Rola tlenku azotu (NO) w patofizjologii chorób

Syllabus

NO syntetyzowany jest z L-argininy w reakcji katalizowanej przez syntetazę NO (NOS), w której produktem ubocznym jest L-cytrulina

Izoformy NOS

• 
  nNOS (neuronalna)

• 
  eNOS (śródbłonkowa)

• mtNOS (mitochondrialna)

• iNOS (indukowalna)

• nNOS i eNOS - aktywowane przez Ca²⁺,

Ca²⁺, + kalmodulina = kompleks aktywujący

• NO w ilościach fizjologicznych (pM) jest mediatorem działającym głównie przez aktywację cyklazy guanylowej (=> wzrost cGMP)

• mtNOS

• Ca-zależna

• Wpływa regulująco na równowagę energetyczną mitochondriów; wzrost akt wskutek przeładowania mitochondriów jonami Ca => zakwaszenie macierzy mitochodriów i zmniejszenie mitochondrialnego potencjału przezbłonowego

Inhibitory NOS

• Analogi argininy

• Endogenne: ADMA (asymetryczna dimetylarginina)

• Egzogenne: N-monometyloarginina, tiocytrulina)

• „Wymiatacze”

• Endogenne: GSH, homocysteina, hemoglobina, nadtlenki, lipoperoxydy w blaszce miażdżycowej)

• Egzogenne: N-acetylocysteina

Działanie NO

• Wazodylatacja (EDRF), relaksacja mięśni

• Neurotransmisja, neuromodulacja

• Reakcje obronne przed bakteriami i grzybami; cytotoksyczność; eliminacja komórek nowotworowych; przeciwstawne efekty w infekcjach wirusowych

Efekty NO - zależne i niezależne od cGMP

• cGMP-zależne

• Relaksacja mięśni gładkich

NANC Nitraty organiczne

Receptor Śródbłonek Mm. gładkie

Ach (M3) PLC cGMP

HA, BK Ca2+ i PKG

eNOS-CaM

fosforylacja

ADP, ATP kanałów Ca i K

relaksacja mięśni

• Hamowanie adhezji i agregacji płytek

• NO w śródbłonku => aktywacja COX-PG

• NO płytkowy => sprzężenie zwrotne ujemne w trakcie aktywacji = inaktywacja TXA2

• Formy nadtlenkowe (ONOO-) => aktywacja płytek !!!

- Neurotransmisja

Receptory glutaminiano-NMDA na neuronach postsynaptycznych => wzrost Ca²⁺_i =>

aktywacja nNOS-CaM => produkcja NO => wzrost syntezy cGMP => rozprzestrzenianie się sygnału na presynaptyczne neurony CNS (długotrwałe pobudzenie, depresja), PNS i neurony sensoryczne

• cGMP- niezależne

• Hamowanie syntezy DNA

Reduktaza rybonukleotydów NPD-IdNDP

• Hamowanie metabolizmu energetycznego komórek

• Mitochondrialnej cis-akonitazy (cykl Krebsa)

• Enzymów łańcucha oddechowego (syntazy ATP)

• Dehydrogenazy 3-fosfogliceroaldechydowej (glikoliza)

• Poli(ADP-rybozo)polimerazy - PARP (utylizacja NAD+, ATP)

• Produkcja form nadtlenowych

• Regulacja metabolizmu żelaza

IRP-1 (Iron Regulatory Protein-1; cis-akonitaza cytoplazmatyczna)

Spadek Fe => wzrost syntezy NO => uwolnienie Fe-S- związanego z 3'mRNA dla receptorów dla transferyny => stabilizacja mRNA, wzrost translacji => zwiększona dostawa Fe

5'mRNA dla ferrytyny, ery ALA-S <= hamowanie translacji => Fe używane jest jako kofaktor

NO i mitochondria

• Blokowanie oksydazy cytochromu C (wiązanie do grupy hemowej) =>

produkcji jonu nadtlenkowego w mitochondrialnym łańcuchu odd.

Ewent. + NO = nadtlenek azotu

Obie subst. => hamowanie kompleksów łańcucha oddechowego I, III, IV i cis-akonitazy (enz. cyklu kw. trójkarboksylowych) przez wiązanie w centrach Fe-S

Zmniejszona aktywność cis-akonitazy zaburza rozkład acetyloCoA do CO₂ co upośledza generowanie NADH koniecznego do fosporylacji oksydatywnej

• nadtlenek azotu OH^o

(najbardziej reaktywna substancja powodująca zniszczenie tkanek i kom. w zapaleniu (wyzwala peroksydację lipidów, mutacje DNA, modyfikacje białek, apoptozę i efekty cytotoksyczne)

rodnik NO₂^o => nitracja reszt tyrozynowych białek

NO i infekcje wirusowe

• Efekt antywirusowy p/w wirusowi ospy mysiej powodującej ektromelię, HSV1, wirusowi ospy krowiej = blokowanie syntezy DNA (przez hamowanie wirusowej reduktazy rybonukleotydów? - cześciowe odwrócenie efdektu przez dostarczenie deoxyrybonukleozydów)

• Promujący efekt na replikację HIV-1 i wirusa krowianki

NO i apoptoza

• Zależność od stężenia, kierunku przepływu i typu komórki

• Aktywuje ścieżki transdukcji prowadzącej do apoptozy. Efekt proapoptotyczny często obserwowany jest gdy NO reaguje z nadtlenkiem => nadtlenek azotu

• Ochrona komórek przed spontaniczna lub indukowaną apoptozą przez:

• oksydację i S-nitrozylację aktywnej cysteiny,

• stymulację cGMP-zależnej kinazy proteinowej

• modulację rodziny genów Bcl-2/Bax

• indukcję Hsp 70

• interakcję ze ścieżką ceramidów

• Stan redox komórek - główny parametr determinujący końcowy efekt NO na namnażanie i przeżycie komórek

NO w klinicznych stanach chorobowych

NIEWYDOLNOŚĆ SERCA

• Znaczenie ma mieć w : niedokrwiennej i nie-niedokrwiennej niewydolności serca, kardiomiopati przegrodowej, odrzucaniu przeszczepu, zapaleniu mięśnia sercowego

• Funkcje: regulacja kurczliwości i podatności miokardium, częstości skurczów, stanu napięcia naczyń wieńcowych, zużycia tlenu przez miokardium, oddychania mitochondrialnego i apoptozy

• Poprawia wydolność mechaniczną lewej komory (optymalizacja równowagi pomiędzy pracą serca i zużyciem tlenu)

• Korzystne efekty przy niskich fizjologicznych stężeniach generowanych przez eNOS lub nNOS

• iNOS produkuje wyższe stężenia NO => efekty niekorzystne

• Beta3-adrenoreceptory mediują negatywny efekt inotropowy (obserwowany w niewydolności serca) przez aktywację eNOS

• Przewaga β3 rec nad β1 i β2 może grać rolę przczynową w patogenezie chorób serca, jak terminalna niewydolność serca

• Zmiany w ekspresji eNOS lub iNOS w miokardium mogą zaburzać równowagę między efektami działania NO produkowanego przez różne izoformy

• Nowe metody lecznicze: selektywne blokowanie iNOS, promowanie ekspresji eNOS i selektywne modulatory β3-rec

NADCIŚNIENIE PŁUCNE

• Rola mutacje genu BMPR2 (rodzina recc TGF β) w patogenezie nadiśnienia

• Predyspozycje genetyczne mogą dyktować odpowiedź komórek tt. płucnych: fibroblastów, kom. mm. gł., kom. śródbłonka oraz płytek i leukocytów

• Terapia: diuretyki, antykoagulanty, PGs, wysokie dawki Ca-blokerów, długotrwałe infuzje iv PGI2, wziewne podawanie analogów PGI2 (iloprost) i NO

CHOROBY PRZEWODU POKARMOWEGO

• Główny NACA neurotransmitter, sytentyzowany w splocie mięśniowym (nNOS), reguluje:

• Napięcie mięśniowe zwieraczy

• Odruch akomodacyjny dna żołądka i perystaltyczny jelit

• NOS-INH przedłużają opróżnianie żołądkowe i zwalniają tranzyt w okrężnicy

• 
  nNOS => ? Achalazja, gastropareza cukrzycowa, niemowlęca przerostowa stenoza odźwiernika, choroby Hirschsprunga i Chagasa, dyspesja czynnościowa

• odnerwienie zewnętrzne może wzmagać ekspresję nNOS =>przewlekła niedrożność rzekoma?

• model zwierzęcy colitis wykazał upośledzoną ekspresją nNOS w splocie mięśniowym ~ rola poprzedzającej zachorowanie infekcji ? (także w dyspepsji i chorobie Chagasa)

Gastropatia w nadciśnieniu wrotnym

• Nadciśnienie wrotne + zaburzenia hemodynamiki krążenia lokalnego => zastój krwi w górnej części żołądka i zniszczenie tkanki => aktywacja cytokin i czynników wzrostowych (np. TNFα) => aktywacja eNOSi ET1 w śluzówce żołądka

• nadprodukcja NO => krążenie hiperdynamiczne i nadprodukcja nadtlenku azotu

Ostra niewydolność wątroby w przebiegu wstrząsu krwotocznego

• Nadmiar NO produkowanego przez iNOS ma odpowiadać za uszkodzenie wątroby w przebiegu wstrząsu krwotocznego => produkcja wolnych rodników, TNF i innych cytokin zapalnych

• ?? L-arginina ma działanie protekcyjne ~ stymulacja produkcji NO przez eNOS

Zaburzenia metabolizmu amoniaku

• Enzymopatie cyklu mocznikowego, zespół Reya i niewydolność wątroby => obrzęk mózgu i zaburzenia neurologiczne

• Nadmiar amoniaku przekracza BBB przez dyfuzję pod postacią NH3

• Amoniak wywiera efekt na neurotransmisję mediowaną przez rec glutaminowy (AMPA)

• Amoniak hamuje też transport glutaminianu przez wpływ na ekspresję transporterów glutaminianu (=> wzrost jego stężenia pozakomórkowego)

• Ostra hiperamonemia bezpośrednio aktywuje podklasę recc NMDA => wzrost stęż Ca2+ => wzrost stęż NO i cGMP => toksyczny efekt w postaci spadku produkcji ATP

• Przewlekła hiperamonemia => utrata recc NMDA

ZMIANY W SYNAPSACH MÓZGOWYCH W PROCESACH STARZENIA

• Rola NO i wolnych rodników w apoptozie

• Upośledzenie mikrokrążenia mózgowego

• Metaboliczne przejawy starzenia się komórek nerowych

• Neuroprotekcyjna rola IGF-1 i sterydów jajnikowych

• Rola stresu w starzeniu

INNE CHOROBY UKŁADU NERWOWEGO

• Przyczynowa rola w patogenezie przelekłych bólów głowy

• Infuzja donorów NO może wywołać atak

• Produkty metabolizmu NO w zwiększonym stężeniu w krążeniu mózgowym u pacjentów z bólami głowy

• Rola neuroprotekcyjna lub neurotoksyczna w: HAD, stwardnieniu bocznym zanikowym, MS, chorobie Parkinsona, Azheimera i Huntingtona

- w zależności od innych czynników, z którymi mogą współdziałać lub im przeciwdziałać

NO I NERKI

• nNOS występuje w plamce gęstej nerek. Stępia ona odruch cewkowokłębuszkowy, który powoduje skurcz tętniczki doprowadzającej w odpowiedzi na ładunek sodu w cewce krętej i reguluje uwalnianie reniny z aparatu przykłębuszkowego

• NO pochodzący z plamki gęstej może działać auto- i parkaynnie. Aktywność NO w aparacie przykłębuszkowym jest silnie hamowana przez stres oksydacyjny w modelu nadciśnienia

• nNOS reguluje adaptację hemodynamiki nerek i prawdopodobnie wydzielanie reniny w odpowiedzi na zmiany ciśnienia krwi i spożycie soli kuchennej

UKŁAD MOCZOWO-PŁCIOWY

• Podstawowa rola w powstawaniu wzwodu (modulowane przez sildenafil)

• ? Udział w relaksacji wypieracza moczu i rozwoju zapalenia śródmiązszowego pęcherza moczowego

• Produkowany w kom. nabłonkowych i miąższowych gruczołu krokowego i jego włóknach nerwowych ~ rola w BPH?

UKŁAD RUCHU

Osteoartritis (OA)

• Artropatia niezapalna, w której rolę ma odgrywać IL-1 powodująca wzrost syntezy NO i PGE2 przez chondrocyty (=> zmiany komórkowe obserwowane w OA)

Osteoporoza

• Estrogeny, statyny i nienasycone kwasy tłuszczowe działąją anty/OP

- przez wzrost syntezy NO (eNOS)??

Miopatie zapalne

• Reaktywne pochodne tlenowe (ROI) i NO są produkowane w zwiększonej ilości w zapalnych chorobach mięsni o podłożu autoimmunologicznym (PM, DM)

• NO w niskich stężeniach ma efekt protekcyjny <= upregulacja antyapoptotycznych białek jak Bcl-2 w miocytach i kom. zapalnych?

POSOCZNICA I WSTRZĄS SEPTYCZNY

• Posocznica - heterogenny zespół powodowany systemową odpowiedzią zapalną na infekcję. Wstrząs septyczny związany jest z postępującą niewydolnością wielu narządów

• Rola NO ?:

• Wazodylatacja

• Agreagacja płytek i aktywacja neutrofili

• Regulacja narządowego przepływu krwi

• We wstrząsie spada aktywność śródbłonkowej eNOS i wzrasta ekspresja i aktywność i NOS

• Wykazano dotychczas, że:

• donory NO mają działanie korzystne a hamowanie aktywności eNOS negatywne na przebieg wstrząsu

• Selektywne hamowanie iNOS zmniejszają uszkodzenie tkanki płucnej i ekspresję cytokin prozapalnych

Formy konstytutywne

---