Системно-биологический анализ синергизма магний- и пиридоксин-зависимых белков в контексте поддержки жизнедеятельности нервной системы

ВВЕДЕНИЕ / INTRODUCTION

Магний является одним из четырех важнейших катионных электролитов организма, необходимых для поддержания фундаментального четырехстороннего баланса между потоками ионов Na⁺, K⁺, Ca²⁺ и Mg²⁺ внутри и снаружи клеток. Ионы магния необходимы для стабилизации структуры двойной спирали ДНК и пространственных структур РНК. Кроме того, взаимодействия Mg²⁺ с молекулой аденозинтрифосфата (АТФ) и белками протеома отвечают за широкий круг биологических ролей магния и принципиально важны для жизнедеятельности клеток всех типов, в т.ч. нейронов. Хорошо известным синергистом магния является пиридоксин (витамин В6).

В базах данных протеома (NCBI Protein, UniProt, Human Proteome Map и др.) представлено более 20 тыс. белков человека [1]. При этом точное количество белков протеома человека, активность которых в той или иной форме зависит от ионов магния и/или от пиридоксина, неизвестно. Такая зависимость может выражаться в прямом специфическом взаимодействии с функциональными участками определенных белков или во влиянии на экспрессию данного белка (через взаимодействия с другими белками).

Выявление магний- и пиридоксин-зависимых белков важно для установления воздействия этих эссенциальных микронутриентов на нервно-психическое функционирование человека и комплексных механизмов неврологического синергизма между магнием и пиридоксином [2] Молекулярные механизмы фармакологического действия, а также фармакодинамические характеристики препаратов линии Магне В6^® (Sanofi, Франция) основаны на магний- и пиридоксин-зависимых белках протеома человека, особенно тех, в которые магний и пиридоксаль-5-фосфат входят как коферменты.

Цель – установить механизмы воздействия магний- и пиридоксин-зависимых белков на нейрофизиологию человека и синергизма компонентов оригинального препарата, содержащего фиксированную комбинацию лактата магния и пиридоксина, на уровне протеома человека.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ / MATERIALS AND METHODS

Этапы исследования / Study stages

Исследование включало четыре основных этапа:

– реализация конструкций топологического подхода в виде оригинальных алгоритмов распознавания и классификации магний- и пиридоксин-зависимых белков протеома человека;

– применение алгоритмов для выявления магний- и пиридоксин-зависимых белков;

– отбор белков, которые участвуют в функционировании нервной системы;

– установление механизмов нейрофизиологического синергизма между магнием и пиридоксином на уровне протеома человека.

Методы аннотации генома/протеома // Genome/proteome annotation methods

Использован разработанный ранее математический формализм для анализа разрешимости, локальности и регулярности задачи аннотации [3]. На основе понятий элементарных аминокислотных мотивов, позиционной независимости мотивов, эвристической оценки информативности и разрешимости на множествах элементарных мотивов [4] разработаны алгоритмы для вычисления наборов наиболее информативных аминокислотных мотивов, которые используются для аннотации функций белков [5], в т.ч. для выявления магний- и пиридоксин-связывающих белков.

Системно-биологический анализ / Systems biology analysis

Полученные списки магний- и пиридоксин-зависимых белков анализировались с применением метода функционального связывания [6]. Этот метод, включающий анализ различных данных (о моногенных заболеваниях, кофакторах белков, клеточных ролях белков, симптоматике и критериях диагностики заболеваний и т.д.), позволяет систематически рассмотреть все возможные биологические роли магния и пиридоксина.

Источники информации о белках / Sources of information on proteins

В настоящем исследовании приняты во внимание следующие массивы информации, найденные для магний- и пиридоксин-зависимых белков в различных базах данных по протеому человека:

– ключевые слова в аннотациях [7];

– распределение в тканях [7];

– наличие других белковых кофакторов (помимо магния и пиридоксина) [7];

– реактомные роли белков (по базе данных Reactome) [8];

– функциональные категории белков по международной номенклатуре Gene Ontology (GO) [9];

– взаимодействия с различными лекарственными средствами [7];

– заболевания, ассоциированные с нарушениями активности белков [7];

– уровни экспрессии генов [10].

Для оценки вклада именно иона магния в соответствующие физиологические процессы проводили сравнения с контрольной выборкой белков протеома, которые не являются магний-связывающими. Аналогичный анализ выполнен и для пиридоксин-зависимых белков. Отметим, что отсутствие статистической значимости по сравнению с контрольной выборкой белков не означает, что ион не влияет на соответствующий нормофизиологический процесс. Статистическая значимость отличий в числах белков просто подчеркивает исключительную важность иона магния (и/или пиридоксина) для реализации данного физиологического процесса.

Статистический анализ / Statistical analysis

Для статистической обработки материала использовали прикладную программу Statistica 6.0 (StatSoft Inc., США) и электронные таблицы Microsoft Excel (Microsoft, США). Применяли методы математической статистики, включающие расчет числовых характеристик случайных величин, проверку статистических гипотез с использованием параметрических и непараметрических критериев, корреляционного и дисперсионного анализа. Сравнение прогнозируемых и наблюдаемых частот встречаемости исследуемых признаков (в качестве признаков рассматривались наличие/отсутствие у белка той или иной функции по номенклатуре GO) проводили с помощью критерия χ², критерия Вилкоксона–Манна–Уитни и теста Стьюдента. Оценивали статистическую значимость отличий и другие показатели (отношение шансов, 95% доверительный интервал (ДИ) и др). Статистически значимыми считали отличия при р<0,05 и со значениями нижней границы 95% ДИ более 1,0.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ / RESULTS AND DISCUSSION

В результате проведенных исследований выявлены все возможные магний-зависимые (n=1020) и пиридоксин-зависимые (n=99) белки и отобраны белки, участвующие в функционировании нервной системы.

Ключевые слова в аннотациях / Keywords in annotations

Анализ наиболее частых ключевых слов в аннотациях магний-зависимых белков протеома человека показал, что подавляющее число этих белков связано с поддержанием структуры и функции РНК (n=740), включая тонкорегулируемые процессы альтернативного сплайсинга матричной РНК (n=693), являющегося подготовительной стадией к биосинтезу белка, а также связывание нуклеотидтрифосфатов АТФ (n=428) и гуанидинтрифосфатов (ГТФ) (n=153).

Существенная часть магний-зависимых белков вовлечена в различные процессы посттрансляционной модификации белков протеома, в т.ч. в ацетилирование белков (n=285), пренилирование белков (n=70) и фосфорилирование/дефосфорилирование белков: протеинкиназа (n=193), треонин-протеинкиназа (n=179), тирозин-протеинкиназа (n=24), протеинфосфатаза (n=28). Напомним, что те или иные посттрансляционные модификации важны для «тонкой настройки» функции и стабильности практически каждого из белков протеома. Фосфорилирование белков наряду с регуляцией уровней циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) (n=29) является важнейшим методом внутриклеточной передачи сигнала.

Кроме того, магний-зависимые белки протеома участвуют в функционировании митохондрий (n=139), поддержании гомеостаза электролитов (кальций, калий, литий), репарации ДНК (n=46), а также в таких важнейших внутриклеточных процессах, как гликолиз (n=15), цикл Кребса (n=6), биогенез рибосом (n=6), аутофагия (n=15), сперматогенез (n=13), врожденный иммунитет (n=25), противовирусная защита (n=14) и передача сигналов через синапсы (n=18).

Анализ наиболее частых ключевых слов в аннотациях пиридоксин-зависимых белков протеома человека показал, что пиридоксин-зависимые белки также связаны с поддержанием структуры и функции РНК (включая альтернативный сплайсинг), ацетилированием белков, функцией митохондрий, реализацией биологических функций кальция и обменом АТФ.

Распределение белков в тканях / Distribution of proteins in tissues

Для ряда тканей (головной мозг, мышцы, сердце, почки и печень, легкие, поджелудочная железа, яички, плацента) характерна высокая встречаемость магний-зависимых белков протеома – более 100 на каждую из этих тканей (рис. 1а).

От 20 до 80 магний-зависимых белков встречаются в тканях других органов (в порядке убывания числа белков: селезенка, толстая кишка, предстательная железа, тимус, тонкая кишка, яичники, лимфатическая система, мозжечок, гиппокамп, эпителий, сетчатка глаза, кость, кожа, костный мозг). Менее 20 магний-зависимых белков найдены в лимфоцитах, матке, желудке, гладкой мускулатуре, надпочечниках, щитовидной железе, лимфатических узлах, фибробластах, сперматозоидах, таламусе, жировой ткани, Т-клетках и макрофагах, волосяных фолликулах.

В целом среди различных тканей именно головной мозг характеризуется наибольшим разнообразием магний-зависимых белков (n=244) (рис. 1b). Из них 35 встречаются в мозжечке, 29 – в гиппокампе, 20 – в спинном мозге и 11 – в таламусе.

Для ряда тканей (головной мозг, мышцы, сердце, почки и печень, легкие, поджелудочная железа, яички, плацента) свойственна высокая встречаемость пиридоксин-зависимых белков протеома (рис. 2а). Среди различных тканей именно головной мозг характеризуется наибольшим разнообразием пиридоксин-зависимых белков (n=29) (рис. 2b).

Другие кофакторы / Other cofactors

Многие магний-зависимые белки взаимодействуют и с другими белковыми кофакторами. Среди последних на первом месте – ион марганца Mn²⁺ (n=181), за ним следуют ионы кальция Ca²⁺ (n=126), железа Fe²⁺ (n=44), цинка Zn²⁺ (n=43) и кобальта Co²⁺ (n=13). Важно отметить, что все эти ионы двухвалентны, как и ион магния. К другим кофакторам, встречающимся вместе с ионом магния как кофактора белков, относятся тиамин (витамин В1) (n=10), гем (n=5), флавинаденин динуклеотид (n=4), железосерный кластер 4Fе–4S (n=4), пиридоксаль-5-фосфат (n=4) и ионы меди Cu²⁺ (n=3). Все эти кофакторы являются синергистами магния.

Многие пиридоксин-зависимые белки взаимодействуют с теми же кофакторами, за исключением тиамина и железосерных кластеров. Эти кофакторы являются синергистами и магния, и пиридоксина одновременно.

Реактомные роли / Reactome roles

Анализ магний-зависимых белков в соответствии с их участием в реактоме человека (т.е. в совокупности всех химических и комплексообразовательных реакций в организме человека) указал на 320 реактомных путей. Наибольшие числа магний-зависимых белков (от 10 и более) найдены в следующих сегментах реактома человека:

– посттрансляционные модификации и секреция белков (Rab-геранилирование, посттрансляционные модификации карбоксиконцевого участка тубулина, транспортировка с помощью белкового комплекса оболочки I);

– воспаление (дегрануляция нейтрофилов) и иммунитет (презентация антигена главного комплекса гистосовместимости класса II);

– внутриклеточные сигнальные каскады (сигнальные события G-альфа (s), G-альфа (i), G-альфа (z), состояние «выключено» hedgehog, взаимодействие интегринов на поверхности клеток, сборка щелевых соединений, шапероны HSP90 для рецепторов стероидных гормонов, путь ингибирования аденилатциклазы, активация сигнального каскада RAF киназно-неактивным BRAF, заякоривание базального тела к плазматической мембране в сигнальном каскаде интерлейкинов (ИЛ) 4 и 13);

– обмен углеводов (транслокация GLUT4 на плазматическую мембрану, гликолиз, сигнальный каскад глюкагона, активация протеинкиназы А в сигнальном пути глюкагона, регуляция секреции инсулина);

– нейропротекторные и нейротрофические эффекты (путь рециркуляции L1, регулирование вазопрессином почечного водного гомеостаза через аквапорины, старение, индуцированное окислительным стрессом, активация митоген-активируемой протеинкиназы (англ. mitogen-activated protein kinase, МАРК), опосредованная рецептором FCERI, активация калиевых каналов, управляемых G-белком);

– деление клеток (направление фактора NuMA в митотические центросомы, роль белка GTSE1 в прогрессировании фазы G2/M деления клетки после контрольной точки G2, кинезины, набор митотических белков и комплексов центросомы).

Важно отметить, что практически для всех указанных каскадов реактома человека число магний-зависимых белков было статистически достоверно выше, чем число белков в контрольной группе. Немногочисленные исключения составили каскады передачи сигнала от G-альфа-(i)-белков, ИЛ-4/ИЛ-13, набор митотических белков и комплексов центросомы, активация MAPK. Преобладание именно магний-зависимых белков в указанных каскадах реактома свидетельствует о том, что дефицит магния в первую очередь негативно скажется на функционировании именно этих каскадов реактома. В результате при дефиците магния существенно снижается ресурс организма относительно столь важнейших физиологических процессов, как регуляция посттрансляционных модификаций/секреции белков, воспаления и иммунитета, внутриклеточных сигнальных каскадов, обмена углеводов, деления клеток, нейропротекторных и нейротрофических эффектов.

Анализ пиридоксин-зависимых белков в соответствии с их участием в реактоме человека указал на существенное отличие от описанных выше компонентов реактома, в которых участвуют магний-зависимые белки. За исключением участия в компоненте реактома «сигнальные события G-альфа (q)», пиридоксин-зависимые белки входили в другие компоненты:

– биосинтетические пути (биосинтез сфинголипидов, ацил-кофермент А производных с жирными кислотами, метаболизм фолата и птеринов, катаболизм аминокислот с разветвленной цепью и пиримидинов, пентозофосфатный путь, метаболизм пирувата, синтез селеноцистеина и инозитол-зависимых гликозилфосфатидилинозитол-якорных белков, синтез фосфатидилэтаноламинов);

– процессы регуляции транскрипции генов, биосинтеза и секреции белков (импорт митохондриального белка, активация экспрессии генов SREBF и PPARA, транскрипционная активация митохондриального биогенеза, регуляция экспрессии метаболических генов TP53 и ChREBP);

– сигнальные каскады (сигнальный каскад тромбина, активируемый PAR-протеиназами, рецепторы пептидных лигандов).

Таким образом, реактомные роли пиридоксина существенно дополняют реактомные роли магния, тем самым расширяя спектр нейрофизиологического воздействия сочетания «магний + пиридоксин» по сравнению с просто магнием или пиридоксином.

Функциональные категории / Functional categories

Анализ функциональных категорий магний-зависимых белков по международной номенклатуре GO показал, что в целом с биологическими функциями магния ассоциировано 1503 категории GO. Наибольшие числа белков выявлены в категориях GO «цитозоль», «связывание АТФ», «связывание ионов металлов», «цитоплазма», «плазматическая мембрана» и «ядро клетки»: в каждой представлено более 300 «магниевых» белков. От 100 до 250 магний-зависимых белков представлено в функциональных категориях GO «нуклеоплазма», «клеточная мембрана», «внеклеточная экзосома», «митохондрия», «протеинсерин/треонинкиназы», «связывание ГТФ», «внутриклеточная передача сигналов» и «аппарат Гольджи».

В случае белков, связанных с функционированием нервной системы (рис. 3), наиболее представленными были категории, описывающие структурные компоненты нейронов и их соединений: «дендрит» (n=47), «тело нейрона» (n=43), «аксон» (n=36), «синапс» (n=32), «рецепторный комплекс» (n=31), «синаптический везикул» (n=19), «постсинаптическая мембрана» (n=18). От 10 до 24 белков выявлено в категориях, связанных с развитием центральной нервной системы (ЦНС) и нейропротекцией: «рост нейритов» (n=24), «аксоногенез» (n=16), «развитие мозга» (n=15), «ингибирование апоптоза нейронов» (n=11).

Менее 10 магний-зависимых белков входило в каждую из функциональных категорий GO белков, связанных с морфогенезом и миграцией нейронов (конус роста аксонов, дифференцировка нейронов, окончание аксона, миелинизация, аксонема, развитие нервно-мышечных соединений, потенциал нейронного действия, направление роста аксонов, развитие сетчатки глаза, регуляция аксоногенеза, регуляция развития проекций нейронов, положительная регуляция удлинения аксонов), а также с синаптической передачей сигналов (глутаматергическая синаптическая передача, синаптическая мембрана, долговременная синаптическая пластичность, активация возбуждающего постсинаптического сигнала, регуляция синаптической пластичности, метаболизм дофамина, регуляция сокращения миокарда кальцием).

Анализ функциональных категорий пиридоксин-зависимых белков по международной номенклатуре GO показал, что в целом с биологическими функциями пиридоксина ассоциировано 670 категорий GO. За исключением отдельных категорий (активность протеинсерин/треонинкиназы, связывание ГТФ, фосфорилирование белков, внутриклеточная передача сигналов), пиридоксин-зависимые белки относились к тем же наиболее частым функциональным категориям, что и магний-зависимые, что указывает на очевидный физиологический синергизм магния и пиридоксина в поддержании фундаментальных физиологических процессов («цитозоль», «связывание АТФ», «ядро клетки», «клеточная мембрана», «митохондрия» и др.).

В случае белков, связанных с функционированием нервной системы, по крайней мере некоторые из функциональных категорий магний-зависимых белков также содержали и пиридоксин-зависимые белки: категории «аксон», «окончание аксона», «дендрит», «тело нейрона», «ингибирование апоптоза нейронов». Очевидно, что все эти функциональные категории GO относятся к поддержанию пластичности нейронов, а также к реализации нейропротекторного и нейротрофического эффектов и магния, и пиридоксина.

О нейротропных функциях магний-зависимых белков / Neurotropic functions of magnesium-dependent proteins

В целом анализ функциональных категорий белков показал, что в реализации нейропротекторных, нейротрофических и других «нейротропных» эффектов иона магния участвуют по крайней мере 172 магний-зависимых белка протеома человека. Очевидно, что детальное рассмотрение структуры и функции каждого из них выходит за рамки любой статьи. Поэтому рассмотрим 40 белков, магний-зависимая активность которых, на наш взгляд, оказывает наибольшее воздействие на нервную систему человека. Эти белки участвуют в гомеостазе нейротрансмиттеров, нейропластичности и выживании нейронов. Некоторые из них могут одновременно участвовать во всех этих трех группах нейрофизиологических процессов, поэтому деление рассматриваемых белков на данные группы достаточно условно.

Гомеостаз нейротрансмиттеров

В таблице 1 приведен список основных магний-зависимых белков, участвующих в реализации эффектов ионов магния на гомеостаз нейротрансмиттеров: глутамата, дофамина, гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), ацетилхолина и др.

Прежде всего следует рассмотреть участие ионов магния в регуляции глутаматергической нейротрансмиссии. Оно включает не только взаимодействия с глутаматными рецепторами различных типов рецепторов (N-метил-D‑аспартата (англ. N-methyl-D‑aspartate, NMDA), альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты (англ. alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid, АМРА)), но и со вспомогательными белками, способствующими экспрессии и функционированию глутаматных рецепторов. Как известно, L-глутамат действует как возбуждающий нейромедиатор во многих синапсах ЦНС.

Рассмотрим наиболее известный случай – воздействие магния на регуляцию активности NMDA-рецепторов глутамата. Например, ионотропный глутаматный рецептор NMDA3A (ген GRIN3A) – компонент NMDA-рецепторов, функционирующих как гетеротетрамерные лиганд-управляемые катионные каналы с низкой проницаемостью для кальция и низкой напряжение-зависимой блокадой ионом Mg²⁺. Каждая субъединица тетрамера рецептора придает каналу различные свойства, включая кинетику активации, деактивации и десенсибилизации, чувствительность к pH, проницаемость для Ca²⁺ и связывание с аллостерическими модуляторами [1].

Ион магния в поре рецептора регулирует степень ответа рецептора на действие глутаминергических агонистов и отсутствие иона магния (рис. 4). Отсутствие ионов Mg²⁺ в структуре глутаматных рецепторов приводит к гиперактивности глутаматергической нейротрансмиссии, что способствует усилению воздействия стресса на ЦНС и стимулирует эксайтотоксичность глутамата. В процессе развития нейронных сетей активированный агонистами NMDA3A рецептор участвует в ограничении созревания и росте дендритных шипиков. С клинической точки зрения избыточная активность NMDA-рецепторов на фоне дефицита магния выражается в гиперактивности и эмоциональной лабильности поведения [1].

Ионотропный глутаматный рецептор NMDA2A (ген GRIN2A) – компонент NMDA-рецепторов [11], участвует в синаптической пластичности для обучения и формирования памяти, способствуя медленной фазе возбуждающего постсинаптического тока, долговременной синаптической потенциации и обучению. Активация канала NMDA2A требует связывания нейромедиатора L-глутамата с субъединицей GluN2, связывания глицина или D‑серина с субъединицей GluN1, а также деполяризации мембраны для устранения ингибирования канала Mg²⁺ [12]. Рецептор участвует в регуляции синаптической пластичности посредством активации L-глутаматом, высвобождаемым BEST1 в синаптическую щель [13]. Все это относится не только к глутаматному рецептору NMDA3A, но и к другим разновидностям глутаматных рецепторов, перечисленных в таблице 1 (NMDA2B, GRIN1, АМРА и др.).

Вспомогательные магний-зависимые белки, участвующие в регуляции глутаматергической нейротрансмисии, включают, в частности, киназу MEKKK6, интегрин бета-3 и серин/треонин-протеинкиназу LMTK3.

Магний-зависимая киназа Misshapen-1 (MAPK/ERK киназа MEKKK6, ген MINK1) – серин/треонинкиназа, которая контролирует структуру нейронов и транспорт AMPA-глутаматных рецепторов посредством сигнального каскада Ras/Rap2 [14]. Она необходима для поддержания нормальной синаптической плотности нейронных сетей, сложности дендритов, а также экспрессии AMPA-рецепторов на поверхности нейронов гиппокампа. Активирует сигнальные пути JNK и MAPK14/p38 и опосредует стимуляцию стресс-активированной протеинкиназы MAPK14/p38 в каскаде Raf/ERK. Также активирует сигнальный путь Hippo, который играет ключевую роль в контроле размера органов и подавлении опухолей, ограничивая пролиферацию и способствуя апоптозу опухолевых клеток [15]. Напомним, что для нормального функционирования памяти и когнитивных способностей необходима достаточная синаптическая плотность нейронов, особенно в центральной коре и гиппокампе. И наоборот, сниженная плотность синапсов связана с психическими и когнитивными нарушениями при ожирении [16].

Магний-зависимая субъединица интегрина бета-3 (гликозилфосфатидилинозитол IIa, CD61, ген ITGB3) участвует в образовании интегринов альфа-V/бета-3 и альфа-IIb/бета-3, которые играют роль в синаптической передаче, пластичности головного мозга и серотониновой нейротрансмиссии [17]. Адекватная работа серотониновых рецепторов необходима для профилактики тревожных состояний, расстройств настроения и сна [18].

Серин/треонин-протеинкиназа LMTK3 (ген LMTK3) – еще один магний-зависимый белок, участвующий во внутриклеточном транспорте NMDA-рецепторов в нейронах. LMTK3 фосфорилирует эстрогеновый рецептор ESR1, защищает его от протеасомной деградации, а также регулирует уровни эстрогеновых рецепторов через сигнальный путь PKC-AKT-FOXO3 [19].

Магний-зависимый белок катехол-О-метилтрансфераза (КОМТ) (ген COMT) катализирует O-метилирование и, следовательно, инактивацию катехоламиновых нейромедиаторов, избыточно образующихся при стрессе и перевозбуждении. КОМТ также регулирует время полувыведения (T1/2) некоторых нейроактивных препаратов (леводопа, изопротеренол) [20]. Хорошо известно, что ион магния в активном центре КОМТ принципиально необходим для поддержания активности фермента (рис. 5), что является одним из основных механизмов противодействия магния воздействию катехоламинового стресса на ЦНС [1].

Магний необходим и для поддержания нормофизиологических уровней холинергической нейротрансмиссии, в т.ч. через спицифические взаимодействия с субъединицами холинергических рецепторов типа альфа-9 и альфа-10. Субъединица альфа-10 нейронального ацетилхолинового рецептора (ген CHRNA10) входит в состав нейрональных ацетилхолиновых рецепторов (АХР), которые функционируют как пентамерные, лиганд-управляемые катионные каналы с высокой проницаемостью для кальция. Каждая субъединица АХР придает каналу различные свойства, включая кинетику активации, деактивации и десенсибилизации, чувствительность к pH, проницаемость для катионов и связывание с аллостерическими модуляторами. Субъединицы альфа-9 и альфа-10 АХР экспрессируются во внутреннем ухе, симпатических нейронах и участвуют в регулировании слуховой активности [21].

Для регуляции ГАМКергической нейротрансмиссии важна активность магний-зависимых калиевых каналов. Калиевый канал Kv3.2, управляемый напряжением (ген KCNC2), опосредует трансмембранный транспорт калия в нейронных мембранах и способствует регуляции быстрой реполяризации потенциала действия и поддержанию высокочастотной активности нейронов ЦНС. Свойства канала модулируются ассоциацией со вспомогательными субъединицами KCNE1, KCNE2, KCNE3 или с оксидом азота (NO) через сигнальный каскад, опосредованный циклическим ГМФ и протеинкиназой G, замедляя активацию канала и деактивацию задержанных выпрямляющих калиевых каналов. Канал KCNC2 способствует генерации устойчивых серий импульсов с высокой частотой в ганглиозных клетках сетчатки, нейронах таламокортикального и супрахиазматического ядер, а также в интернейронах гиппокампа и неокортекса [22].

Магний-зависимый 5-гидрокситриптаминовый рецептор 3A (ген HTR3A) образует активируемые серотонином (5-гидрокситриптамином) катион-селективные рецепторные комплексы, которые при активации вызывают быстрые деполяризующие реакции в нейронах [23].

Пуринорецептор P2X3 (ген P2RX3) – внеклеточный АТФ-активируемый неселективный катионный канал, который играет важную роль в сенсорных нейронах, где его активация имеет решающее значение для вкусовых, ноцицептивных реакций, висцеральных рефлексов и сенсорной гиперчувствительности [24]. При гипомагниемии снижается порог вкусовой чувствительности к соленой пище, что может приводить к избыточному потреблению поваренной соли и стимулировать повышение артериального давления [1].

В таблице 1 приведены примеры вспомогательных магний-зависимых белков, важных для нейротрансмисии любых типов, в т.ч. альфа-синуклеин и Ras-связанный белок Rab-8A. Оба эти белка важны для везикулярного (пузырькового) транспорта нейротрансмиттеров различных типов. Так, альфа-синуклеин (ген SNCA) – белок нейронов, участвующий в поддержке транспорта синаптических везикул (пузырьков) и высвобождения из них нейромедиаторов. Альфа-синуклеин участвует в экзоцитозе синаптических везикул, включая их подготовку, слияние и расширение [25]. Ras-связанный белок Rab-8A (ген RAB8A) является регулятором внутриклеточного мембранного транспорта, участвует в образовании везикул для транспорта нейротрансмиттеров и их слияния с синаптическими мембранами. Кроме того, RAB8A и другие белки группы Rab играют роль в индуцированном инсулином транспорте к плазматической мембране транспортера глюкозы GLUT4 и, следовательно, в гомеостазе глюкозы [26].

Поддержание нейропластичности

В таблице 2 перечислены магний-зависимые белки с наибольшими числами «неврологических» категорий GO, участвующие в реализации эффектов ионов магния на нейропластичность. Эти белки влияют на образование и поддержку структуры синапсов, дифференцировку нейронов, рост дендритов и многие другие аспекты нейропластичности.

Многие белки нейропластичности участвуют в везикулярном (пузырьковом) транспорте в нейронах, в т.ч. в синапсах. Эти процессы тесно взаимосвязаны с ростом нейритов и другими факторами нейропластичности. Например, серин/треонин-протеинкиназа 2 с лейциновыми повторами (дардарин, ген LRRK2) фосфорилирует белки (например, RAB3A, RAB3B, RAB3C, RAB3D, RAB5A, RAB5B, RAB5C, RAB8A и др.), участвующие в нейрональной пластичности, врожденном иммунитете, аутофагии и транспорте синаптических везикул [27]. Через фосфорилирование белков RAB8A и RAB10 она способствует нейротрофической передаче сигналов каскада SHH (англ. sonic hedgehog – «сверхзвуковой ежик») в головном мозге [28], поддерживая целостность морфологии ЦНС при эмбриональном развитии [29]. LRRK2 активирует аутофагию дисфункциональных белков посредством кальций-зависимой активации сигнального пути CaMKK/AMPK [30] и рецепторов никотинаденин-динуклеотидфосфата.

Кинезиноподобный белок KIF1A (ген KIF1A) – кинезиновый мотор на микротрубочках нейронов, который необходим для антероградного аксонального транспорта синаптических везикул [31] и для доставки нейрональных везикул к аксонам и дендритным шипикам.

Ионы магния принципиально необходимы для активности ферментов-аденилатциклаз (которых более 10 в протеоме человека). Несмотря на участие в передаче сигнала от рецепторов, общее для всех аденилатциклаз, каждая из них характеризуется особой ролью в нервной системе. Например, аденилатциклаза-8, активируемая кальмодулином (ген ADCY8), катализирует образование цАМФ в ответ на поступление кальция, что приводит к активации цАМФ-сигнализации, влияющей на синаптическую пластичность. ADCY8 задействован во многих функциях мозга (обучение, память, модуляция тревожности) посредством регуляции синаптической пластичности путем модуляции долговременной памяти и долговременной потенциации через модуляцию активности транскрипционного фактора CREB. ADCY8 также играет центральную роль в секреции инсулина, контролируя гомеостаз глюкозы через глюкагоноподобный пептид-1 и сигнальный путь глюкозы, и поддерживает секрецию инсулина посредством кальций-зависимой активации протеинкиназы А, приводящей к пополнению пула нейротрансмиттерных везикул.

Кальций- и интегрин-связывающий белок 1 (кальмирин, ген CIB1) регулирует деление и дифференцировку нейронов, ангиогенез, гемостаз и апоптоз. Он функционирует как негативный регулятор сигнальных путей стресс-активированной MAPK, а также участвует в транслокации сфингозин-киназы SPHK1 к плазматической мембране зависимым от N-миристоилирования образом, предотвращая апоптоз нейронов, индуцированный фактором некроза опухоли альфа. Кальмирин играет роль в динамике самосборки и саморазборки микротрубочек во время развития нейронов, нарушает активность деполимеризации микротрубочек STMN2, регулируя рост нейритов, индуцированный нейротрофическим фактором роста нервов. При ишемически-индуцированном ангиогенезе кальмирин стимулирует пролиферацию, миграцию и образование микрососудистого русла мозга посредством активации сигнальных путей PAK1 и ERK1/ERK2 [32][33]. Кроме того, кальмирин участвует в дифференцировке мегакариоцитов костного мозга, регулируя сигнальный путь, опосредованный тромбопоэтином [34].

Серин/треонин-протеинкиназа-1, ассоциированная с микротрубочками (ген MAST1), – микротрубочко-ассоциированный белок, необходимый для развития мозга в эмбриональном периоде, т.к. связывает сеть дистрофина/утрофина с микротрубочковыми филаментами посредством синтрофинов и путем фосфорилирования белков DMD и UTRN [35].

G1/S-специфический циклин BCL-1 (ген CCND1) – регуляторный компонент комплекса «циклин D1-CDK4», который фосфорилирует/ингибирует сигнальный белок RB1 и регулирует цикл клеточного деления нейрональных предшественников. Фосфорилирование белка RB1 позволяет диссоциировать транскрипционный фактор E2F из комплекса RB/E2F и последующую транскрипцию целевых генов E2F, ответственных за прогрессирование деления нейронов [36].

Септин-4 (брадеион-бета, мозговой белок H5, ген SEPTIN4) участвует в миграции кортикальных нейронов и формировании ведущих отростков нейронов во время эмбрионального развития. Он необходим для дофаминергического метаболизма в пресинаптических окончаниях нейронов [37].

Нейротрофическая тирозин-протеинкиназа ROR2 (ген ROR2) действует как рецептор для лиганда Wnt WNT5A, что приводит к ингибированию WNT3A-опосредованной сигнализации и оказывает нейротрофический эффект [38].

Серин/треонин-протеинкиназа-2, селективная для мозга (ген BRSK2), играет ключевую роль в поляризации нейронов и аксоногенезе, прогрессе цикла клеточного деления нейронов, фосфорилирует CDK16, CDC25C, MAPT/TAU, PAK1 и WEE1. Участвует в регуляции секреции инсулина в ответ на повышенный уровень глюкозы посредством фосфорилирования CDK16 и PAK1 [39]. BRSK2 тормозит апоптоз нейронов при ишемическом стрессе [40].

Выживание нейронов

Магний-зависимые белки, участвующие в реализации эффектов ионов магния на выживание нейронов (табл. 3), связаны, в частности, с выживанием нейронов (включая антиоксидантное действие и восстановление/ремонт ДНК), торможением эксайтотоксичности и поддержанием энергетического метаболизма нейронов.

Как было показано ранее, магний-зависимые белки могут содержать и другие кофакторы – в частности, ионы меди. Например, магний-зависимая медь-транспортирующая АТФаза-1 (медный насос 1, ген ATP7A) – АТФ-зависимый медьсодержащий ионный насос [41], важный для функционирования и выживания нейронов. Он регулирует отток меди и передачу сигнала в синапсах, а также обеспечивает поступление ионов Cu⁺ к антиоксидантному ферменту супероксиддисмутазе и медь-зависимым ферментам, участвующим в биосинтезе дофамина и других нейромедиаторов [42]. При низкой концентрации меди в цитозоле этот белок локализуется в транс-Гольджи сети, где он переносит ионы Cu⁺ к медьсодержащим ферментам секреторного пути [41]. При повышении концентрации меди в цитозоле ATP7A перемещается к плазматической мембране, где экспортирует избыток ионов Cu⁺ [43].

Тирозин-протеинкиназа Абельсона 1 (ген ABL1) – нерецепторная тирозин-протеинкиназа, необходимая для роста и выживания нейронов, которая регулирует подвижность и адгезию клеток, эндоцитоз рецепторов, аутофагию, апоптоз и ответ на повреждение ДНК (рис. 6). Она координирует ремоделирование актина посредством тирозинового фосфорилирования белков, контролирующих динамику цитоскелета (DBN1, DBNL, CTTN, RAPH1 и ENAH) и участвующих в сигнальных каскадах нейронов. Фосфорилируя белки BCAR1, CRK, CRKL, DOK1, EFS, MUSK, NEDD9 [44], киназа ABL1 способствует формированию нервно-мышечных синапсов. ABL1 участвует в аутофагии, положительно регулируя транспорт и функцию лизосомальных компонентов. Многие субстраты ABL1-киназы (DDB1, DDB2, ERCC3, ERCC6, RAD9A, RAD51, RAD52, WRN) являются медиаторами репарации повреждений ДНК [44].

Калиевый потенциал-зависимый канал A1 (Kv1.1, ген KCNA1) – субъединица А1 калиевого канала, управляемого напряжением, опосредует трансмембранный транспорт калия в нейронах [45]. К-канал способствует регуляции мембранного потенциала и нервной сигнализации, а также предотвращает нейрональную гипервозбудимость и последствия эксайтотоксичности [46]. Субъединица А1 образует тетрамерные калий-селективные каналы, через которые ионы калия проходят в соответствии с их электрохимическим градиентом. Канал чередуется между открытой и закрытой конформациями в ответ на разность потенциалов на мембране [47]. Рецепторные комплексы, содержащие различные пропорции субъединиц KCNA1, KCNA2, KCNA4, KCNA5, KCNA6, KCNA7 и цитоплазматических бета-субъединиц, различаются по свойствам результирующих К-каналов, включая скорость открытия и закрытия/инактивации канала [46]. Канал необходим для нормального постнатального развития мозга и нормального деления нейрональных клеток-предшественников в мозге [45].

Серин/треонин-протеинкиназа PAK1 (ген PAK1) – протеинкиназа, участвующая во внутриклеточных сигнальных путях, связанных с интегринами и рецепторными киназами, регулирующими динамику цитоскелета нейронов, клеточную адгезию, миграцию, апоптоз, деление клеток и процессы везикулярного транспорта [48]. PAK1 напрямую фосфорилирует проапоптотический белок BAD и защищает нейроны от апоптоза. Играет роль в регуляции секреции инсулина в ответ на повышенный уровень глюкозы. Тройной комплекс, содержащий белки PAK1, DVL1 и MUSK, важен для регуляции кластеризации АХР во время формирования нервно-мышечных соединений. Сниженная активность фермента ассоциирована с клетками, подвергающимися апоптозу, потенциально из-за связывания CDC2L1 и CDC2L2 [49]. В ответ на повреждение ДНК фосфорилирует MORC2, который активирует его АТФазную активность и способствует ремоделированию хроматина [50]. Фермент необходим для регуляции синаптической стабильности рецептора GABAA и, следовательно, ГАМКергической ингибиторной синаптической передачи благодаря своей роли в стабилизации F-актина. В нейронах гиппокампа он важен для формирования дендритных шипиков и возбуждающих синапсов [51], тем самым играя значимую роль и в нейропластичности.

Серин/треонин-протеинкиназа PINK1 (ген PINK1) – сенсор повреждения митохондрий, способствующий защите клеток от митохондриальной дисфункции во время клеточного стресса в нейронах. Она фосфорилирует митохондриальные белки для координации механизмов контроля качества митохондрий, которые необходимы для поддержания структуры и функции митохондрий [52]. В зависимости от степени повреждения митохондрий активность PINK1 варьируется от предотвращения апоптоза и стимуляции митохондриального биогенеза до устранения сильно поврежденных митохондрий посредством PINK1/PRKN-зависимого каскада сигналов митофагии [53].

Когда клеточный стресс приводит к необратимому повреждению митохондрий, магний-зависимая киназа PINK1 накапливается на внешней митохондриальной мембране, где фосфорилирует уже существующие полиубиквитиновые цепи по Ser-65, активируя белок PRKN, который инициирует митофагию митохондрий с нарушенной структурой [54]. Дополнительно PINK1 регулирует подвижность поврежденных митохондрий, способствуя убиквитинированию и последующей деградации MIRO1 и MIRO2. В двигательных нейронах это ингибирует внутриклеточный антероградный транспорт поврежденных митохондрий вдоль аксонов, что способствует их замене на функциональные митохондрии [55].

Никотинамид/никотинат-нуклеотид аденилилтрансфераза-2 (ген NMNAT2) катализирует образование NAD⁺ из никотинамид-мононуклеотида и АТФ [56]. Действует как фактор выживания аксонов, необходимый для поддержания здоровых аксонов, замедляя дегенерацию аксонов при механических повреждениях [57].

Митоген-активированная протеинкиназа 8 (JNK1, ген MAPK8) участвует в дифференцировке, миграции, трансформации и регуляции апоптоза нейронов. Внеклеточные стимулы, такие как провоспалительные цитокины или физический стресс, стимулируют сигнальный путь стресс-активированной протеинкиназы/c-Jun N-концевой киназы (SAP/JNK) [58]. MAPK8 фосфорилирует STMN2 и, следовательно, регулирует динамику микротрубочек, контролируя удлинение нейритов в корковых нейронах. В развивающемся мозге благодаря своей цитоплазматической активности на STMN2 она отрицательно регулирует скорость выхода из мультиполярной стадии и радиальной миграции из желудочковой зоны. Фосфорилирует SIRT6 как часть ответа нейрона на окислительный стресс [59].

MAP/киназа 4, регулирующая сродство к микротрубочкам (ген MARK4), фосфорилирует ассоциированные с микротрубочками белки MAPT/TAU, MAP2 и MAP4, участвует в регуляции сети микротрубочек нейронов, вызывая реорганизацию микротрубочек в пучки [60]. Она необходима для инициации удлинения аксонемы [61]. Играет роль в прогрессировании цикла деления нейронов, особенно при эмбриогенезе, в энергетическом гомеостазе, регулируя насыщение и скорость метаболизма. Кроме того, MARK4 фосфорилирует белок RPTOR комплекса mTORC1 и действует как негативный регулятор комплекса mTORC1 из-за нарушения взаимодействия между фосфорилированным RPTOR и гетеродимером RRAGA/RRAGC, которое необходимо для активации mTORC1 [62].

Аденилилтрансфераза мононуклеотида никотинамида-2 (ген NMNAT3) катализирует образование NAD⁺ из никотинамидмононуклеотида и АТФ [63]. Участвует в поддержании целостности аксонов, а также функционирует как белок-шаперон стрессового ответа, предотвращающий токсическую агрегацию белков [64].

Полиамин-транспортирующая АТФаза 13A2 (ген ATP13A2) защищает нейроны от токсичности полиаминов (азотистых продуктов жизнедеятельности клеток), стимулируя их всасывание и внутриклеточную переработку. Она играет роль во внутриклеточном катионном гомеостазе и поддержании целостности нейронов [65], в т.ч. через поддержание гомеостаза цинка [66]. ATP13A2 регулирует аутофагию посредством контроля экспрессии киназы SYT11 [67].

Взаимодействия с фармацевтическими препаратами / Interactions with pharmaceuticals

Анализ магний-зависимого сегмента протеома человека показал, что с функцией/активностью магний-зависимых белков ассоциированы 143 лекарственных средства (включая ряд микронутриентов и/или нутрицевтиков). Они формируют весьма широкий круг препаратов из рубрикатора анатомо-терапевтическо-химической (АТХ) классификации, включая:

– анестетики;

– анальгетики (в т.ч. опиоиды) и жаропонижающие средства;

– анксиолитики, снотворные и седативные средства;

– антидепрессанты, антипсихотики;

– препараты, используемые при расстройствах зависимости;

– препараты против деменции и ноотропы;

– блокаторы кальциевых каналов;

– сердечные гликозиды;

– бета-блокаторы;

– антиаритмические средства;

– антитромботические средства;

– противоопухолевые средства;

– противовоспалительные средства (в т.ч. нестероидные);

– препараты, снижающие уровень глюкозы в крови;

– микроэлементы и нутрицевтики;

– противовирусные препараты;

– антибиотики (в т.ч. тетрациклины) и другие противоинфекционные средства.

Отметим, что данный список включает нутрицевтики (глицин, метионин, ресвератрол, ацетилцистеин, циннаризин, кверцетин) и витамины (D, С и витамины группы В – пиридоксин, биотин, тиамин, холин). Примеры конкретных препаратов приведены на рисунке 7.

Взаимодействие магний-зависимых белков с указанными группами препаратов разнонаправленно. Некоторые из перечисленных групп лекарственных средств очевидным образом негативно сказываются на гомеостазе магния, приводя к потерям магния организмом (анестетики, блокаторы кальциевых каналов, сердечные гликозиды, антипсихотики, анальгетики, жаропонижающие, противоопухолевые, противовоспалительные, противовирусные препараты, антибиотики и противоинфекционные средства). Детальный анализ антимагниевых свойств всех препаратов рубрикатора АТХ представлен в работе [68].

Магний, воздействуя на рецепторные сигнальные каскады, может улучшать отклик на терапию рядом препаратов, включая анксиолитики, снотворные и седативные средства, препараты против деменции, антиаритмические средства, антидепрессанты, препараты, используемые при расстройствах зависимости, антитромботические средства, бета-блокаторы, препараты, снижающие уровень глюкозы в крови. Нутрицевтики и витамины (включая витамин В6 – пиридоксин) являются физиологическими синергистами магния.

Анализ пиридоксин-зависимого сегмента протеома человека показал, что с функцией/активностью пиридоксин-зависимых белков ассоциирован механизм действия 52 лекарственных препаратов (включая ряд микронутриентов). Некоторые из них ассоциированы и с магний-зависимыми белками: кофеин, ацикловир, амиодарон, а также спиронолактон, арипипразол, атомоксетин, миконазол, топирамат, дазатиниб.

В то же время пиридоксин-зависимые белки в большей степени (судя по количеству белков протеома) ассоциированы с реализацией эффектов тиамина, ресвератрола, циннаризина. Пиридоксин активно выводится вальпроатами, сулиндаком, карведилолом, нифедипином и рядом противоопухолевых препаратов (тамоксифен, доксорубицин, метотрексат), что негативно сказывается на функции всех пиридоксин-зависимых белков.

Заболевания, ассоциированные с нарушениями активности белков / Diseases associated with disturbances in protein activity

Анализ заболеваний, связанных с нарушениями функции магний-зависимых белков протеома человека, указал по крайней мере на 80 различных заболеваний, ассоциированных с дефицитом магния. Очевидно, что к магний-дефицитным патологиям относятся:

– судорожные состояния (судороги мышц и др., спастичность мышц, начало судорожного приступа, контрактуры);

– другие нарушения тонуса мышц (мышечная гипотония, желудочковые аритмии сердца, дыхательная недостаточность (бронхоспазм), спастические нарушения желудочно-кишечного тракта и др.);

– кардиопатологии (гипертрофическая кардиомиопатия, кальцификация артерий);

– неврологические нарушения (дисфункция мозжечка, нарушения неврологического развития плода, миелинизации нервов, зрения, адаптивного поведения, когнитивные расстройства, интеллектуальный дефицит);

– другие нарушения развития плода (дисморфизм головы/лица, скелетные аномалии);

– остеопороз;

– мультисистемные расстройства (в т.ч. связанные с нарушениями структуры соединительной ткани);

– опухолевые заболевания (злокачественные новообразования, аденокарцинома толстого кишечника);

– метаболические расстройства (ожирение, диабет);

– усиление интоксикации организма свинцом;

– формирование камней в почках.

Следует отметить, что результаты настоящего исследования протеома человека подтверждены существенным массивом экспериментальных и клинических данных [1][2].

Анализ заболеваний, ассоциированных с нарушениями функции пиридоксин-зависимых белков протеома человека указал по крайней мере на 45 различных заболеваний, связанных с дефицитом В6. Большинство патологий, ассоциированных с дисфункцией магний-зависимых белков, оказались ассоциированы и с дисфункцией пиридоксин-зависимых белков:

– судороги (спастичность, начало судорожного приступа (повышенная судорожная готовность));

– усиление интоксикации свинцом;

– пороки развития (нарушения неврологического развития плода, дисфункция мозжечка, черепно-лицевой дисморфизм, нарушения миелинизации нервов, скелетные аномалии, нарушения зрения);

– метаболические расстройства;

– камни в почках;

– нарушения желудочно-кишечного тракта;

– гипотония;

– гипертрофическая кардиомиопатия.

Добавим, что с дисфункцией пиридоксин-зависимых белков также были ассоциированы потеря сенсорных ощущений (нарушения тактильной чувствительности), нефрокальциноз, гипогликемия, метаболический ацидоз, нарушения состояния/качества желчи (в т.ч. желчнокаменная болезнь), дефекты/дисплазия клапанов и перегородок сердца, задержка роста плода, психомоторные аномалии плода.

Практическое применение Магне В6^® в неврологии / Practical applications of Magne B6^® in neurology

Представленные выше результаты протеомного анализа магний- и пиридоксин-зависимых белков подтверждаются результатами фундаментальных и клинических исследований. Отметим, что препарат Магне В6^® характеризуется наиболее детальной и обоснованной доказательной базой, включая метаанализы [1]. По нему проведен комплекс клинических исследований, показавших перспективность его использования в детской и взрослой неврологии.

Прежде всего следует отметить положительное влияние терапии Магне В6^® на женское здоровье и течение беременности (что, безусловно, важно для поддержки неврологического состояния плода и ребенка). Препарат успешно используется в коррекции психовегетативных расстройств у женщин [69]. Показана эффективность профилактического применения Магне В6^® у беременных с артериальной гипертонией и ожирением, страдающих невынашиванием [70]. Прием препарата беременными с признаками дисплазии соединительной ткани (n=500) положительно сказывался на течении беременности, способствуя родоразрешению в срок, предотвращая прерывание беременности и формирование преэклампсии второй половины беременности, а также был сопряжен с профилактикой асфиксии и гипотрофии новорожденного, приводящей к неврологическим нарушениям [71].

Наиболее изученными направлениями применения препарата Магне В6^® в детской неврологии являются терапия у детей с синдромом дефицита внимания (СДВ) и синдромом дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ), лечение астении и противодействие стрессу. В лечении СДВ/СДВГ используются немедикаментозные (Монтессори-терапия, оперантный тренинг родительской компетентности, групповая психотерапия, тренинг социальных навыков, транскраниальная микрополяризация, биологическая обратная связь и др.) и медикаментозные методы, одним из которых служит прием препаратов магния. Недостаточная обеспеченность магнием создает условия для кумуляции свинца в организме человека. Хорошо известно, что клинические признаки отравления свинцом у детей схожи с проявлениями СДВ/СДВГ.

Показано, что структура отклонений элементного спектра и гиповитаминозы у детей с СДВГ имеют характерные особенности, из которых наиболее распространена и ярко выражена недостаточная обеспеченность и магнием, и пиридоксином [72][73]. Эффективность применения Магне В6^® у детей с СДВ/СДВГ подтверждена комплексным клинико-нейропсихологическим и биохимическим обследованием данной категории пациентов [74].

Установлено влияние препарата Магне В6^® на цереброваскулярную реактивность у детей с СДВ [75]. Анализ содержания магния в волосах у 96 детей 3–10 лет с СДВГ (54 мальчика и 46 девочек) показал наличие у всех обследованных полиэлементных отклонений состава волос (до 12 различных химических элементов). Во всех случаях дефицит магния сочетался с дефицитом эссенциальных и избытком нейротоксичных элементов (в частности, свинца). Для оценки церебральной гемодинамики проводилась ультразвуковая транскраниальная допплерография. Начиная с 4-кратного отклонения магния от нормы у подавляющего большинства детей отмечались нарушения цереброваскулярной реактивности по гиперконстрикторному типу. Все дети, у которых была выявлена низкая концентрация магния в волосах, получали Магне В6^® ежедневно (10 мг/кг/сут) в течение 2 мес. Препарат хорошо переносился всеми пациентами. Применение Магне В6^® у детей с СДВГ на фоне недостаточной обеспеченности магнием приводило к позитивной модификации поведения, цереброваскулярной реактивности, что является доказательством вазоактивного воздействия препарата. В результате лечения у всех 70 детей, получавших в течение 2 мес терапию магнием, наблюдалась положительная клиническая динамика СДВГ [76].

Применение препарата Магне В6^® для лечения астенических состояний и расстройств ночного сна у детей в возрасте 9–17 лет (n=154) курсом 1–2 мес продемонстрировало, что на фоне терапии происходила нормализация всех показателей по тесту САН (самочувствие, активность, настроение). Концентрация 6-сульфатоксимелатонина в моче имела тенденцию к повышению у всех пациентов, что указывает на нормализацию метаболизма мелатонина («гормона сна»). В целом прием Магне В6^® позволил купировать астенический синдром и магниевый дефицит при астении, улучшить самочувствие, активность и настроение детей на фоне нормализации содержания магния в организме, нормализовать ночной сон у 74,1% пациентов с инсомнией [77].

В ходе изучения клинической эффективности 30-дневного курса Магне В6^® для коррекции психоэмоциального статуса школьников в период интенсивного обучения (14–17 лет, n=30) наблюдалась положительная динамика самочувствия, активности, настроения, показателей вегетативной и сердечно-сосудистой систем у 97% обследованных. У 50% установлено достоверное повышение уровня адаптации. Показана хорошая переносимость и отсутствие побочных эффектов препарата [78]. Результаты рандомизированного исследования антистрессорных и антидепрессантных эффектов препарата Магне В6^®, применяемого у добровольцев 18–23 лет (n=89) в течение 8 нед, продемонстрировали достоверное уменьшение симптоматики дефицитов магния и пиридоксина и, как следствие, выраженности стрессовых реакций, а также достижение лучших результатов в учебе [79].

Магне В6^® может являться эффективным способом коррекции психоэмоционального статуса при прохождении той или иной фармакотерапии неврологического характера. Например, назначение препарата пациентам с различными формами эпилепсии (n=25) в течение 4 нед на фоне терапии антисудорожными средствами способствовало улучшению их самочувствия. Во всех случаях психический статус больных характеризовался наличием депрессии и тревожности. Препарат применялся в средней терапевтической дозе в течение 28 дней. Оценки по шкале Занга для самооценки тревоги (англ. Zung Anxiety Rating Scale, ZARS), методике симптоматического опросника (англ. Symptom Checklist-90, SCL-90) и шкале общего клинического впечатления (англ. Clinical Global Impression, CGI) показали достоверное положительное неспецифическое действие Магне В6^® на психическое состояние пациентов, наиболее выраженное в отношении аффективных расстройств к 28-му дню. Более эффективным препарат был при церебрастеническом и субдепрессивном синдромах, эффективность оказалась меньше при энцефалопатическом синдроме. Магне В6^® хорошо переносился и не вызывал каких-либо побочных явлений [80].

В целом в работе детально описаны механизмы воздействия магния на нейрофизиологию человека и синергизма между магнием и пиридоксином на уровне протеома человека (рис. 8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ / CONCLUSION

Молекулярные механизмы фармакологического действия, а также фармакодинамические характеристики препаратов линии Магне В6^® (Sanofi, Франция) основаны на магний- и пиридоксин зависимых белках протеома человека (особенно тех, в которые магний и пиридоксаль-5-фосфат входят как коферменты).

Заметим, что в течение последних 30 лет в разных публикациях по фармакологии магниевых препаратов (причем из разных стран) можно встретить фразу (очевидно, копируемую из статьи в статью без всякого критического рассуждения), что «биологические функции магния реализуются посредством 300 ферментов». Действительно, в белковых базах данных начала 1990-х гг. можно было найти всего две-три сотни магний-связывающих белков. Однако за 30–35 лет массив информации о магний-связывающих белках (и, заметим, о пиридоксин-зависимых белках) был существенно пополнен новыми данными. В настоящее время таких белков насчитывается более 1000, а вовсе не 300.

В настоящем исследовании проведен системно-биологический анализ синергизма магний- и пиридоксин-зависимых белков в контексте поддержки жизнедеятельности нервной системы. Анализ выполнен с использованием современных математических методов топологической теории распознавания. Выявлены все возможные магний-зависимые (n=1020) и пиридоксин-зависимые (n=99) белки, отобраны участвующие в функционировании нервной системы, поддержке настроения и эмоциональной сферы. Среди различных тканей именно головной мозг характеризуется наибольшим разнообразием магний-зависимых белков (n=244). Синергизм между магнием и пиридоксином проявляется на многих уровнях: взаимодействия с различными белковыми кофакторами, общие функциональные категории белков, схожие взаимодействия с рядом фармацевтических препаратов и сопоставимые ассоциации дефицитов магния/пиридоксина с различными заболеваниями. Многие пиридоксин-зависимые белки взаимодействуют с теми же кофакторами, что и магний-зависимые. Пиридоксин-зависимые белки относились в основном к тем же наиболее часто встречающимся функциональным категориям, что и магний-зависимые, что указывает на очевидный синергизм магния и пиридоксина в поддержании фундаментальных физиологических процессов. В реализации нейропротекторных, нейротрофических и других нейротропных эффектов иона магния участвуют по крайней мере 172 магний-зависимых белка протеома человека и 20 пиридоксин-зависимых белков. И магний-, и пиридоксин-зависимые белки важны для поддержания гомеостаза нейротрансмиттеров, нейропластичности и выживания нейронов.

С функцией/активностью магний-зависимых белков ассоциированы 143 лекарственных препарата (включая ряд микронутриентов и/или нутрицевтиков) – анестетики, анксиолитики, снотворные/седативные средства, препараты для лечения деменции, блокаторы кальциевых каналов, сердечные гликозиды, антиаритмические средства и другие кардиопрепараты, антидепрессанты, антипсихотики, антибиотики, диуретики и др. Анализ заболеваний, ассоциированных с нарушениями функции магний-зависимых белков протеома человека, указал на 80 различных патологий, связанных с дефицитом магния (судорожные состояния, нарушения неврологического развития плода, миелинизации нервов, зрения, адаптивного поведения, когнитивные нарушения и интеллектуальный дефицит). Большинство заболеваний, ассоциированных с дисфункцией магний-зависимых белков, ассоциированы и с дисфункцией пиридоксин-зависимых белков.