контактной гиперчувствительности на тимоциты DNFB в тимусе этих мышей с дефицитом, устойчивые к апоптозу, вызванному липополисахаридом . У мышей с истощенными рецепторами TP также постепенно с возрастом развивается обширная лимфаденопатия и, в связи с этим, повышенные иммунные ответы на чужеродные антигены. Эти исследования показывают, что сигнализация TXA2-TP функционирует как отрицательный регулятор взаимодействий DC-T-клеток и, возможно, тем самым, приобретения приобретенного иммунитета у мышей. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы перенести результаты исследований на мышах на людей. [14] [29] [30]
Описана повышенная экспрессия циклооксигеназ и их потенциальное участие в прогрессировании различных видов рака у человека. Некоторые исследования предполагают, что метаболит TXA 2 ниже по течению этих циклооксигеназ вместе с его рецептором TP способствуют опосредованию этого прогрессирования. Активация TP стимулирует пролиферацию опухолевых клеток, миграцию, неоваскуляризацию , инвазивность и метастазирование в моделях животных, моделях клеток животных и человека и/или образцах тканей человека при раке простаты, груди, легких, толстой кишки, мозга и мочевого пузыря. [14] [31] Эти результаты, хотя и предполагают, требуют трансляционных исследований для определения их релевантности для указанных видов рака у человека.
В отдельных случаях у людей с легкой и умеренной склонностью к кровотечениям были обнаружены мутации в TP, которые связаны с дефектами связывания аналогов TXA 2 с этими рецепторами , активирующими сигнальные пути клеток и/или функциональными реакциями тромбоцитов не только на агонисты TP, но и на агенты, стимулирующие тромбоциты с помощью TP-независимых механизмов (см. раздел «Геномика» ниже). [15]
Антагонист рецептора TP сератродаст продается в Японии и Китае для лечения астмы. Пикотамид , двойной ингибитор синтеза TP и TXA 2 , лицензирован в Италии для лечения клинического артериального тромбоза и заболевания периферических артерий. [15] Эти препараты пока не лицензированы для использования в других странах.
В то время как функциональные роли сигнализации рецептора TP в различных гомеостатических и патологических процессах были продемонстрированы на животных моделях, у людей эти роли были продемонстрированы в основном в отношении функции тромбоцитов, свертывания крови и гемостаза . Также было предложено, что TP участвует в регуляции артериального давления и кровотока в органах человека; эссенциальной и вызванной беременностью гипертонии; сосудистых осложнениях из-за серповидноклеточной анемии; других сердечно-сосудистых заболеваниях, включая сердечный приступ , инсульт и заболевания периферических артерий ; сокращении матки при родах; и модуляции врожденных и адаптивных иммунных реакций, включая те, которые способствуют различным аллергическим и воспалительным заболеваниям кишечника, легких и почек. [9] Однако многие из исследований на животных моделях и тканях, подтверждающих эти предполагаемые функции, еще не были доказаны напрямую применимыми к заболеваниям человека. Исследования, которые предоставят эти доказательства, в первую очередь основаны на определении того, являются ли антагонисты рецептора TP клинически полезными. Однако эти исследования сталкиваются с проблемами, связанными с тем, что препараты, которые косвенно нацелены на TP (например, нестероидные противовоспалительные препараты , которые блокируют выработку TXA 2 ) или которые обходят TP (например, антагонисты P2Y12 , которые ингибируют активацию тромбоцитов, и кортикостероиды и антагонисты рецептора цистеиниллейкотриена 1 , которые подавляют аллергические и/или воспалительные реакции), являются эффективными методами лечения многих предположительно TP-зависимых заболеваний. Эти препараты, вероятно, будут дешевле и могут иметь более серьезные побочные эффекты, чем препараты, нацеленные на TP. [14] Эти соображения могут помочь объяснить, почему относительно мало исследований изучали клиническую полезность препаратов, нацеленных на TP. Были проведены или проводятся следующие трансляционные исследования антагонистов TP: [27] [19]
В дополнение к вышеуказанным антагонистам TP, в клинической разработке находятся препараты, которые обладают двойным ингибирующим действием, поскольку они блокируют не только TP, но и фермент, ответственный за создание TXA2 2 , тромбоксан-А-синтазу . Эти исследования двойных ингибиторов включают: [15]
Было обнаружено, что несколько изолированных и/или наследственных случаев пациентов, страдающих легким или умеренно тяжелым геморрагическим диатезом, связаны с мутациями в гене TBXA2R , которые приводят к аномалиям в экспрессии, субклеточном расположении или функции его продукта TP. Эти случаи включают: [15] [32]
Вариации полиморфизма одного нуклеотида (SNP) в гене TBXA2R связаны с аллергическими и сердечно-сосудистыми заболеваниями; к ним относятся: [33] [34]