Синдром Хантера биохимические реакции

В человеческом теле происходит огромное множество биохимических реакций, направленных на поддержание жизненно важных функций, как то производство энергии, рост и развитие, связь отдельных органов и систем организма, защита от инфекций. Среди жизненно важных функций есть такая - расщепление больших биомолекул на составляющие и их вывод из организма. Сбой именно этой функции приводит к заболеванию мукополисахаридозом различных типов, в том числе и синдромом Хантера. Расщепление больших биомолекул на маленькие молекулы происходит под действием особых веществ - ферментов. Ферменты образуются в клетках. Ферменты обязательно присутствуют во всех клетках живого организма. Ускоряя биохимические реакции, ферменты направляют и регулируют обмен веществ. Все живые клетки содержат очень большой набор ферментов, от активности которых зависит функционирование клеток. Практически каждая из множества разнообразных реакций, протекающих в клетке, требует участия специфического фермента. Ферменты, разрушающие макромолекулы находятся в специальных мешочках клетки - лизосомах.

Гликозаминкликаны

Биохимия синдрома Хантера связана с проблемой в части соединительной ткани, а ее именно межклеточного вещества. В состав межклеточного вещества входят волокна (коллагеновые и эластические) и основное вещество, которое преобладает по объему. Волокна расположены неупорядочено, образуют рыхлую сеть.

Межклеточное вещество состоит из разнообразных сахаров и белков и помогает формировать структуру того или иного органа. Межклеточное вещество окружает отдельные клетки словно сеть и функционирует как клей, который скрепляет отдельные клетки. Одна из составных частей межклеточного вещества есть сложные молекулы, называемые протеогликанами. Подобно многим компонентам человеческого тела, протеогликаны время от времени должны быть разрушены и заменены на новые. При расщеплении протеогликанов образуются мукополисахариды, называемые иначе гликозаминкликанами (ГАГ).

Механизмы происходящие в коже

Чтобы лучше понять, что такое гликозаминогликаны, рассмотрим механизмы происходящие в коже. Все мы знаем, что кожа человека состоит из трех слоев — эпидермиса, дермы и гиподермы.

Дерма играет роль каркаса, который обеспечивает упругость, прочность и растяжимость кожи. Дерму можно смело сравнить с этаким необычным матрацем: одновременно водным и пружинным. В матраце этом роль пружин играют волокна коллагена и эластина, все пространство между которыми заполнено водным гелем, состоящим из мукополисахаридов (гликозаминогликанов). Кстати говоря, молекулы коллагена действительно напоминают пружины, так как в них белковые нити скручены наподобие спиралей.

Упругость и устойчивость дермы, на которой «покоится» эпидермис, определяются как состоянием «пружин» — волокон коллагена и эластина, так и качеством водного геля, образованного гликозаминогликанами. Если «матрац» не в порядке — ослабли «пружины», или гель не держит влагу, — кожа начинает обвисать под действием силы тяжести, смещаться и растягиваться во время сна, смеха и плача, сморщиваться и терять упругость. Так образуются крупные складки, например носогубные. В молодой коже коллагеновые волокна и гликозаминогликановый гель постоянно обновляются. С возрастом обновление межклеточного вещества дермы идет все медленнее, накапливаются поврежденные волокна, а количество гликозаминогликанов неуклонно уменьшается.

Основная задача клеток дермы — разрушать и строить (синтезировать) межклеточное вещество (гликозаминогликаны). В основном этим занимаются клетки - фибробласты. Фибробласты можно смело назвать как строителями, так и архитекторами, определяющими состав и строение соединительной ткани кожи. Это они сперва разрушают коллаген и гиалуроновую кислоту, а разрушив, синтезируют эти молекулы заново. Процесс разрушения-восстановления происходит непрерывно, и благодаря ему межклеточное вещество постоянно обновляется.

В стареющей коже активность фибробластов снижается, и они все хуже справляются со своими обязанностями. Особенно быстро утрачивается способность к образованию межклеточного вещества. А вот разрушительные способности, к огромному сожалению женщин, долгое время остаются на прежнем уровне. Как говорится, ломать — не строить. В стареющей коже коллагеновые волокна становятся толще, однако их количество и эластичность уменьшаются. В результате структура коллагенового матрикса нарушается, содержание влаги в межклеточном веществе дермы уменьшается, а кожа, соответственно, теряет упругость и эластичность.

Роль дермы и гликозаминогликаны

Дерма играет роль каркаса, который обеспечивает механические свойства кожи - ее упругость, прочность и растяжимость. Она напоминает комбинацию водного и пружинного матраца, где роль пружин играют волокна коллагена и эластина, все пространство между которыми заполнено водным гелем, состоящим из мукополисахаридов (гликозаминогликанов). Молекулы коллагена на самом деле напоминают пружины, т. к. в них белковые нити скручены наподобие спиралей. Гликозаминогликаны - это большие молекулы углеводов, которые в воде не растворяются, а превращаются в сеточку, ячейки которой захватывают большое количество воды - образуется вязкий гель.

Эпидермис — это верхний, постоянно обновляющийся слой кожи. С дермой его связывает особая структура — базальная мембрана. Она напоминает коврик, сплетенный из белковых волокон и пропитанный гелеобразным веществом (гликозаминогликанами). Вблизи базальной мембраны дерма содержит больше гликозаминогликанов, а ее «пружины» более мягкие. Это так называемый сосочковый слой дермы. Он образует мягкую подушку непосредственно под эпидермисом. Под сосочковым слоем располагается сетчатый слой, в котором коллагеновые и эластиновые волокна формируют жесткую опорную сетку. Эта сетка также пропитана гликозаминогликанами. Главным гликозаминогликаном дермы является гиалуроновая кислота, которая имеет самую большую молекулярную массу и связывает больше всего воды.

Состояние дермы, этого матраца, на котором покоится эпидермис, его упругость и устойчивость к механическим нагрузкам определяются как состоянием «пружин» - волокон коллагена и эластина, так и качеством водного геля, образованного гликозаминогликанами. Если матрац не в порядке - ослабли пружины, или гель не держит влагу - кожа начинает обвисать под действием силы тяжести, смещаться и растягиваться во время сна, смеха и плача, сморщиваться и терять упругость. В молодой коже и коллагеновые волокна, и гликозаминогликановый гель постоянно обновляется. С возрастом обновление межклеточного вещества дермы идет все медленнее, накапливаются поврежденные волокна, а количество гликозаминогликанов неуклонно уменьшается.

Распределение в тканях гликозамингликанов

Гликозамингликанов насчитывается несколько типов, каждый из которых образуется в некоторых характерных местах в организма. В свою очередь, гликозамингликаны также должны быть расщеплены на более мелкие составляющие, которые организм способен вывести вовне.

Гликозаминогликаны и их распределение в тканях

Гиалуроновая кислота образуется в глазу (стекловидное тело), суставы (синовиальная жидкость), коже, хрящах, костях

Хондроитин образуется в роговой оболочке глаза, аорте, хрящах, коже, костях, склере

Хондроитин-4-сульфат образуется в хряще, коже, сухожилиях

Хондроитин-6-сульфат образуется в хряще, коже, сухожилиях

Гепарин образуется в коже, легких, печени, сосудах

Гепарансульфат образуется в легких, аорте

Кератансульфат I образуется в роговице

Кератансульфат II образуется в хрящах

Дерматансульфат образуется в коже, сухожилиях, склере, роговице, сердечных клапанах

При синдроме Хантера наблюдается проблема при расщеплении двух гликозаминкликанов - дерматансульфата и гепарансульфата. Первый шаг при расщеплении этих гликозаминкликанов требует особого лизосомального фермента I2S (фермент, находящийся в специальном мешочке в клетке - лизосоме). У людей же с синдромом Хантера этот фермент вырабатывается или в недостаточных количествах, или не вырабатывается вовсе. В результате гликозаминкликаны откладываются в клетках по всему организму, особенно в тканях, которые содержат большие количества дерматансульфата и гепарансульфата. В результате накопления гликозаминкликанов внутренние органы и системы организма начинают работать со сбоями, что ведет к многочисленным серьезным поражениям. Хотя скорость накопления гликозаминкликанов у людей с синдромом Хантера неодинакова, в результате это все равно оборачивается широким спектром медицинских проблем.