Хорошо описана связь между дефицитом а1-антитрипсина и ранним развитием эмфиземы легких. Курение заметно ускоряет развитие этого заболевания, снижает качество жизни и значительно сокращает ее продолжительность у этих пациентов. Однако отмечают большие колебания по частоте и тяжести деструктивного поражения легких у пациентов с дефицитом о-антитринсина. Даже у людей гомозиготных по PIZZ, которые курят, могут отсутствовать любые признаки поражения легких или нарушения их функций, или они не появляются вплоть до 70-80 лет. Хотя по результатам одного из исследований можно было предположить, что у детей с дефицитом а1-антитрипсина минимальную степень эмфиземы легких можно обнаружить при помощи функциональных проб. Истинные клинические признаки эмфиземы легких, связанной с дефицитом о-антитрипсина, появляются только после 30 лет. Первые типичные симптомы — одышка, кашель, слюнотечение, частые инфекционные заболевания. В этом исследовании не делали биопсию печени, однако она необходима для точного определения степени поражения печени у этих пациентов.

Различные белки а1-антитрипсина классифицируют по системе фенотипа PI. Его определяют при электрофорезе в агарозе или при изоэлектрическом фокусировании плазмы в полиакриамидном геле с кислым pH. Система классификации PI в соответствии с движением основной изоформы устанавливает символ для белка. Так, самому распространенному нормальному белку, перемещающемуся к промежуточной изоэлектрической точке, присвоена буква М. У пациентов с тяжелым дефицитом а1-антитрипсина аллельный вариант белка перемещается к высокой изоэлектрической точке, он получил букву Z. Еще больший полиморфизм белка антитрипсина отмечают, учитывая длину ограничивающего фрагмента и при непосредственном анализе последовательности ДНК. С помощью этих технологий, в добавление к изоэлекрическому фокусированию, исследователи смогли определить более 100 вариантов аллелей а1-антитрипсина.

Нормальные аллели

Наиболее частые нормальные аллели с-антитрипсина обозначают как Ml. В США их обнаруживают у 65-70% представителей белой расы. Существует много других нормальных аллелей с частотой обнаружения менее 0,1%. Каждому такому аллелю соответствуют нормальные значения функциональной активности и концентрации в сыворотке а1-антитрипсина.

Если антитрипсин невозможно обнаружить в сыворотке, то аллель называют молчащим. Наследование двух молчащих аллелей или молчащего и дефицитного аллеля приводит к раннему развитию эмфиземы легких. Признаков поражения печени у полностью обследованных пациентов с молчащими аллелями не обнаружено. К ним относят делецию всех экзонов, кодирующих антитрипат; замены, приводящие к образованию стоп-кодонов; мутации сдвига рамки считывания; мутации, приводящие к замене одного основания. По крайней мере в трех случаях сдвиг рамки считывания приводит к образованию патологического усеченного белка, который накапливается в эндоплазматическом ретикулуме. При детальном исследовании этих аллелей опять возник вопрос классификации. Хотя а1-антитрипсин невозможно обнаружить в сыворотке пациентов с молчащим аллелем, при переносе этого гена в гетерологичные клетки измененный белок синтезируется и секретируется. Секреция немного снижена, и измененная молекула утрачивает свою функциональную активность. Еще неизвестно, что препятствует обнаружению этой молекулы а1-антитрипсина в сыворотке человека — ее нестабильность или быстрое разрушение in vivo.

Наиболее изучен патологический аллель а1-антитрпсина. Он был обнаружен у 14-летнего мальчика, умершего от кровотечения. Замена единственной аминокислоты в положении 358 превратила антитрипсин из ингибитора эластазы в ингибитор тромбина. Эпизодическая природа заболевания объясняется изменением синтеза мутантного белка во время острофазного ответа на воспаление или при повреждении тканей.

В целом с-антитрипсин — это ингибитор сериновых, но его основные мишени — это нейтрофильная эластаза, катепсин G и протеиназа 3, протеазы, которые высвобождаются из активированных нейтрофилов. Есть данные, что основная физиологическая роль а1-антитрипсина заключается в подавлении нейтрофильной эластазы. Во-первых, у пациентов с дефицитом а1-антитрипсина может рано развиваться эмфизема легких, этот процесс можно индуцировать у подопытных животных при введении большого количества нейтрофильной эластазы. Данные наблюдения позволили сделать вывод, что деструктивные заболевания легких могут развиваться из-за нарушения равновесия между нейтрофильной эластазой и а1-антитрипсином.

Эффекты а1-антитрипсина основаны на конкурентном взаимодействии, целевые ферменты непосредственно присоединяются к участку в пределах активной центральной петли. Реакция между ферментом и ингибитором по существу — реакция второго порядка, и образовавшийся комплекс содержит по одной молекуле каждого из участников реакции. Активный участок белка, связанный с ингибитором, гидролизируется во время образования комплекса фермент-ингибитор. Комплекс а1-антитрипсина и сериновой протеазы — это ковалентно связанная структура, устойчивая к действию денатурирующих веществ, включая додецилсульфат натрия и мочевину. Связь между а1-антитрипсином и ферментом окончательная, измененный ингибитор больше не может связывать или инактивировать ферменты. Также возникает выраженное изменение структуры фермента, включающее разрешение катализирующего участка; фермент становится неактивным и подвергается протеолитическому расщеплению. В ходе исследований было показано, что необратимая связь с целевым ферментом вызывает глубокие конформационные изменения в молекуле а1-антитрипсина — активная петля, связанная с ферментом, помещается в щель листа A, сравнили механизм ингибирования с мышеловкой: активный ингибитор циркулирует в метастабильной напряженной форме и затем связывается с ферментом и переходит в стабильную ненапряженную форму, таким образом, закрывается комплекс с его целевой протеазой.

Функциональная активность а1-антитрипсина в сложных биологических жидкостях может меняться под действием некоторых факторов. Во-первых, метионин активного центра может окислиться, в таком случае антитрипсин больше не работает как ингибитор эластазы. In vitro а1-антитрипсин окисляется под действием веществ, которые высвобождаются из активированных нейтрофилов и альвеолярных макрофагов курильщиков. Во-вторых, функциональная активность а1-антитрипсина может меняться при протеолитической инактивации. Некоторые представители семейства металлопротеинов. включая коллагеназ и эластазу Pseudomonas и протеазы семейства тиолов, мот расщеплять и инактивировать а1-антитрипсин. Результаты исследований свидетельстуют о том, что в патогенезе неакантолитической пузырчатки может участвовать нейтрофильная эластаза, действующая в эпидермальном слое, поскольку в коже а1 -антитрипсин расщепляется и инактивируется матрикс HO металлопротеиназой-9. В-третьих, из нейтрофилов в участках воспаления и фагоцитоза часто высвобождается ДНК, она может подавлять активность а1-антитрипсина в отношении катепсина G.

Хотя у пациентов с аллелями PIZZ а1-антитрипсин плазмы и печени функционально активен, может быть снижена его способность подавлять эластазу. Огуши и соавторы показали, что кинетика ассоциации с нейтрофильной эластазой и стабильность комплекс а с ней значительно меньше, если а1-антитрипсин получен из плазмы пациента с аллелями PIZZ. У пациентов, гомозиготных по аллелю S, функциональная активность а1-антитрипсина не снижается.

В ходе отдельных исследований было выявлено, что у подопытных животных а1-антитрипсин предотвращает летальные эффекты ФНО. Большинство этих данных указывает на то, что защитный эффект обусловлен подавлением синтеза и высвобождения из нейтрофилов фактора, активирующего тромбоциты; по-видимому, это происходит через подавление нейтрофильных протеаз. В гладкомышечных клетках сосудов а1-антитрипсин также, вероятно, подавляет деградацию внеклеточного матрикса нейтрофильными протеазами.

Благодаря нескольким исследованиям известно, что а1-антитрипсин обладает функциональной активностью не только в отношении сериновых протеаз. Карбоксильный концевой фрагмент а1-антитрипсина, образующийся при формировании комплекса с сериновыми протеазами или при протеолитической инактивации тиоловыми протеиназами или металлопротеиназами, — это мощный нейтрофильный хемоаттрактант. Реакция хемотаксиса эквивалентна реакции, вызываемой формил-мстионил-лейцил-фенилаланином. При инкубации с экзогенной нейтро- фильной эластазой концевой карбоксильный фрагмент а1-антитрипсина также отвечает за увеличение синтеза а1-антитрипсина в моноцитах и макрофагах человека. В каждом случае биологические эффекты обусловлены взаимодействием между пентапептидным неодоменом в пределах концевого карбоксильного фрагмента а1-антитрипсина и новым клеточным рецептором.

Результаты нескольких экспериментов показывают, что а1-антитрипсин подавляет вирус иммунодефицита человека. Описаны отдельные механизмы подавления инвазии и продукции вируса, но результаты не получили независимого подтверждения.

Есть сообщения, что а1-антитрипсин, действуя на лимфоциты, меняет иммунные реакции. Однако в некоторых случаях присутствовала наследственная патология, и данные не дублировались. Никаких сведений о том, что у пациентов с дефицитом а1-антитрипсина постоянно нарушен иммунный ответ, нет.