Съобщено от Невин С. Скримшоу, Университет на ООН, Кемптън, НХ, 3 октомври 2003 г. (получено за преглед на 25 юли 2003 г.)

ефект

Резюме

Хомоцистеинът се формира от основната аминокиселина метионин и нивата в кръвта се модулират чрез сложен метаболизъм, който изисква фолиевата киселина от витамини от група В, метилкобаламин (В12) и пиридоксал 5′-фосфат (В6) (фиг. 1). Дефицитът на диетичен метионин и витамин В може да повиши плазмения хомоцистеин, а добавките с витамин В могат да понижат плазмените нива на хомоцистеин.

Като ендогенно произведен метаболитен междинен продукт, хомоцистеинът никога не е биологично изолиран от детерминантите си и всяко повишаване на плазмения хомоцистеин задължително съвпада с метаболитна или физиологична причина. Въпреки това, подобни нива на кръвен хомоцистеин могат да отразяват много различни основни причини. Например излишъкът от диетичен метионин води до преходно увеличение на метионин, S-аденозилметионин (SAM) и хомоцистеин (13). За разлика от тях, недостигът на фолат и В12 води до ниско съдържание на метионин и SAM и до висок хомоцистеин, тъй като инхибират регенерацията на метионин от хомоцистеин (14).

Подобна метаболитна сложност затруднява проверяването на хипотезата, че повишеният хомоцистеин в кръвта е вазотоксичен. Правейки това изисква патологичните последици от повишения хомоцистеин в кръвта сами по себе си да се разграничават от тези на всяко експериментално лечение, което се използва за предизвикване на хиперхомоцистеинемия. Тази трудност е очевидна в изследвания, насочени към тестване на хипотезата за токсичност на хомоцистеин in vivo чрез повишаване на плазмения хомоцистеин чрез хранителни средства. Такива проучвания успешно демонстрират, че индуцираната от хранителна хиперхомоцистеинемия може да причини или ускори артериалните лезии при мишки (15, 16), плъхове (17, 18), зайци (19, 20) и прасета (21, 22). Тъй като обаче по-голямата част от тези проучвания използват излишен диетичен метионин за индуциране на хиперхомоцистеинемия, не може да се изключи възможността наблюдаваните лезии да се дължат на вреден ефект, свързан с излишния прием на метионин, а не с повишен хомоцистеин в кръвта.

В светлината на този анализ предположихме, че ако хомоцистеинът в кръвта сам по себе си е вътрешно атерогенен, тогава атеросклеротичната патология трябва да възникне в присъствието на повишен хомоцистеин в кръвта, независимо от основната причина за повишаването. Ако, от друга страна, повишеният хомоцистеин в плазмата не е директно атерогенен, а причинява други видове съдови увреждания или епифеноменът, отбелязващ наличието на съвпадащи патогенни механизми, тогава не всички състояния, които повишават плазмения хомоцистеин, непременно биха били свързани с атероматозна патология.

Настоящото проучване има за цел да разграничи атерогенните ефекти на повишения плазмен хомоцистеин и неговите хранителни детерминанти, високия прием на метионин и дефицита на витамин В. За целта захранвахме мишки с дефицит на ApoE с добавяне на метионин и с дефицит на витамин или допълнени с витамини диети и определяхме техния ефект върху плазмените концентрации на хомоцистеин и върху прогресията на генетично индуцирани атероматозни лезии.

Методи

Кръвна биохимия. Мишките са гладували цяла нощ и са били убити чрез обезкървяване под упойка с CO2. Кръв се събира чрез сърдечна пункция в хепаринизирани епруветки и се държи на лед за Преглед на тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Обогатяването с диетичен метионин значително увеличава площта на аортната лезия извън изходната съдова патология на контролните мишки (фиг. 2). Богатата на метионин диета с дефицит на витамин В (M + B-) доведе до почти 2-кратно увеличение на площта на лезията в сравнение с контролите (площта на лезията беше 45,923 ± 2,804 μm 2 срещу 24,557 ± 1,712 μm 2, съответно, P 2, Р 2). Фигура 3 илюстрира хистологичните препарати на аортни аортни плаки при мишки, хранени с диетите M + B- и B-.

Атероматозни плаки в аортната дъга на мишки с дефицит на ApoE. Оцветяване с хематоксилин/еозин на аортната дъга на ApoE-нулева мишка, хранено с диета с дефицит на витамин В (B-, горна) и богата на метионин и диета с дефицит на витамин B (M + B-, долна). Въпреки че и двете лезии (P) са класифицирани като мастни ивици (начални) лезии, лезиите в M + B- групата са значително по-големи. L, лумен; М, медия; P, плака. (Скала = 100 μm.)

Дискусия

В настоящото проучване сравнихме степента на спонтанна прогресия на атероматозна лезия при генетично чувствителни мишки с дефицит на ApoE, отгледани при три условия: (i) висок прием на метионин с нормален кръвен хомоцистеин; (ii) висок прием на метионин с дефицит на витамин В и хиперхомоцистеинемия; и (iii) нормален прием на метионин с дефицит на витамин В и хиперхомоцистеинемия. Тези условия ни позволиха да разграничим ефекта на повишения плазмен хомоцистеин върху атероматозната съдова патология от този на излишния диетичен метионин в този модел.

Комбинираният дефицит на фолиева киселина, витамин В12 и витамин В6 води до силно повишени нива на хомоцистеин в плазмата при мишки с дефицит на ApoE, които са подобни на тези, които обикновено се наблюдават при хора с вродени дефекти на метаболизма на хомоцистеин и метионин. Повишеният плазмен хомоцистеин сам по себе си не увеличава степента на генетично причинена съдова патология, както е определено при контролни диети, хранени с мишки. Въпреки това, той увеличи способността на излишния диетичен метионин да ускори прогресията на съдовата патология в този модел, въпреки че едновременното добавяне на метионин по време на дефицит на витамин В значително намалява нивата на хомоцистеин на гладно. Парадоксалната способност на високия прием на метионин за частично понижаване на хомоцистеина се обяснява със стимулирането на транссулфураната активност чрез SAM, получен от метионин, за отстраняване на част от хомоцистеина от черния дроб и други тъкани (14). За разлика от това, излишъкът от метионин ускорява образуването на плака независимо, дори при нормални нива на плазмен хомоцистеин.

Нашите открития се съгласяват с две проучвания, които изследват връзката на диетичната хиперхомоцистеинемия със съдови лезии при ApoE-дефицитни мишки (15, 16). Hoffman и колеги (15) за първи път показват, че храненето на млади мишки с дефицит на ApoE с комбинирана добавка с метионин (7,7 g/kg диета) и диета с дефицит на витамин B в продължение на 8 седмици води до тежка хиперхомоцистеинемия, придружена от удвояване на размера на аортната плака и увеличаване сложност на лезията (15). Джоу и колеги (16) сравняват ускорението на аортната плака чрез добавяне на храна с метионин (22-44 g/kg диета) или питейна вода с хомоцистеин (0,9-1,8 g/литър). И добавките с метионин и хомоцистеин водят до хиперхомоцистеинемия и до ускоряване на лезията. Обогатяването с диетичен метионин е токсично и води до смърт в рамките на 8 месеца. Въпреки че хомоцистеинът се понася по-добре, до 12 месеца съдовите лезии са прогресирали в максималната си степен както при допълваните животни, така и при контролите, така че не е открит допълнителен принос на хомоцистеин към патологията (16).

Тези проучвания показват, че диетичната манипулация на метаболизма на метионин и хомоцистеин може да ускори съществуващия патологичен процес при мишки с дефицит на ApoE. Въпреки това, за разлика от настоящото проучване, нито едно от предишните две проучвания не може да изключи възможността излишъкът от метионин да насърчава патологията чрез процеси, различни от стимулиране на производството на хомоцистеин, или обратно, че допълнителният хомоцистеин не е служил като алтернативна форма на диетичен метионин.

Остава да се определи дали излишъкът от диетичен прием на метионин при хора е атерогенен; обаче, значителни доказателства от експерименти с животни предполагат, че тези открития не са ограничени до апоЕ-дефицитен модел на мишка. Подобна експериментална дисоциация на хиперхомоцистеинемия и атеросклероза е наблюдавана при прасета и примати, хранени с атерогенни диети (21, 59). Ambrosi et al. (21) показа, че храненето на прасета с богата на метионин диета в продължение на 4 месеца предизвиква хиперхомоцистеинемия и атеросклероза. Добавянето на фолиева киселина към богатата на метионин диета успешно нормализира нивата на хомоцистеин в плазмата, но не намалява индуцираните от метионин съдови лезии. По същия начин, когато Lentz et al. (59) хранени маймуни cynomolgus с диета с високо съдържание на мазнини и холестерол в продължение на 13-26 месеца, тя предизвиква не само хиперхолестеролемия и атеросклероза, но също така и хиперхомоцистеинемия и дефицит на витамин В. Когато същата диета се допълва с фолиева киселина, витамин В12 и витамин В6, нивата на витамин в кръвта и хомоцистеин се нормализират, но не се наблюдава затихване на атеросклерозата или съдовата дисфункция при допълнени маймуни (59).

Трудно е да се съгласуват тези данни с наблюдението, че редки вродени дефекти в метаболизма на хомоцистеин са свързани с преждевременна тромботична и артериосклеротична болест, независимо дали дефектите са в гените на транссулфурания път (които са свързани с повишен метионин) или на пътя на метилиране ( които са свързани с нисък метионин) (20). Това наблюдение често е цитирано като ключово доказателство в подкрепа на становището, че съдовите заболявания при хиперхомоцистеинемия и по-специално атеросклероза се дължат на хомоцистеин сам по себе си, а не на ефект от неговите метаболитни детерминанти. Независимо от това, опитите да се имитират тези човешки състояния при нокаутиращи мишки, които са дефектни при транссулфурацията или при реметилирането на хомоцистеин, досега не са индуцирали нито артериосклероза, нито атеросклероза в тези модели, въпреки постигането на хиперхомоцистеинемия (26, 60). Това откритие оставя без отговор кои аспекти на съдовата патология могат да бъдат причинно свързани с хомоцистеина или дали може да са необходими допълнителни фактори, за да станат очевидни предполагаемите вазотоксични свойства на хомоцистеина (10, 11).

Благодарности

Благодарим на д-р Шелдън Ротенберг, г-жа Мари Надо и г-н Кенет Бергами за помощта при измерване на метионин, витамин и хомоцистеин, както и на д-р Робърт Саломон за съвети по хистопатологията. Този проект беше подкрепен от Асоциацията на Алцхаймер безвъзмездна помощ NIRG-02-4119 и от Министерството на земеделието на САЩ съгласно Споразумение 58-1950-4-401. E.L. е постдокторант по програма д-р Е. Декер (2000T41) на Холандската фондация за сърце.

Бележки под линия

↵ † До кого трябва да се адресира кореспонденция. Имейл: aron.troentufts.edu .

Съкращения: АпоЕ, аполипопротеин Е; SAM, S-аденозилметионин; SAH, S-аденозилхомоцистеин.