Drobečková navigace

Signální kaskáda oxidu dusnatého (NO syntáza)

Co to je NO syntáza?

Od 90. let se oxid dusnatý, chemickým vzorcem NO, těší velkému zájmu jako biologická molekula. NO se účastní funkce všech hlavních orgánových systémů. (Hampl2008odn) Ve světě léčivých rostlin skupiny adaptogenů přinesl výzkum NO velký převrat: podařilo se totiž pomocí něj vysvětlit některé předtím nevysvětlitelné účinky. Například u ženšenu se vlivem na dráhu NO podařilo vysvětlit jeho účinek na zvýšení potence, proti hypertenzi a proti dalším civilizačním nemocem. Vliv na dráhu NO byl poté zkoumán i u jiných adaptogenů (např. u lesklokorky lesklé). Na signální dráze oxidu dusnatého působí též sildenafil (Viagra) a jeho klony, nitroglycerin a další léky. Nověji se též používá inhalační terapie NO.

Oxid dusnatý – endogenní volný radikál

Oxid dusnatý lze v laboratoři snadno vyrobit reakcí kyseliny dusičné s měděnými pilinami. Nenechme se ale splést – zápach a hnědé zbarvení plynu, který se při této reakci uvolňuje není vlastností oxidu dusnatého, NO, ale dráždivého oxidu dusičitého, NO2, na který NO v přítomnosti kyslíku oxiduje.

Oxid dusnatý je radikál (má 11 elektronů) a jako takový je nestabilní. Volné radikály se běžně považují za látky tělu škodlivé, a je proto na místě zajímat se o základní chemické reakce NO, míru jeho jedovatosti a jeho konečný osud ve tkáních. Na tomto místě bych chtěl poděkovat kolegiálnímu čtenáři z firmy Linde Healthcare, který mě upozornil na nepřesnosti v předešlé verzi mého textu o NO a doporučil mi akademické odborníky, kteří se oxidu dusnatému věnují: prof. MUDr. Jana Hergeta, DrSc., vedoucího ústavu fyziologie 2. LF UK a jeho kolegu, prof. RNDr. Václava Hampla, DrSc. K zodpovězení otázek ohledně toxicity a katabolismu NO mi pomohl zejména příjemně stručný sylabus prof. Hampla, který zde označuji kódem reference Hampl2008odn.

Neškodnost fyziologických koncentrací NO ve tkáni je z evolučních důvodů zcela nepřekvapující, pořád však vyžaduje mechanistické vysvětlení. Neškodnost oxidu dusnatého plyne ze dvou faktů:

  • Oxidace NO je reakce vyššího řádu, která je za fyziologických koncentrací velmi pomalá.
  • Po ukončení své role je NO detoxikován hemoglobinem, který jej oxiduje až na dusičnan. Dusičnanový anion již není radikál a naše tělo si s ním relativně umí poradit.

Ponechán sám sobě, NO v přítomnosti kyslíku přirozeně oxiduje na NO2. V roztoku je tato oxidace až 200× rychlejší a produktem autooxidace jsou dusitany. Tato oxidační reakce je ale z hlediska koncentrace NO silně kooperativní a při nízkých koncentracích NO téměř zcela ustává (což je zajímavé). Při fyziologických koncentracích (< 10µM) neprobíhá téměř vůbec. Nenárokuji si v tomto směru žádnou hloubku znalostí, ale pokud to chápu správně, tak NO, ač reaktivní, nemůže kvůli spinu svého lichého elektronu jen tak snadno zreagovat s běžnými biomolekulami a k reakci si vybírá spíše zvláštní místa, jako třeba atomy kovů v reakčních centrech enzymů. V praxi pak NO nejčastěji končí oxidací na atomu železa v hemu, který je kvantitativně nejvíce zastoupen v hemoglobinu. Hemoglobin se přitom degraduje na methemoglobin, ale za pomoci hemoglobin reduktázy se brzy zase vzpamatuje. (Hampl2008odn)

Účinky NO – vazba na guanylátcyklázu

Guanylátcykláza zastává v cílové tkáni roli čidla oxidu dusnatého. NO se váže na její hem a tím aktivuje produkci cyklického guaninmonofosfátu, cGMP. cGMP pak v buňce spouští nejrůznější procesy. Například u hladkých svalů cév vede cGMP k jejich relaxaci a tím i zvýšení světlosti dané cévy.

cGMP je po určité době degradován fosfodiesterázou. Sildenafil (Viagra) účinkuje tím, že fosfodiesterázu inaktivuje a vytvořený cGMP pak v buňce prodlévá déle než obvykle, což vede ve svém důsledku k zesílení NO signálu.

Syntéza NO: tři typy NO syntázy

V důsledku oxidace hemoglobinem oxid dusnatý z těla rychle mizí a musí být vyráběn v reálném čase. K tomu nám slouží tři různé NO syntázy, kódované třemi různými geny – NOS2 (též inducibilní, iNOS) používaná imunitním systémem, NOS1 (též nNOS) používaná neurony a NOS3 používaná jinými buňkami. NO syntázu NOS3 hojně používají například buňky cévní výstělky (endotelu, odtud alternativní název eNOS pro NOS3). NO syntázu NOS3 obsahují i buňky plicních sklípků, sliznic dýchacích cest, ledvin a pohlavních žláz. Právě NOS3 se v působení některých adaptogenů uplatňuje nejvíce.

Zvláštní funkce NO: jed na bakterie

Zvláštní použití pro radikál NO mají bílé krvinky: používají jej k hubení bakterií. V místě zánětu NO v součinnosti se superoxidovým radikálem O2- dodávaným NADPH oxidázou extrémně rychle vytvářejí peroxynitritový anion OONO-, který pálí všechno, co mu přijde pod ruku. NO syntáza bílých krvinek se nazývá inducibilní, protože v nich za normálních okolností není příliš exprimovaná – její exprese se zvyšuje pouze u aktivovaných bílých krvinek, tj. účastnících se zánětu.

Regulace průsvitu cév pomocí NO

Buňky cévní výstělky mají schopnost cítit sílu krevního proudu a množství kyslíku v krvi. Za pomoci NOS3 tyto buňky uvolňují NO, kterým signalizují svá měření do hlubších vrstev cévní stěny. Tento signál se dostává k hladkým svalům cévy. Pokud se například zrychlí krevní proud, buňky výstělky uvolní více oxidu dusnatého, což způsobí uvolnění hladkých svalů, zvýšení průsvitu dané cévy a následné (jak diktuje Bernouilliho rovnice) opětovné zklidnění krevního proudu za zvýšeného průtoku. Tato jednoduchá zpětná vazba zajišťuje, že svaly a jiné části těla podléhající zvýšené námaze dostanou patřičný přísun krve a kyslíku. Nitroglycerin funguje jako prostředek proti na vysokému krevnímu tlaku právě proto, že v našem těle pomalu uvolňuje NO, což způsobí cévní relaxaci. Nevýhodou nitroglycerinu je to, že NO se uvolňuje nejen v cévách, ale po celém těle, což nemusí být zcela žádoucí.

NO a erekce

Další důležitou rolí NO je ovládání přívodných cév topořivé tkáně – erekce. Tady oxid dusnatý funguje podobně, jako ve zpětné vazbě krevního průtoku. Rozdílem je to, že NOS3 je u erekce pod přímou kontrolou parasympatických nervů. Když je uvolněný oxid dusnatý připlaven do cév topořivého tělesa, zvýší jejich průsvit a tak vyvolá erekci (Toda2005nop). Technicky zajímavou mechaniku erekce pomíjím.

Stimulanty NO signalizace - Viagra a ženšen

O medikamentech usnadňujících erekci se obecně dá říct, že zasahují do výše popsané signální kaskády erekce a posilují jeden nebo více jejich regulačních stupňů. Sildenafil (Viagra) účinkuje v jediném bodu, a to zvýšením citlivosti cílových buněk hladkých svalů k oxidu dusnatému a některým dalším signálům. Ženšen v dráze erekce účinkuje hlavně zvýšením exprese a aktivity NOS3, tvorbu a odbourávání cGMP ovlivňuje v menší míře, pokud vůbec. Ženšen navíc též zlepšuje libido.

Účinek ženšenu na syntézu NO

Oxid dusnatý (NO) se proslavil jako přenašeč mezibuněčných signálů na krátké a střední vzdálenosti. Oxid dusnatý reguluje průsvit cév a tím i krevní tlak, průsvit průdušnic a tím i astma, má na svědomí erekci pyje, hrá roli ve vytváření paměťových stop v mozku, v kapacitaci spermií, v imunitě... U ženšenu se účinkem na dráhu NO vysvětlují jeho srdečně-cévní účinky, dobře známé zlepšení potence a jiné účinky. V menší míře se působení na této dráze zjistilo i u lesklokorky lesklé a dalších adaptogenů. Rostliny jako kotvičník zemní nebo škornice šípovitá, jakož i dobře známý sildenafil (Viagra) zase zesilují přijímací část dráhy NO a jejich účinek se sčítá s účinky na NO syntázu. Ženšen je ze všech adaptogenů nejlépe prozkoumán a jeho mechanismy působení na signální dráhu NO jsou dobře známé.

Panaxosidy zesilují dráhu eNOS v endotelu a jinde

V praxi si většina mužů po několika dnech užívání ženšenu všimne postupné zlepšení erekce, stabilizaci krevního tlaku a dlouhodobě i ochranný a hojivý účinek na výstělku cév – endotel. Vasorelaxační i hojivý účinek je dán působením panaxosidů na endoteliální NO syntázu eNOS, gen NOS3. K roku 2013 bylo na toto téma k dispozici přes 78 vědeckých publikací. Tedy i ti z nás, kteří na tradici nevěří, se mohou ujistit, že se zde nejedná o pověry nebo hypotézy, ale o učebnicová fakta.

Historicky tyto výzkumy začaly měřením účinku ženšenové tinktury, u níž se za pomoci radionuklidů ([14C]-L-arginin -> [14C]-L-citrulin) prokázalo zesílení cévní produkce NO (Chen1996cpg). Poté se zjistilo, že relaxační účinek na cévy lze blokovat inhibitorem NO syntázy nitro-L-argininem. Následovaly studie na různých modelech, například i na králičím topořivém tělese in vitro. Konkrétně se jedná hlavně o ginsenosid Rb1 (Yu2007spn) a ginsenosid Rg1 (Lu2004gra). Zvýšení exprese NOS3 lze minimálně u Rb1 blokovat androgenním antagonistou nilutamidem, což ukazuje působení na jaderní androgenní receptor (Yu2007spn). Dalším panaxosidem souvisejícím s NO syntázou je ginsenosid Re, který aktivuje eNOS lidských spermií a možná má pozitivní vliv na plodnost (Zhang2006gif, Zhang2007grp). Není úplně jasné, jestli panaxosidy účinkují alosterickou aktivací eNOS, nebo změnou její genové exprese. U ginsenosidu Re potvrzuje Furukawa2006grm aktivaci eNOS beze změny exprese, zatímco Xia2011grp u ginsenosidu Rb1 zjistil schopnost genovou expresi eNOS zvýšit.

Aktivace syntézy NO se netýká zánětové iNOS

Oxid dusnatý, ač radikál, tělu ve fyziologických koncentracích neškodí. Po splnění komunikačních úkolů jej zneškodní hemoglobin. NO je jedem pouze ve vysokých koncentracích – bílé krvinky jej tímto způsobem po aktivaci superoxidem O2- používají proti mikrobům. Tento proces probíhá jen v místě zánětu – pouze tam se totiž tvoří O2- (Hampl2008odn). Zdrojem NO k bojovým účelům není eNOS (gen NOS3), ale iNOS (gen NOS2). Protože iNOS se exprimuje až při zánětu, nazývá se inducibilní – odtud i. iNOS je dvousečná zbraň – proti mikrobům účinná, ale nebezpečná ve sterilních zánětech, jaké se vyskytují při infarktu myokardu a mozkové mrtvici. I obyčejnou kocovinu lze vlastně považovat za lehký sterilní zánět mozku v důsledku aktivace mikroglie.

Zatímco aktivitu eNOS panaxosidy zvyšují, iNOS naopak svými protizánětlivými účinky potlačují. Nejedná se o paradox, pouze o jeden z příkladů protichůdných účinků obsahových složek, které jsou pro přírodní adaptogeny typické.

| 30.11.2008