Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2022, T. 108, № 5, стр. 547-561

СТРУКТУРА И ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА Mfsd2a

Белок Mfsd2a был впервые идентифицирован в 2008 г. как мембранно-связанный белок с неизвестной функцией [9]. По аминокислотной последовательности и доменной организации он был наиболее схож с бактериальным Na⁺-зависимым транспортером дисахарида мелибиозы MelB, что позволило отнести его к транспортным белкам суперсемейства MFS. У мыши ген Mfsd2a имеет размер 14.3 кб, содержит 14 экзонов и 3 интрона и кодирует последовательность в 543 аминокислоты. Аминокислотная последовательность белка демонстрирует высокую степень гомологии у различных позвоночных от рыб до человека, причем у мыши и человека белки идентичны на 85% [9]. Как большинство белков семейства MFS, Mfsd2a имеет 12 трансмембранных доменов, собранных перпендикулярно плоскости бислоя в два пучка, которые связаны внутриклеточной петлей [10].

Максимальный уровень экспрессии мРНК Mfsd2a в тканях мышей был обнаружен в мозгу, кишечнике, почках, печени, легких [9]. В тканях бурого и белого жира уровень его экспрессии был невысок, однако он резко увеличивался при голодании и холодовой адаптации, а также демонстрировал зависимость от циркадианных ритмов, что позволило предположить участие Mfsd2a в регуляции энергетического обмена [9]. В более поздних работах было показано, что уровень его экспрессии в печени регулируется голоданием, у нокаутных по данному гену мышей обнаруживались нарушения энергетического баланса, что позволило отнести его к нутриционально-регулируемым генам с широким набором функций [11]. Эти исследования продолжаются до сих пор, однако главный фокус интереса был смещен на роль Mfsd2a в структурах ЦНС.

Исследование экспрессии белка в различных структурах мозга показало, что он активно экспрессируется в эндотелиальных клетках ГЭБ, но отсутствует в перицитах, окружающих сосуд, а также в астроцитах и нейронах [12]. Его экспрессия в клетках эндотелия ГЭБ выявляется на 15-й день эмбрионального развития мыши [9, 13]. Функциональная роль этого транспортера в эндотелии ГЭБ была выяснена в 2014 г. [13]. Липидомный и радиоизотопный анализ у мышей, нокаутных по гену Mfsd2a, выявил двукратное снижение уровня ДГК в фосфолипидах мозга (при этом в печени и сердце ее уровень не изменялся) и торможение переноса меченого лизоФХ, эстерифицированного ДГК или другими жирными кислотами, из крови в мозг. На клетках HEK-293, экспрессирующих Mfsd2a, авторы показали, что данный белок транспортирует длинноцепочечные жирные кислоты, но не свободные или связанные с альбумином, а входящие в состав лизоФХ. Наиболее активно транспортировался лизоФХ, содержащий в своей структуре ДГК. Перенос не осуществлялся, если в составе лизоФХ присутствовали жирные кислоты с длиной цепи менее 14 атомов углерода. Критичной для осуществления переноса являлось наличие фосфохолиновой биполярной группы в молекуле лизоФХ. В последующих работах было установлено, что перенос лизофосфолипидов, амфипатических по своей структуре, осуществляется через полость, образуемую двумя пучками трансмембранных доменов, в которой присутствуют гидрофильные и гидрофобные остатки аминокислот, там же находится Na-связывающий сайт и гидрофобный карман, связывающий лизоФХ. Связывание натрия с аминокислотными остатками D88 и D92 приводит к изменению конформации канала, что смещает пространственное расположение R85, который, действуя кооперативно с Е312, координирует перемещение полярной головки лизоФХ и делает возможным его перенос через бислой мембраны [10].

Обнаружено несколько летальных (p.Thr159Met, p.Ser166Leu) и нелетальных (p.Pro402His, p.Ser339Leu) мутаций в гене этого белка у человека, которые вызывают синдром микроцефалии. Мутированные участки белка располагаются в трансмембранных доменах. Вызываемая мутацией замена серина на лейцин в 339-ом положении приводит к снижению транспорта ДГК в мозг, значительному когнитивному дефициту, отсутствию речи и двигательным расстройствам [14]. Эта мутация не приводит к снижению экспрессии транспортера в эндотелии, однако нарушает его транспортные функции в отношении переноса ДГК. У больных в плазме крови значительно повышен уровень лизоФХ, содержащего моно- и полиненасыщенные жирные кислоты, что свидетельствует о снижении транспорта этих липидов в мозг [14]. Летальные мутации человека в гене Mfsd2a (p.Thr159Met, p.Ser166Leu) приводят к микроцефалии, судорогам и смерти в течение первых лет жизни [15]. Белки с данными аминокислотными заменами нормально экспрессируются в эндотелии ГЭБ, однако, как было показано в экспериментах на трансфицированных Mfsd2а клетках HEK293 с использованием меченых субстратов, они полностью теряют способность транспортировать лизоФХ через плазматическую мембрану. Помимо этого, в клетках, трансфицированных мутантными генами, заторможен обеспечиваемый действием лизоФХ-ацилтрансферазы процесс превращения лизоФХ в мембранный ФХ [15], что является необходимым условием для включения ДГК в мембранные липиды.

Mfsd2a-ОПОСРЕДОВАННЫЙ ТРАНСПОРТ лизоФХ В ЭНДОТЕЛИИ ГЭБ – ВАЖНЕЙШИЙ ПУТЬ ПОСТУПЛЕНИЯ ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ В МОЗГ

Хорошо известно, что мозг всех животных чрезвычайно богат липидами. У млекопитающих они составляют половину сухого веса ткани, уступая в этом отношении только жировой ткани. Огромное количество данных свидетельствует о важнейшей роли ДГК и других омега-3 полиненасыщенных жирных кислот в функционировании мозга. В процессе пренатального развития млекопитающих происходит динамичное накопление ДГК в структурах мозга, где она активирует процессы нейрогенеза, разветвление и рост отростков нервных клеток, стимулирует образование дендритных шипиков, синаптических контактов, обеспечивая процессы нейрональной и синаптической пластичности [16, 17]. Дефицит омега-3 полиненасыщенных жирных кислот в рационе животных приводит к снижению нейрогенеза, ухудшению пространственной памяти и способности к обучению, нарушению зрения, психомоторных функций и поведения, активации воспалительных и нейродегенеративных процессов [16, 18]. Поскольку мозг не синтезирует эти жирные кислоты de novo, они должные поступать извне – с пищей или из печени, где ДГК в ограниченном количестве синтезируется из альфа-линоленовой кислоты. В плазме крови ДГК в свободном виде или в составе фосфолипидов переносится в комплексе с альбуминами или липопротеинами, при этом, как оказалось, более половины всей ДГК плазмы крови этерифицировано в составе лизоФХ [19].

Связь поступления ДГК в развивающийся мозг с циркулирующим в плазме крови лизоФХ была установлена еще в начале 90-х годов. Было показано, что преимущественной формой поступления ДГК в мозг является лизоФХ, а в неэтерифицированном виде ее поступление было незначительным [20, 21]. Интересно, что этот феномен был обнаружен только в мозгу – в печени, сердце и почках оба пути поступления ДГК были равнозначны [21, 22], что еще в 90-е годы позволило предположить наличие специфического для сосудов мозга механизмов транспорта ДГК. На in vitro модели ГЭБ, сконструированной при сокультивировании эндотелиальных клеток сосудов мозга и астроцитов, было показано, что лизоФХ является основной формой переноса ДГК через ГЭБ. Интересно, что в отсутствие астроцитов способность к переносу лизоФХ утрачивалась [19]. В экспериментах на мышах с 30-дневным употреблением корма, содержащего лизоФХ-ДГК, было показано увеличение концентрации ДГК в мозгу в 2 раза и улучшение способности к обучению. Замена лизоФХ-ДГК на свободную ДГК не приводила к подобным эффектам [23].

Нокаутные по гену Mfsd2a мыши были не способны транспортировать в мозг меченую ДГК в составе лизоФХ, демонстрировали резкое снижение уровня ДГК в мозгу, микроцефалию, снижение числа клеток Пуркинье в мозжечке, снижение плотности нейронов в гиппокампе в областях CA1 и CA3, а также повышенную тревожность и когнитивный дефицит. Транспорт ДГК в составе лизоФХ в печень и сердце этих мышей был не изменен [13]. Таким образом было установлено, что (а) Mfsd2a в эндотелии ГЭБ является натрий-зависимым специфическим симпортером лизоФХ-ДГК, и (б) обеспечиваемый этим белком транспорт ДГК является одним из важнейших путей поступления этой жирной кислоты в мозг. В других работах было уточнено, что в количественном отношении Mfsd2a эндотелия мозга переносит меньше ДГК, чем совокупное действие FATP1 (fatty acid transport protein 1) и FABP5 (fatty acid-binding protein 5) – классических систем транспорта свободных жирных кислот в клетку, однако осуществляемый им транспорт более эффективен, а время полужизни лизоФХ-ДГК, как показали эксперименты с внутривенным введением липидов, дольше, чем свободной ДГК [24].

Интересно, что этим же механизмом, по всей вероятности, доставляется в мозг не только ДГК, но и другая полиненасыщенная жирная кислота омега-3 ряда – эйкозапентаеновая (ЭПК) – С20:5 ω 3. Несмотря на крайне низкое содержание этой жирной кислоты в фосфолипидах мозга млекопитающих, она обладает собственным функциональным потенциалом. Клинические и преклинические испытания свидетельствуют о том, что ЭПК более эффективна в лечении депрессивных расстройств, чем ДГК [25]. В связи с этим увеличение ее содержания в мозгу – актуальная клиническая задача, поскольку повысить ее содержание при использовании ЭПК в свободном виде в качестве пищевой добавки не удается. Оказалось, что можно достичь 100-кратного увеличения включения ЭПК в ФЛ мозга, если с диетой давать не свободную ЭПК, а лизоФХ-ЭПК [26]. При этом в фосфолипидах мозга увеличивается и уровень ДГК. Только при условии введения в организм лизоФХ-ЭПК, но не свободной ЭПК, наблюдается изменение экспрессии генов-мишеней в мозгу, таких как нейротрофический фактор мозга BDNF, рецептор серотонина 1A и др. Интересно, что такой механизм работает только в отношении мозга и сетчатки, поскольку добавка свободной ЭПК увеличивает ее уровень в жировой ткани, печени и сердце. Хотя участие Mfsd2a в транспорте лизоФХ-ЭПК в мозг не доказано, известно, что данный транспортер переносит лизоФХ с различными жирными кислотами с длиной цепи 14 и более атомов углерода, но не транспортирует свободные жирные кислоты [13]. В связи с этим авторы работы считают, что увеличение содержания ЭПК в фосфолипидах мозга обеспечивается функционированием Mfsd2a, а использование в терапевтических целях лизоФХ-ЭПК в форме пищевой добавки может быть эффективной стратегией коррекции депрессии, профилактике ретинопатии и макулодистрофии [26].

РОЛЬ Mfsd2a ТРАНСПОРТЕРА В СНИЖЕНИИ КАВЕОЛИН-ЗАВИСИМОГО ТРАНСЦЕЛЛЮЛЯРНОГО ТРАНСПОРТА В ЭНДОТЕЛИИ КАПИЛЛЯРОВ МОЗГА

Важной структурной особенностью клеток эндотелия ГЭБ, необходимой для поддержания его целостности, является низкий кавеолин-зависимый везикулярный транспорт [3, 6], один из важнейших механизмов обеспечения транспортных процессов в любых клетках. Оказалось, что в сдерживании активности данных транспортных процессов в клетках эндотелия капилляров мозга ведущая роль принадлежит белку Mfsd2а [12, 27]. У мышей, нокаутных по гену Mfsd2а, сохраняется целостность плотных контактов, однако обнаруживается высокая проницаемость ГЭБ, а в цитоплазме клеток эндотелия мозговых сосудов фиксируется интенсивный везикулярный транспорт [12].

Как оказалось, обнаруженный эффект Mfsd2а не связан с прямым действием белковой молекулы на процесс образования кавеол, а опосредуется способностью белка транспортировать в клетки эндотелия фосфолипиды, обогащенные ДГК, регулируя таким образом жирнокислотный состав плазматической мембраны. Была создана линия мышей, у которых белок Mfsd2а нормально экспрессировался в ткани мозга, но был лишен способности транспортировать липиды за счет замены аспарагина в 96-ом положении на аланин [27]. Такие мыши демонстрировали сходство с нокаутными по данному гену: у них наблюдалась микроцефалия, повышение проницаемости ГЭБ, резкое увеличение числа внутриклеточных везикул в клетках эндотелия мозга. Полученные данные свидетельствовали о том, что решающую роль в торможении трансцеллюлярного транспорта в клетках эндотелия мозга играет Mfsd2а-опосредуемый транспорт лизоФХ.

Сравнение методами липидомики состава жирных кислот эндотелия капилляров с низким (мозг) и высоким (легкие) трансцеллюлярным транспортом показало, что содержание ДГК в мембранах эндотелия мозга в 2–5 раз выше (в зависимости от класса фосфолипидов), чем в легких [27]. Уровень экспрессии мРНК Mfsd2а в эндотелии мозга почти в 80 раз выше, чем в эндотелии легких [12]. Каким же образом высокий уровень ДГК, обеспечиваемый Mfsd2а-опосредуемым транспортом лизоФХ, тормозит кавеолин-зависимый эндоцитоз?

С использованием генетических моделей, электронной микроскопии и методов липидомики было установлено, что липиды, транспортируемые переносчиком Mfsd2а, создают уникальную структуру микродоменов липидного бислоя мембран клеток эндотелия мозга [27]. Кавеолы, участки инвагинации плазматической мембраны, представляют из себя разновидность липидных рафтов с характерным для них составом липидов (высокое содержание холестерина, сфинголипидов и фосфолипидов с насыщенными жирными кислотами). В формировании кавеол ключевую роль играют белки кавеолины-1, которые, связываясь с холестерином липидных рафтов, вызывают инвагинацию плазматической мембраны [28]. Включение в состав фосфолипидов бислоя гибкого ацильного хвоста ДГК с 6 двойными связями вызывает значительную модификацию физических свойств мембраны и изменяет соотношение “неупорядоченных” доменов к “упорядоченным” (липидным рафтам) в пользу первых [29], что приводит к вытеснению кавеолина-1 из кавеол и торможению кластеризации ансамбля белков, необходимых для формирования кавеол (рис. 1). Нарушение структуры липидных рафтов при добавлении длинноцепочечных омега-3 жирных кислот, которое приводит к торможению рафт-зависимых сигнальных процессов, показано во многих типах клеток как в экспериментах in vitro, так и in vivo [30–34]. Принцип действия этих жирных кислот на нарушение молекулярной организации липидных рафтов демонстрирует рис. 2.

Рис. 1.

Регуляция проницаемости ГЭБ Mfsd2a-опосредованным торможением кавеолин-зависимого трансцитоза в эндотелиальных клетках. ДГК, переносимая Mfsd2a, препятствует образованию кавеолин-позитивных везикул. В отсутствие или при ингибировании Mfsd2a повышается их образование и усиливается трансцитоз через эндотелиальные клетки. Cav-1: кавеолин-1, DHA: докозагексаеновая кислота, LPC: лизоФХ, TJ: плотные контакты. Из работы [35], воспроизведено с разрешения издателя.

Рис. 2.

Гипотетическая модель действия ДГК (DHA) и ЭПК (EPA) на нарушение молекулярной организации липидных рафтов. Включение жирных кислот в рафты вызывает вытеснение холестерина, что приводит к декластеризации рафтов, изменению локализации белков и нарушению рафт-зависимого сигналинга. Из работы [34], воспроизведено с разрешения издателя.

С помощью молекулярно-генетических методов было выяснено, что одним из механизмов регуляции экспрессии Mfsd2а в эндотелии капилляров мозга и, соответственно, контроля проницаемости ГЭБ является сигнальный путь PTEN/AKT/NEDD4-2. Количество белка Mfsd2а в эндотелиальной клетке находится под прямым контролем E3 убиквитинлигазы NEDD4-2, которая инициирует его протеасомную деградацию. В свою очередь активность E3 убиквитинлигазы NEDD4-2 регулируется ее фосфорилированием АКТ-киназой, уровень функциональной активности которой определяется фосфатазой Pten, тормозящей активацию АКТ-киназы. Оверэкспрессия убиквитинлигазы или выключение гена Pten в эндотелии капилляров мозга приводит к снижению уровня Mfsd2а, увеличению трансцитоза и росту проницаемости ГЭБ [36].

РОЛЬ БЕЛКОВОГО КОМПЛЕКСА Mfsd2a–Spns В СФИНГОЗИН-1-ФОСФАТ-ЗАВИСИМОМ ПОДДЕРЖАНИИ ЦЕЛОСТНОСТИ ГЭБ

Сфингозин-1-фосфат (S1P) является важнейшим липидным медиатором, который играет ключевую роль в регуляции выживания клеток, пролиферации, миграции, адгезии и других клеточных процессах [37]. В основе его действия лежит связывание S1P со специфическими рецепторами на поверхности клетки. Оказалось, что S1P сигналинг, опосредованный S1P₁ рецепторами, является одним из регуляторов проницаемости ГЭБ за счет создания S1P-обогащенного микроокружения во внеклеточном матриксе эндотелия сосудов мозга [38, 39]. Точная роль S1P в этом механизме остается невыясненной, однако при введении мышам финголимода (FTY720), блокатора S1P₁ рецепторов, или при нокдауне гена этих рецепторов обнаруживалось увеличение проницаемости ГЭБ за счет частичного нарушения плотных контактов [39, 40], при этом инъекция в мозг S1P восстанавливала нарушение проницаемости ГЭБ у мышей, нокаутных по этому белку.

Оказалось, что транспортер Mfsd2a усиливает доставку S1P в паренхиму мозга – у мышей нокаутных по Mfsd2a было значительно снижено количество S1P во внеклеточном матриксе эндотелия, что приводило к увеличению проницаемости ГЭБ. Однако Mfsd2a не является транспортером S1P. Транспорт этого липида в мозг осуществляется другим белком – так называемым Spinster homolog 2 (Spns2), экспрессирующимся в эндотелиальных клетках [41]. Mfsd2a является своеобразной мембранной ловушкой для молекулы S1P, связывая отрицательно заряженную фосфатную группу, однако из-за отсутствия в молекуле S1P холина не может осуществить непосредственно перенос, передавая эту функцию белку Spns2. Таким образом, Mfsd2a и Spns2 действуют кооперативно, образуя особый белковый комплекс в эндотелиальных клетках мозга для осуществления транспорта S1P в мозг. Обеспечиваемое этим механизмом накопление S1P во внеклеточном матриксе эндотелия необходимо для градуального поддержания целостности ГЭБ: высокий уровень S1P поддерживает целостность ГЭБ, средний (при дефиците Mfsd2a) – увеличивает трансцеллюлярный транспорт, очень низкий (при дефиците Spns2) приводит к открытию плотных контактов в эндотелии [39].

РОЛЬ Mfsd2a ТРАНСПОРТЕРА В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ГЕМАТОРЕТИНАЛЬНОГО БАРЬЕРА И ПОСТУПЛЕНИИ ДГК В СЕТЧАТКУ

Гематоретинальный барьер регулирует проникновение в ткани и клетки глаза необходимых веществ, в том числе жирных кислот, и удаление метаболитов. Основой организации внутреннего гематоретинального барьера являются плотные контакты эндотелиальных клеток сосудов, поддерживаемыми астроцитами, перицитами и клетками Мюллера. Внешний гематоретинальный барьер создается плотными контактами клеток пигментного эпителия сетчатки [42]. Хорошо известно, что сетчатка млекопитающих чрезвычайно богата ДГК – в наружных сегментах палочек она колокализована с родопсином в мембранах дисков и составляет свыше 60% всех жирных кислот [43, 44]. В сетчатке идентифицированы молекулярные типы фосфолипидов, содержащие 2 молекулы ДГК, эстерифицированной в 1-ом и 2-ом положениях глицеринового скелета фосфолипида, а также фосфолипиды, имеющие в своем составе помимо ДГК полиненасыщенные жирные кислоты омега-3 ряда с длиной цепи до 36 атомов углерода [45]. Дефицит ДГК приводит к различным проявлениям ретинопатии, связанной в том числе с увеличением проницаемости гематоретинального барьера. При многих заболеваниях зрительной системы, таких как пигментный ретинит, диабетическая ретинопатия, возрастная макулодистрофия, количество ДГК в сетчатке значительно снижено [46].

Как показали недавние исследования, важнейшую роль в поддержании высокого уровня ДГК в зрительной системе играет Mfsd2a-опосредованный транспорт лизоФХ через гематоретинальный барьер [47–49]. Mfsd2a экспрессируется в клетках пигментного эпителия и сосудах сетчатки [48]. У мышей, нокаутных по гену Mfsd2a, в постнатальном периоде значительно снижен транспорт лизоФХ-ДГК, уменьшена длина наружных сегментов палочек сетчатки, выявляются нарушения в организации дисков, уменьшено количество родопсина, наблюдается снижение числа фоторецепторных клеток [48, 49]. Содержание ДГК в ткани глаза нокаутов уменьшено на 40%, а падение ее уровня скомпенсировано ростом количества арахидоновой кислоты и моноеновых жирных кислот [47, 48]. Предполагается, что в отсутствиe транспорта лизоФХ-ДГК у Mfsd2a^−/− мышей фоторецепторы подвергаются прогрессирующей дегенерации. Интересно, что увеличение уровня ДГК в сетчатке, так же, как в мозге, достигается при использовании в качестве пищевой добавки лизоФХ-ДГК, но не триацилглицеринов, основных компонентов рыбьего жира, или ДГК в свободном виде, что подчеркивает важнейшую роль Mfsd2а в снабжении сетчатки омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами [46].

РОЛЬ Mfsd2a В НЕЙРОПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Нарушение проницаемости ГЭБ и снижение экспрессии Mfsd2a в эндотелии капилляров мозга может являться как причиной, так и следствием острых и хронических патологических процессов, протекающих в ЦНС [2, 50]. Многочисленные примеры демонстрируют защитную функцию Mfsd2a, направленную на сохранение низкой проницаемости эндотелия ГЭБ. Показано, что при геморрагическом инсульте под действием клеток крови и содержащихся в ней биологически активных веществ, а также в результате активации микроглии, нарушается целостность ГЭБ, одной из причин которой является снижение экспрессии Mfsd2а в перигематомной области [51]. Рост проницаемости ГЭБ при этой патологии опосредован не только парацеллюлярным транспортом вследствие нарушения плотных контактов клеток эндотелия [52], но и увеличением трансцеллюлярного переноса [53], который регулируется белком Mfsd2а. Нокдаун и нокаут Mfsd2a у мышей с гемморрагическим инсультом значительно увеличивает проницаемость ГЭБ и содержание воды в мозгу. В эндотелиальных клетках значительно возрастает число пиноцитозных везикул и наблюдается рост экспрессии белков, обеспечивающих внутриклеточный трафик везикул (Srgap2, Stx7, and Sec22b). Эти симптомы устраняются при оверэкспрессии Mfsd2a. Полученные данные свидетельствуют о важной защитной роли Mfsd2a при повреждении проницаемости ГЭБ механизмом ингибирования везикулярного транспорта [51].

Субарахноидальное кровоизлияние вызывает повреждение ГЭБ, что приводит к увеличению его проницаемости, и, как следствие, к усилению развивающейся патологии мозга. Как было показано, в увеличении проницаемости, которая вызывается активацией кавеолин-зависимого трансцеллюлярного транспорта, решающая роль принадлежит снижению экспрессии Mfsd2a в эндотелии ГЭБ, что приводит к снижению содержания ДГК в липидном бислое и изменению его биофизических свойств [54]. Помимо этого, недостаток ДГК, вызываемый снижением экспрессии Mfsd2a, может приводить к снижению продукции противовоспалительных медиаторов, субстратом синтеза которых она является. Эти данные позволяют рассматривать Mfsd2a как терапевтическую мишень для защиты целостности ГЭБ и улучшения прогноза течения патологического процесса при субарахноидальном кровоизлиянии.

Нарушение ГЭБ и связанный с этим отек мозга является частым побочным эффектом при хирургических повреждениях мозга. В экспериментах на мышах, у которых молекулярно-генетическими методами были осуществлены нокаут гена Mfsd2a или его оверэкспрессия было показано, что оверэкспрессия транспортера приводит к ослаблению отека и снижению нейрологических повреждений, вызванных операцией, тогда как снижение его экспрессии еще более усиливает повреждение ГЭБ. Как показали полученные данные, положительный эффект оверэкспресии Mfsd2a на функции ГЭБ был связан со снижением экспрессии кавеолина-1, увеличением диссоциации транскрипционного фактора Nrf-2 со связывающим его белком Keap-1/Nrf-2 и увеличением в области хирургического вмешательства Nrf-2-зависимой экспрессии цитопротективных белков, таких как гем-оксигеназа-1, что приводило к росту экспрессии белков плотных контактов и поддержанию барьерных функций ГЭБ [55].

Хроническая ишемия головного мозга, как показали эксперименты на крысах, также приводит к снижению экспрессии Mfsd2a, увеличению проницаемости ГЭБ, росту трансцитоза в клетках эндотелия и когнитивным нарушениям [56]. Оверэкспрессия транспортера устраняет эти патологические проявления, не влияя при этом на ультраструктуру плотных контактов и экспрессию содержащихся в них белков. Эти данные позволяют заключить, что Mfsd2a необходим для поддержания низкой проницаемости ГЭБ при хронической ишемии мозга, и его защитный эффект связан с ингибированием трансцитоза [56].

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

Полученные данные о специфических механизмах поступления ДГК в мозг, обеспечиваемыми эндотелиальным транспортером Mfsd2a, позволяют сделать переоценку существующих способов применения ДГК в качестве пищевой добавки для профилактики нейродегенеративных заболеваний. Оказалось, что введение ДГК в виде триацилглицеринов, основных компонентов рыбьего жира, или свободной (неэтерифицированной) ДГК приводит к повышению уровня этой жирной кислоты в жировой ткани и сердце, но не в мозгу. В противоположность этому добавление ДГК в виде лизоФХ или ФХ, содержащего ДГК в обоих положениях, не влияя на включение этой жирной кислоты в жировую ткань, приводит к 2-кратному повышению содержания ДГК в мозгу и значительной стимуляции продукции BDNF, что свидетельствует о ее функциональной активности [22]. Подобные результаты были получены и на сетчатке [46].

По всей вероятности, этими фактами объясняется низкая биодоступность для мозга применяемых омега-3 пищевых добавок, содержащих главным образом триацилглицерины, и недостаточная успешность их терапевтических эффектов в клинических испытаниях. Например, положительный эффект применения омега-3 пищевых добавок не был выявлен у пациентов с болезнью Альцгеймера [57], хотя при этой патологии снижено количество ДГК в мозгу больных, количество циркулирующего лизоФХ и уровень белка Mfsd2a в плазме крови, причем величина снижения коррелирует со степенью тяжести заболевания [58, 59]. В связи с этим эффективная доставка жизненно необходимых ДГК или ЭПК в мозг и сетчатку в виде лизоФХ может рассматриваться как многообещающий нутрицевтический потенциал в профилактике и лечении нейродегенеративных состояний, психических расстройств и ретинопатий. Недавно французскими учеными был запантенован препарат AceDoPC®, представляющий из себя лизоФХ-ДГК, в котором ДГК находится во втором положении, а в первом – ацетильная группа [60]. Такая структура лизоФХ препятствует его изомеризации при попадании в организм и позволяет сохранить ДГК во втором положении. В экспериментах на мышах in vivo, а также in vitro на моделях ГЭБ было доказано что применение AceDoPC® является наиболее эффективным способом доставки ДГК в мозг [61].

Другой важный практический аспект успехов в изучении Mfsd2a связан с потенциальной возможностью управления барьерными свойствами ГЭБ. Низкая проницаемость ГЭБ для многих лекарственных препаратов и вследствие этого невозможность достижения их необходимой терапевтической концентрации в паренхиме мозга является серьезной проблемой при лечении многих заболеваний ЦНС. Одна из активно разрабатываемых Mfsd2a-опосредованных стратегий предполагает транспорт лекарственных препаратов в мозг активацией трансцитоза. Китайскими исследователями была сконструирована пара вводимых поочередно наночастиц, первая из которых содержала так называемый transcytosis-targeting-peptide и туникамицин, тормозящий активность Mfsd2a, а вторая собственно противоопухолевые препараты, которые могли проникать в паренхиму мозга путем кавеолин-зависимого везикулярного транспорта, который повышается при ингибировании Mfsd2a [62]. Хотя применение данных наночастиц на моделях мышей с метастазами рака груди в мозг показало возможность эффективной доставки препарата в ткани мозга и высокую противоопухолевую активность, тщательные исследования необходимы для оценки потенциальных преимуществ данной терапевтической стратегии. Даже кратковременное “открытие” ГЭБ чревато серьезными последствиями для ЦНС и может быть использовано только в тяжелых патологиях, когда потенциальный риск оправдан.

В основе другой стратегии Mfsd2a-опосредованной доставки лекарственных препаратов в мозг лежит возможность синтеза соединений, в которых действующий агент химически связан с лизоФХ, что делает возможным его перенос транспортером [63]. Такая стратегия сопряжена с меньшим риском побочных эффектов, однако конъюгированный лекарственный препарат должен быть в определенной степени липофильным и иметь ограничения по размерам молекулы.

Тем не менее, несмотря на отсутствие на сегодняшний день убедительных успехов в применении Mfsd2a-опосредованных стратегий в лечении заболеваний ЦНС, эти подходы, учитывая огромную востребованность коррекций разнообразных нейропатологий, имеют несомненные перспективы как для потенциального усиления поступления в мозг жизненно необходимых жирных кислот, так и для доставки лекарственных препаратов, основанной на модуляции проницаемости ГЭБ.