Паратиреоидный гормон

ПТГ секретируется четырьмя железами, примыкающими к щитовидной железе на шее. Вес каждой из них составляет в среднем 40 мг. Две верхние железы обычно локализуются у задней поверхности капсулы щитовидной железы, а две нижние — у нижнего ее края. Однако местоположение околощитовидных желез непостоянно, и у 12-15% здоровых людей имеется и пятая железа. Околощитовидные железы образуются из третьего (нижние железы) и четвертого (верхние) глоточных карманов. Мигрируя книзу, любая из них может следовать за вилочковой железой в переднее средостение. Непостоянство локализации и числа околощитовидных желез значительно затрудняет их хирургическое удаление.
Эти железы состоят их эпителиальных клеток и стромального жира. Среди эпителиальных клеток преобладают так называемые главные, прозрачная цитоплазма которых отличает их от более крупных, содержащих гранулированную эозинофильную цитоплазму оксифильных клеток. ПТГ присутствует в клетках обоих типов; возможность различной регуляции их секреторной активности остается недоказанной.

Секреция ПТГ

Секреция ПТГ, регулирующая внеклеточную концентрацию кальция, сама находится под жестким контролем этой концентрации. Обратная связь между уровнями ПТГ и концентрацией кальция в сыворотке описывается сигмовидной кривой, причем самая крутая часть этой кривой строго соответствует нормальным колебаниям уровня кальция в сыворотке.
Клетки околощитовидных желез «ощущают» концентрацию ионизированного кальция своими рецепторами, в относительно большом количестве расположенными на внешней стороне клеточных мембран, — CaR. Этот рецептор с молекулярной массой 120 кДа сопряжен с G-белком и принадлежит к С-группе суперсемейства таких рецепторов. По аминокислотной последовательности CaR гомологичен метаботропным глутаматным рецепторам в ЦНС, рецептору γ-аминомасляной кислоты типа В и большому семейству рецепторов феромонов. Восприятие клетками уровня кальция и других ионов опосредуется крупным внеклеточным доменом CaR. Как и другие сопряженные с G-белком рецепторы, CaR состоит из семи трансмембранных доменов, связанных внутриклеточными петлями, которые непосредственно сопрягают рецептор с G-белками.
Вскоре после обнаружения CaR было показано, что мутации гена этого рецептора приводят к развитию семейной доброкачественной гипокальциурической гиперкальциемии (СДГГ), обусловленной нарушением чувствительности околощитовидных желез и почек к кальцию. CaR экспрессируются не только в околощитовидных железах. Они широко представлены в головном мозге, коже, ростовых пластинках костей, желудке и кишечнике. В С-клетках щитовидной железы они опосредуют изменения секреции кальцитонина в ответ на повышение уровня внеклеточного кальция, а в дистальных отделах нефрона регулируют экскрецию кальция. Появляются данные о роли этих рецепторов и в других тканях.
Сигнал о повышении уровня внеклеточного кальция, приводящий к торможению секреции ПТГ, опосредуется, по-видимому, увеличением внутриклеточной концентрации кальция. CaR через G_q-белок прямо сопрягается с фосфолипазой С, которая гидролизует фосфадитилинозитол-4,5-дифосфат (ФИФ₂) с образованием вторых внутриклеточных мессенджеров — ИФ3 и диацилглицерина. ИФ₃ связывается с рецептором эндоплазматического ретикулума, высвобождая кальций из мембранных запасов. Это приводит к быстрому повышению его внутриклеточной концентрации, вслед за чем усиливается приток в клетки внеклеточного кальция. Пока неясно, какой именно из этих процессов (высвобождение кальция из внутриклеточных депо или приток кальция извне) играет большую роль в торможении секреции ПТГ. Другое вещество, образующееся под действием фосфолипазы С, диацилглицерин, является активатором протеинкиназы С (чувствительной к кальцию и фосфолипидам). Этот фермент также влияет на секрецию ПТГ околощитовидными железами. Кроме того, активация CaR угнетает образование цАМФ, что в свою очередь может определять чувствительность околощитовидных желез к уровню внеклеточного кальция.
При повышении концентрации кальция в сыворотке вначале тормозится секреция уже готового ПТГ, содержащегося в секреторных гранулах. Это происходит за счет блокады слияния секреторных гранул с клеточной мембраной и их опустошения. В отличие от большинства клеток, в которых экзоцитоз секреторных гранул требует присутствия кальция и подавляется при снижении его внутриклеточной концентрации, клетки околощитовидных желез реагируют на снижение уровня ионизированного кальция повышением секреции ПТГ. В этих клетках роль кальция выполняет, по-видимому, магний. Действительно, истощение внутриклеточных запасов магния обусловливает обратимый гипопаратиреоз.
Изменения кальция в сыворотке влияют не только на секрецию ПТГ, но и на его синтез, стабилизируя мРНК препроПТГ и, возможно, усиливая транскрипцию гена ПТГ. Запасов готового ПТГ в околощитовидных железах при максимальной скорости его секреции хватает не больше чем на 1,5 часа. Поэтому в ответ на длительную гипокальциемию должен активироваться синтез этого гормона.
Транскрипция гена ПТГ зависит также от уровня витамина D: высокая концентрация l,25(OH)2D тормозит этот процесс. Синтез ПТГ — один из главных объектов кооперированного влияния гормонов на гомеостаз кальция. Действительно, в лечении вторичного гиперпаратиреоза у больных с почечной остеодистрофией на диализе используются аналоги витамина D.

Синтез и процессинг ПТГ

ПТГ представляет собой пептид из 84 аминокислотных остатков с молекулярной массой 9300. Его ген, расположенный на хромосоме 11, кодирует предшественник, называемый препроПТГ, который содержит лишних 29 аминокислотных остатков с N-конца зрелого ПТГ. В этот отрезок молекулы входят 23 остатка сигнальной последовательности («пре»-последовательность) и 6 остатков прогормона. Сигнальная последовательность в молекуле препроПТГ выполняет ту же функцию, что и в других секретируемых белках, обеспечивая распознавание пептида особыми частицами, которые связывают синтезируемые пептидные цепи с рибосомой и направляют их в просвет эндоплазматического ретикулума.
В эндоплазматическом ретикулуме пептидаза отщепляет сигнальную последовательность от препроПТГ, а образовавшийся проПТГ транспортируется в аппарат Гольджи, где фермент фурин отщепляет от него «про»-последовательность. ПрепроПТГ исчезает очень быстро, но период полужизни проПТГ в клетке составляет примерно 15 минут. Процессинг проПТГ протекает очень быстро, и эта молекула, в отличие от других прогормонов (например, про-инсулина), в кровь не попадает. Покидая аппарат Гольджи, ПТГ упаковывается в секреторные гранулы, где и хранится до начала секреции.

Элиминация и метаболизм ПТГ

{module директ4}

Период полужизни ПТГ в сыворотке составляет 2-4 минуты. В печени и почках интактная молекула ПТГ (1-84) расщепляется между аминокислотными остатками 33-34 и 36-37 на N-концевой и С-концевой фрагменты. Обратно в кровь выделяются в основном С-концевые фрагменты молекул ПТГ, которые фильтруются в почках. При хронической почечной недостаточности эти фрагменты накапливаются в сыворотке. Хотя основная активность ПТГ сосредоточена в его N-концевых фрагментах, центральный участок и С-концевые фрагменты также, по-видимому, не являются инертными осколками. Недавно показано, что они могут оказывать биологическое действие через свои собственные рецепторы.

Методы определения ПТГ

В настоящее время для определения интактного ПТГ (1-84) используются методы иммунорадиометрического (ИРМА) или иммунохемилюминисцентного (ИХЛА) анализа с двойными антителами, которые обнаруживают колебания уровня гормона в пределах 10-60 пг/мл (1-6 пмоль/л). Использование антител к двум антигенным детерминантнам (одной — вблизи N-конца, а второй — вблизи С-конца молекулы) позволяет определять содержание интактного биологически активного гормона. Эти методы достаточно чувствительны и специфичны и позволяют определить не только повышенный, но и сниженный уровень ПТГ. Если гиперкальциемия обусловлена гиперпаратиреозом, то уровень ПТГ в сыворотке должен быть повышен; если же она не связана с гиперфункцией околощитовидных желез, то концентрация ПТГ должна быть снижена. Таким образом, с помощью этих методов можно осуществлять дифферециальную диагностику гиперкальциемии.
Позднее метод определения интактного ПТГ был усовершенствован, и в нем используются антитела только к эпитопу, сформированному аминокислотными остатками N-концевого участка молекулы гормона (обычно с 1-го по 6-й). Это усовершенствование потребовалось после того, как выяснилось, что методом двойных антител определяется не только ПТГ (1-84), но и отдельные его фрагменты, образующиеся в ходе метаболизма гормона in vivo и накапливающиеся у больных с хронической почечной недостаточностью. В сыворотке этих больных на долю крупных фрагментов ПТГ приходится около 50% ПТГ (1-84), выявляемого методом двойных антител. ПТГ, определяемый новыми методами, называют «цельным», «биоактивным» или «интактным».

Биологические эффекты ПТГ

Основная функция ПТГ заключается в регуляции уровня ионизированного кальция путем воздействия на триаду основных органов-мишеней — кость, слизистую кишечника и почки. На всасывание кальция в кишечнике ПТГ действует косвенно, увеличивая почечную продукцию метаболита витамина D — 1,25(OH)₂D, который и усиливает всасывание кальция. Конечный результат влияния ПТГ на эти три органа сводится к увеличению поступления кальция во внеклеточную жидкость, т. е. к предотвращению гипокальциемии. Удаление околощитовидных желез приводит к тяжелой гипокальциемии и в конце концов — к тетании и смерти.
В почках ПТГ прямо влияет на реабсорбцию кальция, фосфата и бикарбоната. Хотя основное количество кальция реабсорбируется вместе с натрием в проксимальных извитых канальцах, тонкая регуляция экскреции кальция происходит в дистальном отделе нефрона. ПТГ резко увеличивает реабсорбцию натрия в дистальных извитых канальцах. Известно, что кальций активно транспортируется против электрохимического градиента, но на что именно влияет ПТГ в этом процессе остается не совсем ясным. Тем не менее очевидно, что, с физиологической точки зрения, ограничение потерь кальция с мочой — один из важных механизмов поддержания постоянства концентрации этого иона в сыворотке.
В проксимальных канальцах почек ПТГ ингибирует реабсорбцию фосфата. В этом сегменте нефрона фосфат переносится через апикальную мембрану клеток специальным натрий-фосфатным котран-спортером; источником энергии для транспорта фосфата служит градиент натрия. ПТГ ингибирует реабсорбцию натрия и фосфата, снижая скорость перемещения этого транспортера из цитоплазмы в апикальную мембрану клеток. Величину фосфа-турического эффекта ПТГ можно оценить количественно, сопоставив канальцевую реабсорбцию фосфата (КРФ) с клиренсом (К) фосфата и креатинина (КРФ = 1 - К_ф/К_креат; в норме КРФ колеблется от 80 до 97%) или рассчитав почечный порог для фосфата по стандартной номограмме. Усиленная экскреция фосфата под действием ПТГ приводит к изменению его концентрации в сыворотке (гипофосфатемия при гиперпаратиреозе). Кроме того, ПТГ ингибирует Na-H-антипорт и гиперпаратиреоз, поэтому характеризуется нарушением реабсорбции бикарбоната и легким гиперхлоремическим метаболическим ацидозом.
Фосфатурический эффект ПТГ предотвращает возрастание уровня фосфата в сыворотке, обусловленное действием того же гормона на резорбцию костной ткани. В противном случае в крови увеличивалось бы образование комплексов кальция и фосфата (пример — почечная остеодистрофия). Снижение уровня ионизированного кальция в крови под влиянием высвобождающегося из костей фосфата является важной причиной прогрессирующего вторичного гиперпаратиреоза при почечной недостаточности, когда клиренс фосфата уменьшается. В таких условиях формируется своего рода положительная обратная связь: чем сильнее стимулируется резорбция костей и возрастает уровень фосфата, тем сильнее выражен гиперпаратиреоз.

Механизм действия ПТГ

У млекопитающих существуют рецепторы ПТГ (рПТГ) двух типов. Одни из них (рПТГ-1) взаимодействуют как с ПТГ, так и с ПТГ-подобным пептидом (ПТГПП), тогда как вторые (рПТГ-2) активируются только ПТГ. Эти рецепторы по-разному распределены в тканях. Костный и почечный рПТГ-1 представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 80 000, принадлежащий к суперсемейству рецепторов, сопряженных с G-белками. Он обладает типичным строением таких рецепторов, содержа крупный внеклеточный домен, семь трансмембранных доменов и цитоплазматический хвост. ПТГ связывается в внеклеточным доменом рецептора, что приводит к активации G-белков. Рецепторы ПТГ входят в небольшое подсемейство рецепторов пептидных гормонов, включающее рецепторы секретина, вазоактивного интестинального полипептида (ВИП), адренокортикотропного гормона (АКТГ) и кальцитонина.
Структуры ПТГ и ПТГПП обладают высокой гомологией и сходны со строением секретина, ВИП, кальцитонина и АКТГ. Все эти пептидные гормоны содержат N-концевой α-спиральный домен, непосредственно активирующий рецептор, и аналогичный соседний домен, которым они связываются с рецептором. Применительно к ПТГ для активации рецептора необходимы аминокислотные остатки с 1-го по 6-й; укороченные аналоги, лишенные этих остатков (например, ПТГ 7-34), связываются с рецептором, но не активируют его, и поэтому являются конкурентными антагонистами ПТГ. Главный связывающий рецептор домен гормона включает последовательность аминокислотных остатков с 18-го по 34-й. Хотя интактный ПТГ состоит из 84 остатков, последовательность 35-84, по-видимому, не нужна для его связывания с рПТГ в костях и почках. Однако нельзя исключить существования отдельного рецептора для этой С-концевой последовательности, который мог бы опосредовать совсем другие эффекты ПТГ.
Рецептор ПТГ-1 связывает ПТГ и ПТГПП с равным сродством. Это переводит два G-белка (G_s и G_q) в активное состояние, в котором они связаны с ГТФ. Белок G_s сопрягает рецептор с адени-латциклазой, в результате чего образуется второй внутриклеточный мессенджер — цАМФ. Белок же G_q сопрягает рецептор с другой эффекторной системой — фосфолипазой С, что увеличивает внутриклеточную концентрацию кальция и приводит к активации протеинкиназы С. Пока не ясно, какой из вторых мессенджеров (цАМФ, внутриклеточный кальций или диацилглицерин) опосредует те или иные клеточные эффекты ПТГ, но природный эксперимент указывает на роль именно цАМФ в регуляции гомостаза кальция и экскреции фосфата. Таким природным экспериментом является псевдогипопаратиреоз (ПГП), при котором причиной гипокальциемии и нечувствительности экскреции фосфата к ПТГ являются нульмутации одного из аллелей гена стимуляторной субъединицы G_s-белка — G_sα (GNAS1).

ПТГПП

ПТГПП, секретируемый в больших количествах злокачественными опухолями, активирует рПТГ-1 и вызывает тяжелую гиперкальциемию. Однако физиологическая роль ПТГПП резко отличается от таковой ПТГ. ПТГПП вырабатывается во многих тканях, как плода, так и зрелого организма. Эксперименты с нокаутом генов и гиперэкспрессией ПТГПП в отдельных тканях показывают, что этот пептид регулирует пролиферацию и минерализацию ходроцитов, а также транспорт кальция через плаценту, т. е. необходим для нормального развития. В постнатальном возрасте ПТГПП участвует во взаимодействии эпителиальных и мезенхимальных тканей, определяющем развитие молочных желез, кожи и волосяных фолликулов. В физиологических условиях ПТГПП обычно действует локально, а не системно.