Что такое plasmologen?

Что такое plasmologen
Термин «плазмалогены» (ПГ), как известно, применяется достаточно давно для обозначения класса глицерофосфолипидов (таких как этаноламин- и холинсодержащих), отличительной особенностью строения которых является наличие в sn-1 положении простой эфирной связи, сопряженной с двойной связью [1].

С физико-химической точки зрения, плазмалогены (син. альдегидогенные липиды) – фосфолипиды общей формулы, которая представлена следующим образом: цис-RCH=CHOCH2CH (OR’) CH2 – OP(O)(OH)-OX, где R-обычно алкил- или алкенил-, содержащий 14 или 16 атомов С; R’-ацил насыщенной или ненасыщенной кислоты с 16-24 атомами С в цепи; X = H (фосфатидалевая кислота), X4=CH2CH2N(CH3)3 (фосфатидаль-холин), X =CH2CH2NH3 (фосфатидаль-этаноламин), X=CH2CH(COOH)-NH3  (фосфа-тидальсерин) и др. [2].

Особенности строения плазмалогенов обусловливают их способность к достаточно быстрому окислению по двойной связи, что служит подтверждающим фактом их антиоксидантных свойств у веществ с характерным строением цепи, а также свидетельствует о малой устойчивости данных соединений в связи с быстрым окислением [3]. Кроме того, общеизвестно, что простые липиды представляют собой большую и структурно разнообразную группу в составе биомолекул, играющую важнейшую роль в поддержании энергетического баланса клетки и осуществлении внутриклеточной и межклеточной сигнализации [4].

Синтез плазмалогенов осуществляется в печени благодаря действию пероксисом. Затем они упаковываются в липопротеиды и доставляются в головной мозг, где регулируют ряд важных функций, включая регуляцию мембранных потенциалов нейронов и высвобождение медиаторов в синапсахи [5]. Именно нарушением функции пероксисом, в которых происходят начальные этапы биосинтеза данных простых липидов, может быть обусловлен дефицит в организме человека липидов с простой эфирной связью, в частности, плазмалогенов [6]. В процессе старения организма активность пероксисом снижается, уровень циркулирующих плазмалогенов в крови уменьшается, из-за чего нарушаются, прежде всего, когнитивные функции [5].

Плазмалогены, учитывая свою важную роль в качестве антиоксидантов природного происхождения, липидных медиаторов и депо полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), являются, к сожалению, самыми наименее изученными в спектре различных фосфолипидов [1].

История изучения плазмалогенов интересна. Впервые плазмалогены были обнаружены в 1924 в плазме крови. Пик научного интереса к плазмалогенам наблюдался в 60-80-х годах прошлого столетия, когда рядом ученых из разных стран был представлен механизм биосинтеза данных липидов и их распределение в различных системах и органах; определен количественный состав и структура жирных кислот в морфологии плазмалогенов; было изучено изменение количества плазмалогенов при различных заболевания [7-9].

Действительно, изучение липидов с простой эфирной связью обусловлено изменением их содержания при патологии, в сравнении с уровнем липидов у здоровых лиц. По сравнению со сложноэфирными глицерофосфолипидами, липиды с простой эфирной связью (плазмалогены) менее распространены. Присутствие плазмалогенов в мембранах клеток тканей млекопитающих определяет свойства биомембран и специфичность мембранных рецепторов [10].

Кроме того, в процессе изучения плазмалогенов стало известно, что в дополнение к основной, структурной роли в клеточных биомембранах, плазмалогены участвуют в дифференцировке клеток и осуществлении внутриклеточной сигнализации соответственно в реализации физиологических и когнитивных функций организма [11]. Плазмалогены действуют как эндогенные антиоксиданты за счет наличия винильной связи в алкенильном радикале. В частности, имеются данные А. Broniec и соавт., позволяющие предположить, что плазмалогены могут защитить мембранные липиды от окисления синглетным кислородом [10]. Недавнее исследование этого же научного коллектива позволяет предположить, что антиоксидантное действие плазмалогенов реализуется как внутримолекулярно, так и межмолекулярно и не зависит от положения остатка глицерина sn-1 и sn-2 или конформации их мембран [11].

Содержание плазмалогенов также существенно снижается у пациентов с неалкогольным стеатогепатитом [12]. Недавние исследования J.E. Jang и соавт. показали защитную роль плазмалогенов в развитии данной патологии посредством взаимодействия с ядерными рецепторами, активируемыми пероксисомными пролифераторами (peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs), которые играют важную роль в регуляции клеточной дифференцировки [13].

Известно о связи снижения содержания плазмалогенов со многими когнитивными нарушениями, например, болезнью Альцгеймера, а также респираторными и другими заболеваниями [7, 14-20].

Уровень плазмалогенов в различных системах и органах колеблется в пределах от 0 до 70% [1]. Структурно-функциональные особенности плазмалогенов объясняют их наличие в большинстве энергоемких органов и тканей человека и животных: головном мозге, легких и сердце, сетчатке глаза, лейкоцитах [1, 21-23].

Плазмалогены составляют около 18% от общего количества фосфолипидов в мембранах клеток, наиболее распространенными из них являются плазмалогены фосфатидилэтаноламинов (5–22%) и фосфатидилхолинов (0,8–22%). Тем не менее уровни этих плазмалогенов различаются среди различных клеток или тканей, составляя более 50% в сердце и скелетных мышцах, почках, головном мозге и эритроцитах [24]. Липиды с простой эфирной связью оказывают иммуностимулирующее действие, реализуемое посредством активации макрофагов, проявляют антибактериальную и противогрибковую активность, антиангиогенный эффект, ингибируют рост опухолевых клеток [25].

Плазмалогены морфологически также составляют около 30% общего количества фосфолипидов головного мозга и около 70% всех глицеро-фосфолипидов в миелине, являются структурными компонентами мембран, депо вторичных мессенджеров, играют роль в мембранном синтезе, переносе ионов и оттоке холестерина, а также могут выступать в роли антиоксидантов [26].

В то же время вторичный дефицит плазмалогенов может возникнуть на фоне метаболических и воспалительных заболеваний, таких как сахарный диабет 2 типа, артериальная гипертензия, ишемическая болезнь сердца, метаболический синдром, респираторные заболевания, а также быть следствием замедления синтеза и/или ускорения распада плазмалогенов [27].

Помимо основной, структурной роли в клеточных биомембранах, плазмалогены принимают участие в дифференцировке клеток и осуществлении внутриклеточной сигнализации соответственно в реализации физиологических, в том числе и когнитивных функций [28].

Также недавнее исследование А. Broniec и соавт. представляет данные, что антиоксидантное действие плазмалогенов реализуется как внутримолекулярно, так и межмолекулярно и не зависит от положения остатка глицерина sn-1 и sn-2 или конформации их мембран [29].Также к ПГ-формам относят фактор активации тромбоцитов, который является универсальным сигнальным посредником, эндогенно образующимся в клетках млекопитающих и принимающим непосредственное участие в различных физиологических процессах человека. Он участвует в процессах активации тромбоцитов, аллергических реакциях, ишемии и вовлечен во все провоспалительные и регуляторные реакции в организме млекопитающих [30].

Также, возвращаясь к нейродегенеративным заболеваниям и уровню плазмалогенов при них, стоит отметить данных последнего исследования. Данные исследования, показавшего связь между развитием болезни Альцгеймера и нарушением обмена липидов, были представлены на конференции Международной ассоциации болезни Альцгеймера (Alzheimer’s Association International Conference). В исследование было включено более 1600 человек, в том числе пациенты с болезнью Альцгеймера, лица с умеренным снижением когнитивных функций и здоровые добровольцы того же возраста, пола и уровня образования. В образцах плазмы крови испытуемых определяли уровень фосфолипидов, содержащих остатки омега-3 и омега-6 жирных кислот (данные липидные соединения, содержащие длинноцепочечные жирные кислоты и необходимые клеткам для построения мембран, являлись плазмалогенами). В результате исследования обнаружено, что низкие уровни плазмалогенов связаны с наличием болезни Альцгеймера. Кроме того, недостаток этих соединений был связан с уровнем тау-белка, который является известным маркером болезни Альцгеймера. Предполагается, что снижение уровня плазмалогенов может быть связано и с другими неврологическими заболеваниями, в частности, с болезнью Паркинсона. Интересно, что ген APOE4, который также связывают с развитием болезни Альцгеймера, по-видимому, не связан со снижением уровня фосфолипидов.

Эти исследования находятся в русле направления, изучающего связь между питанием и функционированием мозга. В будущем они могут ответить на вопрос, какие схемы питания, методы диагностики и лечения необходимо применять при деменции [31].

Общеизвестно, что источниками плазмалогенов выступают сердечная мышца и головной мозг млекопитающих, кожа птиц (курицы) и жировая фракция морских беспозвоночных (например, морской звезды, морского гребешка) [19, 32, 33]. Перечисленные пищевые продукты достаточно специфичны  и не всегда могут приниматься в пищу. Однако морские моллюски, являющиеся популярным продуктом питания во многих странах, богаты плазменил-фосфолипидами.

В настоящее время появились работы, в которых именно диета, в состав которой входят данные морепродукты, является наиболее приемлемым источником плазмалогенов для человека [34, 35]. Кроме того, известно, что более 80 % плазмалогенов из диеты всасываются в кишечнике, приводя к увеличению концентрации плазмалогенов в плазме крови [36]. Поэтому крайне актуальной задачей является разработка специализированных пищевых продуктов или пищевых добавок (т.н. специализированного липидного модуля), содержащих плазмалогены, для диетотерапии.

Литература

1. Плазмалогены – биологически активные липиды: свойства, получение. Глазкова И.В., Саркисян В.А., Жилинская Н.В., Кочеткова А.А., Коденцова В.М., Зорина Е.Е., Малинкин А.Д.
   Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2016. – № 4 (352). – С. 69-73.
2. Horrocks L. A., Sharma M., “New Compr. Biochem”. 1982. – Vol. 4. – Р. 51-93.
3. Rizzo W.B. Fatty aldehyde and fatty alcohol metabolism: review and importance for epidermal structure and function // Biochim. Acta. 2014. – Vol. 1841. 3. –P. 377–389.
4. Novgorodtseva T.P., Denisenko Y.K., Antonyuk M.V., Knyshova V.V., Zhukova N.V., Gvozdenko T.A. Modification of the fatty acid composition of the erythrocyte membrane in patients with chronic respiratory diseases // Lipids Health Dis. 2013. 12. 117.
5. Pauline Anderson. Faulty Lipid Metabolism Linked to Alzheimer’s. Режим доступа https://www.medscape.com/viewarticle/900188 (дата обращения 10.05.2021).
6. Argyriou С., D’Agostino M.D., Braverman N. Peroxisome biogenesis disorders // Transl. Rare Dis. 2016.- Vol. 1, №2. – Р. 111-144.
7. Braverman N.E., Moser A.B. Functions of plasmalogen lipids in health and disease // Biochim. Biophys. Acta – Mol. Basis Dis. Elsevier B.V. 2012. – Vol. 1822. 9. – P. 1442–1452.
8. Dawson G. Measuring brain lipids // Biochim. Biophys. Acta – Mol. Cell Biol. Elsevier B.V. 2015. – Vol. 1851. – P. 1026–1039.
9. From brain to food: Analysis of phosphatidylcholins, lyso-phosphatidylcholins and phosphatidylcholin-plasmalogens derivates in Alzheimer’s disease human post mortem brains and mice model via mass spectrometry / M.O.W. Grimm, S. Grosgen, M. Riemenschneider, H. Tanila, H.S. Grimm, T. Hartmannet // J. Chromatogr. Elsevier B.V. 2011. – Vol. 1218. 42. – P. 7713–7722.
10. Broniec A., Klosinski R., Pawlak A. Interactions of plasmalogens and their diacyl analogs with singlet oxygen in selected model systems // Free Radic. Biol. Med. 2011. 50. 892–898.
11. Broniec A., Żądło A., Pawlak A. Interaction of plasmenylcholine with free radicals in selected model systems // Free Radic. Biol. Med. 2017. 106. 368–378.
12. Puri P., Wiest M.M., Cheung O. The plasma lipidomic signature of nonalcoholic steatohepatitis // Hepatology. 2009. 50. 1827–1838.
13. Jang J.E., Park H.-S., Yoo H.J. Protective role of endogenous plasmalogens against hepatic steatosis and steatohepatitis // Hepatology. 2017. 66. (2). 416– 431.
14. Changes in Plasma Lipids during Exposure to Total Sleep Deprivation / E.C.-P. Chua, G. Shui, A. Cazenave-Gassiot, M.R. Wenk, J.J. Gooley // Sleep. – №38. – P. 1683–1691.
15. Gorgas K., Teigler A., Komljenovic D., Just W.W. The ether lipid-deficient mouse: Tracking down plasmalogen functions // Biochim. Acta – Mol. Cell Res. 2006. – Vol. 1763. 12. – P. 1511–1526.
16. Anti-inflammatory/anti-amyloidogenic effects of plasmalogens in lipopolysaccharide-induced neuroinflammation in adult mice / M. Ifuku, T. Katafuchi, S. Mawatari, M. Noda, K. Miake, M. Sugiyama, T. Fujino // J. Neuroinflammation. – Vol. 9. 1. – P. 197.
17. Kullenberg D., Taylor L.A., Schneider M., Massing U. Health effects of dietary phospholipids // Lipids Health Dis. BioMed Central Ltd. 2012. – Vol. 11. 1. – P. 3.
18. Saab S., Buteau B., Leclere L., Acar N. Involvement of plasmalogens in post-natal retinal vascular development // PLoS One. 2014. – Vol. 9.- Р.
19. Plasma / R. Maeba, M. Nishimukai, S.I. Sakasegawa, D. Sugimori, H. Hara // Serum Plasmalogens: Methods of Analysis and Clinical Significance. Advances in Clinical Chemistry. 1st ed. Elsevier Inc. 2015. – P. 31–94.
20. Plasmalogens participate in very-long-chain fatty acid-induced pathology / P. Brites, P.A. Mooyer, L. El Mrabet, H.R. Waterham, R.J. Wanders // Brain. – Vol. 132. 2. – P. 482–492.
21. Horrocks L., Sun G. Ethanolamine plasmalogens // Res. methods in Neurochem. – P. 223–231.
22. Сидорова Ю.С., Петров Н А., Зорин С.Н., Саркисян В.А., Мазо В.К., Кочеткова А.А. Новый функциональный пищевой ингредиент – липидный модуль, источник астаксантина и плазмалогенов // Вопр. питания. 2019. – Т. 88, № 1. – С. 49-56.
23. Эффективность перорального приема плазмалогена и изменение его содержания в крови у пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера в легкой стадии и умеренными когнитивными нарушениями: двойное слепое рандомизированное многоцентровое плацебо-контролируемое исследование. Тахехико Фудзино, Тацуо Ямада, Такаси Асада, Ёсио Цубои, Тикако Вакана, Сиро Маватари, Суминори Коно. 2017. – № 17. – С. 199-205.
24. Moser A.B., Steinberg S.J., Watkins P.A., Moser H.W., Ramaswamy K., Siegmund K.D., Lee D.R., Ely J.J., Ryder O.A., Hacia J.G. Human and great ape red blood cells differ in plasmalogen levels and composition // Lipids Health Dis. 2011. 10. 101.
25. Messias M.S.F., Mecatti G.C., Priolli D.G., Carvalho P.O. Plasmalogen lipids: functional mechanism and their involvement in gastrointestinal cancer // Lipids Health Dis. 2018. 17. 41.
26. Петров Н.А., Саркисян В.А., Фролова Ю.В., Сидорова Ю.С. Сравнительная физиолого-биохимическая оценка in vivo продуктов, обогащенных плазмалогенами и лецитином. Вопросы питания. 2018. – Т. 87, №5. Приложение. – С. 265-266.
27. Mawatari et al.: Dietary plasmalogen increases erythrocyte membrane plasmalogen in rats. Lipids in Health and Disease. 2012. – №11. – С. 161.
28. Wallner S., Schmitz G. Plasmalogens the neglected regulatory and scavenging lipid species // Chem. Lipids. 2011. – Vol. 164. – Р. 573-589.
29. Broniec A., Zqdlo A., Pawlak A. Interaction of plasmenylcholine with free radicals in selected model systems // Free Radic. Med. 2017. – Vol. 106. – Р. 368-378.
30. Dorninger F., Forss-Petter S., Berger J. From peroxisomal disorders to common neurodegenerative diseases – the role of ether phospholipids in the nervous system // FEBS Lett. 2017. – 591, №18. – Р. 2761-2788.
31. Qiang Liu, Juan Zhang. Lipid metabolism in Alzheimer’s disease. Neurosci Bull. 2014 Apr; 30(2): 331–345.
32. Mawatari S., Yunoki K., Sugiyama M., Fujino T. Simultaneous preparation of purified plasmalogens and sphingomyelin in human erythrocytes with phospholipase A1 from Aspergillus orizae // Biosci. Biotechnol. Biochem. 2009. – Vol. 73, ¹ 12. – P. 2621–2625.
33. Separation and Determination of Functional Complex Lipids from Chicken Skin / K. Yunoki, O. Kukino, Y. Nadachi, Fujino T., M. Ohnishi // J. Am. Oil Chem. Soc. 2008. – Vol. 85. ¹ 5. – P. 427–433
34. Denisenko Y.K., Lobanova E.G., Novgorod-tseva T.P., Gvozdenko T.A., Nazarenko A.V. The role of arachidonic acid metabolites (endocannabinoids and eicosanoids) in the immune processes: A review // Int. J. Chem. Sci. 2015. – Vol. 1, №3. – Р. 70-78.
35. Ermolenko E.V., Latyshev N.A., Sultanov R.M., Kasyanov S.P. Technological approach of 1-O-alkyl-sn-glycerols separation from Berryteuthis magister squid liver oil // J. Food Sci. Technol. 2016. – №53. – Р. 1722-1726.
36. Новгородцева Т.П. и др. Перспективы использования природных алкил-глицеринов… СИБИРСКИЙ НАУЧНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ. 2018. ТОМ 38, № 6. С. 103-110.