Витамин В12 и фолиевая кислота
Витамин В12 и фолиевая кислота — химически различные витамины, необходимые для биосинтеза ДНК. Их нехватка приводит к нарушению этого процесса, подавлению нормального митоза и к аномальному созреванию и функционированию образующихся клеток. Эти изменения особенно заметны в тканях, клетки которых быстро делятся, например в костном мозге и эпителии ЖКТ, но в той или иной степени повреждаются все делящиеся клетки. Главное проявление дефицита витамина В12 или фолиевой кислоты — это тяжелая анемия, но возможны также панцитопения (снижение образования как эритроцитов, так и лейкоцитов и тромбоцитов) и нарушения со стороны ЖКТ. При дефиците витамина В12, но не фолиевой кислоты, могут наблюдаться неврологические нарушения (раздел "Клиническая фармакология").
Анемии, вызванные недостатком витамина В12 или фолиевой кислоты, характеризуются определенными изменениями периферической крови и костного мозга, которые называются мегалобластической анемией. Так как основным дефектом при этих авитаминозах является нарушение синтеза ДНК, то подавляется деление клетки при сохраненном синтезе белка и РНК. Это приводит к образованию крупных (макроцитарных) эритроцитов с высоким показателем РНК : ДНК. Такие эритроциты аномальны и крайне чувствительны к деструктивным воздействиям. При морфологическом исследовании костного мозга отмечается обилие клеток, повышение количества аномальных предшественников эритроцитов (мегалобластов), но крайне малое количество клеток, которые созревают до нормальных эритроцитов. При мегалобластической анемии на фоне дефектов в процессах созревания ядра и деления клетки нормально протекают созревание цитоплазмы эритроцитов костного мозга и синтез гемоглобина.
Теоретически мегалобластическая анемия может возникнуть вследствие любого нарушения синтеза ДНК, на практике же почти все случаи связаны с дефицитом витамина В12 или фолиевой кислоты. Биохимические и физиологические основы этих нарушений сейчас хорошо известны, механизмы развития этих анемий можно описать на молекулярном уровне.
Химия
А. Витамин B12. Этот витамин состоит из порфириноподобного кольца с центральным атомом кобальта, связанным с нуклеотидом. С атомом кобальта могут связываться ковалентными связями различные лиганды, формируя разные кобаламины. У человека активными формами витамина. Выявляются дезоксиаденозилкобаламин и метилкобаламин. Цианокобаламин и гидроксико-баламин (оба применяются в клинике) и другие кобаламины, которые находятся в пищевых продуктах, могут превращаться в эти активные формы. Главный источник витамина В12— микробный синтез; этот витамин не синтезируется растениями или животными. В пище витамин В12, синтезированный микробами, содержится преимущественно в мясе (особенно печени), яйцах и молочных продуктах. Витамин B12 иногда называют внешним фактором в отличие от внутреннего фактора, который секретируется в желудке.
Б. Фолиевая кислота. Фолиевая кислота (птероилглутаминовая кислота) — это вещество, состоящее из птеридинового гетероцикла, р-аминобензойной кислоты и глутаминовой кислоты. К птероильной части молекулы может быть присоединено разное количество молекул глутаминовой кислоты. При этом образуются моноглутаматы, диглутаматы и триглутаматы. Полностью окисленное птеридиновое кольцо фолиевой кислоты может восстанавливаться под действием фермента дигидрофолатредуктазы с образованием 7,8-дигидрофолиевой кислоты (Н2-фолат), а затем с образованием полностью восстановленной 5,6,7,8-тет-рагидрофолиевой кислоты (H-фолат). Н4-фолат может затем образовать кофакторы, содержащие одноуглеродные фрагменты, присоединенные к атому N 5 (5-СН3-Н4-фолат и 5-СНО—Н4-фолат), атому N 10 (10-СНО—Н4-фолат) или в оба положения (5,10-СН2-Н4-фолат и 5,10-СН+=Н4-фолат). Кофакторы не изменяются в различных ферментативных реакциях и выполняют важную биохимическую функцию: отдают одноуглеродные фрагменты на разных этапах окисления. В большинстве случаев Н,-фолат регенерируется в этих реакциях и затем снова может утилизироваться. В разных растительных и животных тканях присутствуют разные формы фолиевой кислоты; самые богатые источники витамина — дрожжи, печень, почки и зеленые овощи.
Фармакокинетика
А. Витамин В12. Диета американца содержит в среднем 5-30 мкг витамина В12 в день, из которых обычно всасывается 1-5 мкг. Значительные количества витамина хранятся преимущественно в печени (у взрослого примерно 3000-5000 мкг). С мочой и калом теряются только следовые количества. Так как нормальные потребности в витамине В12 составляют всего 2 мкг в день, потребуется целых 5 лет, чтобы в случае прекращения абсорбции витамина В12 организм израсходовал все его запасы и развилась мегалобластная анемия. Витамин В12 всасывается в физиологических количествах только в присутствии внутреннего фактора. Внутренний фактор — это гликопротеид с мол. м. приблизительно 50 000, который секретируется париетальными клетками слизистой оболочки желудка. В комплексе с витамином B12, высвобожденным из пищевых источников в желудке и двенадцатиперстной кишке, он всасывается в дистальном отделе слепой кишки путем высокоспецифичного рецепторного транспортного механизма. Дефицит витамина В12 у человека чаще всего обусловлен его мальабсорбцией вследствие недостатка внутреннего фактора или нарушения специфического механизма абсорбции в дистальном отделе слепой кишки.
После абсорбции витамин В, связанный с гликопротеидом плазмы транскобаламином II, транспортируется по всему организму. Избыток витамина депонируется в печени. Значительное выделение витамина В12 с мочой происходит только в тех случаях, когда его парентерально вводят в очень больших количествах, превосходящих связывающую способность транскобаламинов (50-100 мкг).
Б. Фолиевая кислота. Диета американца содержит в среднем 500-700 мкг фолатов в день, из них в зависимости от метаболических потребностей всасывается 50-200 мкг (беременные могут абсорбировать до 300-400 мкг в день). Обычно примерно 5-20 мг фолатов хранится в печени и других тканях. Фолаты выделяются с мочой и калом, а также разрушаются катаболически, то есть после прекращения приема уровень кислоты в крови снижается. Так как запасы витамина в организме низкие, а потребность в нем высока, через 1-6 месяцев после прекращения поступления фолиевой кислоты в организм (в зависимости от питания пациента и скорости утилизации фолата) могут развиться дефицит фолиевой кислоты и мегалобластическая анемия.
Фолиевая кислота легко и полностью всасывается в проксимальном отделе тощей кишки. Однако фолаты пищи в основном состоят из полиглутаматных форм 5-СН3—Н4-фолата и лишь очень небольшого количества неизмененного фолата. До абсорбции все, кроме одного глутаматного остатка полиглутаматов, должны быть гидролизованы ферментом cc-L-глутаматтрансферазой ("конъюгазой") в пределах реснитчатой каемки слизистой оболочки кишечника. Моноглутамат 5-СН3—Н-фолат затем попадает в кровяное русло путем активного или пассивного транспорта и далее распространяется по всему организму.
Фармакодинамика
А. Витамин В12. У человека существуют две основные ферментативные реакции, которые требуют присутствия витамина В. В одной из них дезоксиаденозилкобаламин является необходимым кофактором превращения метилмалонил-СоА в сукцинил-СоА ферментом метилмалонил-СоА-мутазой. При дефиците витамина Bt2 реакция не идет, и накапливается субстрат — метилмалонил-СоА В результате синтезируются аномальные жирные кислоты, встраивающиеся в мембраны клеток. Считается, что в ЦНС это нарушение приводит к неврологическим проявлениям дефицита витамина B.
Другая ферментативная реакция, для которой требуется витамин В2, — это превращение 5-СН3—Н4-фолата в Н4-фолат и гомоцистеина в метионин ферментом 5-СН3—Н4-фолат-гомоцистеин-метил-трансферазой. В этой реакции кобаламин и метилкобаламин переходят друг в друга, и витамин можно считать истинным катализатором. При дефиците витамина В12 превращение основного пищевого и хранящегося в депо 5-СН3—Н-фолата в предшественник кофакторов, Нгфолат, произойти не может. В результате аккумулируется 5-СН3—Нг фолат и развивается дефицит кофакторов, необходимых для синтеза ДНК. Этот биохимический механизм (так называемая "метилфолатовая ловушка") соединяет витамин В12 и фолиевую кислоту и объясняет, почему при дефиците витамина В12 мегалобластическая анемия (но не неврологические нарушения) может быть частично устранена с помощью фолиевой кислоты.
Б. Фолиевая кислота. Как уже упоминалось, основная роль фолатов — это образование кофакторов, необходимых для реакций переноса одноуглеродных фрагментов в ходе синтеза азотистых оснований ДНК. Такой синтез пуринов de novo включает две ферментативные реакции с участием этих кофакторов. В них 10-СНО-Н-фолат и 5,10-СН+Н-фолат становятся донорами одноуглеродных фрагментов, чтобы в конечном итоге образовать атомы С2 и С8 пуринового гетероцикла. В обеих этих реакциях H-фолат снова регенерируется и может опять принимать на себя одноуглеродные фрагменты и становиться кофактором.
Другая важная реакция, для которой необходим фолат — синтез тимидиловой кислоты (2-дезокси-тимидинмонофосфата — дТМФ), важного предшественника ДНК. В этой реакции фермент тимидилатсинтетаза катализирует перенос одноуглеродных фрагментов 5,10-СН2—Н4-фолата в положение С5 пиримидина 2-дезоксиуридинмонофосфата (дУМФ) с образованием дТМФ. В отличие от других ферментативных реакций с участием фолатных кофакторов в этой реакции кофактор окисляется до Н2 фолата, и на каждый моль образованного дТМФ потребляется моль Н4 фолата. В быстро пролиферирующих тканях в этой реакции потребляются значительные количества Н4 фолата, и постоянный синтез ДНК требует постоянного восстановления Н2 фолата в Н4 фолат (эта реакция катализируется дигидрофолатредуктазой). Образуемый Нгфолат может затем снова превращаться в кофактор СН2—Нгфолат с помощью сериновых трансгидрометилаз, регулируя таким образом синтез дТМФ. Комплекс реакций, катализируемых дТМФ-синтетазой, дигидрофолатредуктазой и сериновой трансгидрометилазой, часто называют циклом синтеза дТМФ.