Дипальмитоилфосфатидилхолин ( DPPC ) представляет собой фосфолипид (и лецитин ), состоящий из двух групп C 16 пальмитиновой кислоты , присоединенных к головной группе фосфатидилхолина .
Это основной компонент легочных сурфактантов, который уменьшает работу дыхания и предотвращает коллапс альвеол при дыхании. Он также играет важную роль в изучении липосом и бислоев человека. [2] [3]
Легочное поверхностно-активное вещество (ЛС) — поверхностно-активное вещество, вырабатываемое большинством дышащих воздухом животных с целью снижения поверхностного натяжения слоя воды, где происходит газообмен в легких, поскольку движения при вдохе и выдохе могут вызвать повреждение. если энергии недостаточно для поддержания структурной целостности альвеол.
Монослой, образуемый ЛС на границе раздела, состоит преимущественно из фосфолипидов (80%), а также белков (12%) и нейтральных липидов (8%). Среди фосфолипидов наиболее распространен фосфатидилхолин (ФХ, или лецитин) (70–85%), который, в свою очередь, составляет основу пула аналогичных диацилфосфатидилхолинов, из которых 50% составляет дипальмитоилфосфатидилхолин или ДПФХ. [4]
Хотя сам DPPC уже обладает способностью снижать поверхностное натяжение альвеолярной жидкости, белки и другие липиды в поверхностно-активном веществе еще больше облегчают адсорбцию кислорода на границе раздела воздух-жидкость.
DPPC представляет собой вариант фосфатидилхолина. В его структуру входят как гидрофильная «голова», так и гидрофобные «хвосты», и именно такое расположение позволяет ему снижать поверхностное натяжение слоя воды. Холиновый радикал образует полярную гидрофильную головку; он ориентирован и распространяется в альвеолярную жидкость. Цепи пальмитиновой кислоты (С 16 ) образуют неполярные гидрофобные хвосты; они ориентированы на внешнюю сторону.
Синтез фосфолипидов, содержащихся в легочном сурфактанте, происходит в эндоплазматическом ретикулуме пневмоцитов II типа. Легочный сурфактант содержит как белковые, так и липидные компоненты. Более конкретно, было обнаружено, что фосфатидилхолин (ФХ) является наиболее распространенным фосфолипидом (70–85%) и что ФХ в основном присутствует в виде дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ).
Синтез фосфатидилхолина de novo в легких происходит преимущественно из цитидиндифосфатхолина (ЦДФ-холина). Превращение ЦДФ-холина в фосфатидилхолин осуществляется под действием холинфосфатцитидилтрансферазы. В определенных условиях регуляторную роль могут играть ферменты холинкиназа, глицерин-3-фосфатацилтрансфераза и фосфатидатфосфатаза.
Из общего количества DPPC в легочном сурфактанте 45% происходит в результате биосинтеза de novo . Остальное образуется за счет механизмов трансацилирования, при которых пальмитоильные группы заменяются ненасыщенными ацильными цепями других родственных диацилфосфатидилхолинов. [5] Удаление ацильных цепей из этих родственных соединений приводит к образованию лизофосфатидилхолина; Реацилирование пальмитоил-КоА затем облегчается лизофосфатидилхолин-ацилтрансферазой с образованием DPPC.
Этот фосфолипид находится в твердой/гелевой фазе при 37 °C (при эффективной температуре человеческого тела). Его температура плавления составляет около 41,3 °C. Поэтому при температуре выше 41 °С ДПФХ находится уже не в гелевой фазе, а в жидкой. [6]
Было продемонстрировано, что при контакте с поверхностями диоксида кремния бислои ДПФХ имеют различные свойства в зависимости от температуры.
Толщина слоя остается одинаковой при 25 °С и при 39 °С. Однако при дальнейшем повышении температуры до 55 °С двухслойная структура ДПФХ существенно меняется, что приводит к уменьшению толщины слоя. Причина этой особенности заключается в том, что фактически при 55 °C ДПФХ находится в неупорядоченном жидком состоянии, тогда как при более низкой температуре он находится в более упорядоченном гелеобразном состоянии.
Температура также влияет на шероховатость слоя, которая начинает незначительно меняться при понижении температуры до 25 °C.
Наконец, несущая способность бислоя выше при температуре, превышающей температуру фазового перехода (из-за его повышенной текучести). Когда эта молекула находится в жидком состоянии, где текучесть намного выше, считается, что бислой также развивает способность к самовосстановлению. [7]
DPPC представляет собой амфипатический липид. Эта характеристика обусловлена его гидрофильной головкой, состоящей из полярной группы фосфатидилхолина, и гидрофобными хвостами, образованными двумя цепями неполярной пальмитиновой кислоты (C 16 ). Эта особенность позволяет DPPC легко и спонтанно образовывать мицеллы, монослои, бислои и липосомы при контакте с полярным растворителем.
DPPC является основным фосфолипидом легочного сурфактанта и поверхностно-активным из-за его амфипатического поведения и адсорбционной способности. [8] Однако адсорбция не является оптимальной при температуре человеческого тела только для ДПФХ, поскольку при 37 ° C он находится в гелевой фазе. Присутствие некоторых ненасыщенных фосфолипидов (таких как диолеоилфосфатидилхолин [ДОФХ] или фосфатидилглицерин ) и холестерина увеличивает текучесть поверхностно-активного вещества, поэтому оно может более эффективно адсорбировать кислород. [9] Например, когда эта смесь контактирует с водой, она накапливается на границе раздела вода-воздух и образует тонкую поверхностную пленку поверхностно-активного вещества. Полярные головки молекул, составляющих ПАВ, притягиваются полярными молекулами жидкости (в данном случае молекулами H 2 O), вызывая значительное уменьшение поверхностного натяжения воды.
DPPC обычно используется в исследовательских целях, например, для создания липосом и бислоев, которые используются в более масштабных исследованиях. Метод Ленгмюра -Блоджетт позволяет синтезировать липосомальные бислои DPPC. В настоящее время эти липосомы используются при изучении свойств этого фосфатидилхолина и его использования в качестве механизма доставки лекарств в организм человека.
Кроме того, поскольку динамика слияния пузырьков различна для липидов в гелевой фазе и жидкой фазе, это позволяет ученым использовать DPPC вместе с DOPC в атомно-силовой микроскопии и атомно-силовой спектроскопии. [10] [11]
Дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ) обычно используется в составе некоторых лекарств, используемых для лечения респираторного дистресс-синдрома (РДС) у новорожденных. Современные синтетические поверхностно-активные вещества представляют собой комбинации DPPC вместе с другими фосфолипидами, [12] нейтральными липидами и липопротеинами .
Лечение недоношенных детей с РДС с использованием сурфактантов было первоначально разработано в 1960-х годах, и недавние исследования продемонстрировали улучшение клинических результатов. [13] Первым лечением, назначаемым некоторым новорожденным с РДС, было введение сурфактантных фосфолипидов, в частности DPPC, посредством аэрозоля (Robillard, 1964). [ необходима полная цитата ] Это лечение оказалось неэффективным, поскольку введение только DPPC не дало никаких положительных эффектов. В дальнейшем были проведены исследования по поиску более эффективных препаратов для лечения этого заболевания.
Легочные поверхностно-активные вещества можно разделить на три типа: [14]
Первое поколение безбелковых синтетических поверхностно-активных веществ содержало только ДПФХ. Наиболее известен колфосцерил пальмитат . [14]
ПАВ второго поколения имели природное (животное) происхождение и получали из легких крупного рогатого скота или свиней. Поверхностно-активными веществами, экстрагированными из бычьих легких, были Инфасурф и Альвофакт, экстракты свиных легких включали Куросурф, а вещества, полученные из модифицированных экстрактов бычьих легких, включали Сурванту или Бераксурф ( Берактант ). В отличие от новорожденных с РДС, которым вводили препараты первого поколения, тем, кого лечили сурфактантами второго поколения, требовалось меньше кислорода и респираторной поддержки в течение 72 часов после введения препарата.
Третье поколение поверхностно-активных веществ включает в себя синтетические пептиды или рекомбинантные белки. В них используется смесь различных компонентов. DPPC — это агент, используемый для уменьшения поверхностного натяжения, а остальные компоненты помогают увеличить адсорбцию кислорода. Наиболее известны Веникуте и Сурфаксин. [14] Эти препараты все еще находятся в стадии разработки, поэтому пока нет доказательств того, обладают ли они преимуществами по сравнению с препаратами второго поколения.
DPPC также используется для формирования липосом , которые используются в качестве компонентов систем доставки лекарств . [15]
Дисфункция сурфактанта — это заболевание, поражающее новорожденных детей, у которых легочного сурфактанта недостаточно для адекватного дыхания, что приводит к респираторному дистресс-синдрому (РДС). [16]
Несмотря на то, что DPPC является одним из основных компонентов легочного сурфактанта, большинство генетических ошибок, связанных с нарушением дисфункции сурфактанта, не связаны с DPPC. Скорее, основными причинами этого заболевания являются различия в выработке белков-сурфактантов B и C из-за генетических аномалий.
Однако существует генетическое заболевание, связанное с DPPC, которое вызывает дефицит выработки белка ABCA1 . Этот белок имеет решающее значение в транспортировке фосфолипидов – и, следовательно, DPPC – к пластинчатым телам альвеолярных клеток, где DPPC взаимодействует с белками сурфактанта с образованием легочного сурфактанта. [17]
Текущие исследования не могут обнаружить корреляцию между процентом ДПФХ в сурфактанте легких и сроком беременности, хотя доказанная связь была обнаружена между процентом ДПФХ и ПОФХ (пальмитоил-олеоилфосфатидилхолином) у детей с респираторным дистресс-синдромом по сравнению с детьми без него. это условие. Эти связи позволяют предположить, что конкретная композиция сурфактанта будет приводить к респираторному дистресс-синдрому независимо от срока беременности.
Корреляция между процентом DPPC и респираторным дистресс-синдромом является причиной того, что DPPC используется для изготовления лекарств для лечения новорожденных с этим заболеванием. [18]
Кроме того, было показано, что DPPC связан с инфицированием поляризованных клеток особым видом аденовируса человека (HAdV-C2). Некоторые исследования показали, что динасыщенный DPPC усиливает инфицирование клеток A59 HAdV-C2 (возможно, позволяя вирусу проникнуть через апикальную сторону поляризованных клеток). [19]