Нейроспецифічні ліпіди (гангліозиди, цереброзиди, холестерол)

Ліпіди нервової тканини забезпечують структурну, діелектричну, захисну, регуляторну функції.

Ліпіди нервової тканини є не тільки структурними компонентами, але і важливішими учасниками функціональної активності. Загальні ліпіди складають (% від сухої маси тканини): в сірій речовині - 35%; в білій речовині - 61%, в мієліні - 80%. Особливістю хімічного складу головного мозку є переважання полярних складних ліпідів.

Серед компонентів нервової тканини ліпіди займають 51−54%. Із цього більше половини — фосфоліпіди, 20% - холестерин, 14% - цереброзиди, аміно і сульфоліпіди — біля 18% усіх ліпідів. Для ЦНС характерним є найбільша структурна різновидність ліпідів у порівнянні з іншими органами і тканинами. Ліпідний склад нервової тканини практично стабільний і залишається незмінним навіть під впливом зовнішніх факторів (дієта, гормони, прийом фармакологічних препаратів, стреси), які змінюють ліпідний склад вісцеральних органів і плазми, що свідчить про захищеність ЦНС від різних зовнішніх впливів. Складна діяльність нервової тканини опосередковується через мембрани, у формуванні і функціонуванні яких ліпіди приймають безпосередню участь.

В клітинах нервової системи представлено декілька типів високоспеціалізованих мембран: соматичні мембрани мультиі уніполярних нейронів, мембрани дендритів, мієлінізованих і немієлізованих аксонів, аксонного «холмика», де генерується потенціал дії, мембрани рихлого і компактного мієліну, мембрани синаптичних везикул, преі постсинаптичні мембрани, мембрани макроі мікроглії. Хімічні відмінності складу цих мембран лежать в основі специфічного їх функціонування.

Фосфоліпіди в нервовій тканині представлені в основному гліцерофосфоліпідами (фосфатидилхоліном, фосфатидилетаноламіном, фосфатидилсерином, фосфатидилінозитолом) і сфінгофосфатидами або сфінголіпідами (сфінгомієліном). Вони складають до 70% від сумарного вмісту ліпідів в сірій речовині і до 45−50% - в білій речовині мозку. Установлена висока гетерогенність фосфоліпідів в мозку у порівнянні з вісцеральними органами.

На долю основного представника стеролів в нервовій тканині - холестерину приходиться біля 20% від сумарного вмісту ліпідів. В той же час в мозку дорослих тварин відсутні ефіри холестерину і знаходиться він в неестерифікованій формі. В головному мозку практично відсутні триацилгліцерини і вільні жирні кислоти, а та невелика кількість, яка спостерігається, приноситься кров’ю. В структурі ліпідів мозку встановлено високий вміст і значне різноманіття жирних кислот. Основну масу їх складають пальмітинова 16:0, стеаринова 18:0, олеїнова 18:1 і арахідонова 20:4 кислоти. Ідентифіковано біля 40 індивідуальних жирних кислот, в тому числі поліненасичених, довголанцюгових і гідроксикислот, якими особливо багаті цереброзиди і сульфатиди.

Сфінголіпіди мозку містять в якості довголанцюгової основи С-18 сфінгозин, а також невелику кількість С-16, С-20 і С-22 сфінгозина і насичені форми дигідросфінгозина. Гетерогенність жирних кислот ліпідів мозку лежить в основі структурної лабільності мембран і визначає їх важливіші фізико-хімічні властивості.

Головний мозок вміщує тільки галактоцереброзиди і галактосульфатиди. В інших органах присутні глюкоцереброзиди з дуже малою кількістю галактоцереброзидів. Галактоліпіди мозку вміщують велику долю довголанцюгових жирних кислот С-22 — С-26, які дуже рідко зустрічаються у вісцеральних органах. Крім того, для галактоліпідів мозку характерний великий відсоток альфагідроксикислот: 2/3 в цереброзидах і 1/3 в сульфатидах.

Ганліозиди мозку унікальні із-за своєї високої концентрації, та різноманіття індивідуальних гангліозидів.

Звертає на себе увагу високий вміст і різноманіття гангліозидів в мембранах нервових закінчень і дендритах, де проявляється функціональна роль цих специфічних ліпідів, які приймають участь в зв’язуванні різних катіонів (Na⁺, K⁺, Ca²⁺ і ін.), процесах адгезії і забезпеченні імунохімічної специфічності.

Фосфоліпіди мозку дуже різноманітні, тоді як плазмалогени представлені в основному фосфатидилетаноламіном та в меншій мірі фосфатидилхоліном і фосфатидилсерином.

Біла і сіра речовина мозку різниться за концентрацією, та розподілом в ній індивідуальних ліпідів. Біла речовина вміщує менше води, значно більше ліпідів і протеоліпідів. Біла речовина вміщує в 3 рази більше ліпідів, ніж сіра речовина (15,6 і 5,9 відповідно) на сиру вагу і майже в 2 рази більше ліпідів при перерахунку на суху вагу. Біла речовина багата галактоліпідами і відносно бідна фосфоліпідами (в білій речовині галактоліпідів 25−30%, а в сірій — 5−10%) — це відмінність сірої від білої речовини. Фосфоліпіди в білій речовині складають трохи менше половини всіх ліпідів, в сірій речовині - 2/3 загальної кількості ліпідів. Сіра речовина в 10 разів багаче гангіліозидами ніж біла речовина. Ліпідний склад білої речовини головного мозку ближче до мієліну, чим сірої речовини, яка містить менше типових мієлінових ліпідів (цереброзидів, сульфатидів, фосфатидилетаноламіна).

Олігодендроглія і мієлін найбільш збагачені цереброзидами, а нейрони і астроглія мають більш високий вміст фосфоліпідів, що свідчить про значну різницю ліпідного складу плазматичних мембран і мієліну.

Фосфатидилінозитоли, які представлені в нервовій тканині, приймають участь в реалізації гуморальних впливів на нейрони.

Специфічними ліпідними компонентами мієліну є цереброзиди і сульфоцереброзиди. Виявлено високий вміст в мієліні холестерину (20−25%) і фосфоліпідів (40%) від сумарного вмісту ліпідів, в тому числі плазмалогенів, доля яких в мієліні складає більше 90% від їх кількості в цілому мозку.

Фосфатидилінозитоли, які представлені в нервовій тканині, приймають участь в реалізації гуморальних впливів на клітини нервової системи.

Вміст, розподіл і співвідношення окремих класів ліпідів значно змінюється в процесі розвитку і диференціювання головного мозку. Найбільш інтенсивно вони протікають в ранньому постнатальному періоді.

Сфінголіпіди, в особливості вуглеводні похідні, гангліозиди і цереброзиди визивають великий інтерес дослідників внаслідок їх особливої ролі в процесах комунікації нервової клітини з оточуючим середовищем. Головною функцією сфінголіпідів є їх участь в передачі сигналів із зовнішньої поверхні клітини в її внутрішній простір. Структура молекули сфінголіпідів і їх локалізація відповідає цій функції: сфінголіпіди складаються із ліпофільної і гідрофільної частин.

Гангліозиди вміщують N-ацетилнейрамінову кислоту, яка завдяки своєму негативному заряду має властивості зв’язувати іони металів і інші ліганди. Ці властивості пояснюють їх роль у функціонуванні рецепторів медіаторів, гормонів та інших біологічно активних речовин. Гангліозиди приймають участь в забезпеченні міжклітинних зв’язків. Відомо близько 10 порушень гліколіпідного метаболізму, які призводять до розвитку захворювань накопичення ліпідів (ліпідозів). Ці захворювання не виліковуються і призводять до ранньої смерті. Ліпідози обумовлені дефектами ферментів катаболізму гліколіпідів.

До ліпідозів відносяться хвороби Гоше, Німана-Піка, Фабрі, Тея-Сакса та ін.

Хвороба Тея-Сакса. Симптоми цієї хвороби заключаються в тому, що розвиток новонародженої дитини протікає нормально тільки до 6-ти місячного віку, а потім з’являються порушення опорно-рухомої системи і психічні розлади, що веде до судом, сліпоти і смерті (на протязі перших 3-х років). Зовнішньою ознакою даного захворювання є вишнево-червона пляма на мережі ока (симптом вишневої кісточки). Молекулярну основу розвитку цієї хвороби складає накопичення в мозку хворих значної концентрації гангліозида Gм2 (так званого гангліозида Тея-Сакса), відщеплення від якого N-ацетилгалактозаміна становиться неможливим із-за дефекта ферменту гексамінідази А. Хвороба Тея-Сакса пов’язана з аутосомно-рецесивною мутацією, властивій одному із трьохсот жителів США, серед єврейського населення вона зустрічається в 10 разів частіше.

Хвороба Гоше. Симптоми хвороби заключаються в гепатота спленомегалії, болях в стегнових кістках і хребті. Спостерігається прогресуючий остеопороз хребта, а в кістковому мозку з’являються великі ліпідвміщуючі клітини, розвивається анемія. На протязі перших двох років життя можлива смерть. При цій хворобі збільшується кількість глюкоцереброзида із-за низької активності або дефекту фермента глюкоцереброзид-в-глюкозидази. Ця хвороба має генетичне походження і є аутосомно-рецесивною. У гетерозиготних носіїв гена хвороба не проявляється.

Хвороба Німана-Піка. Клінічна картина цього захворювання характеризується гепатота спленомегалією, прогресуючим вираженим пошкодженням мозку. Смерть наступає на протязі двох років життя. Молекулярною основою хвороби є накопичення сфінгомієліна. Дефектний фермент — сфінгомієліназа, яка розщеплює сфінгомієлін на церамід і фосфорилхолін. Хвороба Німана-Піка є аутосомно-рецесивною, гетерозиготні носії дефектного гена не хворіють.

Хвороба Фабрі. Симптоми у чоловіків виражені значно сильніше, ніж у жінок. Вони проявляються у відчутті печії рук і ніг, посилених нездатністю до потовиділення, атеросклерозі судин і порушенні функції нирок. Смерть наступає до п’ятидесяти років життя, в основному від ниркової недостатності. Молекулярною основою цієї хвороби є накопичення тригексозида цераміду, як наслідок дефекту ферменту б-галактозидази, необхідного для відщеплення кінцевого залишку галактози. Ця хвороба має аутосомно-рецесивне походження.

Мієлін представляє собою багатошарову систему, яка служить своєрідною ізоляцією центральних і периферийних нервових волокон. Біла речовина мозку у вищіх організмів більше чим на 50% складається із мієліну, тому порушення в утворенні мієліну в онтогенезі або зміна в його структурі нервової системи призводить до важких невропатій. Мієлін покриває аксон товстою оболонкою, запобігає електричним контактам між нервовими волокнами в щільно запакованому пучку нервів. Ізоляційні властивості оболонки забезпечуються високим, в порівнянні з іншими мембранами, вмістом ліпідів. За рахунок мієлінізації в волокнах порівняного діаметра досягається значне підсилення передачі сигналу (в 5−10 разів). Швидкість проведення імпульсу зростає з підвищенням діаметру.

Ліпіди вміщують до 70−85% сухої маси мієліну. В порівнянні з іншими плазматичними мембранами, в мієліні вміст ліпідів в два рази вищий. Ліпідів, специфічних для мієліну, не існує. Тільки кардіоліпін характерний для мітохондріальної мембрани. Всі інші ліпіди мієліну зустрічаються і в інших плазматичних мембранах. Слід відмітити високий вміст цереброзидів і низький вміст ганліозидів і фосфоліпідів.

Мієлін достатньо дегідратована структура, в ньому біля 40% води (немієлінізована частина білої речовини містить 80% води). Твердий залишок мієліна в середньому складає 70−80% ліпідів і 20−30% білка. Ліпіди мієліна містять 25−28% холестерину, 27−30% галактосфінголіпідів, 40−45% - фосфоліпідів.

Специфічними компонентами мієліну є цереброзиди, сульфатиди, протеоліпіди. Сфінгомієлін і плазмалогени — переважні компоненти мієліна, холестерин і фосфатидилсерин — основні мієлінові ліпіди, фосфатидилхолін — немієліновий ліпід. Із ліпідів, які є в мозку, в мієліні немає тільки кардіоліпінів. Не існує таких мієлінових ліпідів, які б не були знайдені в інших субклітинних фракціях мозку.

Доведено, що поліфосфоінозитиди мозку локалізовані виключно в мієліні і мають статус маркера мієліна. Ці ліпіди характеризуються високою швидкістю обміну, тоді як відмінна риса мієліна — його низька метаболічна активність. Для мієліна характерний низький рівень гангліозидів, вони складають 40−50 мкг N-ацетилнейрамінової кислоти на 100 мг мієліну (біля 0,15% від загальних ліпідів).

головний мозок метаболізм нейромедіатор фобія.